Tip:
Highlight text to annotate it
X
Rozmontování pevného disku
Vznášející se hlavy, cívkové motory, neuvěřitelně hladké povrchy a zpracování signálu
3. série engineerguy videí
Osobní počítač je výkonné zařízení, ale aby pracoval dobře, musí spolehlivě uchovávat data, jinak by postrádal smysl.
Podívejme se dovnitř na to, jak uchovává data.
Podívejte - úžasné.
Úplně obyčejný pevný disk, ovšem jeho detaily jsou, samozřejmě, neobyčejné.
Jsem si jistý, že základní princip pevného disku znáte:
Uchováváme na něm data v binární podobě - jedničky a nuly.
Na tomto rameni se nalézá \"hlava\",
což je elektromagnet, který přejíždí *** diskem
a buď zapisuje data pomocí změny magnetizace určitých sekcí
na diskové plotně nebo je pouze čte
měřením změny magnetické polarizace.
V principu velmi snadné,
ovšem v praxi hromada složitého inženýrování.
Základním požadavkem je jistota, že hlava umí přesně
a bez chyb
číst z disku a zapisovat na něj.
Prvním problémem je jak s ní pohybovat s dostatečnou přesností.
K pohybu rameno využívá \"cívkového aktuátoru\".
Podstava ramene je umístěna mezi dvěma silnými magnety.
Jsou tak silné, že mi dělá problém dostat je od sebe.
Tak.
Rameno se pohybuje kvůli Lorentzově síle.
Pokud drátem umístěném v magnetickém poli protéká proud,
působí na drát síla;
změňte směr proudu a síla se také obrátí.
Teče-li drátem proud v jednom směru,
působící síla od permanentních magnetů nutí rameno natáčet se jedním směrem,
když se proud obrátí, rameno se vrátí zpět.
Síla působící na rameno je přímo úměrná proudu,
který protéká cívkou, což umožňuje
přesně vyladit pozici ramene.
Na rozdíl od mechanického systému pojítek
se zde minimalizuje opotřebení a systém není citlivý na teplotu.
Na konci ramene leží nejdůležitější součástka: hlava.
Řečeno jednoduše jde o kus feromagnetického mageriálu omotaného drátem.
Jak se pohybuje *** zmagnetizovanými sekcemi plotny,
měří změny ve směru magnetických pólů.
Vzpomeňme na Faradayův zákon: Změna magnetizace
indukuje napětí na blízké cívce.
Takže jakmile hlava přejde přes oblast, kde se polarita
změnila, zaznamená výkyv napětí.
Výkyvy - jak zá***é, tak kladné - reprezentují \"jedničku\".
Místa bez napěťových výkyvů naopak znamenají \"nulu\".
Hlava se k povrchu disku dostává neuvěřitelně blízko,
100 nanometrů u starších disků, ale dnes,
u novějších, dokonce na méně než 10 nanometrů.
Jak se hlava přibližuje k disku, její magnetické pole
pokrývá stále menší oblast, což umožňuje
zaznamenat na povrch disku větší množství informací.
Aby se udržela potřebná vzdálenost, používá se důmyslná metoda:
Hlava se nechá \"vznášet\" *** diskem.
Jak se disk otáčí, formuje se u něj okrajová vrstva vzduchu,
která vane na nehybnou hlavu rychlostí až 129 km/h na okraji plotny.
Hlava se veze na \"kluzáku\", který má aerodynamický tvar takový, aby ji udržel na plotnou.
Geniální finta této technologie spočívá v její samonápravě pozice:
Pokud nějaký rozruch způsobí, že se kluzák dostane příliš vysoko, automaticky se snese do potřebné výšky.
Protože je hlava tak blízko k povrchu disku,
může jakákoliv zbloudilá částice disk poškodit, což vyústí ve ztrátu dat.
Proto se do vzdušného toku umisťuje cirkulační filtr;
ten zachycuje malé částice odloupnuté z plotny.
Aby se hlava vznášela ve správné vzdálenosti, plotna musí být úžasně hladká.
Typicky mívá povrchovou drsnost okolo jednoho nanometru.
Abyste měli představu, jak hladké to je, představme si, že tuhle sekce zvětšíme
do velikosti fotbalového pole - amerického nebo mezinárodního -
průměrný hrbolek by pak měl výšku asi 0,8 milimetru.
Klíčovým prvkem plotny je magnetická vrstva,
kterou tvoří kobalt - často s příměsí platiny nebo niklu.
Tato směs kovů má vysokou koercivitu,
což znamená, že si zachovává svou magnetizaci - a tedy i data - dokud není vystavena silnému magnetickému poli.
Poslední věc, kterou považuji za velmi promyšlenou:
Zvýšení kapacity disku až o 40% jen s použitím trochu matiky.
Uvažujme následující sekvenci magnetických pólů na povrchu disku: 0-1-0-1-1-1.
Sken hlavou by odhalil následující napěťové výkyvy,
jak kladné, tak zá***é, jako \"jedničky\".
Snadno bychom je odlišili od, řekněme, této sekvence.
Pokud je porovnáme, jasně se odlišují.
Technici však pořád pracují na tom, jak dostat na disk více dat.
Jedním způsobem je zmenšit magnetické domény,
ale podívejte se, co se stane s napěťovými výkyvy, když to uděláme.
Pro jednotlivé sekvence se teď výkyvy překrývají,
skládají a dávají tak \"rozmazaný\" signál.
Vlastně teď obě sekvence vypadají dost podobně.
S pomocí techniky nazývané Maximální Pravděpodobnost Částečné Odezvy byly vyvinuty
důmyslné kódy, které mohou vzít takhle mlhavý signál,
vytvořit seznam sekvencí, které ho mohly generovat, a pak vybrat tu nejpravděpodobnější.
Jako u každé úspěšné technologie, pevné disky v běžných životech vůbec nevnímáme,
dokud se v nich něco nepokazí.
Jsem Bill Hammack, engineer guy.