Jak działają głowice w dysku twardym? Mechanizm odczytu i zapisu danych
- All Data Recovery
- HDD

Dysk twardy (HDD – Hard Disk Drive) to jedno z najważniejszych urządzeń w komputerze, odpowiedzialne za przechowywanie danych. Choć na pierwszy rzut oka może wydawać się prostym nośnikiem pamięci, jego wewnętrzna budowa jest skomplikowana, a najważniejszą rolę odgrywa w niej głowica odczytu i zapisu.
To właśnie dzięki głowicom dysk twardy może zapisywać i odczytywać informacje z wirujących talerzy magnetycznych. W tym artykule przyjrzymy się bliżej, jak dokładnie działają głowice w dysku i jakie procesy stoją za ich działaniem.
Budowa dysku twardego – głowice i talerze
Aby zrozumieć zasadę działania głowic, warto najpierw przyjrzeć się podstawowym elementom budowy dysku twardego:
- Talerze magnetyczne – Dysk składa się z jednego lub kilku okrągłych talerzy wykonanych z materiału pokrytego cienką warstwą magnetyczną. Talerze obracają się z dużą prędkością, najczęściej od 5400 do 7200 obrotów na minutę (RPM), a w dyskach przeznaczonych do serwerów nawet do 15000 RPM.
- Głowice odczytu i zapisu – Każdy talerz ma przypisaną głowicę, która porusza się nad jego powierzchnią, odczytując lub zapisując dane. Głowice są umieszczone na specjalnym ramieniu zwanym aktuatorem, który umożliwia ich precyzyjne przesuwanie nad odpowiednimi ścieżkami danych.
- Aktuator – Mechanizm aktuatora steruje ruchem ramion, przesuwając głowice wzdłuż promienia talerza, aby mogły one dotrzeć do konkretnego sektora, na którym znajdują się zapisane dane.
Zasada działania głowic w dysku twardym
Głowice w dysku twardym odpowiadają za dwa podstawowe procesy: odczyt danych oraz zapis danych. Oba te procesy odbywają się za pomocą zjawisk magnetycznych.
- Proces zapisu danych
Dane są zapisywane na powierzchni talerzy w postaci mikroskopijnych obszarów magnetycznych, z których każdy reprezentuje jeden bit informacji – 0 lub 1. Głowica zapisująca generuje silne pole magnetyczne, które zmienia stan magnetyzacji tych obszarów. W zależności od kierunku namagnesowania obszarów talerza (np. w prawo lub w lewo), zapisane zostaje zero lub jedynka.
Cały proces zapisu jest niezwykle precyzyjny – głowica musi ustawić się dokładnie nad odpowiednią ścieżką i zapisać dane w konkretnym sektorze. Talerze obracają się z dużą prędkością, co pozwala na szybki zapis informacji.
- Proces odczytu danych
Podczas odczytu danych głowica działa jak czujnik magnetyczny. Poruszając się nad talerzami, wykrywa zmiany w polu magnetycznym obszarów zapisanych na dysku. Zmiany te są interpretowane jako ciąg zer i jedynek, które następnie są przetwarzane przez elektronikę dysku i przesyłane do komputera jako dane.
Głowica odczytująca nie dotyka bezpośrednio powierzchni talerza – unosi się nad nim na mikroskopijnej wysokości, wynoszącej zaledwie kilka nanometrów. Tę precyzję zapewnia poduszka powietrzna, która tworzy się w wyniku szybkiego obracania się talerzy.
Jak głowice znajdują właściwe dane?
Dysk twardy zapisuje dane w postaci ścieżek i sektorów na talerzach. Głowice muszą być precyzyjnie sterowane, aby odnaleźć odpowiednią ścieżkę, a następnie konkretny sektor, w którym znajdują się poszukiwane informacje.
Sterowanie głowicami odbywa się za pomocą aktuatora i specjalnego układu elektronicznego, który współpracuje z oprogramowaniem dysku (firmware). Kiedy komputer wysyła żądanie odczytu lub zapisu danych, firmware określa, na którym talerzu i w którym sektorze znajdują się dane, a następnie ustawia głowice nad odpowiednim miejscem.
Co może pójść nie tak – uszkodzenia głowic
Głowice w dysku twardym to niezwykle precyzyjne i delikatne elementy. Niestety, są również podatne na uszkodzenia, które mogą doprowadzić do utraty danych. Do najczęstszych awarii związanych z głowicami należą:
- Awaria mechaniczna – Jeśli laptop lub komputer zostanie nagle uderzony lub upuszczony podczas pracy, głowice mogą zetknąć się z powierzchnią talerzy, co może spowodować ich uszkodzenie i powstanie tzw. bad sektorów.
- Zabrudzenie głowic – Pył lub drobne zanieczyszczenia mogą dostać się do wnętrza dysku, powodując uszkodzenia głowic lub zniekształcenia odczytu danych.
- Zepsuty aktuator – Jeśli mechanizm sterujący ruchem głowic przestanie działać prawidłowo, głowice mogą nie być w stanie odczytać danych z właściwych ścieżek.
- Zużycie głowic – Po długim czasie eksploatacji dysku, głowice mogą stracić włąsciwości do magnesowania
- Uszkodzenie przedwzmacniaczy – te mikroskopijne układy potrafią się uszkodzić i nie być w stanie wzmocnić nikłego sygnału z głowic
Dlaczego precyzja głowic ma tak ważne znaczenie?
Współczesne dyski twarde mają bardzo dużą gęstość zapisu danych – oznacza to, że na niewielkiej powierzchni talerza zapisane są miliardy bitów informacji. Głowica musi poruszać się z niezwykłą precyzją, aby odnaleźć właściwe dane. Jakakolwiek niewielka odchyłka może skutkować błędnym odczytem lub nawet uszkodzeniem danych.
Głowice w dysku twardym to bardzo ważny element umożliwiający zapis i odczyt danych. Działają na zasadzie zmiany i detekcji pola magnetycznego na powierzchni talerzy, a ich precyzyjne sterowanie zapewnia szybkość i niezawodność działania dysku. Choć technologia ta jest niezwykle zaawansowana, głowice są również delikatne i podatne na uszkodzenia mechaniczne, co sprawia, że dyski twarde wymagają ostrożnego traktowania.
Zrozumienie działania głowic pozwala lepiej zrozumieć, dlaczego dyski twarde są tak czułe na uderzenia i wstrząsy oraz dlaczego warto regularnie tworzyć kopie zapasowe ważnych danych. Choć technologia SSD coraz bardziej wypiera tradycyjne dyski HDD, mechaniczne dyski twarde wciąż są powszechnie stosowane, zwłaszcza do przechowywania dużych ilości danych, gdzie liczy się pojemność, a niekoniecznie prędkość działania.