Tìm hiểu các cơ cấu tự động (Servo Mechanisms)

Ba thiết kế cơ cấu tự động sau đã được sử dụng để điều khiển các định vị cuộn dây âm thanh trong máy tính qua nhiều năm:

Cơ cấu tự động nêm (Wedge servo)
Cơ cấu tự động nhúng (Embedded servo)
Cơ cấu tự động chuyên dụng (Dedicated servo)

Ba thiết kế có hơi khác nhau, nhưng chúng thực hiện cùng một nhiệm vụ cơ bản: cho phép bộ phận định vị đầu từ điều chỉnh liên tục do đó chúng sẽ được định vị một cách chính xác ngay trên một cylinder định sẵn trong đĩa. Sự khác biệt chính giữa những thiết kế cơ cấu tự động này là vị trí thực sự của thông tin mã hoá xám được ghi trong ổ đĩa.

Tất cả các cơ cấu tự động dựa vào thông tin đặc biệt được ghi vào đĩa khi các đĩa này được sản xuất. Thông tin này thường dưới dạng mã hoá đặc biệt gọi là một mã xám (gray code) — một hệ thống ký hiệu nhị phân đặc biệt mà trong đó bất kỳ hai số gần kề nào được đại diện bằng một mã hoá chỉ khác nhau ở một vị trí bít hay vị trí cột. Hệ thống này cho phép đầu từ dễ dàng đọc thông tin và nhanh chóng xác định vị trí chính xác của nó.

Quá trình phát triển

Vào thời điểm sản xuất, một thiết bị đặc biệt gọi là một bộ phận ghi cơ cấu tự động (servowriter) ghi các mã xám cơ cấu tự động vào đĩa. Bộ phận ghi cơ cấu tự động này về cơ bản là một khuôn dẫn di chuyển một cách máy móc các đầu từ đến một vị trí liên quan định sẵn và sau đó ghi thông tin cơ cấu tự động ở vị trí đó. Nhiều bộ phận ghi cơ cấu tự động được hướng dẫn chính chúng bởi một quy chiếu tia laser xác định vị trí của tia bằng cách tính các khoảng cách bước sóng ánh sáng.

Bởi vì bộ phận ghi cơ cấu tự động phải có khả năng di chuyển các đầu từ một cách máy móc, tiến trình đòi hỏi hoặc là gỡ bỏ nắp ổ đĩa hoặc là truy cập luôn sẵn sàng thông qua các cổng truy cập đặc biệt trong HDA. Sau khi quá trình ghi cơ cấu tự động hoàn thành, các cổng này thường được bao phủ bằng băng niêm phong. Bạn thường thấy những các lỗ băng dán này trên HDA, thường được kèm với các khuyến cáo bạn sẽ mất quyền được bảo hành nếu lột bỏ băng này này. Bởi vì quá trình ghi cơ cấu tự động lộ ra phần bên trong HAD, nó cần một môi trường sạch.

Một bộ phận ghi cơ cấu tự động là một bộ phận máy đắt tiền, giá hàng ngàn Mỹ kim và thường phải được chế tạo riêng tùy theo từng kiểu hay cấu tạo của ổ đĩa. Một số công ty máy tính thực hiện quá trình ghi cơ cấu tự động, có nghĩa là họ ghi lại thông tin cơ cấu tự động trên đĩa nếu đĩa bị hỏng. Nếu không có bộ phận ghi cơ cấu tự động, một ổ đĩa bị hỏng mã cơ cấu tự động phải được gửi trả về cho nhà sản xuất ổ đĩa để ghi lại thông tin cơ cấu tự động.

May mắn là thông tin cơ cấu tự động trong các quá trình đọc và ghi của ổ đĩa không thể nào hỏng. Các ổ đĩa được thiết kế sao cho các đầu từ không thể ghi đè lên các thông tin cơ cấu tự động, ngay cả trong quá trình định dạng cấp thấp. Một câu chuyện hoang đường (đặc biệt đối với ổ đĩa ATA) đang được truyền lại là bạn có thể làm hỏng thông tin cơ cấu tự động bởi định dạng cấp thấp sai. Điều này sai. Một định dạng cấp thấp sai có thể làm giảm hiệu suất của ổ đĩa, nhưng thông tin cơ cấu tự động hoàn toàn được bảo vệ và không thể bị ghi đè. Mặc dù vậy, trong một vài ổ đĩa, thông tin cơ cấu tự động có thể bị hỏng bởi một vùng từ tính mạnh liền kề hay bởi vì ổ đĩa bị chấn động trong khi đang ghi, làm cho các đầu từ rơi khỏi rãnh ghi.

Các khả năng theo rãnh ghi của bộ truyền động cuộn dây âm thanh cơ cấu tự động bị điều khiển loại bỏ các lỗi định vị luôn xảy ra trong các ổ đĩa motor gối trục. Các ổ đĩa cuộn dây âm thanh không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện như giãn nở hay co lại do nhiệt của các platter. Thực ra, nhiều ổ đĩa cuộn dây âm thanh ngày nay thực hiện một thủ tục hiệu chuẩn lại nhiệt đặc biệt ở các khoảng không gian định trước trong lúc chúng vận hành. Thủ tục này thường liên quan việc tìm kiếm các đầu từ từ cylinder 0 đến một số cylinder khác một lần cho mỗi đầu từ trong ổ đĩa. Khi trình tự này xảy ra, bộ mạch điều khiển trong ổ đĩa giám sát có bao nhiêu vị trí rãnh ghi đã dời đi từ lần cuối cùng thực hiện trình tự này và sự điều chỉnh hiệu chuẩn lại nhiệt được tính toán và lưu lại trong bộ nhớ ổ đĩa. Thông tin này sau đó sẽ được sử dụng mỗi khi ổ đĩa định vị các đầu từ để đảm bảo sự định vị chính xác nhất có thể.

Một số lưu ý khác

Lúc trước, hầu hết các ổ đĩa đều phải thực hiện trình tự hiệu chuẩn lại nhiệt mỗi 5 phút cho 30 phút đầu tiên ổ đĩa được cấp nguồn và sau đó là mỗi 25 phút một lần. Với một số ỗ đĩa, tiến trình hiệu chuẩn lại nhiệt rất dễ nhận thấy bởi vì ổ đĩa về cơ bản dừng lại hoạt động đang thực hiện, bạn nghe âm thanh tích tắc dồn dập trong một giây hoặc gần như thế. Âm thanh này thường được bị hiểu nhầm là ổ đĩa đang có rắc rối khi đọc dữ liệu và phải đọc lại chúng, nhưng hiểu như thế là sai.

Khi các ứng dụng đa phương tiện ngày càng được yêu thích, sự hiệu chuẩn lại nhiệt độ đã trở thành một vấn đề của một số nhà sản xuất ổ đĩa. Trình tự hiệu chuẩn lại nhiệt độ đôi khi gián đoạn việc chuyển giao các tập tin dữ liệu lớn, chẳng hạn như tập tin âm thanh hoặc tập tin video, điều đó dẫn đến việc rung hình ảnh phát lại âm thanh hoặc video. Do vậy, một số công ty đã tung ra các ổ đĩa A/V đặc biệt (audio visual) ẩn đi các trình tự hiệu chuẩn lại nhiệt độ nên chúng không bao giờ ngăn chặn một chuyển giao tập tin. Hầu hết các ổ đĩa ATA và SCSI ngày nay đều có khả năng A/V, có nghĩa là các trình tự hiệu chuẩn lại nhiệt độ sẽ không làm gián đoạn một chuyển giao dữ liệu, ổ đĩa ATA có khả năng A/V cũng được sử dụng trong các hộp giải mà truyền hình (set-top box) được dùng trong ghi âm kỹ thuật số, như là các thiết bị TiVo phổ biến.

Trong khi chúng ta đang nói về đề tài các chức năng ổ đĩa tự động, phần lớn các ổ đĩa thực hiện các trình tự hiệu chuẩn lại nhiệt độ cũng tự động thực hiện một chức năng gọi là quét đĩa (disk sweep). Cũng được các nhà sản xuất gọi là san bằng hao mòn (wear leveling), thủ tục này là một quá trình tìm kiếm đầu từ tự động xảy ra sau khi ổ đĩa quay không một thời gian. Chức năng quét đĩa di chuyển các đầu từ đến một cylinder ở vị trí ngoài của platter, là nơi mà đầu từ đạt chiều cao nổi cao nhất (bởi vì vận tốc từ đầu từ đến platter ở đoạn này là cao nhất). Sau đó, nếu ổ đĩa vẫn tiếp tục chạy không một thời gian, các đầu từ di chuyển sang một cylinder khác trong vùng này và tiến trình được tiếp tục vô hạn định miễn là ổ đĩa được cấp nguồn.

Chức năng quét đĩa được thiết kế để ngăn ngừa đầu từ lưu trên một cylinder trong ổ đĩa quá lâu, nơi mà sự ma sát giữa đầu từ và platter cuối cùng cũng sẽ cày một đường rãnh lên lớp trung gian. Mặc dù các đầu từ không tiếp xúc trực tiếp với lớp trung gian, chúng cũng quá gần đến nỗi áp lực không khí thường xuyên từ đầu từ bên trên một cylinder cũng có thể gây ra sự ma sát và hao mòn quá mức! Để tìm hiểu thêm các bài viết có chủ đề tương tự, bạn có thể truy cập tại đây.