Luận văn Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của ổ đĩa cứng

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại bùng nổ công nghệ thông tin và truyền thông hiện nay, vai trò của chiếc máy vi tính là cực kì quan trọng. Trong số các linh kiện cấu thành lên máy vi tính, chúng ta không thể không nhắc tới Ổ đĩa cứng. Ổ đĩa cứng là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu của máy vi tính. Từ xưa, ước muốn con người đã là làm sao bảo quản được các tài liệu quý giá dưới sự tác động của thời gian. Ngày nay, với sự xuất hiện của máy vi tính, đặc biệt là ổ đĩa cứng, các tài liệu đó đã được lưu trữ, sắp xếp tổ chức khoa học, thật dễ dàng sử dụng. Từ khi ra đời chiếc ổ cứng đầu tiên trên thế giới(1955) cho tới nay(2011), công nghệ lưu trữ cũng như công nghệ sản xuất ổ đĩa cứng đã phát triển rất mạnh mẽ. Giờ đây, chỉ với số tiền không lớn, khoảng gần 1 triệu Việt Nam đồng, chúng ta đã có thể sở hữu một chiếc ổ cứng với dung lượng 160GB(ổ cứng 3.5 inch gắn trong). Em chọn đề tài thực tập “Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động của ổ đĩa cứng” phần nhiều là do ham muốn tìm hiểu về nó, phần nhỏ là do em đã từng phải thay thế, sửa chữa khả nhiều ổ cứng do chúng bị hỏng. Em xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo Nguyễn Tuấn Tú vì thầy đã giúp đỡ, hướng dẫn em tận tình trong quá trình em thực hiện đề tài này. Sinh viên thực hiện Đàm Phương CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA Ổ ĐĨA CỨNG 1.1. Tổng quan về ổ đĩa cứng Ổ đĩa cứng, hay còn gọi là ổ cứng (tiếng Anh: Hard Disk Drive, viết tắt: HDD) là thiết bị dùng để lưu trữ dữ liệu trên bề mặt các tấm đĩa hình tròn phủ vật liệu từ tính. Ổ đĩa cứng là loại bộ nhớ "không thay đổi" (non-volatile), có nghĩa là chúng không bị mất dữ liệu khi ngừng cung cấp nguồn điện cho chúng. Ổ đĩa cứng là một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống bởi chúng chứa dữ liệu thành quả của một quá trình làm việc của những người sử dụng máy tính. Những sự hư hỏng của các thiết bị khác trong hệ thống máy tính có thể sửa chữa hoặc thay thế được, nhưng dữ liệu bị mất do yếu tố hư hỏng phần cứng của ổ đĩa cứng thường rất khó lấy lại được. Ổ đĩa cứng là một khối duy nhất, các đĩa cứng được lắp ráp cố định trong ổ ngay từ khi sản xuất nên không thể thay thế được các "đĩa cứng" như với cách hiểu như đối với ổ đĩa mềm hoặc ổ đĩa quang. Ổ cứng thường được gắn liền với máy tính để lưu trữ dữ liệu cho dù chúng xuất hiện muộn hơn so với những chiếc máy tính đầu tiên. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, ổ đĩa cứng ngày nay có kích thước càng nhỏ đi đến các chuẩn thông dụng với dung lượng thì ngày càng tăng lên. Những thiết kế đầu tiên ổ đĩa cứng chỉ dành cho các máy tính thì ngày nay ổ đĩa cứng còn được sử dụng trong các thiết bị điện tử khác như máy nghe nhạc kĩ thuật số, máy ảnh số, điện thoại di động thông minh (SmartPhone), máy quay phim kĩ thuật số, thiết bị kỹ thuật số hỗ trợ cá nhân... Không chỉ tuân theo các thiết kế ban đầu, ổ đĩa cứng đã có những bước tiến công nghệ nhằm giúp lưu trữ và truy xuất dữ liệu nhanh hơn: ví dụ sự xuất hiện của các ổ đĩa cứng lai giúp cho hệ điều hành hoạt động tối ưu hơn, giảm thời gian khởi động của hệ thống, tiết kiệm năng lượng, sự thay đổi phương thức ghi dữ liệu trên các đĩa từ làm cho dung lượng mỗi ổ đĩa cứng tăng lên đáng kể. 1.2. Lịch sử phát triển của ổ đĩa cứng Năm 1955, ổ cứng đầu tiên trên thế giới có là IBM 350 Disk File được chế tạo bởi Reynold Johnson ra mắt năm 1955 cùng máy tính IBM 305. Ổ cứng này có tới 50 tấm đĩa kích thước 24" với tổng dung lượng là 5 triệu kí tự. Một đầu từ được dùng để truy nhập tất cả các tấm đĩa khiến cho tốc độ truy nhập trung bình khá thấp. Hình 01: Ổ cứng IBM 350 Disk File Năm 1961, thiết bị lưu trữ dữ liệu IBM 1301 ra mắt năm 1961 bắt đầu sử dụng mỗi đầu từ cho một mặt đĩa. Ổ đĩa đầu tiên có bộ phận lưu trữ tháo lắp được là ổ IBM 1311. Ổ này sử dụng đĩa IBM 1316 có dung lượng 2 triệu kí tự. Hình 02: thiết bị lưu trữ dữ liệu IBM 1301 Năm 1973, IBM giới thiệu hệ thống đĩa 3340 "Winchester", ổ đĩa đầu tiên sử dụng kĩ thuật lắp ráp đóng hộp (sealed head/disk assembly - HDA). Kĩ sư trưởng dự án/chủ nhiệm dự án Kenneth Haughton đặt tên theo "súng trường Winchester" 30-30 sau khi một thành viên trong nhóm gọi nó là "30-30" vì các trục quay 30 MB của ổ đĩa cứng. Hầu hết các ổ đĩa hiện đại ngày nay đều sử dụng công nghệ này, và cái tên "Winchester" trở nên phổ biến khi nói về ổ đĩa cứng và dần biến mất trong thập niên 1990. Trong một thời gian dài, ổ đĩa cứng có kích thước lớn và cồng kềnh, thích hợp với một môi trường được bảo vệ của một trung tâm dữ liệu hoặc một văn phòng lớn hơn là trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt (vì sự mong manh), hay văn phòng nhỏ hoặc nhà riêng (vì kích cỡ quá khổ và lượng điện năng tiêu thụ). Trước thập niên 1980, hầu hết ổ đĩa cứng có các tấm đĩa cỡ 8" (20 cm) hoặc 14-inch (35 cm), cần một giá thiết bị cũng như diện tích sàn đáng kể (tiêu biểu là các ổ đĩa cứng lớn có đĩa tháo lắp được, thường được gọi là "máy giặt"), và trong nhiều trường hợp cần tới điện cao áp hoặc thậm chí điện ba pha cho những mô tơ lớn chúng dùng. Vì lí do đó, các ổ đĩa cứng không được dùng phổ biến trong máy vi tính đến tận năm 1980, khi Seagate Technology cho ra đời ổ đĩa ST-506 - ổ đĩa 5,25" đầu tiên có dung lượng 5 MB. Có một thực tế là trong cấu hình xuất xưởng, máy IBM PC (IBM 5150) không được trang bị ổ đĩa cứng. Hình 03: hệ thống đĩa 3340 "Winchester" Thập niên 1990, đa số các ổ đĩa cứng cho máy vi tính đầu thập kỷ 1980 không bán trực tiếp cho người dùng cuối bởi nhà sản xuất mà bởi các OEM như một phần của thiết bị lớn hơn (như Corvus Disk System và Apple ProFile). Chiếc IBM PC/XT được bán ra đã có một ổ đĩa cứng lắp trong nhưng xu hướng tự cài đặt nâng cấp bắt đầu xuất hiện. Các công ty chế tạo ổ đĩa cứng bắt đầu tiếp thị với người dùng cuối bên cạnh OEM và đến giữa thập niên 1990, ổ đĩa cứng bắt đầu xuất hiện trong các cửa hàng bán lẻ. Ổ đĩa lắp trong ngày càng được sử dụng nhiều trong PC trong khi các ổ đĩa lắp ngoài tiếp tục phổ biến trên máy Macintosh của hãng Apple và các nền tảng khác. Mỗi máy Mac sản xuất giữa giữa các năm 1986 và 1998 đều có một cổng SCSI phía sau khiến cho việc lắp đặt thêm phần cứng mới trở nên dễ dạng; tương tự như vậy, "toaster" (máy nướng bánh) Mac không có chỗ cho ổ đĩa cứng (hay trong Mac Plus không có chỗ lắp ổ đĩa cứng), các đời tiếp theo cũng vậy thế nên ổ SCSI lắp ngoài là có thể hiểu được. Các ổ đĩa SCSI lắp ngoài cũng phổ biến trong các máy vi tính cổ như loạt Apple II và Commodore 64, và cũng được sử dụng rộng rãi trong máy chủ cho đến tận ngày nay. Sự xuất hiện vào cuối thập niên 1990 của các chuẩn giao tiếp ngoài như USB và FireWire khiến cho ổ đĩa cứng lắp ngoài trở nên phổ biến hơn trong người dùng thông thường đặc biệt đối với những ai cần di chuyển một khối lượng lớn dữ liệu giữa hai địa điểm. Vì thế, phần lớn các ổ đĩa cứng sản xuất ra đều có trở thành lõi của các vỏ lắp ngoài. Hình 04: Ổ đĩa SCSI Ngày nay, dung lượng ổ đĩa cứng tăng trưởng theo hàm mũ với thời gian. Đối với những máy PC thế hệ đầu, ổ đĩa dung lượng 20 megabyte được coi là lớn. Cuối thập niên 1990 đã có những ổ đĩa cứng với dung lượng trên 1 gigabyte. Vào thời điểm đầu năm 2005, ổ đĩa cứng có dung lượng khiêm tốn nhất cho máy tính để bàn còn được sản xuất có dung lượng lên tới 40 gigabyte còn ổ đĩa lắp trong có dung lượng lớn nhất lên tới một nửa terabyte (500 GB), và những ổ đĩa lắp ngoài đạt xấp xỉ một terabyte. Cùng với lịch sử phát triển của PC, các họ ổ đĩa cứng lớn là MFM, RLL, ESDI, SCSI, IDE và EIDE, và mới nhất là SATA. Ổ đĩa MFM đòi hỏi mạch điều khiển phải tương thích với phần điện trên ổ đĩa cứng hay nói cách khác là ổ đĩa và mạch điều khiền phải tương thích. RLL (Run Length Limited) là một phương pháp mã hóa bit trên các tấm đĩa giúp làm tăng mật độ bit. Phần lớn các ổ đĩa RLL cần phải tương thích với bộ điều khiển nó làm việc với. ESDI là một giao diện được phát triển bởi Maxtor làm tăng tốc trao đổi thông tin giữa PC và đĩa cứng. SCSI (tên cũ là SASI dành cho Shugart (sic) Associates), viết tắt cho Small Computer System Interface, là đối thủ cạnh tranh ban đầu của ESDI. Khi giá linh kiện điện tử giảm (do nhu cầu tăng lên) các chi tiết điện tử trước kia đặt trên cạc điều khiển đã được đặt lên trên chính ổ đĩa cứng. Cải tiến này được gọi là ổ đĩa cứng tích hợp linh kiện điện tử (Integrated Drive Electronics hay IDE). Các nhà sản xuất IDE mong muốn tốc độ của IDE tiếp cận tới tốc độ của SCSI. Các ổ đĩa IDE chậm hơn do không có bộ nhớ đệm lớn như các ổ đĩa SCSI và không có khả năng ghi trực tiếp lên RAM. Các công ty chế tạo IDE đã cố gắng khắc phục khoảng cách tốc độ này bằng phương pháp đánh địa chỉ logic khối (Logical Block Addressing - LBA). Các ổ đĩa này được gọi là EIDE. Cùng lúc với sự ra đời của EIDE, các nhà sản xuất SCSI đã tiếp tục cải tiến tốc độ SCSI. Những cải tiến đó đồng thời khiến cho giá thành của giao tiếp SCSI cao thêm. Để có thể vừa nâng cao hiệu suất của EIDE vừa không làm tăng chi phí cho các linh kiện điện tử không có cách nào khác là phải thay giao diện kiểu "song song" bằng kiểu "nối tiếp", và kết quả là sự ra đời của giao diện SATA. Tuy nhiên, hiệu suất làm việc của các ổ đĩa cứng SATA thế hệ đầu và các ổ đĩa PATA không có sự khác biệt đáng kể. Hiện nay, ổ đĩa cứng giao diện SATA là thông dụng hơn cả trên toàn thế giới. Hãng Western Digital đã đưa ra ổ cứng WD Caviar Green 3TB sử dụng giao tiếp SATA với giá bán là khoảng 4,7 triệu VND (239 USD) và phiên bản 2,5 TB sử dụng giao tiếp SATA sẽ có giá bán 3,7 triệu VND (189 USD). Ổ đĩa này có kích thước 3,5 inch sử dụng 4 lớp đĩa có dung lượng 750GB, có mức tiêu thụ điện năng thấp, nhiệt độ hoạt động cũng thấp hơn và ổ đĩa cũng hoạt động yên tĩnh hơn. Hình 05: Ổ đĩa cứng giao diện IDE(hay còn gọi là PATA) Hình 06: Ổ đĩa cứng giao diện SATA Trên thị trường hiện nay còn xuất hiện ổ lưu trữ thể rắn và ổ cứng gắn ngoài(External Drive). Ổ lưu trữ thể rắn SSD(Solid State Drive) là một thiết bị lưu trữ sử dụng bộ nhớ trạng thái rắn để lưu trữ dữ liệu trên máy tính một cách bền vững. Loại ổ cứng này lưu trữ dữ liệu dựa vào các tế bào nhớ, ở thể rắn, do đó gần như không gây tiếng ồn, không có độ trễ cơ học nên mang lại tốc độ truy cập cao hơn. Đồng thời không mất thời gian khởi động như ổ đĩa cứng (Hard Disk Drive). Ổ SSD sử dụng SRAM hoặc DRAM hoặc bộ nhớ FLash để lưu dữ liệu. SSD không có bộ phận chuyển động, vì vậy không giống như các ổ đĩa cứng truyền thống, ít có khả năng bị phá hủy do di chuyển và tạo ra rất ít nhiệt hoặc thậm chí không có nhiệt. Chúng tương tự như các thẻ nhớ SD được tìm thấy trong máy ảnh kỹ thuật số và các thiết bị khác, hoặc bộ nhớ trong của iPhone, PSP Go, và các thiết bị cầm tay khác. SSD đang dần đc biết tới, tuy nhiên vẫn hạn chế nhất định. Hiện tại SSD có giả cả vẫn khá cao so với ổ cứng bình thường.(ổ SSD G.Skill dung lượng 60GB có giá gần 5 triệu đồng Việt Nam). Hình 07: Ổ lưu trữ thể rắn Ổ cứng gắn ngoài hiện nay có giá đắt hơn ổ cứng gắn trong(một chiếc Samsung 160GB có giá khoảng 850000 đồng Việt Nam). Hình 08: Một ổ cứng gắn ngoài của hãng Western Digital Giờ đây(2011), người dùng máy tính có thể mua một ổ cứng giao diện SATA có dung lượng 160GB với giá khá rẻ, khoảng hơn bảy trăm ngàn đồng Việt Nam (so với năm 2007 là gần một triệu đồng Việt Nam). Các nhà phân phối linh kiện máy tính ở Việt Nam hầu hết chỉ nhập về ổ cứng với dung lượng nhỏ nhất là 160GB, ổ cứng dung lượng 80GB hiện giờ chỉ có thể mua hàng cũ đã qua sử dụng. Western Digital vừa chính thức công bố phiên bản nâng cấp của dòng ổ cứng Caviar Blue 3,5 inch với giao tiếp SATA 6.0 Gbps. Theo đó ổ cứng mới này có tốc độ quay 7200 RPM và sử dụng công nghệ Advanced Format với sector 4K. Western Digital 6.0 Gbps sẽ có sẵn với các mức dung lượng lưu trữ là 250 GB, 320 GB, 500 GB, 750 GB và 1 TB. Và có bộ nhớ đệm 16 MB (phiên bản 500 GB và thấp hơn) hoặc 32 MB (phiên bản 750 GB và 1 TB). Hiện ổ cứng này đã có mặt tại thị trường Châu Âu với mức giá tương ứng là 43,4 USD (250 GB), 44 USD (320 GB), 46 USD (500 GB), 60 USD (750 GB) và 71 USD (1 TB). Một số nhà sản xuất ổ đĩa cứng hàng đầu thế giới phải kể đến là: Western Digital, Seagate, Hitachi, Samsung,… Các hãng này hiện đang cạnh tranh nhau gay gắt về giá cả cũng như dung lượng, tính năng của ổ đĩa cứng. CHƯƠNG 2 CẤU TRÚC VẬT LÝ CỦA Ổ ĐĨA CỨNG 2.1. Sơ đồ khối Hình 09: Sơ đồ khối của ổ đĩa cứng 2.2. Nguyên lý làm việc và đặc tính của các khối 2.2.1. Đĩa từ Đĩa từ (platter) của ổ cứng là các đĩa bằng nhôm, thuỷ tinh, hoặc sứ có chế độ hoạt động tương đối năng, trên bề mặt được phủ một lớp vật liệu từ tính là nơi chứa dữ liệu. Đĩa từ được coi là vật liệu từ. Từ tính gây ra bởi lực từ, lực từ là một dạng lực điện từ, một trong những lực cơ bản của tự nhiên, nó được sinh ra do chuyển động của các hạt có điện tích. Trên bề mặt đĩa từ có các điểm từ tính. Khi các điểm từ tính đó suy giảm hoặc mất khả năng từ tính thì hệ thống gọi hiện tượng đó là bad sector. Vì các điểm từ tính đó là các hạt từ tính được gắn kết lên platter bằng công nghệ và hóa chất đặc biệt, không dễ gì loại bỏ hay bổ xung khả năng từ tính cho nó. Đĩa từ được chế tạo rất đặc biệt giúp cho nó có khả năng lưu trữ tốt, an toàn và không bị “nhão” (nhả từ) như các thiết bị đọc ghi bằng từ tính khác (tuy nhiên cũng có một số loại đĩa từ sản xuất không đạt tiêu chuẩn qua thời gian có hiện tượng bị “nhão”). Đĩa được phủ vật liệu từ ở cả hai mặt (môi trường lưu trữ thực) và bao bọc bằng lớp vỏ bảo vệ. Sau khi đã hoàn tất và đánh bóng, các đĩa này được xếp chồng lên nhau và ghép nối với môtơ quay, chúng gắn song song, quay đồng trục, cùng tốc độ với nhau khi hoạt động. Số lượng đĩa có thể nhiều hơn một, phụ thuộc vào dung lượng và công nghệ của mỗi hãng sản xuất khác nhau, có một số loại đĩa cứng chỉ có một đĩa từ. Trước khi chồng đĩa được lắp cố định vào khung, cơ cấu các đầu từ được ghép vào giữa các đĩa. Hình 10: Đĩa từ bên trong ổ đĩa cứng Có thể coi mỗi mặt đĩa cứng là một trường hai chiều: cao và rộng. Theo kiểu hình học này thì dữ liệu được ghi vào các vòng tròn đồng tâm, phân bố từ trục quay ra tới rìa đĩa. Mỗi vòng trong đồng tâm trên đĩa gọi là Track. Track có thể được hiểu đơn giản giống các rãnh ghi dữ liệu giống như các đĩa nhựa (ghi âm nhạc trước đây) nhưng sự cách biệt của các rãnh ghi này không có các gờ phân biệt và chúng là các vòng tròn đồng tâm chứ không nối tiếp nhau thành dạng xoắn trôn ốc như đĩa nhựa. Track trên ổ đĩa cứng không cố định từ khi sản xuất, chúng có thể thay đổi vị trí khi định dạng cấp thấp ổ đĩa (low format). Thông thường,mỗi đĩa có từ 312 đến 2048 rãnh. Track là một tập hợp bao gồm một số sector nhất định nhưng dung lượng từng track khác nhau có độ lớn từ trong ra ngoài (Track 0>track 1 >track 2 >…>track N>track N+1). Khi một ổ đĩa cứng đã hoạt động quá nhiều năm liên tục, khi kết quả kiểm tra bằng các phần mềm cho thấy xuất hiện nhiều khối hư hỏng (bad block) thì có nghĩa là phần cơ của nó đã rơ rão và làm việc không chính xác như khi mới sản xuất, lúc này thích hợp nhất là format cấp thấp cho nó để tương thích hơn với chế độ làm việc của phần cơ. Cylinder bao gồm những track có chung một tâm và đồng trục nằm trên những mặt đĩa từ. Tập hợp các track cùng bán kính (cùng số hiệu trên) ở các mặt đĩa khác nhau thành các cylinder. Hình 11: Hình mô tả Cylinder Nói một cách chính xác hơn thì: khi đầu đọc/ghi đầu tiên làm việc tại một track nào thì tập hợp toàn bộ các track trên các bề mặt đĩa còn lại mà các đầu đọc còn lại đang làm việc tại đó gọi là cylinder (cách giải thích này chính xác hơn bởi có thể xảy ra thường hợp các đầu đọc khác nhau có khoảng cách đến tâm quay của đĩa khác nhau do quá trình chế tạo). Trên một ổ đĩa cứng có nhiều cylinder bởi có nhiều track trên mỗi mặt đĩa từ. Hình 12: Mô tả Track/Cluster/Sector(cung từ) Mô tơ trục quay là bộ phận để gắn các đĩa từ lên nó, chúng được nối trực tiếp với động cơ quay đĩa cứng. Trục quay có nhiệm vụ truyền chuyển động quay từ động cơ đến các đĩa từ. Trục quay thường chế tạo bằng các vật liệu nhẹ (như hợp kim nhôm) và được chế tạo tuyệt đối chính xác để đảm bảo trọng tâm của chúng không được sai lệch - bởi chỉ một sự sai lệch nhỏ có thể gây lên sự rung lắc của toàn bộ đĩa cứng khi làm việc ở tốc độ cao, dẫn đến quá trình đọc/ghi không chính xác. Hình 13: Mô tơ trục quay Một trong những yếu tố xác định chất lượng của ổ cứng là tốc độ mà đĩa từ lướt qua dưới đầu đọc/ghi. Đĩa từ lướt qua đầu từ với tốc độ khá cao (ít nhất là 3600 vòng/phút). Môtơ trục (spindle môtơ) có chức năng làm quay các đĩa từ. Môtơ trục là loại môtơ không có chỗi quét, chiều cao thấp, dùng điện một chiều, tương tự như môtơ trong ổ đĩa mềm. Khi môtơ được cấp điện, một từ trường được tạo ra trong các cuốn dây môtơ. Khi điện cắt, năng lượng từ trường lưu trữ trong các cuộn dây môtơ được giải phóng dưới dạng xung điện thế ngược. Kỹ thuật Hãm động (dynamic braking) sẽ sử dụng năng lượng của xung điện thế ngược đó để làm dừng đĩa lại. Tốc độ quay của motor trục quay: Thông thường thì các loại đĩa cứng hiện nay có tốc độ quay từ 5200rpm đến 7200rpm(rpm viết tắt của round per minute, nghĩa là số vòng quay trong một phút). Không chỉ có thế trên thị trường hiện nay đã có những loại ổ cứng chuyên dụng với khả năng có tốc độ đến 10000rpm hoặc 15000rpm. Tốc độ quay giữ một vai trò thiết yếu đến tốc độ truy xuất dữ liệu của ổ cứng, quay càng nhanh thì đọc và ghi càng nhanh nhưng như thế cũng đồng nghĩa là ổ cứng sẽ kêu to hơn và mau nóng hơn. Khi ổ cứng nóng lên (có nghĩa là đĩa từ cũng sẽ nóng lên theo) sẽ làm cho lực từ bị hao hụt và “nhiễu” lúc đó dữ liệu đọc và ghi sẽ có rất nhiều vấn đề. Với những loại ỗ cứng có tốc độ cao như thế này thì các nhà sản xuất luôn khuyến cáo người tiêu dùng nên trang bị thêm quạt giải nhiệt để kéo dài tuổi thọ và dữ liệu của ổ cứng. Nhờ có tốc độ cao như thế mà các ổ cứng thế hệ sau này đều có khả năng đọc hết tất cả mọi sector trên cùng một track chỉ bằng một vòng quay. Tốc độ của motor trục quay luôn luôn là một hằng số, nếu nó bị thay đổi có nghĩa là ổ cứng đó không thể sử được nữa. 2.2.2. Đầu từ, thanh mang đầu từ Đầu từ của ổ đĩa cứng thường được chế rao như trong ổ đĩa mềm, lõi sắt mềm cộng với 8 đến 34 (hoặc hơn) vòng dây đồng mảnh. Các đầu từ này có kích thước lớn và tương đối năng làm hạn chế số rãnh có thể có trên mặt đĩa mà hệ thống chuyển dịch đầu từ phải khắc phục. Hiện nay, các thiết kế đầu từ đã loại bỏ các kiểu quấn dây cổ điển mà dùng loại đầu từ màng mỏng. Nó được chế tạo giống như vi mạch dùng công nghệ quang hóa. Do kích thước nhỏ và nhẹ nên độ rộng của rãnh ghi cũng nhỏ hơn và thời gian dịch chuyển đầu tư nhanh hơn. Trong cấu trúc tổng thể, các đầu từ này được gắn vào các cánh tay kim loại dài(gọi là thanh mang đầu từ) điều khiển bằng môtơ. Các vi mạch tiền khuếch đại của đầu từ thường được gắn trên tấm vi mạch in nhỏ nằm trong bộ dịch chuyển đầu từ. Toàn bộ cấu trúc này được bọc kín trong hộp đĩa. Hộp được đậy kín bằng nắp kim loại có gioăng lót. Hình 14: Đầu từ(head) Đầu từ đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit (trước đây là lõi sắt) và cuộn dây (giống như nam châm điện). Gần đây các công nghệ mới hơn giúp cho ổ đĩa cứng hoạt động với mật độ xít chặt hơn như: chuyển các hạt từ sắp xếp theo phương vuông góc với bề mặt đĩa nên các đầu đọc được thiết kế nhỏ gọn và phát triển theo các ứng dụng công nghệ mới. Đầu từ trong đĩa cứng có công dụng đọc dữ liệu dưới dạng từ hoá trên bề mặt đĩa từ hoặc từ hoá lên các mặt đĩa khi ghi dữ liệu. Số đầu từ luôn bằng số mặt hoạt động được của các đĩa cứng, có nghĩa chúng nhỏ hơn hoặc bằng hai lần số đĩa (nhỏ hơn trong trường hợp ví dụ hai đĩa nhưng chỉ sử dụng 3 mặt). Trên mỗi mặt đĩa từ của ổ cứng thì đều có một đầu từ riêng biệt, những đầu từ này có vai trò đọc/ghi dữ liệu lên bề mặt đĩa từ. Thanh mang đầu từ là thiết bị mà đầu từ gắn vào nó. Thanh mang đầu từ có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với các đĩa từ ở một khoảng cách nhất định, dịch chuyển và định vị chính xác đầu từ tại các vị trí từ mép đĩa đến vùng phía trong của đĩa (phía trục quay). Các thanh mang đầu từ di chuyển đầu từ được di chuyển đồng thời với nhau do chúng được gắn chung trên một trục quay(đồng trục