¿Cómo es posible que los discos duros sean mecánicamente tan robustos?

Question

Las unidades de disco duro (HDD) se basan en un pequeño cabezal de lectura-escritura que se desplaza unos 70 nm sobre el plato. 1 , 2 . El efecto físico en el que se basa este hovering parece ser el efecto suelo 3 Así que parece que no hay ningún control electrónico de bucle cerrado para el posicionamiento vertical.

No obstante, parece que los discos duros son bastante resistentes a los golpes físicos. Probablemente he pateado accidentalmente mi ordenador debajo de mi escritorio ya un centenar de veces con el HDD en marcha y no ha pasado nada malo. Además, los discos duros para portátiles serían prácticamente imposibles si la robustez mecánica fuera extremadamente baja. Pero, ¿cómo funciona esto? Los choques físicos en el rango de los nm son probablemente bastante frecuentes, y son difíciles de observar sin equipos de medición especiales. En realidad, yo esperaría fallos en los cabezales mucho más a menudo de lo que realmente ocurren.

¿El "colchón de aire" sobre el que se eleva la cabeza ya es lo suficientemente bueno para lograr una robustez tan grande o hay que recurrir a trucos especiales?

Answer 1

El sistema de posicionamiento de la cabeza es un bobina móvil actuador. Se trata simplemente de una bobina de alambre entre dos imanes muy potentes, cuyo funcionamiento es idéntico al de la bobina móvil de un altavoz. Mientras que un altavoz debe reproducir fielmente los movimientos acústicos hasta miles de veces por segundo, la bobina móvil de un disco duro posiciona con precisión los cabezales en cualquier lugar dentro del rango definido miles de veces por segundo.

Alcanza una precisión ultraelevada recalibrándose continuamente. Esta recalibración elimina las desviaciones debidas a los cambios de temperatura, ya que la temperatura provoca una expansión y contracción microscópica de todo el interior del accionamiento, lo que de otro modo provocaría problemas de alineación. Los accionamientos antiguos que utilizaban motores paso a paso para la posición del cabezal tenían dificultades para adaptarse a los cambios de temperatura. Por eso, un accionamiento moderno constantemente reajustándose para obtener el mejor rendimiento.

Los cabezales se "acoplan" o "aparcan" fuera del plato mediante guías mecánicas que los alejan de él. Los cabezales están accionados por un resorte que ejerce cierta (pequeña) fuerza hacia el plato. Dependiendo de la unidad, puede pasar la mayor parte de su vida en modo "aparcado", donde una patada no le haría ningún daño. Cuando se accede de nuevo, salen de la zona de estacionamiento, completan la operación y vuelven a estacionarse. Puede detectar una desalineación y recalibrar inmediatamente, o esperar a la siguiente recalibración programada, que se produce en milisegundos con un pequeño parpadeo del LED indicador (si es que informa de esto como "actividad"). Algunas unidades pueden utilizar un área "aparcada" y un área "inactiva", que está en la superficie del disco pero no se utiliza para el almacenamiento. Esto sería obviamente más rápido, por lo que puede ser más común.

Incluso si se produce una patada durante un ciclo de lectura-escritura, el "colchón de aire" ya está presionando contra la tensión de precarga del muelle de la cabeza, por lo que se necesita una patada bastante fuerte para provocar un "choque de la cabeza". En ese momento, el cabezal "se sumerge" en el revestimiento del plato y lo raspa físicamente. Eso, para un punto minúsculo en algún lugar al azar en el disco significaría una serie de "bloques malos" congruentes con la longitud y anchura del rasguño. Salvo cualquier otro daño, esas zonas se marcarían como "malas" mediante un formato de disco (largo, "superficial") y el resto funcionaría con normalidad. Pero si esto ocurriera en la pista 0, el registro de arranque maestro, la tabla de particiones u otras áreas especiales, el disco podría quedar totalmente inutilizable.

La bobina móvil puede verse brevemente en este vídeo .

P.D. Antes, los componentes físicos de un disco duro eran más avanzados que los electrónicos. Así, un fallo de disco duro solía ser un físico y los datos sólo podían recuperarse en una sala blanca sustituyendo los componentes defectuosos por otros en buen estado. Pero hoy en día, la electrónica de control es mucho más avanzada y falla con la misma frecuencia (si no más) que los componentes físicos. Por ejemplo, si un disco duro de plato giratorio no funciona hoy en día, hay un 50/50 de posibilidades de que la sustitución de la placa controladora (que es bastante fácil de hacer y no requiere una sala limpia) haga que vuelva a funcionar. Por supuesto, un fallo de la controladora podría haber destrozado y maltratado los componentes físicos, por lo que cualquier reparación que funcione debería recuperar inmediatamente los datos y asumir que la unidad puede volver a morir en cualquier momento. Y, enfriar el disco también funciona a veces, encogiendo microscópicamente todo lo que hay dentro. Pero esto debe considerarse un proceso destructivo, porque la humedad ambiente se condensa en los objetos fríos y eso es cierto en el disco también - obtener los datos antes de que muera.

Answer 2

No buscas lo suficiente. Y esto no es exactamente pregunta eléctrica.

Tengo una docena de casos, cuando he encontrado sectores defectuosos en el disco duro después de los choques.

He oído antes, que podría aparecer sectores defectuosos, si sólo golpear el escritorio donde se coloca el ordenador de trabajo con la mano, o incluso golpear el suelo con la pierna, o dejar caer algo pesado en el suelo.

Hace unos años, hice limpieza en mi habitación y por un momento perdí el equilibrio y para evitar la caída, expuse la mano y accidentalmente golpeé el escritorio, donde estaba trabajando el ordenador. En pocos días, en el registro aparece un mensaje sobre sectores defectuosos, en el disco duro, que funciona ~ 2 años antes sin ningún problema.

La siguiente vez, unos años después del primer caso, mis vecinos hicieron obras en sus apartamentos y dejaron caer algo pesado al suelo, por lo que sentí una fuerte sacudida. - Otros pocos males.

Cuando los discos duros modernos se apagan o incluso dejan de girar para ahorrar energía, pasan a una configuración especial, denominada estacionada, con la que pueden soportar golpes enormes, de hasta 900G. Además, muchos portátiles tienen la función de monitorizar constantemente el entorno en busca de aceleraciones y, si aparece gravedad cero, también detienen el giro y se aparcan.

Y en muchos portátiles modernos, el ahorro de energía del disco duro se utiliza de forma muy agresiva y, como efecto secundario, salva a los discos duros de arañazos mecánicos.

Desgraciadamente, este ahorro de energía tiene un efecto secundario negativo: los discos duros utilizan cojinetes hidrodinámicos, tienen un número limitado de ciclos de arranque y parada (algo en el rango de unos 10000, considerado para 1-3 ciclos al día, lo que significa unos 3 años de vida útil), por lo que un ahorro de energía agresivo podría degradar los cojinetes muy rápido, en un año más o menos.

Suelo desactivar el ahorro de energía del disco duro, y mis ordenadores funcionan constantemente, pero por el momento no tengo ninguna solución que funcione contra los golpes - he probado con almohadillas de goma (sin éxito), ahora haciendo suspensión con gomas elásticas, la próxima ya veremos.