آشنایی با قطعات داخلی هارد دیسک
در این پست تصمیم دارم تا اجزای داخلی هارد دیسک را برای شما معرفی کنم اما همیشه به یاد داشته باشید که بدون داشتن تخصص و تجهیزات کافی ، هیچوقت هارد دیسک را باز نکنید
بخاطر اینکه هوای محیط وارد محفظه داخلی آن شده و هارد دیسک را خراب می کند.
در این پست آناتومی داخلی هارد دیسک را با تصویر به شما نشان می دهم تا با قطعات آن بصورت کامل آشنا شوید.
در این مثال از یک هارد درایو سیگیت Seagate 1TB ST31000333AS استفاده کردم.
اصلی ترین بخش هارد دیسک برد یا بورد هارد HDD PCB می باشد که کانکتورهای برق و دیتا بر روی آن قرار دارد. بدنه آلومینیومی سیاه رنگ را با کلیه محتویاتش مجموعه هد و دیسک HDA (Head & Disk Assembly) می نامند.
اکنون نگاهی به سمت دیگر برد می اندازیم.
به بزرگترین آی سی در مرکز برد واحد کنترل میکروکنترلر یا Micro Controller Unit به مخفف MCU گفته می شود که کلیه محاسبات و کانالهای خواندن / نوشتن بعهده آن است.
تراشه حافظه Memory یک آی سی از نوع DDR SDRam است که اندازه آن برابر با کش هارد Cache می باشد و در این نوع هارد دیسک برابر با ۳۲ مگابایت است. بصورت تئوری کش هارد ۳۲MB می باشد ولی در واقعیت اینطور نیست و حافظه بصورت منطقی بر روی بافر و حافظه فرمویر بارگذاری می شود. پردازنده مرکزی مقداری از حافظه را برای ذخیره برخی ماژولهای فرمویر مصرف می کند و تا جائیکه می دانیم تنها درایو های هیتاچی/آی بی ام در دیتاشیت مقدار واقعی کش را اعلام می کنند و در سایر درایو ها می بایست مقدار آن را حدس بزنیم.
چیپ بعدی وظیفه کنترل موتور هارد دیسک را بعهده دارد و به آن VCM می گویند که بیشترین مصرف برق را در برد دارد. کنترل اسپیندل موتور و حرکت هد هارد دیسک بعهده این آی سی می باشد. بدون این چیپ موتور هارد اصلا نمی چرخد. در بعضی هارد ها چیپ فلش بر روی برد و بصورت مجزا وجود ندارد که در این موارد در MCU گنجانده شده است.
سنسور شوک Shock Sensor که در پائین سمت چپ برد مشخص است وظیفه تشخیص ضربه و یا شوک بیش از حد مجاز را بعهده دارد و به محض احساس ضربه ، سیگنالی را به VCM می فرستد تا هد پارک شود و در برخی مواقع ، درایو از چرخیدن باز ایستد. بصورت تئوری بایستی این دستور از آسیب هارد دیسک جلوگیری کند اما در عمل همیشه این اتفاق رخ نمی دهد ، پس مراقب هارد دیسک تان باشید و آن را در معرض ضربه خوردن یا پرتاب قرار ندهید. در بعضی هارد دیسک ها سنسور شوک لرزش های کوچک را نیز تشخیص می دهد و به VCM سیگنال می فرستد. در برخی درایو ها نیز حداقل ۲ سنسور شوک وجود دارد.
قطعه الکترونیکی دیگری که بعنوان محافظ است ، دیود TVS نام دارد. این قطعه از برد PCB در برابر شوک جریان الکتریکی منبع تغذیه خارجی محافظت می کند. وقتی که این دیود TVS با جریان بالا مواجه می شود ، خودش را داغ می کند و باعث اتصال کوتاه بین کانکتور برق و گراند Groung می شود. روی این برد دو دیود TVS وجود دارد ، یکی برای محافظت از ولتاژ ۵V و دیگری ۱۲V.
بیایید یک نگاه کوتاهی به HDA بیاندازیم
می توانید اتصالات موتور و هد هارد را که از زیر به هارد متصل می شوند ببینید. همچنین روزنه ای کوچک و دور از نظری را در تصویر مشخص کردم تا ببینید. این روزنه تنفس هارد دیسک است. ممکن است شایعاتی را درباره وکیوم هارد و یا خلا داخل مدیا شنیده باشید که درست نیست. HDA از روزنه تنفس برای تنظیم فشار داخل و خارج هارد استفاده می کند. روزنه تنفس از داخل بوسیله فیلتر هوا کاملا بسته شده است تا هوای داخل محفظه کاملا پاک و خشک باشد.
اکنون بیائید نگاهی به زیر درپوش بالای HDA بیاندازیم. می خواهیم دریچه را برداریم.
این درپوش قابلیت چندان خاصی ندارد و تنها قطعه ای از استیت است که با نواری از لاستیک برای محافظت از ورود گرد و غبار طراحی شده است. در اینجا ما می توانیم قسمت داخلی هارد دیسک یا Head and Disk Assembly را از نزدیک ببینیم.
اطلاعات گرانقدر بر روی پلتر Platters ذخیره می شوند ، شما می توانید پلتر بالایی را در تصویر مشاهده کنید. پلتراز آلومینیوم یا شیشه پولیش داده شده ساخته شده و با چند لایه از ترکیبات مختلف شامل لایه فرومغناطیس پوشانده شده که در حقیقت همه دیتا بر روی آن ذخیره می شود. می توانید ببینید که قسمتی از پلتر بوسیله دامپر پوشانده شده است. دامپر Dumper برخی اوقات بعنوان جدا کننده بین پلتر ها خوانده می شود ، وظیفه دامپر کاهش نوسانات هوا و نویز صوتی می باشد. معمولا دامپرها از آلومینیوم یا پلاستیک ساخته می شوند. دامپر آلومینیومی برای خنک کردن هوای داخل HDA بهتر است.
در عکس بعدی ، پلتر و دامپر از پهلو نمایش داده شده است.
هد ها بر روی HSA یا Head Stack Assemble قرار می گیرند. محوطه پارکینگ این درایو نزدیک به اسپیندل موتور می باشد. وقتی هارد دیسک به جریان برق متصل نباشد ، HSA مانند تصویر زیر پارک می شود.
هارد دیسک دارای مکانیزم دقیقی است و برای کار کردن به هوای فوق العاده پاک نیاز دارد. طی زمان کار کردن هارد دیسک ممکن است ذرات خیلی ریز فلز و روغن در داخل محفظه HDA ایجاد شود. برای پاکسازی هوا ، درایو از فیلتر و با کمک گردش هوا استفاده می کند. این فیلتر پیشرفته دائما به جمع آوری نا خالصی ها می پردازد و حتی ریزترین ذرات را به خود جذب می کند. این فیلتر در مسیر گردش هوایی که توسط پلتر ایجاد می شود قرار دارد.
اکنون مگنت بالایی را بر می دارم تا ببینیم زیر آن چیست
هارد دیسک ها از آهنربای بسیار قوی نئودیمیم Neodynium Magnet استفاده می کنند. این آهنربا آنقدر قوی است که می تواند تا ۱۳۰۰ برابر وزن خود را بالا بکشد ، پس مراقب باشید انگشت خود را بین مگنت و استیل یا آهنربای دیگری قرار ندهید چون ممکن است آسیب جدی به شما وارد کند. می توانید در تصویر زیر ببینید که یک نگهدارنده HSA Stopper روی مگنت قرار دارد. نگهدارنده HSA حرکات HSA را محدود می کند تا اینکه هد به نگهدارنده پلتر کوبیده نشود و از سوی دیگر نمی گذارند که پلترها به پرواز در بیایند. نگهدارنده های HSA ممکن است ساختار متفاوتی داشته باشند اما همیشه دو عدد از آنها بخصوص در هارد های مدرن و جدیدتر موجود است. در این نمونه هارد دیسک دومین HSA Stopper بر روی HDA و در زیر مگنت بالایی قرار دارد.
و در این تصویر می توانید آنچه زیر مگنت است را ببینید.
در اینجا نگهدارنده HSA دیگری است و شما نگهدارنده دوم را نیز می بینید. Voice Coil قسمتی از HSA است که آنرا به نامهای Voice Coil و موتور Voice Coil مگنت شکل یا VCM می شناسند. VCM و HSA تشکیل Actuator را میدهند – وسیله ای که هد را حرکت می دهد. قسمت مکارانه پلاستیکی مشکی رنگ ، ضامن فعال کننده یا Actuator latch نامیده می شود و ابزاری است محافظت کننده – این قطعه به آزادسازی HSA زمانیکه درایو در حال بارگذاری یا un-Parking است کمک می کند و وظیفه ان جلوگیری از حرکات و لرزش HSA در لحظه خطر است و در زمانی که درایو می افتد یا ضربه به آن وارد می شود. اصولا بایستی از هد ها در برابر تکان های نا خواسته در زمان قرار گرفتن در منطقه پارکینگ حفاظت کند.
در قدم بعدی تصمیم دارم HSA را جدا کنم.
HSA دارای یک بلبرینگ ظریف است تا بتواند حرکات دلپذیر و نرمی را انجام دهد. بزرگترین قسمت HSA که از آلومینیوم ساخته شده است بازو نامیده می شود. مجموعه حلقه ای هد یا Heads Gimbal Assembly که مخفف آن HGA نامیده می شود به بازو متصل است. HGA و بازوها معمولا در کارخانجات مختلفی ساخته می شوند. قطعه نارنجی قابل انعطاف که مدار چاپی قابل انعطاف Flexible Printed Circuit و به مخفف FPC نیز نامیده می شود ، HSA و صفحه را با اتصالات هد متصل می کند.
بیائید از نزدیکتر نگاهی به هر قسمت HSA بیاندازیم.
Voice Coil به FPC متصل است
بلبرینگ اینجا قرار دارد
در عکس زیر می توانید قسمت اتصالات HSA را مشاهده نمائید.
عایق یا Gasket محل اتصال را برای هوا نفوذ ناپذیر میکند. تنها راه ورود هوا به داخل HDA همان روزنه تنفس است. در این درایو ، اتصالات ، برای برقراری اتصال بهتر با لایه بسیار نازکی از طلا روکش شده اند.
تعریف کلاسیک بازو بخش مشخص شده می باشد. گاهی اوقات بازو به معنای کل قطعه فلزی HSA شناخته می شود.
قطعه کوچک سیاه در انتهای HGA ها اسلایدر نامیده می شود. در بیشتر منابع به این می رسید که اسلایدرها بعنوان هدهای واقعی شناخته می شوند اما اسلایدر هد نیست و مانند بالی است که به خواندن و نوشتن اطلاعات کمک می کند و بر روی سطح پلتر به پرواز در می آید. ارتفاع پرواز هد بر روی پلتر در هارد دیسک های نوین حدود ۵ الی ۱۰ نانومتر است. بعنوان مثال: ضخامت یک موی متوسط انسان حدود ۲۵۰۰۰ نانومتر است. اگر هر ذره کوچکی زیر اسلایدر قرار بگیرد به دلیل ایجاد اصطکاک باعث داغ کردن فوری هد می شود وهد می میرد. دلیل اینکه باید هوای داخل محفظه کاملا پاک باشد اینست. جزء اصلی خواندن و نوشتن یا همان هدها در انتهای اسلایدر قرار گرفته و به قدری کوچک هستند که تنها با میکروسکوپ های خوب قابل دیدن هستند.
همانطور که می بینید سطح اسلایدر صاف نیست ، و دارای شیارهای ایرودینامیکی است. این شیارها کمک می کنند تا اسلایدر در ارتفاع مشخص شده به پرواز درآید. هوای زیر اسلایدر تشکیل سطح تحمل هوا یا Air Bearing Surface و به مخفف ABS را می دهد. ABS باعث می شود تا اسلایدر تقریبا موازی سطح پلتر پرواز کند.
عکس زیر نمایی دیگر از اسلایدر است.
می توانید به وضوح و با کمی دقت هد را ببینید.
در تصویر زیر یکی از قسمتهای مهم HSA را میبینید که نمی توانیم در مورد آن صحبت نکنیم. این قسمت پیش تقویت کننده یا Preamplifier یا اختصارا preamp نامیده می شود. preamp یک چیپ است که کنترل هد و تقویت سیگنال ورودی و خروجی به هد ها را بعهده دارد.
دلیل قرار گرفتن preamp در داخل HDA بسیار ساده است – سیگنالهای تولیدی از هد بسیار ضعیف هستند و در هارد دیسک های نوین بیشتر از ۱GHz می باشد ، اگر preamp را از HDA حذف کنیم هیچ سیگنالی بیرون نخواهد آمد ، آنها در مسیر برد هارد PCB قرار گرفته اند.
preamp دارای شیارهای زیادی است که به سمت هدها می روند ( سمت راست ) و از سوی دیگر به سمت HDA می روند ( سمت چپ ) ، به همین دلیل است که هارد دیسک تنها با یک هد در یک زمان می تواند کار کند ( از بین جفت هد خواندن / نوشتن ). هارد درایو سیگنال های کنترل را به preamp ارسال م یکند و preamp تشخیص می دهد که به کدام هد در آن زمان نیاز است. این هارد دیسک دارای ۶ اتصال در هر هد می باشد ، حتما می پرسید چرا اینقدر زیاد؟ یک کانکتور برای گراند است ، دو کانکتور بعدی برای خواندن و نوشتن است. دو کانکتور بعدی برای ریزفعال کننده ها یا Microactuator در نظر گرفته شده – فیزوالکتریک ویژه یا المان مغناطیسی که توانایی چرخاندن یا حرکت دادن اسلایدر را دارد و به تنظیم موقعیت هدها در زیر شیارها Tracks بر روی پلتر کمک می کند. و در نهایت آخرین کانکتور مربوط به گرم کننده Heater می باشد که وظیفه تنظیم ارتفاع پرواز هد را بعهده دارد. هیتر می تواند حلقه Gibmal را گرم کند – اتصال ویژه ای که اسلایدر را به HGA متصل می کند ، Gibmal از دو رشته با آلیاژهای مختلف تهیه شده است که انبساط دمای متفاوتی از خود نشان می دهند. وقتی Gimbal داغ می شود به سمت جلو خم می شود و به سطح پلتر نزدیک می شود و موجب کاهش سطح پرواز می شود. بعد از خنک شدن Gimbal مجددا به جای اصلی خود بر می گردد.
بنظرم صحبت در مورد هد کافیست ، بیائید به کالبدشکافی هارد ادامه دهیم. می خواهم دامپر بالای پلتر را بردارم.
دامپر شبیه تصویر زیر است.
در تصویر بعدی HDA را بدون دامپر بالایی و HSA مشاهده کنید.
اکنون که پلتر بالایی پوشیده نیست ، می توانید مگنت یا آهنربای پائینی را ببینید.
اجازه بدید باز هم جلوتر برویم و نگهدارنده ی پلتر را برداریم
نگهدارنده پلترها platters clamp ، آنها را در محفظه ی پلترها محکم نگاه می دارد ، خب آنها به تنهایی اجازه حرکت ندارند.
پلترها روی مغزی اسپیندل جای می گیرند. نگهدارنده پلتر ، قدرت لازم را برای نگهداشتن پلترها بر روی مغزی وقتی که اسپیندل در حال چرخیدن است دارد.
اکنون در حالیکه قطعه ای پلترها را روی مغزی نگه نداشته است قصد داریم پلتر بالایی را برداریم و تصویر بعدی به شما نشان می دهد که چه چیزی در زیر آن میبینیم.
حالا میبینید که چطور بین پلترها فضای لازم برای قرارگرفتن هدها ایجاد شده است – پلترها بر روی حلقه های فضاساز Spacer Ring قرار گرفته اند. می توانید پلتر دوم و دامپر دوم را مشاهده کنید.
حلقه فضاساز قطعه بسیار ظریف و دقیقی است که از آلیاژ غیر مغناطیسی یا پلیمر ساخته شده است. اجازه بدید آنرا نیز جدا کنم.
در پایان قصد دارم همه جزئیات را از HDA جدا کنم و پایه ی هارد را ببینیم.
در تصویر زیر می بینید که فیلتر تنفس breath filter چطور بنظر می رسد. و روزنه تنفس درست در زیر فیلتر قرار گرفته است. بیائید فیلتر تنفس را از نزدیکتر ببینیم.
چون هوای خارج هارد قطعا دارای گرد و غبار است فیلتر تنفس دارای چندین لایه تصفیه است و بسیار ضخیم تر از فیلتر گردش هوا است ، همچنین دارای مقداری ژل سیلیکا برای کاهش رطوبت هوای ورودی است
