За последние 20 лет жесткий диск признан одним из самых надежных компонентов компьютера, но когда он ломается, последствия могут быть трагичными. Ниже представлена блок-схема устранения неполадок жесткого диска .

Поиск и устранение неисправностей жестких дисков

Все ли жесткие диски , установленные в системном блоке, должны отображаться в настройках BIOS? Большинство версий BIOS сообщают пользователю об подключенных винчестерах еще на этапе загрузки. Каждая материнская плата BIOS должна в состоянии идентифицировать жесткий диск по марке, модели и характеристикам. Стандартные клавиши для доступа к CMOS Setup после включения питания DEL, ESC, F1 или F2 (почти во всех ноутбуках).

Слышите, как жесткий диск набирает обороты? Если у вас ничего не слышно вообще, когда вы включите питание, вы должны начать с . Если вы не слышите, как диск вращается, вы должны убедится, что кабели питания хорошо установлены, это больше касается на старых винчестерах ATA, чем на новых . Если жесткий диск плохо слышно, вы можете попробовать вытащить HDD из корпуса и подержать его в руке во время включения. Если диск вращается, вы будете чувствовать его вибрации. Но будьте предельно аккуратны, есть вероятность его уронить, особенно страшно, если винчестер упадет во время работы. Для тестирования жесткого диска удобно использовать специальные переходники USB-IDE и USB-SATA .

• старый диск ATA, также известный как IDE или PATA (для Parallel ATA)
• новый SATA (Serial ATA) диск.

SATA ломаются гораздо реже, кабель для передачи данных, редко вызывает проблемы, и проще в установке питания, хотя некоторые жесткие диски SATA поддерживают и старые и новые разъемы питания. У IDE или ATA дисков наглядная особенность в наличии шлейфа, который может поддерживать два диска, для этого в комплект к ним идут перемычки . С помощью перемычек на диске устанавливается Master диск для установки хозяином и Slave , или сделать выбор согласно подключению через шлейфы (CS).

Первые SATA винчестеры работали со скоростью 1,5 Гбит/с, этот период был известен как SATA 1 . Вы наверное думаете, что это был не большой скачок по сравнению со старыми дисками IDE, но скорость интерфейса IDE измерялась в МБайт/с (обратите внимание, именно байт, а не бит). SATA 2 поколения поддерживает 3,0 Гбит/с, а последний релиз, SATA 3 , поддерживает 6,0 Гбит/с. Обратите внимание, что высокая скорость достигнута путем передачи данных из кэш-памяти на диск, скорость вращения уступает «электронике». Если вы подключаете SATA 2 или SATA 3 винчестер в старую материнскую плату, и он не работает должным образом, проверьте на совместимость, изучите конфигурацию с помощью перемычек, чтобы заставить его работать на более низких скоростях, равных SATA 1.

С жесткими дисками SATA намного приятнее работать, чем с устаревшими IDE. Например, из-за специального кабеля данных, который устраняет все путаницы с выставлением перемычек, да и к тому же более надежны, чем старые , которые разрывались при частом использовании. Если ваш диск SATA раскручивается, но программа установки CMOS его не обнаруживает, то возможно, что у вас есть, что редкий плохой кабель для передачи данных и он не устанавливать соединение на материнской плате правильно. Обычно это касается сата кабелей без защелок. Если вы знаете, что SATA кабель исправен, так как он работает на другой системной плате, попробуйте подключить к другому порту SATA. Если это единственный SATA жесткий диск в системе, и ваша материнская плата поддерживает SATA RAID и автономные SATA порты, используйте отдельный порт.

Вы подключили два IDE жестких диска на широкий шлейф с тремя разъемами: один для материнской платы в IDE-порт и по одной для каждого диска? Если кабель идет напрямую, вам необходимо установить перемычки на загрузочном диске в положение «Мастер», а на втором диске «Slave». Если это 80-жильный кабель с тремя разъемами или старый 40-жильный кабель, подключенный между двумя разъемами винчестер, он будет поддерживать «Cable Select» , то вы можете установить перемычку на обоих дисках – CS, позиция часто идет по умолчанию.

Некоторые компьютеры до сих пор собраны со старыми дисками IDE, в режиме Cable Select (CS), где 28-контактный кабель установлен диск как Master или Slave. 80-контактные новые кабеля Ultra DMA, начали поставляться с новыми материнскими платами около пятнадцати лет назад, и стали использовать цветовую маркировку разъемов. Синий идет на материнскую плату, серый идет на Slave (на середину кабеля) и черный идет на диске Master IDE в конце кабеля. Он всегда будет загрузочным диском на первичном контроллере.

Если после настройки режимов Master/Slave BIOS не видит жесткие диски, проверьте питание жесткого диска Molex 4×1. Это может занять много сил, что бы выдернуть старый разъем питания, тут главное не использовать посторонние предметы, чтобы подтолкнуть, если ваши пальцы начинают болеть, вы делаете что-то не так.

Разъем на шлейфе IDE снабжен ключом, так что он может быть вставлен в материнскую плату и в порт винчестера только в правильном положении. На всех кабелях должны быть ключи, ведь они также определяют контакт №1 с помощью наличия на шлейфе цветного провода или с помощью номеров на разъемах. Контакт №1 на портах обозначается с помощью числа или стрелки, и расположен на дисках IDE почти всегда в конце, ближе к разъему питания. Если винчестер не отображается в CMOS Setup, чтобы зарегистрировать наличие диска, даже с новым кабелем, тут 2 варианта: либо неисправен контроллер на материнской плате или поломан винчестер. Следующим шагом является проверка диска в другой системе или с помощью USB-IDE переходника. Если винчестер – исправен, то контроллер на материнской плате — поломан, и единственный вариант заключается в использования вторичного контроллера (если вы еще этого не сделали) или купить дополнительный адаптер интерфейса IDE дисков с шиной PCI. Эти PCI карты не дорого стоят, относительно HDD.

Процесс устранения и диагностики одинаков для всех IDE дисков, кторые не распознаются в настройках CMOS, независимо что это PATA, SATA, жесткие диски, CD-диски, DVD-диски или другие носители. Если материнская плата BIOS распознает диски и сообщает о них в заставке или CMOS Setup, и проблема с компакт-дисков или DVD, перейти на схему для диагностика и ремонт CD и DVD .

Если жесткий диск раскручивается, а затем останавливается, начните с замены кабеля питания. Если это не SATA диск, убедитесь, что жесткий диск висит на первичном контроллере IDE и он единственный диск на шлейфе, даже если это означает отключение вашего DVD диска для устранения неполадок. Попробуйте отключить кабель для передачи данных и посмотреть, не остановится ли он. Если диск внутри диска слышны щелчки, и ничего, кроме питания не подключено, проверьте его с помощью USB адаптера, прежде чем его выбросить.

Один механизм разрушения старых HDD – магнитная катушка, которая управляет головками чтения и записи. Если вы не хотите тратить кучу денег на восстановление данных, но у вас есть данные, которые вы никогда не подкреплены, что вы хотите восстановить, попробуйте нажать на крышку привода с помощью отвертки, в районе конца кабеля и началом круглого сечения, где вращаются пластины. Это может просто освободить застрявшую головку. Прежде чем пытаться это делать, убедитесь, что у вас есть резервная копия, или держать под рукой USB флешку, так как возможно у Вас получится восстановить винчестер только один раз, и возможно ненадолго…

В BIOS зарегистрирован неправильный режим передачи данных для дисков IDE, например UDMA/100, ATA/66? И если вы добавили новый жесткий диск в старую материнскую плату, может быть, что диск просто не в состоянии замедлить передачу данных достаточно, чтобы справиться со старым контроллером. В какой-то момент, обратная совместимость делает вам «медвежью услугу». Но я бы не рекомендовал перепрашивать BIOS на старой материнской плате только для того, чтобы попытаться получить жесткий диск, который работает в нужном режиме. Перезапись микросхемы BIOS процесс опасный и всегда есть вероятность, что что-то пойдет не так, например, внезапное отключение электроэнергии оставляет вас ни с чем, и не будет возможности начать все сначала.

Проверьте последовательность загрузки CMOS, поставьте первым CD или DVD. Если дисковое пространство свободно, вы можете попробовать создать новый раздел и заново. Если вам не отображается информация о разделе или диск не отображается в FDISK и вы готовы попрощаться с записанной информацией, вы можете попробовать запустить FDISK /MBR из командной строки. FDISK.MBR будет пытаться переписать, т.к. может быть и повреждена.

Накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) \ HDD (Hard Disk Drive) \ винчестер (носитель) – материальный объект, способный хранить информацию.

Накопители информации могут быть классифицированы по следующим признакам:

• способу хранения информации: магнитоэлектрические, оптические, магнитооптические;
• виду носителя информации: накопители на гибких и жестких магнитных дисках, оптических и магнитооптических дисках, магнитной ленте, твердотельные элементы памяти;
• способу организации доступа к информации - накопители прямого, последовательного и блочного доступа;
• типу устройства хранения информации - встраиваемые (внутренние), внешние, автономные, мобильные (носимые) и др.

Значительная часть накопителей информации, используемых в настоящее время, создана на базе магнитных носителей.

Устройство жесткого диска

Винчестер содержит набор пластин, представляющих чаще всего металлические диски, покрытые магнитным материалом – платтером (гамма-феррит-оксид, феррит бария, окись хрома…) и соединенные между собой при помощи шпинделя (вала, оси).
Сами диски (толщина примерно 2мм.) изготавливаются из алюминия, латуни, керамики или стекла. (см. Рис)

Для записи используются обе поверхности дисков. Используется 4-9 пластин . Вал вращается с высокой постоянной скоростью (3600-7200 оборотов/мин.)
Вращение дисков и радикальное перемещение головок осуществляется с помощью 2-х электродвигателей .
Данные записываются или считываются с помощью головок записи/чтения по одной на каждую поверхность диска. Количество головок равно количеству рабочих поверхностей всех дисков.

Запись информации на диск ведется по строго определенным местам — концентрическим дорожкам (трекам) . Дорожки делятся на сектора . В одном секторе 512 байт информации.

Обмен данными между ОЗУ и НМД осуществляется последовательно целым числом (кластером). Кластер — цепочки последовательных секторов (1,2,3,4,…)

Специальный двигатель с помощью кронштейна позиционирует головку чтения/записи над заданной дорожкой (перемещает ее в радиальном направлении).
При повороте диска головка располагается над нужным сектором. Очевидно, что все головки перемещаются одновременно и считывают инфоголовки перемещаются одновременно и считывают информацию с одинаковых дорожек разныхрмацию с одинаковых дорожек разных дисков.

Дорожки винчестера с одинаковым порядковым номером на разных дисках винчестера называется цилиндром .
Головки чтения записи перемещаются в вдоль поверхности платтера. Чем ближе к поверхности диска находится головка при этом не касаясь ее, тем выше допустимая плотность записи.

Устройство винчестера

Магнитный принцип чтения и записи информации

магнитный принцап записи информации

Физические основы процессов записи и воспроизведения информации на магнитных носителях заложены в работах физиков М.Фарадея (1791 - 1867) и Д. К. Максвелла (1831 - 1879).

В магнитных носителях информации цифровая запись производится на магнито чувствительный материал. К таким материалам относятся некоторые разновидности оксидов железа, никель, кобальт и его соединения, сплавы, а также магнитопласты и магнитоэласты со вязкой из пластмасс и резины, микропорошковые магнитные материалы.

Магнитное покрытие имеет толщину в несколько микрометров. Покрытие наносится на немагнитную основу, в качестве которой для магнитных лент и гибких дисков используются различие пластмассы, а для жестких дисков - алюминиевые сплавы и композиционные материалы подложки. Магнитное покрытие диска имеет доменную структуру, т.е. состоит из множества намагниченных мельчайших частиц.

Магнитный домен (от лат. dominium - владение) - это микроскопическая, однородно намагниченная область в ферромагнитных образцах, отделенная от соседних областей тонкими переходными слоями (доменными границами).

Под воздействием внешнего магнитного поля собственные магнитные поля доменов ориентируются в соответствии с направлением магнитных силовых линий. После прекращения воздействия внешнего поля на поверхности домена образуются зоны остаточной намагниченности. Благодаря этому свойству на магнитном носителе сохраняется информация, действовавшем магнитном поле.

При записи информации внешнее магнитное поле создается с помощью магнитной головки. В процессе считывания информации зоны остаточной намагниченности, оказавшись напротив магнитной головки, наводят в ней при считывании электродвижущую силу (ЭДС).

Схема записи и чтения с магнитного диска дана на рис.3.1 Изменение направления ЭДС в течение некоторого промежутка времени отождествляется с двоичной единицей, а отсутствие этого изменения - с нулем. Указанный промежуток времени называется битовым элементом .

Поверхность магнитного носителя рассматривается как последовательность точечных позиций, каждая из которых ассоциируется с битом информации. Поскольку расположение этих позиций определяется неточно, для записи требуются заранее нанесенные метки, которые помогают находить необходимые позиции записи. Для нанесения таких синхронизирующих меток должно быть произведено разбиение диска на дорожки
и секторы - форматирование .

Организация быстрого доступа к информации на диске является важным этапом хранения данных. Оперативный доступ к любой части поверхности диска обеспечивается, во-первых, за счет придания ему быстрого вращения и, во-вторых, путем перемещения магнитной головки чтения/записи по радиусу диска.
Гибкий диск вращается со скоростью 300-360 об/мин, а жесткий диск - 3600- 7200 об/мин.

Логическое устройство винчестера

Магнитный диск первоначально к работе не готов. Для приведения его в рабочее состояние он должен быть отформатирован , т.е. должна быть создана структура диска.

Структура (разметка) диска создается в процессе форматирования.

Форматирование магнитных дисков включает 2 этапа:

1. физическое форматирование (низкого уровня)
2. логическое (высокого уровня).

При физическом форматировании рабочая поверхность диска разбивается на отдельные области, называемые секторами , которые расположены вдоль концентрических окружностей – дорожек.

Кроме того, определяются сектора, непригодные для записи данных, они помечаются как плохие для того, чтобы избежать их использования. Каждый сектор является минимальной единицей данных на диске, имеет собственный адрес для обеспечения прямого доступа к нему. Адрес сектора включает номер стороны диска, номер дорожки и номер сектора на дорожке. Задаются физические параметры диска.

Как правило, пользователю не нужно заниматься физическим форматированием, так как в большинстве случаев жесткие диски поступают в отформатированном виде. Вообще говоря, этим должен заниматься специализированный сервисный центр.

Форматирование низкого уровня нужно производить в следующих случаях:

• если появился сбой в нулевой дорожке, вызывающий проблемы при загрузке с жесткого диска, но сам диск при загрузке с дискеты доступен;
• если вы возвращаете в рабочее состояние старый диск, например, пе¬реставленный со сломавшегося компьютера.
• если диск оказался отформатированным для работы с другой операционной системой;
• если диск перестал нормально работать и все методы восстановления не дали положительных результатов.

Нужно иметь в виду, что физическое форматирование является очень сильнодействующей операцией — при его выполнении данные, хранившиеся на диске будут полностью стерты и восстановить их будет совершенно невозможно! Поэтому не приступайте к форматированию низкого уровня, если вы не уверены в том, что сохранили все важные данные вне жесткого диска!

После того, как вы выполните форматирование низкого уровня, следует очередной этап — создание разбивки жесткого диска на один или несколько логических дисков — наилучший способ справиться с путаницей каталогов и файлов, разбросанных по диску.

Не добавляя никаких аппаратных элементов в вашу систему, Вы получаете возможность работать с несколькими частями одного жесткого диска, как с несколькими накопителями.
При этом емкость диска не увеличивается, однако можно значительно улучшить его организацию. Кроме того, различные логические диски можно использовать для различных операционных систем.

При логическом форматировании происходит окончательная подготовка носителя к хранению данных путем логической организации дискового пространства.
Диск подготавливается для записи файлов в сектора, созданные при низкоуровневом форматировании.
После создания таблицы разбивки диска следует очередной этап — логическое форматирование отдельных частей разбивки, именуемых в дальнейшем логическими дисками.

Логический диск — это некоторая область жесткого диска, работающая так же, как отдельный накопитель.

Логическое форматирование представляет собой значительно более простой процесс, чем форматирование низкого уровня.
Для того, чтобы выполнить его, загрузитесь с дискеты, содержащей утилиту FORMAT.
Если у вас несколько логических дисков, последовательно отформатируйте все.

В процессе логического форматирования на диске выделяется системная область , которая состоит из 3-х частей:

• загрузочного сектора и таблица разделов (Boot reсord)
• таблицы размещения файлов (FAT) , в которых записываются номера дорожек и секторов, хранящих файлы
• корневой каталог (Root Direсtory).

Запись информации осуществляется частями через кластер. В одном и том же кластере не может быть 2-х разных файлов.
Кроме того, на данном этапе диску может быть присвоено имя.

Жесткий диск может быть разбит на несколько логических дисков и наоборот 2 жестких диска может быть объединены в один логический.

Рекомендуется на жеском диске создавать как минимум два раздела(два логических диска): один из них отводится под операционную систему и программное обеспечение, второй диск исключительно выделяется под данные пользователя. Таким образом данные и системные файлы хранятся отдельно друг от друга и в случае сбоя операционной системы гораздо больше вереятность сохранения данных пользователя.

Характеристики винчестеров

Жесткие диски (винчестеры) отличаются между собой следующими характеристиками:

1. емкостью
2. быстродействием – временем доступа к данным, скоростью чтения и записи информации.
3. интерфейсом (способ подключения) — типом контролера, к которому должен присоединяться винчестер (чаще всего IDE/EIDE и различные варианты SСSI).
4. другие особенности

1. Емкость — количество информации, помещающееся на диске (определяется уровнем технологии изготовления).
На сегодня емкость составляет 500 -2000 и более Гб. Места на жестком диске никогда не бывает много.

2. Скорость работы (быстродействие) диска характеризуется двумя показателями: временем доступа к данным на диске и скоростью чтения/записи на диске .

Время доступа – время необходимое для перемещения (позиционирования) головок чтения/записи на нужную дорожку и нужный сектор.
Среднее характерное время доступа между двумя случайно выбранными дорожками примерно 8-12мс(миллисекунд), более быстрые диски имеют время 5-7мс.
Время перехода на соседнюю дорожку (соседний цилиндр) меньше 0.5 — 1.5мс. Для поворота в нужный сектор тоже нужно время.
Полное время оборота диска для сегодняшних винчестеров 8 – 16мс, среднее время ожидания сектора составляет 3-8мс.
Чем меньше время доступа, тем быстрее будет работать диск.

Скорость чтения/записи (пропускная способность ввода/вывода) или cкорость передачи данных (трансферт) – время передачи последовательно расположенных данных, зависит не только от диска, но и от его контроллера, типы шины, быстродействие процессора. Скорость медленных дисков 1.5-3 Мб/с, у быстрых 4-5Мб/с, у самых последних 20Мб/с.
Винчестеры со SСSI–интерфейсом поддерживают частоту вращение 10000 об./мин. и среднее время поиска 5мс, скорость передачи данных 40-80 Мб/с.

3. Стандарт интерфейса подключения винчестера — т.е. тип контроллера, к которому должен подключаться жесткий диск. Он находится на материнской плате.
Различают три основных интерфейса подключения

1. IDE и его различные варианты

IDE(Integrated Disk Eleсtroniс) или (ATA) Advanсed Teсhnology Attaсhment
Достоинства — простота и невысокая стоимость

Скорость передачи:8.3, 16.7, 33.3, 66.6, 100 Мб/с. По мере развития данных интерфейс поддерживает расширение списка устройств: жесткий диск, супер-флоппи, магнитооптика,
НМЛ, СD-ROM, СD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Вводятся некоторые элементы распараллеливания (gneuing и disсonneсt/reсonneсt), контроля за целостностью данных при передаче. Главный недостаток IDE — небольшое количество подключаемых устройств (не больше 4), что для ПК высокого класса явно мало.
Сегодня IDE-интерфейсы перешли на новые протоколы обмена Ultra ATA. Значительно увеличив свою пропускную способность
Mode 4 и DMA (Direсt Memory Aссess) Mode 2 позволяет передавать данные со скоростью 16,6Мб/с, однако реальная скорость передачи данных была бы намного меньше.
Стандарты Ultra DMA/33 и Ultra DMA/66, разработанные в феврале 98г. компанией Quantum имеют 3 режима работы 0,1,2 и 4,соответствено во втором режиме носитель поддерживает
скорость передачи 33Мб/с. (Ultra DMA/33 Mode 2) Для обеспечения такой высокой скорости можно достичь только при обмене с буфером накопителя. Для того, чтобы воспользоваться
стандартами Ultra DMA необходимо выполнить 2 условия:

1. аппаратная поддержка на материнской плате (чипсета) и со стороны самого накопителя.

2. для поддержания режима Ultra DMA, как и другой DMA (direсt memory Aссess-прямой доступ к памяти).

Требуется специальный драйвер для разных наборов микросхем различных. Как правило, они входят в комплект системной платы, в случаи необходимости ее можно «скачать»
из Internet со страницы фирмы-изготовителя материнской платы.

Стандарт Ultra DMA обладает обратной совместимостью с предыдущими контроллерами, работающих в более медленном варианте.
Сегодняшний вариант: Ultra DMA/100 (конец 2000г.) и Ultra DMA/133 (2001г.).

SATA
Замена IDE (ATA) не другую высокоскоростную последовательную шину Fireware (IEEE-1394). Применение новой технологии позволит довести скорость передачи равной 100Мб/с,
повышается надежность системы, это позволит устанавливать устройства не включая ПК, что категорически нельзя в ATA-интерфейсе.

SСSI (Small Сomputer System Interfaсe) — устройства дороже обычных в 2 раза, требуют специального контроллера на материнской плате.
Используются для серверов, издательских системах, САПР. Обеспечивают более высокое быстродействие (скорость до 160Мб/с), широкий диапазон подключаемых устройств хранения данных.
SСSI- контроллер необходимо покупать вместе с соответствующим диском.

SСSI преимущество перед IDE- гибкость и производительность.
Гибкость заключается большим количеством подключаемых устройств (7-15), а у IDE (4 максимально), большей длиной кабеля.
Производительность — высокая скорость передачи и возможность одновременной обработки нескольких транзакций.

1. Ultra Sсsi 2/3(Fast-20) до 40Мб/с 16-разрядный вариант Ultra2- стандарт SСSI до 80Мб/с

2. Другая технология SСSI-интерфейса названа Fibre Сhannel Arbitrated Loop (FС-AL) позволяет подключать до 100Мбс, длина кабеля при этом до 30 метров. Технология FС-AL позволяет выполнить «горячие» подключение, т.е. на «ходу», имеет дополнительные линии для контроля и коррекции ошибок (технология дороже обычного SСSI).

4. Другие особенности современных винчестеров

Огромное разнообразие моделей винчестера затрудняет выбор подходящего.
Кроме нужной емкости, очень важно и производительность, которая определяется в основном его физическими характеристиками.
Такими характеристиками и является среднее время поиска, скорость вращения, внутренняя и внешняя скорость передачи, объем Кэш-памяти.

4.1 Среднее время поиска.

Жесткий диск затрачивает какое-то время для того, чтобы переместить магнитную головку текущего положения в новое, требуемое для считывания очередной порции информации.
В каждой конкретной ситуации это время разное, в зависимости от расстояния, на которое должна переместиться головка. Обычно в спецификациях приводится только усредненные значения, причем применяемые разными фирмами алгоритмы усреднения, в общем случае различаются, так что прямое сравнение затруднено.

Так, фирмы Fujitsu, Western Digital проводят по всем возможным парам дорожек, фирмы Maxtor и Quantum применяют метод случайного доступа. Получаемый результат может дополнительно корректироваться.

Значение времени поиска для записи часто несколько выше, чем для чтения. Некоторые производители в своих спецификациях приводят только меньшее значение (для чтения). В любом случае кроме средних значений полезно учитывать и максимальное (через весь диск),
и минимальное (то есть с дорожки на дорожку) время поиска.

4.2 Скорость вращения

С точки зрения быстроты доступа к нужному фрагменту записи скорость вращения оказывает влияние на величину так называемого скрытого времени, которого для того, чтобы диск повернулся к магнитной головке нужным сектором.

Среднее значение этого времени соответствует половине оборота диска и составляет 8.33 мс при 3600 об/мин, 6.67 мс при 4500 об/мин, 5,56 мс при 5400 об/мин, 4,17 мс при 7200 об/мин.

Значение скрытого времени сопоставимо со средним временем поиска, так что в некоторых режимах оно может оказывать такое же, если не больше, влияние на производительность.

4.3 Внутренняя скорость передачи

— скорость, с которой данные записываются на диск или считываются с диска. Из-за зонной записи она имеет переменное значение – выше на внешних дорожках и ниже на внутренних.
При работе с длинными файлами во многих случаях именно этот параметр ограничивает скорость передачи.

4.4 Внешняя скорость передачи

— скорость (пиковая) с которой данные передаются через интерфейс.

Она зависит от типа интерфейса и имеет чаще всего, фиксированные значения: 8.3; 11.1; 16.7Мб/с для Enhanсed IDE (PIO Mode2, 3, 4); 33.3 66.6 100 для Ultra DMA; 5, 10, 20, 40, 80, 160 Мб/с для синхронных SСSI, Fast SСSI-2, FastWide SСSI-2 Ultra SСSI (16 разрядов) соответственно.

4.5 Наличие у винчестера своей Кэш-памяти и ее объем (дисковый буфер).

Объем и организация Кэш-памяти (внутреннего буфера) может заметно вливать на производительность жесткого диска. Так же как и для обычной Кэш-памяти,
прирост производительности по достижении некоторого объема резко замедляется.

Сегментированная Кэш-память большого объема актуальна для производительных SСSI–дисков, используемых в многозадачных средах. Чем больше КЭШ, тем быстрее работает винчестер (128-256Кб).

Влияние каждого из параметров на общую производительность вычленить довольно трудно.

Требования к жестким дискам

Основное требование к дискам — надежность работы гарантируется большим сроком службы компонентов 5-7 лет; хорошими статистическими показателями, а именно:

• среднее время наработки на отказ не менее 500 тысяч часов (высшего класса 1 миллион часов и более.)
• встроенная система активного контроля за состоянием узлов диска SMART /Self Monitoring Analysis and Report Teсhnology.

Технология S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Teсhnology) является открытым промышленным стандартом, разработанный в свое время Сompaq, IBM и рядом других производителей жестких дисков.

Смысл этой технологии заключается во внутренней самодиагностике жесткого диска, которая позволяет оценить его текущее состояние и информировать о возможных будущих проблемах, могущих привести к потере данных или к выходу диска из строя.

Осуществляется постоянный мониторинг состояния всех жизненно важных элементов диска:
головок, рабочих поверхностей, электромотора со шпинделем, блока электроники. Скажем, если обнаруживается ослабление сигнала, то информация перезаписывается и происходит дальнейшее наблюдение.
Если сигнал опять ослабляется, то данные переносятся в другое место, а данный кластер помещается как дефектный и недоступный, а вместо него предоставляется в распоряжении другой кластер из резерва диска.

При работе с жестким диском следует соблюдать температурный режим, в котором функционирует накопитель. Изготовители гарантируют безотказную работу винчестера при температуре окружающей их среды в диапазоне от 0С до 50С, хотя, в принципе, без серьезных последствий можно изменить границы по крайней мере градусов на 10 в обе стороны.
При больших отклонениях температуры воздушная прослойка необходимой толщиной может не образовываться, что приведет к повреждению магнитного слоя.

Вообще производители HDD уделяют довольно большое внимание надежности своих изделий.

Основная проблема — попадание внутрь диска посторонних частиц.

Для сравнения: частичка табачного дыма в два раза больше расстояния между поверхностью и головкой, толщина человеческого волоса в 5-10 раза больше.
Для головки встреча с такими предметами обернется сильным ударом и, как следствие, частичным повреждением или же полным выходом из строя.
Внешне это заметно, как появление большого количества закономерно расположенных негодных кластеров.

Опасны кратковременные большие по модулю ускорения (перегрузки), возникающие при ударах, падениях и т.д. Например, от удара головка резко ударяет по магнитному
слою и вызывает его разрушение в соответственном месте. Или, наоборот, сначала движется в противоположную сторону, а затем под действием силы упругости словно пружина бьет по поверхности.
В результате в корпусе появляются частицы магнитного покрытия, которые опять-таки могут повредить головку.

Не стоит думать, что под действием центробежной силы они улетят с диска — магнитный слой
прочно притянет их к себе. В принципе, страшны последствия не самого удара (можно как-нибудь смириться с потерей некоторого количества кластеров), а то, что при этом образуются частицы, которые обязательно вызовут дальнейшую порчу диска.

Для предотвращения таких весьма неприятных случаев различные фирмы прибегают ко всякого рода ухищрениям. Помимо простого повышения механической прочности компонентов диска, применяются также интеллектуальная технология S.M.A.R.T., которая следит за надежностью записи и сохранности данных на носителе (см. выше).

Вообще-то диск всегда отформатирован не на полную емкость, имеется некоторый запас. Связано это главным образом еще и с тем, что практически невозможно изготовить носитель,
на котором абсолютно вся поверхность была бы качественной, обязательно будет иметься bad-кластеры (сбойные). При низкоуровневом форматировании диска его электроника настраивается так,
чтобы она обходила эти сбойные участки, и для пользователя было совершенно не заметно, что носитель имеет дефект. Но вот если они видны (например, после форматирования
утилита выводит их количество, отличное от нуля), то это уже очень плохо.

Если гарантия не истекла (а HDD, на мой взгляд, лучше всего покупать с гарантией), то сразу же отнесите диск к продавцу и потребуйте замены носителя или возврат денег.
Продавец, конечно же, сразу начнет говорить, что парочка сбойных участков – еще не повод для беспокойства, но не верьте ему. Как уже говорилось, это парочка, скорее всего, вызовет еще множество других, а впоследствии вообще возможен полный выход винчестера из строя.

Особенно чувствителен к повреждениям диск в рабочем состоянии, поэтому не следует помещать компьютер в место, где он может быть подвержен различным толчкам, вибрациям и так далее.

Подготовка винчестера к работе

Начнем с самого начала. Предположим, что вы купили накопитель на жестком диске и шлейф к нему отдельно от компьютера.
(Дело в том, что, покупая собранный компьютер, вы получите подготовленный к использованию диск).

Несколько слов об обращении с ним. Накопитель на жестком диске — очень сложное изделие, содержащее кроме электроники прецизионную механику.
Поэтому он требует аккуратного обращения — удары, падения и сильная вибрация могут повредить его механическую часть. Как правило, плата накопителя содержит много малогабаритных элементов, и не закрыта прочными крышками. По этой причине следует позаботиться о ее сохранности.
Первое, что следует сделать, получив жесткий диск — прочитать пришедшую с ним документацию — в ней наверняка окажется много полезной и интересной информации. При этом следует обратить внимание на следующие моменты:

• наличие и варианты установки перемычек, определяющих настройку (установку) диска, например, определяющую такой параметр, как физическое имя диска (они могут быть, но их может и не быть),
• количество головок, цилиндров, секторов на дисках, уровень прекомпенсации, а также тип диска. Эти данные нужно ввести в ответ на запрос программы установки компьютера (setup).
  Вся эта информация понадобится при форматировании диска и подготовке машины к работе с ним.
• В случае если ПК сам не определит параметры вашего винчестера, большей проблемой станет установка накопителя, на который нет никакой документации.
  На большинстве жестких дисков можно найти этикетки с названием фирмы-изготовителя, с типом (маркой) устройства, а также с таблицей недопустимых для использования дорожек.
  Кроме того, на накопителе может быть приведена информация о количестве головок, цилиндров и секторов и об уровне прекомпенсации.

Справедливости ради нужно сказать, что нередко на диске написано только его название. Но и в этом случае можно найти требуемую информацию либо в справочнике,
либо позвонив в представительство фирмы. При этом важно получить ответы на три вопроса:

• как должны быть установлены перемычки для того, чтобы использовать накопитель как master \ slave?
• сколько на диске цилиндров, головок, сколько секторов на дорожку, чему равняется значение прекомпенсации?
• какой тип диска из записанных в ROM BIOS лучше всего соответствует данному накопителю?

Владея этой информацией, можно переходить к установке накопителя на жестком диске.

Для установки жесткого диска в компьютер следует сделать следующее:

1. Отключить полностью системный блок от питания, снять крышку.
2. Присоединить шлейф винчестера к контроллеру материнской платы. Если Вы устанавливаете второй диск можно воспользоваться шлейфом от первого при наличии на нем дополнительного разъема, при этом нужно помнить, что ск орость работы разных винчестеров будет сравнена в сторону медленно.
3. Если требуется, переключить перемычки в соответствии со способом использования жесткого диска.
4. Установить накопитель на свободное место и присоединить шлейф от контроллера на плате к разъему винчестера красной полосой к питанию, кабель источника питания.
5. Надежно закрепить жесткий диск четырьмя болтами с двух сторон, акку/spanратно расположить кабели внутри компьютера, так, чтобы при закрывании крышки не перерубить их,
6. Закрыть системный блок.
7. Если ПК сам не определил винчестер, то изменить конфигурацию компьютера с помощью Setup, чтобы компьютер знал, что к нему добавили новое устройство.

Фирмы-изготовители винчестеров

Винчестеры одинаковой емкости (но от разных производителей) обычно обладают более-менее сходными характеристиками, а отличия выражаются главным образом в конструкции корпуса, форм-факторе (проще говоря, размерах) и сроке гарантийного обслуживания. Причем о последнем следует сказать особо: стоимость информации на современном винчестере часто во много раз превышает его собственную цену.

Если на вашем диске появились сбои, то пытаться его ремонтировать — зачастую означает лишь подвергать свои данные к дополнительному риску.
Гораздо более разумный путь- замена сбойного устройства на новое.
Львиную долю жестких дисков на российском (да и не только) рынке составляет продукции фирм IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

название фирмы-изготовителя, производящего данный тип накопителя,

Корпорация Quantum (www. quantum. сom.) , основанная в 1980г.,- одна из ветеранов на рынке дисковых накопителей. Компания известна своими новаторскими техническими решениями, направленными на повышение надежности и производительности жестких дисков, временем доступа к данным на диске и скоростью чтения/записи на диске, возможностью информировать о возможных будущих проблемах, могущих привести к потере данных или к выходу диска из строя.

— Одной из фирменных технологий Quantum является SPS (Shoсk Proteсtion System), призванная защитить диск от ударных воздействий.

— встроенная программа DPS (Data Proteсtion System), предназначенной сохранить самое дорогое — хранящиеся на них данные.

Корпорация Western Digital (www.wdс.сom.) также является одной из старейших компаний-производителей дисковых накопителей, она знала в своей истории и взлеты и падения.
Компания за последние время смогла внедрить в свои диски самые последние технологии. Среди них стоит отметить собственную разработку-технологию Data Lifeguard,которая является дальнейшим развитием системы S.M.A.R.T. В ней сделана попытка логического завершения цепочки.

Согласно этой технологии производится регулярное сканирование поверхности диска в период, когда он незадействован системой. При этом производится чтение данных и проверка их целостности. Если в процессе обращения к сектору отмечаются проблемы, то данные переносятся в другой сектор.
Информация о некачественных секторах заносится во внутренний дефект-лист, что позволяет избежать в будущем записи в будущем записи в дефектные сектора.

Фирма Seagate (www.seagate. Сom) очень известна на нашем рынке. К слову сказать, я рекомендую винчестеры именно этой фирмы, как самык надежные и долговечные.

В 1998 г. она заставила вновь обратить на себя внимание, выпустив серию дисков Medallist Pro
со скоростью вращения 7200 об/мин,применив для этого специальные подшипники. Раньше такая скорость использовалась только в дисках интерфейса SСSI, что позволило увеличить производительность. В этой же серии используется технология SeaShield System, призванная улучшить защиту диска и хранящихся на нем данных от влияния электростатики и ударных воздействий. Одновременно уменьшается также и воздействие электромагнитных излучений.

Все производимые диски поддерживают технологию S.M.A.R.T.
В новых дисках Seagate предусматривает применение улучшенной версии своей системы SeaShield с более широкими возможностями.
Показательно, что Seagate заявил о наибольшей в отрасли стойкости обновленной серии к ударам – 300G в нерабочем состоянии.

Фирма IBM (www. storage. ibm. сom) хотя и не являлась до недавнего времени крупным поставщиком на российском рынке жестких дисков, но успела быстро завоевать хорошую репутацию благодаря своим быстрым и надежным дисковым накопителям.

Фирма Fujitsu (www. Fujitsu. сom) является крупным и опытным производителем дисковых накопителей, причем не только магнитных, но и оптических и магнитооптических.
Правда, на рынке винчестеров с интерфейсом IDE компания отнюдь не лидер: она контролирует (по разным различных исследований) примерно 4% этого рынка, а основные ее интересы лежат в области SСSI-устройств.

Терминологический словарь

Так как некоторые элементы накопителя, играющие важную роль в его работе, часто воспринимаются как абстрактные понятия, ниже приводится объяснение наиболее важных терминов.

Время доступа (Aссes time) — период времени, необходимый накопителю на жестком диске для поиска и передачи данных в память или из памяти.
Быстродействие накопителей на жестких магнитных дисках часто определяется временем доступа (выборки).

Кластер (Сluster) — наименьшая единица пространства, с которой работает ОС в таблице расположения файлов. Обычно кластер состоит из 2-4-8 или более секторов.
Количество секторов зависит от типа диска. Поиск кластеров вместо отдельных секторов сокращает издержки ОС по времени. Крупные кластеры обеспечивают более быструю работу
накопителя, поскольку количество кластеров в таком случае меньше, но при этом хуже используется пространство (место) на диске, так как многие файлы могут оказаться меньше кластера и оставшиеся байты кластера не используются.

Контроллер (УУ) (Сontroller) — схемы, обычно расположенные на плате расширения, обеспечивающие управление работой накопителя на жестком диске, включая перемещение головки и считывание и запись данных.

Цилиндр (Сylinder) — дорожки, расположенные напротив друг друга на всех сторонах всех дисков.

Головка накопителя (Drive head) — механизм, который перемещается по поверхности жесткого диска и обеспечивает электромагнитную запись или считывание данных.

Таблица размещения файлов (FAT) (File Alloсation Table (FAT)) — запись, формируемая ОС, которая отслеживает размещение каждого файла на диске и то, какие сектора использованы, а какие — свободны для записи в них новых данных.

Зазор магнитной головки (Head gap) — расстояние между головкой накопителя и поверхностью диска.

Чередование (Interleave) — отношение между скоростью вращения диска и организацией секторов на диске. Обычно скорость вращения диска превышает способность компьютера получать данные с диска. К тому моменту, когда контроллер производит считывание данных, следующий последовательный сектор уже проходит головку. Поэтому данные записываются на диск через один или два сектора. С помощью специального программного обеспечения при форматировании диска можно изменить порядок чередования.

Логический диск (Logiсal drive) — определенные части рабочей поверхности жесткого диска, которые рассматривают как отдельные накопители.
Некоторые логические диски могут быть использованы для других операционных систем, таких как, например, UNIX.

Парковка (Park) — перемещение головок накопителя в определенную точку и фиксация их в неподвижном состоянии над неиспользуемыми частями диска, для того, чтобы свести к минимуму повреждения при сотрясении накопителя, когда головки ударяются о поверхности диска.

Разбивка (Partitioning) – операция разбивки жесткого диска на логические диски. Разбиваются все диски, хотя небольшие диски могут иметь только один раздел.

Диск (Platter) — сам металлический диск, покрытый магнитным материалом, на который записываются данные. Накопитель на жестких дисках имеет, как правило, более одного диска.

RLL (Run-length-limited) — кодирующая схема, используемая некоторыми контроллерами для увеличения количества секторов на дорожку для размещения большего количества данных.

Сектор (Seсtor) — деление дисковых дорожек, представляющее собой основную единицу размера, используемую накопителем. Секторы ОС обычно содержат по 512 байтов.

Время позиционирования (Seek time) — время, необходимое головке для пе¬ремещения с дорожки, на которой она установлена, на какую-либо другую нужную дорожку.

Дорожка (Traсk) — концентрическое деление диска. Дорожки похожи на дорожки на пластинке. В отличие от дорожек пластинки, которые представляют собой непрерывную спираль, дорожки на диске имеют форму окружности. Дорожки в свою очередь делятся на кластеры и сектора.

Время перехода с дорожки на дорожку (Traсk-to-traсk seek time) — время, необходимое для перехода головки накопителя на соседнюю дорожку.

Скорость передачи данных (Transfer rate) — объем информации, передаваемый между диском и ЭВМ в единицу времени. В него входит и время поиска дорожки.

Жесткий диск - один из наиболее сложно устроенных компонентов компьютера, хотя принцип его работы достаточно прост: на вращающихся пластинах, покрытых магнитным слоем, записываются концентрические дорожки. Сложности возникают, когда принцип работы жесткого диска реализуется в устройстве размером с ладонь, хранящем гигабайты данных и способном непрерывно работать годами.

Гермоблок

Гермоблок - основная составляющая современного винчестера. Это массивное и жесткое литое основание, на котором смонтированы шпиндель с пакетом пластин и блок головок. Основание закрывается герметичной крышкой. Обычно в книгах подробно рассказывают об устройстве двигателей и приводов, типах и конструк­циях головок и т. д. Однако как только пользователь самостоятельно вскрывает гермоблок (рис. 2.1), то винчестер становится непригодным для работы. К такому же результату приводит и работа большинства сервисных центров.

Рис. 2.1. Гермоблок со снятой крышкой

Внутри корпуса накопителя с огромной скоростью вращается пакет пластин из алюминиевого сплава, расположенных друг над другом. Пакет закреплен на шпин­деле двигателя. Пластины покрыты слоем магнитного материала толщиной в не­сколько микрон. Над поверхностью пластин перемещаются головки, причем зазор между поверхностью пластин и головками составляет всего около 0,05 микрон. Это гораздо меньше, чем размеры самых мелких пылевых частиц, летающих в воздухе. Абразивный эффект любых частиц, попавших в зазор, таков, что головка после нескольких десятков столкновений окончательно выходит из строя, а на поверх­ности пластины при каждом столкновении образуются дефекты магнитного слоя. Разрушение магнитного слоя - это лавинообразный процесс. Дефект покрытия стремительно разрастается, а отлетающие частицы наносят новые выбоины и ско­лы. В результате вскрытия в домашних условиях гермоблока через несколько де­сятков минут работы винчестер может стать практически нечитаемым.

Все манипз^ляции, связанные со вскрытием гермоблока, требуют исключительной чистоты и практически бессмысленны в домашних условиях. Данная книга пред­назначена в основном для тех, кто хочет попробовать свои силы в восстановлении информации, поэтому здесь речь идет о средствах, реально доступных дома или в обычном сервисном центре. О специальных профессиональных средствах будет кратко сказано в разделе «Тяжелая артиллерия» данной главы.

Плата электроники

Плату электроники иногда называют платой контроллера. Под гермоблоком со­временного винчестера закреплена печатная плата, на которой находятся практи­чески все электронные схемы жесткого диска (рис. 2.2). Исключение - миниатюр­ный предварительный усилитель, установленный прямо на блоке головок внутри гермоблока.

Рис. 2.2. Плата электроники винчестера

На торец платы выведены разъемы интерфейса и питания, а также переключатели-джамперы. На плате расположены минимум четыре компонента.

Схемы управления приводами шпинделя и позиционирования блока головок.

Основной микропроцессор винчестера, который обеспечивает всю обработку и передачу данных между внешним интерфейсом и блоком головок. Внутри него обычно выделяют:

Цифровой сигнальный процессор (digital signal processor - DSP), отвеча­ющий за считывание и запись информации внутри винчестера;

Схемы интерфейса, поддерживающие обмен данными через внешний интер­фейс – SATA или IDE.

Микросхема кэш-памяти.

Микросхема flash-памяти (Flash-ROM, ПЗУ), хранящая микропрограмму (про­шивку) винчестера.

Кроме перечисленных компонентов, на плате присутствуют аналоговые радиоде­тали: конденсаторы, резисторы, полупроводниковые предохранители. Несмотря на то что часто речь идет о ремонте плат электроники, на практике платы обычно заменяются целиком. Конечно, перепаять резистор или предохранитель легко, но из строя они выходят довольно редко. А необходимые микросхемы, которые выхо­дят из строя гораздо чаще, найти непросто. Поскольку эти чипы выпускаются под определенные модели или серии приводов, найти их удается в основном только на такой же плате. Кроме того, каждой серии винчестеров обычно присущи свои кон­кретные дефекты, и сгорают на платах одни и те же детали. Плата от неисправного винчестера вряд ли пригодится. В результате для замены нужна полностью исправ­ная плата.

Плата соединена с гермоблоком одним или двумя разъемами. Нарушение контакта в этих плоских разъемах внешне проявляется как неисправность жесткого диска.

Геометрия и адресация

Внутри диска обычно находится целый пакет пластин, расположенных одна над другой, поэтому дорожки можно представить как цилиндр (Cylinder - С). Поверх­ность каждой стороны каждой пластины обслуживает отдельная головка (Head -Н). Любой диск можно условно разделить на секторы (Sector - S). Таким образом, если представлять, что в одном секторе записан один блок данных, этот блок всегда можно указать сочетанием трех «адресов»: номера цилиндра, номера головки и но­мера сектора - сокращенно CHS (рис. 2.3). Чтобы прочитать или записать опре­деленный блок данных, достаточно сообщить контроллеру жесткого диска эти три значения - головки перейдут на нужный цилиндр, а когда под ними окажется необходимый сектор, определенная головка прочитает или запишет информацию. Чтобы сообщить BIOS размер жесткого диска и то, как к нему следует обращаться, достаточно привести всего три значения: число цилиндров, головок и секторов на этом диске. Размер каждого сектора всегда неизменен: 512 байтов. Такая адресация называется адресацией CHS. Она является наиболее старой, стандартной и уни­версальной. Ее еще называют геометрией жесткого диска.

Рис. 2.3. Цилиндры, головки и секторы

В начале использования жестких дисков их емкость ограничивалась десятками мегабайтов, поэтому речь шла действительно о настоящих физических дорожках (цилиндрах), головках и секторах. Со временем плотность записи на каждой пласти­не возросла во много раз и контроллеры жестких дисков научились пересчитывать эти параметры и представлять BIOS совершенно условную конфигурацию диска, где, например, головок в четыре раза больше, а цилиндров в четыре раза меньше, чем имеется в действительности. Произведение всех трех величин всегда остается та­ким, каким оно является в действительности. Причиной, которая заставила отойти от реальной, физической, геометрии, стала сама история развития компьютерной техники. Производители винчестеров то опережали в своих разработках создателей контроллеров IDE и BIOS материнских плат, то наоборот. Поиски совместимости и компромиссов привели к тому, что сегодня отображаемое число цилиндров, го­ловок и секторов винчестера никак не соответствует настоящему устройству гер­моблока. У современных дисков даже число секторов может быть переменной ве­личиной. Дорожки, расположенные ближе к центру диска, разбиты на меньшее, а находящиеся на периферии - на большее количество секторов.

Адресация ECHS (Extended CHS), или Large, - дальнейшее развитие адресации CHS. Иначе ее называют фиктивной адресацией - количество цилиндров, головок

Уаройаво жеаких дисков 43

и секторов назначается изготовителем винчестера совершенно произвольно и за­писывается в CMOS контроллера.

Наряду с трехмерной адресацией CHS была придумана адресация логических бло­ков LB А - Logical Block Adress. С одной стороны, при этом типе адресации данные считываются логическими блоками, состоящими из нескольких секторов. Соот­ветственно, количество цилиндров делается меньше, а головок - больше, чем в дей­ствительности. С другой стороны, эта адресация линейная: каждому логическому блоку присваивается порядковый номер LBA. За нулевой принимается блок, ко­торый начинается с первого сектора нулевой головки нулевого цилиндра. Далее номера блоков определяются по формуле:

LBA = (CYL. HDS + HD) SPT + SEC – 1,

где CYL, HD, SEC - номера цилиндра, головки и сектора в пространстве CHS; HDS - количество головок; SPT - количество секторов на дорожке.

ПРИМЕЧАНИЕ

Блоки, цилиндры и дорожки нумеруются, начиная с нуля, а секторы - с первого номера. Такая нумерация сложилась иаорически.

Современные винчестеры, как правило, поддерживают все три типа адресации, а выбор используемого типа остается за BIOS материнской платы. Если в настрой­ках BIOS выбран один из типов адресации, то винчестер за счет внутренней обра­ботки и преобразования данных представляется контроллеру именно таким обра­зом. Если взять три возможные конфигурации одного и того же диска, можно убедиться, что произведение CxHxS остается во всех трех случаях практически неизменным, а умноженное на размер сектора (512 байтов), оно составляет как раз емкость винчестера.

Нужно помнить, что ни количество головок, ни количество физических секторов на «блинах» внутри гермоблока от выбора той или иной адресации не меняется. Электроника винчестера (его микропрограмма) «создает» несуществующие голов­ки и соответствующим образом «подставляет» под них секторы и цилиндры. Этот процесс называют трансляцией адресов, а таблица трансляции обычно хранится во flash-памяти на плате электроники, но может быть записана и на скрытых служеб­ных дорожках.

Если предложить контроллеру автоматически выбрать тип адресации, то он выбе­рет CHS - универсальную адресацию. Если, как было сказано ранее, позволить BIOS выбирать настройки автоматически (auto), то адресация жестких дисков, как правило, происходит именно в CHS.

Организация дорожек и секторов

в действительности данные на пластинах винчестера организованы довольно сложно. Об истинном их расположении «знают» только контроллер и микропро­грамма винчестера. Пока все работает, через интерфейс жесткий диск видится как стандартная матрица блоков или секторов. Если же выходят из строя головки, разрушаются некоторые области пластин и т. д. Поэтому прочитать данные можно лишь штатными средствами такого жесткого диска. Сами специалисты фирм-из­готовителей признают, что все рассуждения на тему сканирования извлеченных из корпуса пластин, считывания остаточной намагниченности оказываются бесполез­ными. Даже теория хранения данных на винчестере оставляет место для неопре­деленности.

Достаточно жестко прописана на поверхности пластин лишь сервоинформация. Это магнитные метки и коды, которые указывают положение дорожек и секторов. Благодаря им головки позиционируются относительно пластин и находят нужные дорожки и секторы. Сервометки записываются на почти готовый винчестер в про­цессе изготовления на специальном оборудовании, после этого их невозможно ни стереть, ни изменить.

Полный объем каждого сектора составляет 571 байт. Из них 512 байтов предназна­чены для записи данных (data), а 59 байтов содержат служебные сведения о внут­реннем номере сектора, контрольные суммы и т. д. Эта информация записывается при низкоуровневом форматировании диска еще на заводе, и доступ к ней через интерфейс предельно ограничен.

При изготовлении пластин на них заранее допускается наличие небольшого коли­чества дефектных участков, иначе рентабельность производства резко снизится. Разумеется, характер и распространенность допустимых дефектов строго регла­ментированы. Кроме того, пластины с размеченными на них дорожками и секто­рами обладают большей емкостью, чем указано в паспорте диска. Этот запасной объем частично используется для хранения служебной информации, а частично для замещения дефектных и поврежденных секторов. После сборки поверхность дисков еще раз проверяется и в ПЗУ на плате электроники записывается карта расположения сбойных секторов, или таблица переназначения.

Процесс переназначения (remapping) сводится к тому, что, когда операционная система выдает запрос на информацию, находящуюся по адресу сбойного сектора, контроллер диска незаметно переадресовывает запрос к одному из запасных сек­торов. Контроллер постоянно обновляет карту дефектов, занося в нее каждый новый обнаруженный сбойный сектор. В современных винчестерах таблица пере­назначения может частично храниться во flash-памяти, а частично записываться на служебные дорожки самого диска. Фактически при обращении к диску контрол­лер пользуется таблицей, состоящей из двух частей. Первая - трансляция адресов, вторая - оперативные уточнения к ней, переназначение. Все это происходит на аппаратном уровне и никак не связано с форматированием, разделами или файло­вой системой. Дефектные секторы совершенно незаметны через интерфейс.

Практический вывод из всего сказанного касается случаев ремонта и замены элек­троники жесткого диска. По общему правилу, заменять плату можно лишь на плату от винчестера той же модели и серии (Model, ID и Part No). Все сведения о формате хранятся в гермоблоке, и после замены платы они должны успешно читаться. После замены платы с установленным на ней ПЗУ может быть перестрое­на или дополнена таблица переназначения секторов.

Наиболее частая причина поломки HDD - это выход из строя платы электроники.

Виды неисправностей плат можно поделить на 2 вида: электромеханические и логические. Электромеханические поломки в основном включают в себя выгорание защитных элементов в цепи питания. Происходит это, из-за так называемым тиристорного эффекта БП - при включении\выключении питания отпираются верхние и нижние ключи, и происходит резкий рост тока потребления, что приводит к “пробою” защитных элементов жесткого диска. Такие элементы либо находятся в коротком замыкании, или уходят “в обрыв”.

Симптомы проявляются следующим образом:

• При включении компьютера с подключенным к нему “сгоревшим” HDD, компьютер не включается, либо совсем не реагируя на нажатие кнопки питания
• Компьютер при включении кратковременно включается и сразу выключается. То же верно и при подключении к таком диску отдельно разъема питания от внешнего БП
• При подаче питания на жесткий диск, винчестер не подает признаков работы: не вращается шпиндельный двигатель, не слышно никаких шумов, писков и т.п.

Найти неисправность не трудно, даже если Вы впервые видели данный тип платы - они все устроены аналогично и TVS-диоды, как и защитные SMD предохранители, будут расположены недалеко от разъема питания. С помощью мультиметра проверяем эти элементы и обнаруживаем неисправный.

TVS-защитные диоды: при попадании на них импульса больше заданного, спекают анод и катод и тёмная сторона силы уходит на массу.

Для замены TVS-защитных диодов, лучше использовать заведомо исправный с донорской платы. Например, берем любую плату от Seagate 3,5 7200.7-12, WD 3,5” (любой SATA) или Samsung 3,5” SATA\IDE и находим в нужной цепи (+5 или +12 V) внешне похожий, и выпаиваем его.

Но в на самом деле жесткий диск заработает и без этих элементов. Выпаиваем, тем самым устраняем короткое замыкание и все, диск работает. Однако делать это не рекомендуем, особенно если Вы хотите сохранить информацию на HDD и не хотите полностью спалить накопитель. Без защиты на входе, винчестеру получит серьезные повреждения и простой заменой 1-2 элементов тут уже не обойтись.

После замены нужных элементов вместо сгоревших, перед тем как устанавливать плату на гермоблок и подключать питание, рекомендуется проверить по цепи питания "+5 - земля" и "+12 - земля", и внимательно осмотреть другие детали на плате HDD на предмет подгорелостей. В противном случае есть шанс спалить свежевпаянные детали при включении, а как максимум - прогорит процессор или коммутатор в гермозоне.

Проверяем не только защитные диоды около разъема питания (вверху), но и остальные элементы

П р имер платы от HDD Samsung, где пользователь решил самостоятельно устранить поломку, впаяв перемычку, и сжег процессор на PCB.

Если без диодов накопитель на свой страх и риск запустить можно, то без SMD предохранителей диск работать не будет. Замену можно найти на другой плате, и для этих целей отлично подходят WD. Такой тип защиты часто встречается на платах накопителей ноутбуков формата 2,5":

Как выглядит современный жёсткий диск (HDD) внутри? Как его разобрать на части? Как называются части и какие функции в общем механизме хранения информации выполняют? Ответы на эти и другие вопросы можно узнать здесь, ниже. Кроме того, мы покажем связь между русскоязычной и англоязычной терминологиями, описывающими компоненты жёстких дисков.

Для наглядности, разберём 3.5-дюймовый SATA диск. Это будет совершенно новый терабайтник Seagate ST31000333AS. Осмотрим нашего подопытного кролика.

Зелёная закреплённая винтами пластина с проступающим узором дорожек, разъёмами питания и SATA называется платой электроники или платой управления (Printed Circuit Board, PCB). Она выполняет функции электронного управления работой жёсткого диска. Её работу можно сравнить с укладкой в магнитные отпечатки цифровых данных и распознание обратно по первому требованию. Например, как прилежный писарь с текстами на бумаге. Чёрный алюминиевый корпус и его содержимое называется гермоблоком (Head and Disk Assembly, HDA). В среде специалистов принято называть его «банкой». Сам корпус без содержимого также называют гермоблоком (base).

Теперь снимем печатную плату (понадобиться отвертка «звёздочка» T-6) и изучим размещённые на ней компоненты.

Первым в глаза бросается большой чип, расположенный посередине – Система на кристалле (System On Chip, SOC). В ней можно выделить два крупных составляющих:

1. Центральный процессор, который производит все вычисления (Central Processor Unit, CPU). Процессор имеет порты ввода-вывода (IO ports) для управления остальными компонентами, расположенными на печатной плате, и передачи данных через SATA-интерфейс.
2. Канал чтения/записи (read/write channel) – устройство, преобразующее поступающий с головок аналоговый сигнал в цифровые данные во время операции чтения и кодирующий цифровые данные в аналоговый сигнал при записи. Так же выполняет слежение за позиционированием головок. Иными словами, создает магнитные образы при записи и распознает их при чтении.

Чип памяти (memory chip) представляет собой обычную DDR SDRAM память. Объём памяти определяет размер кэша жёсткого диска. На этой печатной плате установлена память Samsung DDR объемом 32 Мб, что в теории даёт диску кэш в 32 Мб (и именно такой объём приводится в технических характеристиках жёсткого диска), но это не совсем верно. Дело в том, что память логически разделена на буферную память (кэш) и память прошивки (firmware). Процессору требуется некоторый объём памяти для загрузки модулей прошивки. Насколько известно, только производитель HGST указывают действительный объём кэша в описании технических характеристик; относительно остальных дисков, о реальном объёме кэша остаётся только гадать. В спецификации ATA составители не стали расширять ограничение, заложенное в ранних версиях, равное 16 мегабайт. Поэтому, программы не могут отобразить объем более максимального.

Следующий чип – контроллер управления шпиндельным двигателем и звуковой катушкой, перемещающий блок головок (Voice Coil Motor and Spindle Motor controller, VCM&SM controller). На жаргоне специалистов – это «крутилка». Кроме того, этот чип управляет вторичными источниками питания, расположенными на плате, от которых питается процессор и микросхема предусилителя-коммутатора (preamplifier, preamp), расположенная в гермоблоке. Это главный потребитель энергии на печатной плате. Он управляет вращением шпинделя и движением головок. Так же при отключении питания переключает останавливающийся двигатель в режим генерации и полученную энергию подает на звуковую катушку для плавной парковки магнитных головок. Ядро VCM-контроллера может работать даже при температуре в 100°C.

Часть программы управления (прошивки) диска хранится во флэш-памяти (на рисунке обозначено: Flash). При подаче питания на диск микроконтроллер загружает сначала маленькое boot-ПЗУ внутри себя, а дальше переписывает содержимое флэш-чипа в память и приступает к исполнению кода уже из ОЗУ. Без корректно загруженного кода, диск даже не пожелает запускать двигатель. Если на плате отсутствует флэш-чип, значит, он встроен в микроконтроллер. На современных дисках (где-то с 2004 года и новее, однако исключение составляют жёсткие диски Samsung и они же с наклейками от Seagate) flash-память содержит таблицы с кодами настроек механики и головок, которые уникальны для данного гермоблока и не подойдут к другому. Поэтому операция «перекинуть контроллер» всегда заканчивается либо тем, что диск «не определяется в BIOS», либо определяется заводским внутренним названием, но все равно доступ к данным не даёт. Для рассматриваемого диска Seagate 7200.11 утрата оригинального содержимого flash-памяти приводит к полной потере доступа к информации, так как подобрать или угадать настройки не получится (во всяком случае, автору такая методика не известна).

На youtube-канале R.Lab есть несколько примеров перестановки платы с перепайкой микросхемы c неисправной платы на исправную:
PC-3000 HDD Toshiba MK2555GSX PCB change
PC-3000 HDD Samsung HD103SJ PCB change

Датчик удара (shock sensor) реагирует на опасную для диска тряску и посылает сигнал об этом контроллеру VCM. Контроллер VCM немедленно паркует головки и может остановить вращение диска. Теоретически, такой механизм должен защищать диск от дополнительных повреждений, но на практике он не работает, так что не роняйте диски. Ещё при падении может заклинить шпиндельный двигатель, но об этом позже. На некоторых дисках датчик вибрации обладает повышенной чувствительностью, реагируя на малейшие механические колебания. Полученные с датчика данные позволяют контроллеру VCM корректировать движение головок. На таких дисках установлено, кроме основного, ещё два дополнительных датчика вибрации. На нашей плате дополнительные датчики не припаяны, но места под них есть - обозначены на рисунке как «Vibration sensor».

На плате имеется ещё одно защитное устройство – ограничитель переходного напряжения (Transient Voltage Suppression, TVS). Он защищает плату от скачков напряжения. При скачке напряжения TVS перегорает, создавая короткое замыкание на землю. На этой плате установлено два TVS, на 5 и 12 вольт.

Электроника для старых дисков была менее интегрированная, и каждая функция была разделена на одну и более микросхем.

Теперь рассмотрим гермоблок.

Под платой находятся контакты мотора и головок. Кроме того, на корпусе диска имеется маленькое, почти незаметное отверстие (breath hole). Оно служит для выравнивания давления. Многие считают, что внутри жёсткого диска находится вакуум. На самом деле это не так. Воздух нужен для аэродинамического взлета головок над поверхностью. Это отверстие позволяет диску выровнять давление внутри и снаружи гермозоны. С внутренней стороны это отверстие прикрыто фильтром (breath filter), который задерживает частицы пыли и влаги.

Теперь заглянем внутрь гермозоны. Снимем крышку диска.

Сама крышка не представляет собой ничего интересного. Это просто стальная пластина с резиновой прокладкой для защиты от пыли. Наконец, рассмотрим начинку гермозоны.

Информация хранится на дисках, называемых также «блинами», магнитными поверхностями или пластинами (platters). Данные записываются с двух сторон. Но иногда с одной из сторон головка не установлена, либо физически головка присутствует, но отключена на заводе. На фотографии вы видите верхнюю пластину, соответствующую головке с самым большим номером. Пластины изготавливаются из полированного алюминия или стекла и покрываются несколькими слоями различного состава, в том числе ферромагнитным веществом, на котором, собственно, и хранятся данные. Между пластинами, а также над верхней из них, мы видим специальные вставки, называемыми разделителями или сепараторами (dampers or separators). Они нужны для выравнивания потоков воздуха и снижения акустических шумов. Как правило, их изготавливают из алюминия или пластика. Алюминиевые разделители успешнее справляются с охлаждением воздуха внутри гермозоны. Ниже приведен пример модели прохождения потока воздуха внутри гермоблока.

Вид на пластины и сепараторы сбоку.

Головки чтения-записи (heads), устанавливаются на концах кронштейнов блока магнитных головок, или БМГ (Head Stack Assembly, HSA). Парковочная зона – это область, в которой должны находиться головки исправного диска, если шпиндель остановлен. У этого диска, парковочная зона расположена ближе к шпинделю, что видно на фотографии.

На некоторых накопителях, парковка производится на специальных пластиковых парковочных площадках, расположенных за пределами пластин.

Парковочная площадка накопителя Western Digital 3.5”

В случае парковки головок внутри пластин для съёма блока магнитных головок нужен специальный инструмент, без него снять БМГ очень сложно без повреждения. Для внешней парковки можно вставить между головками пластиковые трубочки, подходящие по размеру, и вынуть блок. Хотя, и для этого случая так же есть съемники, но они более простой конструкции.

Жёсткий диск – механизм точного позиционирования, и для его нормальной работы требуется очень чистый воздух. В процессе использования внутри жёсткого диска могут образовываться микроскопические частицы металла и смазки. Для немедленной очистки воздуха внутри диска имеется циркуляционный фильтр (recirculation filter). Это высокотехнологичное устройство, которое постоянно собирает и задерживает мельчайшие частицы. Фильтр находится на пути потоков воздуха, создаваемых вращением пластин

Теперь снимем верхний магнит и посмотрим, что скрывается под ним.

В жёстких дисках используются очень мощные неодимовые магниты. Эти магниты настолько мощны, что могут поднимать вес в 1300 раз больший их собственного. Так что не стоит класть палец между магнитом и металлом или другим магнитом – удар получится очень чувствительным. На этой фотографии изображены ограничители БМГ. Их задача – ограничить движение головок, оставляя их на поверхности пластин. Ограничители БМГ разных моделей устроены по-разному, но их всегда два, они используются на всех современных жёстких дисках. На нашем накопителе второй ограничитель расположен на нижнем магните.

Вот что можно там увидеть.

Ещё мы видим здесь катушку (voice coil), которая является частью блока магнитных головок. Катушка и магниты образуют привод БМГ (Voice Coil Motor, VCM). Привод и блок магнитных головок образуют позиционер (actuator) – устройство, которое перемещает головки.

Чёрная пластиковая деталь сложной формы называется фиксатором (actuator latch). Он бывает двух типов: магнитный и воздушный (air lock). Магнитный работает как простая магнитная защёлка. Высвобождение осуществляется подачей электрического импульса. Воздушная защёлка освобождает БМГ после того, как шпиндельный двигатель наберёт достаточное число оборотов, чтобы давление воздуха отодвинуло фиксатор с пути звуковой катушки. Фиксатор защищает головки от вылета головок в рабочую область. Если по какой-то причине фиксатор со своей функцией не справился (диск уронили или ударили во включенном состоянии), то головки прилипнут к поверхности. Для дисков 3.5“ последующее включение из-за большей мощности мотора просто оторвет головки. А вот у 2.5“ мощность мотора меньше и шансы восстановить данные, высвободив «из плена» родные головки, довольно высоки.

Теперь снимем блок магнитных головок.

Точность и плавность движения БМГ поддерживается прецизионным подшипником. Самая крупная деталь БМГ, изготовленная из алюминиевого сплава, обычно называется кронштейном или коромыслом (arm). На конце коромысла находятся головки на пружинной подвеске (Heads Gimbal Assembly, HGA). Обычно сами головки и коромысла поставляют разные производители. Гибкий кабель (Flexible Printed Circuit, FPC) идёт к контактной площадке, стыкующейся с платой управления.

Рассмотрим составляющие БМГ подробнее.

Катушка, соединенная с кабелем.

Подшипник.

На следующей фотографии изображены контакты БМГ.

Прокладка (gasket) обеспечивает герметичность соединения. Таким образом, воздух может попасть внутрь блока с дисками и головками только через отверстие для выравнивания давления. У этого диска контакты покрыты тонким слоем золота для предотвращения окисления. А вот со стороны платы электроники окисление случается частенько, что приводит к неисправности HDD. Удалить окисление с контактов можно стирательной резинкой (eraser).

Это классическая конструкция коромысла.

Маленькие чёрные детали на концах пружинных подвесов называют слайдерами (sliders). Многие источники указывают, что слайдеры и головки – это одно и то же. На самом же деле слайдер помогает считывать и писать информацию, поднимая головку над поверхностью магнитных дисков. На современных жёстких дисках головки двигаются на расстоянии 5-10 нанометров от поверхности. Для сравнения: человеческий волос имеет диаметр около 25000 нанометров. Если под слайдер попадёт какая-нибудь частица, это может привести к перегреву головок из-за трения и выходу их из строя, именно поэтому так важна чистота воздуха внутри гермозоны. Ещё попадание пыли может вызвать царапины. От них образуются новые пылинки, но уже магнитные, которые прилипают к магнитному диску и вызывают новые царапины. Это приводит к тому, что диск быстро покрывается царапинами или на жаргоне «запиливается». В таком состоянии ни тонкий магнитный слой, ни магнитные головки уже не работают, и жёсткий диск стучит (клик смерти).

Сами считывающие и записывающие элементы головки находятся на конце слайдера. Они так малы, что разглядеть их можно только в хороший микроскоп. Ниже приведен пример фотографии (справа) через микроскоп и схематическое изображение (слева) взаимного расположения пишущего и читающего элементов головки.

Рассмотрим поверхность слайдера поближе.

Как видите, поверхность слайдера не плоская, на ней имеются аэродинамические канавки. Они помогают стабилизировать высоту полёта слайдера. Воздух под слайдером образует воздушную подушку (Air Bearing Surface, ABS). Воздушная подушка поддерживает почти параллельный поверхности блина полёт слайдера.

Вот ещё одно изображение слайдера.

Здесь хорошо видны контакты головок.

Это ещё одна важная часть БМГ, которая пока не обсуждалась. Она называется предусилителем (preamplifier, preamp). Предусилитель – это чип, управляющий головками и усиливающий поступающий к ним или от них сигнал.

Предусилитель располагают прямо в БМГ по очень простой причине - сигнал, идущий с головок, очень слаб. На современных дисках он имеет частоту более 1 ГГц. Если вынести предусилитель за пределы гермозоны, такой слабый сигнал сильно затухнет по пути к плате управления. Установить же усилитель прямо на голове нельзя, так как она существенно нагревается во время работы, что делает не возможным работу полупроводникового усилителя, вакуумно-ламповых усилителей таких малых размеров ещё не придумали.

От предусилителя к головкам (справа) ведёт больше дорожек, чем к гермозоне (слева). Дело в том, что жёсткий диск не может одновременно работать более чем с одной головкой (парой пишущих и считывающих элементов). Жёсткий диск посылает сигналы на предусилитель, и он выбирает головку, к которой в данный момент обращается жёсткий диск.

Хватит о головках, давайте разбирать диск дальше. Снимем верхний сепаратор.

Вот как он выглядит.

На следующей фотографии вы видите гермозону со снятыми верхним разделителем и блоком головок.

Стал виден нижний магнит.

Теперь прижимное кольцо (platters clamp).

Это кольцо удерживает блок пластин вместе, не давая им двигаться друг относительно друга.

Блины нанизаны на шпиндель (spindle hub).

Теперь, когда блины ничто не удерживает, снимем верхний блин. Вот что находится под ним.

Теперь понятно, за счёт чего создается пространство для головок – между блинами находятся разделительные кольца (spacer rings). На фотографии виден второй блин и второй сепаратор.

Разделительное кольцо – высокоточная деталь, изготовленная из немагнитного сплава или полимеров. Снимем его.

Вытащим из диска все остальное, чтобы осмотреть дно гермоблока.

Так выглядит отверстие для выравнивания давления. Оно располагается прямо под воздушным фильтром. Рассмотрим фильтр внимательнее.

Так как поступающий снаружи воздух обязательно содержит пыль, фильтр имеет несколько слоёв. Он гораздо толще циркуляционного фильтра. Иногда он содержит частицы силикагеля для борьбы с влажностью воздуха. Однако, если жёсткий диск поместить в воду, то она наберется внутрь через фильтр! И это совсем не означает, что попавшая внутрь вода будет чистая. На магнитных поверхностях кристаллизуются соли и наждачка вместо пластин обеспечена.

Немного подробнее про шпиндельный двигатель. Схематически его конструкция показана на рисунке.

Внутри spindle hub закреплен постоянный магнит. Обмотки статора, меняя магнитное поле, заставляют ротор вращаться.

Моторы бывают двух видов, с шариковыми подшипниками и с гидродинамическими (Fluid Dynamic Bearing, FDB). Шариковые перестали использовать более 10 лет назад. Это связано с тем, что у них биение высокое. В гидродинамическом подшипнике биения намного ниже и работает он значительно тише. Но есть и пару минусов. Во-первых, он может заклинить. С шариковыми такого явления не происходило. Шариковые подшипники если и выходили из строя, то начинали громко шуметь, но информация хоть медленно, но читалась. Сейчас же, в случае клина подшипника, нужно при помощи специального инструмента снять все диски и установить их на исправный шпиндельный двигатель. Операция очень сложная и редко приводит к удачному восстановлению данных. Клин может возникнуть от резкого изменения положения за счет большого значения силы Кориолиса, действующей на ось и приводящей к ее сгибанию. Например, есть внешние 3.5” диски в коробочке. Стояла коробочка вертикально, задели, упала горизонтально. Казалось бы, не далеко улетел то?! А нет - клин двигателя, и никакой информации уже не достать.

Во-вторых, из гидродинамического подшипника может вытечь смазка (она там жидкая, ее довольно много, в отличие от смазки-геля, используемой шариковых), и попасть на магнитные пластины. Чтобы предотвратить попадание смазки на магнитные поверхности используют смазку с частицами, имеющими магнитные свойства и улавливающими их магнитные ловушки. Еще используют вокруг места возможной протечки абсорбционное кольцо. Вытеканию способствует перегрев диска, поэтому важно следить за температурным режимом эксплуатации.

Уточнение связи между русскоязычной и англоязычной терминологией выполнено Леонидом Воржевым.

Обновление 2018, Сергей Яценко

Перепечатка или цитирование разрешены при условии сохранения ссылки на перво