All'interno di un hard disk

Le tecniche di registrazione hanno avuto una notevole evoluzione negli ultimi anni, anche se i principi di base sono rimasti pressochà© invariati. Quelle che sono cambiate invece moltissimo sono le tecnologie utilizzate per i vari componenti che formano questo tipo di unità . Oltre a una scelta di materiali diversi, sono stati introdotti diversi accorgimenti per rendere più affidabili e preformanti gli hard disk, ma questo non significa che siano eterni. Per capire a quali guasti possono essere soggetti e mettere in atto degli accorgimenti per ridurre il rischio di danni può essere utile sapere come sono fatti gli hard disk.

Fatta esclusione per lo chassis esterno, un hard disk è composto essenzialmente da un sistema meccanico, formato a sua volta dai dischi, un motore e il sistema di bracci per le testine, e una parte elettronica dedicata al controllo dei componenti e all'interfacciamento con l'esterno.
Diamo un sguardo ai singoli componenti.

[tit:Il motore]
Le tecnologie utilizzate per i motori degli hard disk hanno fatto molti progressi nel corso degli anni. In particolare oggi si usano motori in grado di raggiungere elevate velocità  di rotazione (fino a 15.000 rpm), ma in grado anche di assicurare una elevata affidabilità .

Ormai per i motori degli hard disk non si usano più cuscinetti a sfere, ma cuscinetti di tipo fluid bearing.

In particolare occorre considerare le difficoltà  progettuali di questo tipo di motori, considerando, per esempio, che devono avere uno spessore limitato, ma che l'asse di rotazione, relativamente lungo, è solidale con lo chassis in un solo punto (la base), e non in due, e quindi devono offrire anche una elevata rigidità . Occorre inoltre qualcosa che non provochi vibrazioni che potrebbero essere pericolosissime per l'integrità  di dischi e testine. I tradizionali cuscinetti a sfere sono stati sostituiti da cuscinetti reggispinta con tecnologia Fluid Bearing. Questo sistema prevede un accoppiamento con tolleranze molto ridotte fra il fulcro e il supporto, in modo che una minima quantità  di liquido ne permetta sia la lubrificazione che il posizionamento in modo stabile nella sua sede.

[tit:I dischi]
In un hard disk sono la parte preposta a ospitare i dati mediate un sistema di registrazione magnetico. All'interno di un hard disk ce ne può essere più di uno, a seconda della capacità  desiderata. Le attuali tecnologie, infatti, hanno dei limiti nella densità  di registrazione che arrivano fino a 200 Mbit per millimetro quadrato, per cui gli hard disk con le capacità  più alte devono essere formati da più dischi.Il materiale con cui sono realizzati i dischi magnetici sono leghe metalliche oppure il vetro, e questo perchà© devono offrire caratteristiche ben precise.

Il motore di un hard disk si fissa allo chassis solamente alla base e quindi deve offrire particolari caratterisitiche.

Un elemento che condiziona la scelta dei materiali da utilizzare per i dischi è infatti legato alla dilatazione termica. Il calore all'interno di un hard disk si può limitare, ma non eliminare e materiali come il metalli tendono a dilatarsi o contrasti in base alle variazioni di temperatura. Considerando l'ordine di grandezza molto ridotto delle misure in gioco, anche la ridottissima dilazione legata a sbalzi di temperatura di pochi gradi potrebbe essere un problema se si sceglie il materiale sbagliato.Un secondo aspetto da considerare è che la superficie di un disco deve essere assolutamente piana, cioè senza ondulazione o asperità , questo perchà© le testine devono scorrere molto vicino al piatto per poter fare il loro lavoro. Per dare un'idea delle dimensioni in gioco, la tolleranza massima per le asperità  della superficie di un disco è nell'ordine di grandezza di alcuni nanometri (un nanometro equivale a un milionesimo di millimetro). In realtà  questo aspetto più che al materiale con cui è realizzato il disco dipende dal materiale magnetico che viene spruzzato sulla superficie. Questo elemento, infatti, è quello in cui sono effettivamente memorizzate le informazioni e il suo spessore è molto ridotto.I dischi sono inoltre ricoperti da uno strato sottilissimo (si parla di poche molecole di spessore) di materiale lubrificante.Per aumentare la capacità  di registrazione, si utilizzano entrambe il lati del disco.



[tit:Le testine]
Questo componente ha il compito di leggere e scrivere i dati nello strato magnetico dei dischi. Dato che le esigenze sono diverse ci sono due componenti: una testina per la lettura, più piccola, e una per la scrittura che ha dimensioni maggiori anche perchà© deve essere in grado di generare una campo magnetico più forte.

Le testine degli hard dsik son componeneti molto sofisticati e delicati.
Le testine sono un componente delicato, ma in fondo non troppo se confrontate con il sottile stato magnetico dei dischi.Per il funzionamento, una regola vitale è che le testine non devono toccare mai i dischi, anche se il concetto di "toccare" va specificato meglio. Le testine, infatti, si spostano durante il funzionamento a una distanza di poco più di una decina di nanometri dai dischi, e quindi sono estremamente vicine. In realtà  quando disco e testine si toccano questo implica una asportazione più o meno marcata di materiale magnetico dal disco, e questo ha un effetto devastante sui dati memorizzati..


[tit:Il braccio portatestine]
Le testine di lettura/scrittura sono installate su un braccio che permette loro di raggiungere quasi qualsiasi parte della superficie del disco. Le testine sono posizionate a una estremità  del braccio in modo elastico, almeno su un asse.

Questo è il braccio portatestine di un hard disk molto datato, ma molte delle tencologie sono rimaste praticamente le stesse.

Se infatti le testine non devono muoversi in senso orizzontale sul braccio, devono però poterlo fare in senso verticale per avvicinarsi il più possibile allo strato magnetico dei dischi. Per fare questo il braccio ha un profilo simile a quello di un'ala in modo da sfruttare lo spostamento d'aria provocato dalla rotazione dei dischi per posizionare in modo ottimale le testine sul disco.Le cose si complicano però se si pensa che le testine devono essere staccate il più possibile dai dischi nei periodi di non funzionamento dell'hard disk, per evitare che si possano urtare in caso di vibrazioni.Il braccio viene infatti parcheggiato al di fuori dell'area dei dischi durante lo spegnimento. Questo parcheggio è talmente importante che, in caso di mancanza improvvisa di corrente, i più recenti hard disk utilizzano l'energia residua dei dischi in rotazione prima che si fermino del tutto per posizionare il braccio portatestine nell'area di parcheggio.Il braccio, inoltre, ha in fulcro montato su cuscinetti a sfere e il collegamento con l'elettronica avvieni tramite dei cavi flessibili.
Questo braccio deve essere in grado di supportare accelerazioni elevatissime, legate anche ai cambiamenti di direzione necessari per passare da un parte all'altra dei dischi. Per assicurare queste elevatissime velocità , si usa un attuatore elettromeccanico composto da un magnete permanente opportunamente sagomato e una bobina.Un componente molto importante del braccio è il suo sistema di blocco che lo ospita quando l'hard disk è spento e ne impedisce il movimento per non fare urtare le testine con i dischi durante il trasporto.


[tit:L'elettronica]
Una parte molto importante è quella elettronica che devo svolgere numerose funzioni. Si occupa infatti del controllo della velocità  del motore, del movimento del braccio portatestine, di amplificare e gestire i segnali che arrivano dalle testine, di interfacciarsi con l'esterno, cioè con il computer.Il circuito stampato che raccoglia la maggior parte dell'elettronica si trova sotto lo chassis, posizione piuttosto pericolosa visto che è facilmente accessibile. Questo compoenente è infatti relativamente delicato sia dal punto vista meccanico che elettrico.La sezione elettronica utilizza un vero proprio processore che gestisce il funzionamento dell'unità . Per esempio serve a ricostruire i file dalla loro posizione fisica sul disco al loro contenuto logico visto che non sono quasi mai scritti sequenzialmente. A questo si aggiunge una certa quantità  di memoria usata come buffer. Questo buffer, o cache, serve a mantenere costantemente alimentate di dati i bus di comunicazione con il computer. Le sue dimensioni rispendo a precise esigenze di prestazioni, costi e affidabilità .Per l'interfacciamento, infine, ci sono dei chip che permettono la comunicazione secondo gli standard riconosciuti.


[tit:I guasti]
Tutti i vari componenti di un hard disk possono guastarsi, con le relative conseguenze in termini di perdita di dati.Per esempio il liquido usato per il Fluid Bearing nei motori degli hard disk funzionano correttamente solo all'interno di un range preciso di temperature, che sono quelle operative dell'hard disk. Se al temperatura è troppo bassa, il liquido usato sarebbe troppo viscoso e impedirebbe il funzionamento. Se la temperatura è invece troppo alta, potrebbe evaporare togliendo le possibilità  di lubrificazione con il relativo rischio di grippaggio, come per i motori della automobili rimaste senza olio.
Dato che il motore si aggancia in un solo punto allo chassis, quando si maneggia un hard disk non si deve mai premere sulla parte superiore dello chassis ma è molto più sicuro prenderlo ai lati.Uno dei punti più delicati è la superficie dei dischi. Visto che lo strato di materiale magnetico sui dischi è molto sottile occorre evitare che possa essere graffiato, cosa che può avvenire per un contatto con le testine oppure per l'ingresso di un corpo estraneo nell'hard disk. Gli hard disk infatti sono realizzati in camere bianche dove l'aria è quasi completamente priva di particelle di polvere, molto di più che in una normale sala operatoria. Viste le dimensioni in gioco in termini di distanza fra dischi e testine, un granello di polvere avrebbe le dimensioni sufficienti per provocare dei danni anche piuttosto seri. In pratica se un granello si incastrasse fra testine e dischi, il disco si graffierebbe, perdendo minuscole parti del materiale magnetico e anche le informazioni memorizzate in quella zona. tipico guasto è legato proprio a questo aspetto. Se, per esempio, una testina si sgancia dal braccio a causa di un urto o per un qualsiasi altro motivo, può provocare dei danni enormi allo strato magnetico sottostante , quasi sempre per tutta l'area del disco, facendo perdere tutte le informazioni memorizzate in quel lato del disco (sia per i danni al supporto magnetico, sia perchà© non c'è più la testina per leggerli).Un hard disk non è a tenuta stagna nel senso che l'aria può entrare e uscire, ma passa da un apposito filtro che non fa passare le particelle di polvere presenti all'esterno e assorbe in parte l'umidità . Questo significa anche che non bisogna mai aprire un hard disk se si vuole garantirne l'integrità .

                           
Questo filtro serve a far passare l'aria nell'hard disk e a prevenire l'ingresso di polvere e umidità .

Un altro potenziale nemico infatti è l'umidità , non tanto per eventuali fenomeni di corrosione, quanto per la condensa. In ambienti particolarmente umidi, specie nel periodo invernale, una minima quantità  di unità  potrebbe entrare all'interno dell'hard disk, specie nei periodi di prolungata inattività . Il rischio è per le testine che operano a brevissima distanza dai dischi e tracce di condensa possono letteralmente "incollarle" a causa della tensione superficiale. In generale, se il PC è rimasto spento per lungo tempo in un ambiente freddo e umido, può essere utile riscaldare l'ambiente per favorire l'evaporazione prima di accendere la macchina.Per la parte elettronica, la dislocazione facilmente accessibile dei componenti li rende soggetti a svariati rischi. Quello maggiore è legato alle cariche elettrostatiche. Alcuni componenti utilizzati nella sezione elettronica, infatti funzionano a tensioni bassissime e una scarica elettrostatica che si può avere semplicemente toccandoli è tale da procurare guasti talvolta molto subdoli da individuare e che si possono manifestare non immediatamente, ma dopo qualche tempo.Il consiglio è quello di non toccare mai la parte dei componenti elettronici, comunque assicurasi di non essere caricati elettrostaticamente , magari usando un apposito braccialetto con collegamento a terra.Per gli urti occorre considerare che una hard disk con le testine parcheggiate è molto robusto,e può resistere a accelerazioni di diverse centinaia di G. Questo però non significa che sia indistruttibile e se dovesse cadere dalla scrivania su una superficie dura, i rischi di guasti sono comunque elevati.Se la caduta avviene poi durante il funzionamento, bastano urti molto più contenuti per provocare danni. àˆ molto utile evitare di spostare hard disk accesi, cosa che può accadere per esempio, spostando il PC durante il funzionamento sulla scrivania. Questo accorgimento vale sopratutto per le unità  portatili che proprio per la loro natura sono molto più soggette a piccoli urti e vibrazioni.

[tit:La scelta]
Se dovete sostiruire l'hard disk oppure aggiuggerne uno nuovo, ecco alcune indicazioni che possono tornare utili. Per la capacità , i modelli più recenti per desktop offono tagli da circa 300 Gbyte a 1 TByte, ma  considerate che maggiore è la capacità , più complessa è la gestione (per esempio i tempi per un controllo sulla presenza di errori sono proporzionali alle dimensioni dei dischi). Sul fronte della velocità  di rotazione dei dischi, uno degli aspetti che condiziona le prestazioni, quella dei prodotti mainstream è di 7200 rpm. Considerate però che maggiore è il regime di rotazione, maggiore solitamene è la quantità  di calore da smartire.
Sul versante dello standard, ormai la maggior parte dei dischi sono di tipo SATA, per cui, anche se molte motherboard hanno controller sia SATA che ATA parallelo, è preferibie optare per lo standard più recente, quello SATA appunto.


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