Inleiding
Dit artikel is geschreven door Martijn Hinderdael.
Velen van jullie zullen zich nog wel de tijd van vroeger herinneren, toen een harddisk nog groot en zwaar was, veel lawaai maakte en de mega capaciteit had van wel 5 hele megabytes. Nu leven we in een tijd waarin 20GB toch wel de minimale standaard is en een schijf die minder dan 10MB per seconde kan lezen al heel erg traag begint te worden.
Stel je voor dat je in een F16 met mach 1 op 1 meter boven een weiland vliegt en ondertussen de grassprietjes moet tellen.Dat is wat dat kleine blikken doosje dat in je kast staat te pruttelen doet terwijl jij lekker rustig zit te tweakeren.
In dit artikel gaan we in op de technologische veranderingen in dat blikken doosje die deze fantastische groei mogelijk gemaakt hebben. Ook laten we zien waarom je schijf nou eigenlijk pruttelt bij het lezen en waar defragmenteren goed voor is. Dit vullen we aan met plaatjes van de collectie gesloopte harddisk onderdelen op de faculteit Werktuigbouwkunde van de TU-Delft en een paar plaatjes van het faillure analysis lab van Seagate te Schiphol.
Waaruit is een harde schijf opgebouwd
De belangrijkste delen van de harde schijf zijn de schijven en de leeskoppen. De schijven zijn gemaakt van een plaatje metaal met onder andere een magnetiseerbaar laagje erop. Het leeswerk bestaat uit een positioneer arm met daaraan een leeskopje, een positioneermechaniekje en iets om de positie en/of de beweging uit te lezen. Het uitleesgedeelte is vaak gecombineerd met het lees/schrijfkopje. Het hier gebruikte voorbeeld rechts (een oude 70MB schijf van IBM uit 1980!!!) laat de losse delen goed zien. De zwarte dropjes bij het uiteinde van de arm bevatten de lees- en de schrijfkop. Deze schijf is een vrij uniek exemplaar en hij is een van de eerste schijven die de revolutie in gang heeft gezet van de grote lompe schijven van vroeger naar de lichte schijven van nu. De module is iets breder dan een 51/4" bay en ongeveer anderhalf-twee keer zo hoog.
Hoe wordt een schijf gemaakt
Eerst wordt uit aluminium een rond plaatje met een rond gat geponst. Vervolgens wordt het schijfje schoongemaakt. Dit gebeurt in een bak water met geluidsgolven, waardoor alle vuildeeltjes eraf vallen.
Daarna worden ze superglad gepolijst.
Vervolgens wordt de parkingzone erin gelaserd. De parkingzone is de ring waarop de kop parkeert terwijl de schijf niet draait. De kop zweeft boven de schijf op een laagje lucht, dit laagje krijg je boven een vlakke plaat alleen als er een groot snelheidsverschil is tussen de leeskop en de schijf. In de parkingzone zijn allemaal kleine putjes van ongeveer een micrometer groot gelaserd, zodat er ook bij stilstand en hele lage snelheid een luchtkussentje is waar het kopje op rust. Als de schijf opspint of na draait als de stroom eraf is, is het kopje veilig boven deze ring gepositioneerd.
Als je een oude schijf uit elkaar sloopt en de schijf met de hand ronddraait terwijl de kop in de parkeerstand staat (binnenkant van de schijf) zul je merken dat dit vrij soepel gaat. Beweeg je het armpje vervolgens een stukje naar buiten en draai je de schijf weer, dan gaat het ineens heel stroef en hoor je gepiep en gekras. Op dat moment weet je zeker dat je apparaat gesloopt is
.
De parkingzone is met het blote oog te zien op de schijf als een iets matter gekleurde ring van een paar millimeter breed. Vooral bij nieuwere schijven met zilverkleurige platters (hieronder) is dit goed te zien. Bij oude schijven zul je deze zone niet kunnen zien, omdat de parkingzone een vrij nieuwe uitvinding is. Vroeger kon je in je bios de tracks instellen waar je koppen geparkeerd moesten worden als de schijf uitgeschakeld werd. Omdat deze tracks in het bios ingesteld werden, kon er voor gezorgd worden dat er geen data op de parkingzone weg geschreven kon worden.
Vervolgens worden de schijven schoongemaakt en worden er allerlei laagjes opgedampt, waaronder de magneetfilm. Als laatste komt er een aflak laag overheen.
Toen het mogelijk werd om de leeskopjes kleiner te maken, kon de data steeds dichter op elkaar geperst worden. Hierdoor werd het mogelijk om op kleine schijven toch voldoende data op te slaan. Doordat de diameters van de schijven af nam, kon het leesarmpje steeds lichter geconstrueerd worden en kon er meer gebruik gemaakt worden van de snellere roterende arm. Dit betekent een grotere zoek snelheid, waardoor de zoektijd afneemt en dus je performance een lekkere boost krijgt. Ook konden de toerentallen steeds verder omhoog, omdat een spindel kleine platters makkelijker uit te balanceren is dan een spindel met grote platen.
Integratie van verschillende functies in een onderdeel
De tweede revolutie was dat steeds meer verschillende functies in een onderdeel werden gepropt. Het leesarmpje kreeg nu naast het leeskopje ook een dingetje om uit te lezen waar het kopje zich nu precies bevind. Hierdoor is snellere terugkoppeling mogelijk, met als gevolg een grotere nauwkeurigheid. Ook wordt het nu mogelijk om die nauwkeurigheid met een grotere snelheid te halen. Hiervoor zijn verschillende oplossingen bedacht. Een ervan is hier rechtsonder heel mooi geïllustreerd. Men heeft een glasplaatje met daarop een laagje zilver aan het armpje bevestigd. In dit glasplaatje zitten allemaal piepkleine gaatjes, net als in een CD. Door het glasplaatje wordt een laserstraal gestuurd. Door nu het aantal gaatjes te tellen dat voorbij gekomen is weet je waar het kopje zich bevindt. Dit systeem heeft het uiteindelijk toch niet gehaald, net als de aandrijving met het tandwieltje rechts. De schijf hier onder heeft een stel losse spoelen waardoorheen een magnetische stang rechtlijnig beweegt om vervolgens de arm te aan te drijven.
Tegenwoordig staan bij alle schijven de leeskopjes op een roterende arm en is de uitregeling geïntegreerd in de leeskop, zoals hierboven besproken. Bovendien is tegenwoordig het leeskopje nu vaak geïntegreerd in het kunststof plakje met de bedrading, terwijl die vroeger echt los op de arm bevestigd werd, zoals goed te zien is bij de stapel spul hier onder.
De aandrijving van de arm was vaak ook een los onderdeel (soms gewoon een motortje met een tandwiel) buiten de arm. Ook dit werd nu geïntegreerd in de arm in de vorm van een spoel. Hierdoor werd weer een onderdeel uitgespaard. Dit scheelt in het gewicht en uiteraard ook in de fabricage kosten.
De dingen die in harde schijven ontwikkeld zijn, werden vaak ook toegepast in andere machines uit het computertijdperk. Mede daardoor konden steeds betere chips gebouwd worden en steeds kleinere circuitjes. Daardoor kan ook het leeskopje steeds kleiner gemaakt worden en past er steeds meer data op een schijf.
Wat stofjes allemaal doen met je harddisk
Zoals je ongetwijfeld weet is stof de hel voor je harde schijf. Als je je afvraagt hoe de ravage van een stofje op je schijf er nu eigenlijk uit ziet, check dan dit stukske.
Hier zat een stofje op de schijf dat een kras heeft getrokken over de lees/schrijfkop. Het lees en het schrijf deel zijn door de kras aan elkaar gelast en kortgesloten. Dit is dus einde oefening voor je hele schijf. Met wat geluk is in een lab de data nog terug te rekenen van de platters. Een groot deel van je schijf is dan immers nog in takt. Maar tenzij je geld als drek hebt om de data terug te laten vinden in een duur lab ben je alles gewoon kwijt.
Bij die botsing heeft het stofje ook een kras getrokken in de toplaag van de schijf. Als je goed kijkt kun je over het hele plaatje nog meer slijtage sporen zien die het stofje en/of de kop getrokken heeft na de botsing. Ook op de foto van data op de schijf links onder laten enge dingen zien die kleine deeltjes met je bitjes uit kunnen vreten. Een 'vakje' op de schijf is ongeveer een duizendste millimeter bij een duizendste millimeter groot.
Deze schijf rechts heeft een head crash gehad. De lijn die de kop over de schijf getrokken heeft is duidelijk te zien en erg diep. Logischerwijs is de schijf dus ook erg stuk. Leuk detail is de stang iets rechtsonder de kop. Deze stang is een van de geleiders waarlangs de kop lineair beweegt. Rechts aan de stang kun je een lager zien waarmee het mechaniek langs de stang rolt.
Hoe je harde schijf te modden
Een poosje geleden is er op tweakers.net een guide verschenen over hoe je je harddisk doorzichtig kunt maken. Het schrijven van dit artikel is begonnen als extraatje bij een eigen guide om dit iets professioneler aan te pakken. Maar ondanks het gebruik van een echte cleanroom, een frees en een draaibank en nog veel andere moeilijke materialen is het mij niet gelukt om een harddisk met een perspex dakje werkend te krijgen. Ik raad de tweaker dan ook aan om het zelf NIET te proberen en zeker niet met een nieuwe schijf.
Doe je het stiekem toch, dan kan ik je alleen nog even aanraden om te letten op de volgorde waaronder je de schroeven losdraait en weer vastzet. Eerst haal je de schroeven aan de zijkanten van het deksel los. Eerst de middelste twee, dan de bovenste, dan de onderste. Daarna haal je de schroef boven in de as van de spindel los en vervolgens als laatste de schroef die in de as van de arm zit. Vastmaken doe je in omgekeerde volgorde. Probeer ook niet om een eventueel aanwezig membraan op het deksel te vervangen met een plakbandje. Er komt damp van de lijm af en die dampdeeltjes zijn groter dan de afstand schijf-kop en veroorzaken dus schade die lijkt op het gele plaatje hier links boven. Verder zijn er nog honderdduizend andere dingen die fout kunnen gaan dus tenzij je schijven/geld als drek hebt zou ik ze mooi dicht in mijn kast laten zitten. Ook moet je erg goed opletten dat je niet statisch geladen bent. Om dit te beperken gebruik ik thuis een aluminium plaat die ik door middel van een draadje aan mijn verwarming verbonden heb. Mouwen opstropen, spul op de plaat leggen, dan pas uitpakken en klussen maar.
Probeer ook zo veel mogelijk van je bestaande dak in takt te laten. Laat vooral ook een streep over de hele kap heel waarin de schroeven voor de assen bevestigd worden en de hele rand, zodat je de pakking en de posities van alle schroefgaten kan behouden. Gebruik als het even kan een freesbank voor het maken van de gaten in het deksel, daarmee kun je nauwkeuriger en voorzichtiger werken, op die manier is de kans dat je het deksel beschadigt en buigt een stuk kleiner geworden. Gebruik een lage voedingssnelheid en klem het werkstuk netjes in met behulp van kikkerplaten en een nette oplegging. Gebruik in geen geval een bankschroef achtig gereedschap om je plaat in te spannen. Hiermee trek je je dak onherroepelijk krom.
Heb je echter een oude harddisk in huis die overleden is, dan raad ik je aan om die een keer open te trekken en er een voeding aan te hangen. Het is erg leuk om zo'n ding te zien draaien en wie weet beweegt het leeswerk ook nog wat. Wat je dan voor je ziet werken is een van de mijlpalen in de technologische revolutie die plaats vindt terwijl je dit stuk leest.
Op de faculteit werktuigbouwkunde aan de TU Delft staat bij de sectie mechatronica een demo opstelling met daarin twee harddisks met een perspex dak erop. Als wilt zien hoe een harddisk van binnen werkt, trek de deur van de vitrine open en druk op het rode knopje. De schijven zullen een poosje gaan draaien en gaan daarna vanzelf weer uit. Probeer ze niet te jatten, ze zijn toch stuk, je computer zal niet eens door hebben dat er een harddisk in hangt en er moeten nog meer mensen van genieten.
Met dank aan...:
Bij deze wil ik graag een aantal mensen bedanken voor hun medewerking aan dit project:
Van Seagate Nederland:
- Nathalie Balemans, voor het leveren van een paar showdrives en het zoeken naar antwoorden op mijn lastige vragen
- Dick Leenheer, idem en het regelen van een bezoekje aan Seagate corp.
- Richard Spierdijk, voor de kleine rondleiding in het failure analysis lab, een kop koffie en zijn heldere uitleg
Van A-Tembo computers in Delft:
- Daphne ik weet je achternaam niet, voor het leveren van een drive voor de harddisk-modding guide die ik aan dit artikel vast wilde knopen. De drive is ondanks alle voorzorgen jammerlijk overleden.
Van de vakgroep mechatronica op de faculteit werktuigbouwkunde van de TU Delft:
- Frans van Rongen, voor het beschikbaar stellen van de cleanroom, de experimenteer ruimte, zijn digitale fototoestel en zijn adviezen
- Prof. Jan van Eijk, voor het geheel spontaan opzoeken en aanbieden van studiemateriaal voor dit artikel.
- Meneer Seiffers, voor het showen van oude schijven en het leveren van wat knutselmateriaal voor dit project
Verder nog:
- Mischa de Werk, voor het helpen modden van twee harddisks
- Daniel kegel, voor het beschikbaar stellen van de eerste schijf die ik gesloopt heb.