Жорсткий диск і двох основних частин: гермоблока і контролера.

Малюнок 1 – блок – схема жорсткого диска

Рисунок 2 – Основні елементи конструкції жорсткого диска

1.2. Пристрій жорсткого диска

Весь вінчестер, як пристрій, ділиться, як ми зазначили, на дві великі складові: плату електроніки та гермозону або "банку", всередині якої вже знаходяться магнітні диски, блок магнітних головок, двигун шпиндель.

Малюнок 3- Зовнішній вигляд жорсткого диска фірми MAXTOR

1.3. Плата електроніки (контролер)

Плата електроніки або контролер на жорсткому диску, насправді, невеликий комп'ютер.

Рисунок 4 – Зовнішній вигляд плати електроніки (контролера) жорсткого диска фірми MAXTOR

На платі сучасних вінчестерів можна знайти процесор, пам'ять (ОЗУ), ПЗУ. Процесор займається обробкою отриманих з головок даних та перетворенням їх на зрозумілу комп'ютеру «мову» - ATA стандарт. Робить він це, як і комп'ютер оперативної пам'яті ОЗУ. ПЗУ потрібне для старту, як БІОС на материнській платі. Чим займається мікросхема керування двигуном зрозуміло з її назви. При включенні плата контролера зчитує службову інформацію і якщо вона коректна, жорсткий диск починає роботу. Але що робити, якщо плата електроніки виходить з ладу і, як наслідок, немає доступу до документів, фотографій тощо, адже жорсткий диск зламався?

Звичайно ж, з'являється бажання поміняти цю злощасну плату на аналогічну від жорсткого диска «донора», адже вони такі схожі, і рахувати свою інформацію. Але не все так просто, як здається на перший погляд. Як відомо, прогрес не стоїть на місці, і виробники жорстких дисків постійно вдосконалять свою продукцію, вносять зміни в технологію виготовлення жорстких дисків і, як наслідок, з'являються нові лінійки моделей вінчестерів, які відрізняються щільністю запису, прошивкою, конструкцією окремих вузлів, схемотехнікою плати електроніки. Саме з цієї причини на більшості жорстких дисках контролери мають тонкі параметри налаштування і не взаємозамінні.

Отже, висновок: не володіючи повною інформацією про взаємозамінність контролерів на жорстких дисках, некваліфіковані самостійні спроби відновлення даних у разі заміни плати електроніки можуть не тільки посилити причину поломки, а й значно знизити шанси успішного відновлення інформації з НЖМД.

Виноска:

Контролери жорстких дисків

Малюнок 5 - Контролер

Власне контролер накопичувача фізично розташований на платі електроніки та призначений для забезпечення операцій перетворення та пересилання інформації від головок читання/запису до інтерфейсу накопичувача. Часто, контролером називають інтерфейс накопичувача чи інтерфейс ПК із накопичувачем, що, загалом, не так.

Контролер жорстких дисків є складним пристроєм - мікрокомп'ютером, зі своїм процесором, ОЗУ і ПЗУ, схемами і системою вводу/виводу і т.п. Однак, у більшості випадків, виробники розміщують їх в одному або двох мікрочіпах.

Контролер займається безліччю операцій перетворення потоку даних. Оскільки довжина записів нерівна, дані на різні записи необхідно записувати нерівномірно. Це стає проблемою, в порівнянні з гнучкими дисками, для носіїв з високою щільністю запису (кількість доріжок більше 1000). Прості контролери, як правило, записують одну і ту ж кількість інформації на кожну доріжку, незалежно від її довжини. Для цього контролер упаковує дані щільніше, починаючи з певної доріжки. Циліндр (у разі більшого, ніж один диск, усі доріжки, що знаходяться одна під одною, називаються циліндром), з якого починається щільніша упаковка даних, називається циліндром початкової прекомпенсації (Starting Cylinder for Precompensation - SCP). Для компенсації спотворення інформації при читанні запис даних проводиться з попереднім зміщенням бітів, яке враховує спотворення.

Жорсткий диск - один з найбільш складно влаштованих компонентів комп'ютера, хоча принцип його роботи досить простий: на пластинах, що обертаються, покритих магнітним шаром, записуються концентричні доріжки. Складнощі виникають, коли принцип роботи жорсткого диска реалізується у пристрої розміром з долоню, що зберігає гігабайти даних і здатний працювати безперервно роками.

Гермоблок

Гермоблок – основна складова сучасного вінчестера. Це масивна і жорстка лита основа, на якій змонтовано шпиндель із пакетом пластин та блок головок. Основа закривається герметичною кришкою. Зазвичай у книгах докладно розповідають про влаштування двигунів і приводів, типи та конструкції головок і т. д. Однак як тільки користувач самостійно розкриває гермоблок (рис. 2.1), вінчестер стає непридатним для роботи. Такого ж результату призводить і робота більшості сервісних центрів.

Мал. 2.1. Гермоблок зі знятою кришкою

Усередині корпусу накопичувача з величезною швидкістю обертається пакет пластин із алюмінієвого сплаву, розташованих один над одним. Пакет закріплений на шпинделі двигуна. Пластини покриті шаром магнітного матеріалу завтовшки кілька мікрон. Над поверхнею пластин переміщуються головки, причому зазор між поверхнею пластин і головками становить близько 0,05 мікрон. Це набагато менше, ніж розміри найдрібніших пилових частинок, що літають у повітрі. Абразивний ефект будь-яких частинок, що потрапили в зазор, такий, що головка після кількох десятків зіткнень остаточно виходить з ладу, а на поверхні пластини при кожному зіткненні утворюються дефекти магнітного шару. Руйнування магнітного шару - це лавиноподібний процес. Дефект покриття стрімко розростається, а частинки, що відлітають, наносять нові вибоїни і сколи. В результаті розтину в домашніх умовах гермоблок через кілька десятків хвилин роботи вінчестер може стати практично нечитаним.

Всі маніпзляції, пов'язані з розкриттям гермоблока, вимагають виняткової чистоти і практично безглузді в домашніх умовах. Ця книга призначена в основному для тих, хто хоче спробувати свої сили у відновленні інформації, тому тут йдеться про засоби, реально доступні вдома або у звичайному сервісному центрі. Про спеціальні професійні засоби буде коротко сказано у розділі «Тяжка артилерія» цього розділу.

Плата електроніки

Плату електроніки іноді називають платою контролера. Під гермоблоком сучасного вінчестера закріплена друкована плата, де знаходяться практично всі електронні схеми жорсткого диска (рис. 2.2). Виняток - мініатюрний попередній підсилювач, встановлений прямо на блоці головок усередині гермоблоку.

Мал. 2.2. Плата електроніки вінчестера

На торець плати виведені роз'єми інтерфейсу та живлення, а також перемикачі-джампери. На платі розташовані щонайменше чотири компоненти.

Схеми керування приводами шпинделя та позиціонування блоку головок.

Основний мікропроцесор вінчестера, який забезпечує всю обробку та передачу даних між зовнішнім інтерфейсом та блоком головок. Усередині нього зазвичай виділяють:

Цифровий сигнальний процесор (digital signal processor - DSP), що відповідає за зчитування та запис інформації всередині вінчестера;

Схеми інтерфейсу, які підтримують обмін даними через зовнішній інтерфейс – SATA чи IDE.

Мікросхема кеш-пам'яті.

Мікросхема flash-пам'яті (Flash-ROM, ПЗУ), що зберігає мікропрограму (прошивку) вінчестера.

Крім перерахованих компонентів, на платі є аналогові радіодеталі: конденсатори, резистори, напівпровідникові запобіжники. Незважаючи на те, що часто йдеться про ремонт плат електроніки, на практиці плати зазвичай замінюються цілком. Звичайно, перепаяти резистор чи запобіжник легко, але з ладу вони виходять досить рідко. А необхідні мікросхеми, які виходять із ладу набагато частіше, знайти непросто. Оскільки ці чіпи випускаються під певні моделі або серії приводів, знайти їх вдається переважно лише на такій же платі. Крім того, кожній серії вінчестерів зазвичай притаманні свої конкретні дефекти, і згоряють на платах ті самі деталі. Плата від несправного вінчестера навряд чи стане в нагоді. У результаті заміни потрібна повністю справна плата.

Плата з'єднана з гермоблоком одним або двома роз'ємами. Порушення контакту цих плоских роз'ємах зовні проявляється як несправність жорсткого диска.

Геометрія та адресація

Усередині диска зазвичай знаходиться цілий пакет пластин, розташованих одна над іншою, тому доріжки можна як циліндр (Cylinder - З). Поверхня кожної сторони кожної пластини обслуговує окрема головка (Head-H). Будь-який диск можна умовно поділити на сектори (Sector – S). Таким чином, якщо уявляти, що в одному секторі записано один блок даних, цей блок завжди можна вказати поєднанням трьох «адрес»: номери циліндра, номери головки та номери сектора – скорочено CHS (рис. 2.3). Щоб прочитати чи записати певний блок даних, достатньо повідомити контролеру жорсткого диска ці три значення – головки перейдуть на потрібний циліндр, а коли під ними виявиться необхідний сектор, певна головка прочитає чи запише інформацію. Щоб повідомити BIOS розмір жорсткого диска і те, як до нього слід звертатися, достатньо привести лише три значення: кількість циліндрів, головок та секторів на цьому диску. Розмір кожного сектора завжди незмінний: 512 байтів. Така адресація називається адресацією CHS. Вона є найбільш старою, стандартною та універсальною. Її ще називають геометрією жорсткого диска.

Мал. 2.3. Циліндри, головки та сектори

На початку використання жорстких дисків їх ємність обмежувалася десятками мегабайтів, тому йшлося дійсно про справжні фізичні доріжки (циліндри), голівки та сектори. З часом щільність запису на кожній пластині зросла в багато разів і контролери жорстких дисків навчилися перераховувати ці параметри і представляти BIOS цілком умовну конфігурацію диска, де, наприклад, головок у чотири рази більше, а циліндрів у чотири рази менше, ніж є насправді. Твір всіх трьох величин завжди залишається таким, яким воно є насправді. Причиною, що змусила відійти від реальної, фізичної, геометрії, стала історія розвитку комп'ютерної техніки. Виробники вінчестерів то випереджали у розробках творців контролерів IDE і BIOS материнських плат, то навпаки. Пошуки сумісності і компромісів призвели до того, що сьогодні кількість циліндрів, головок і секторів вінчестера, що відображається, ніяк не відповідає справжньому пристрою гермоблока. У сучасних дисків навіть кількість секторів може бути змінною величиною. Доріжки, розташовані ближче до центру диска, розбиті на меншу, а периферії - на більшу кількість секторів.

Адресація ECHS (Extended CHS), або Large, - подальший розвиток адресації CHS. Інакше її називають фіктивною адресацією – кількість циліндрів, головок

Уаройаво ніяких дисків 43

і секторів призначається виробником вінчестера довільно і записується в CMOS контролера.

Поряд із тривимірною адресацією CHS була придумана адресація логічних блоків LBA - Logical Block Adress. З одного боку, у цьому типі адресації дані зчитуються логічними блоками, які з кількох секторів. Відповідно, кількість циліндрів робиться менше, а головок – більше, ніж насправді. З іншого боку, ця адресація лінійна: кожному логічному блоку надається порядковий номер LBA. За нульовий приймається блок, який починається з першого сектора нульової головки нульового циліндра. Далі номери блоків визначаються за такою формулою:

LBA = (CYL. HDS + HD) SPT + SEC - 1,

де CYL, HD, SEC - номери циліндра, головки та сектора у просторі CHS; HDS – кількість головок; SPT – кількість секторів на доріжці.

ПРИМІТКА

Блоки, циліндри та доріжки нумеруються, починаючи з нуля, а сектори – з першого номера. Така нумерація склалася іаорично.

Сучасні вінчестери, як правило, підтримують усі три типи адресації, а вибір використовуваного типу залишається за BIOS материнської плати. Якщо в налаштуваннях BIOS вибрано один з типів адресації, вінчестер за рахунок внутрішньої обробки і перетворення даних представляється контролеру саме таким чином. Якщо взяти три можливі конфігурації одного і того ж диска, можна переконатися, що твір CxHxS залишається у всіх трьох випадках практично незмінним, а помножений на розмір сектора (512 байтів), він становить якраз ємність вінчестера.

Потрібно пам'ятати, що ні кількість головок, ні кількість фізичних секторів на «млинцях» усередині гермоблока від вибору тієї чи іншої адресації не змінюється. Електроніка вінчестера (його мікропрограма) "створює" неіснуючі головки і відповідним чином "підставляє" під них сектори та циліндри. Цей процес називають трансляцією адрес, а таблиця трансляції зазвичай зберігається у flash-пам'яті на платі електроніки, але може бути записана і на прихованих службових доріжках.

Якщо запропонувати контролеру автоматично вибрати тип адресації, він вибере CHS - універсальну адресацію. Якщо, як було сказано раніше, дозволити BIOS вибирати установки автоматично (auto), то адресація жорстких дисків, як правило, відбувається саме в CHS.

Організація доріжок та секторів

Насправді дані на пластинах вінчестера організовані досить складно. Про справжнє їх розташування «знають» лише контролер та мікропрограма вінчестера. Поки все працює, через інтерфейс жорсткий диск бачиться як стандартна матриця блоків чи секторів. Якщо ж виходять з ладу головки, руйнуються деякі області пластин і т.д. Тому прочитати дані можна лише штатними засобами такого жорсткого диска. Самі фахівці фірм-виробників визнають, що всі міркування на тему сканування витягнутих із корпусу пластин, зчитування залишкової намагніченості виявляються марними. Навіть теорія зберігання даних на вінчестері залишає місце для невизначеності.

Достатньо жорстко прописана на поверхні пластин лише сервоінформація. Це магнітні мітки та коди, які вказують положення доріжок та секторів. Завдяки їм головки позиціонуються щодо пластин та знаходять потрібні доріжки та сектори. Сервомітки записуються на майже готовий вінчестер у процесі виготовлення на спеціальному устаткуванні, після чого їх неможливо ні стерти, ні змінити.

Повний обсяг кожного сектора складає 571 байт. З них 512 байтів призначені для запису даних (data), а 59 байтів містять службові відомості про внутрішній номер сектора, контрольні суми тощо. Ця інформація записується при низькорівневому форматуванні диска ще на заводі, і доступ до неї через інтерфейс гранично обмежений.

При виготовленні пластин на них наперед допускається наявність невеликої кількості дефектних ділянок, інакше рентабельність виробництва різко зменшиться. Зрозуміло, характері і поширеність допустимих дефектів суворо регламентовані. Крім того, пластини з розміченими на них доріжками і секторами мають більшу ємність, ніж зазначено в паспорті диска. Цей запасний обсяг частково використовується для зберігання службової інформації, а частково для заміщення дефектних і пошкоджених секторів. Після збирання поверхня дисків ще раз перевіряється і в ПЗП на платі електроніки записується карта розташування збійних секторів або таблиця перепризначення.

Процес перепризначення (remapping) зводиться до того, що коли операційна система видає запит на інформацію, що знаходиться за адресою збійного сектора, контролер диска непомітно переадресовує запит до одного із запасних секторів. Контролер постійно оновлює карту дефектів, заносячи до неї кожен новий виявлений збійний сектор. У сучасних вінчестерах таблиця перепризначення може частково зберігатися у flash-пам'яті, а частково записуватися на службові записи самого диска. Практично при зверненні до диска контролер користується таблицею, що з двох частин. Перша – трансляція адрес, друга – оперативні уточнення до неї, перепризначення. Все це відбувається на апаратному рівні і ніяк не пов'язане із форматуванням, розділами чи файловою системою. Дефектні сектори непомітні через інтерфейс.

Практичний висновок із усього сказаного стосується випадків ремонту та заміни електроніки жорсткого диска. За загальним правилом, замінювати плату можна лише на плату від вінчестера тієї ж моделі та серії (Model, ID та Part No). Усі відомості про формат зберігаються в гермоблоці, і після заміни плати вони мають успішно читатись. Після заміни плати із встановленим на ній ПЗП може бути перебудовано або доповнено таблицю перепризначення секторів.

Накопичувач на жорсткому магнітному диску (НЖМД) HDD (Hard Disk Drive) вінчестер (носій) - матеріальний об'єкт, здатний зберігати інформацію.

Накопичувачі інформації можуть бути класифіковані за такими ознаками:

• способу зберігання інформації: магнітоелектричні, оптичні, магнітооптичні;
• виду носія інформації: накопичувачі на гнучких та жорстких магнітних дисках, оптичних та магнітооптичних дисках, магнітній стрічці, твердотільні елементи пам'яті;
• способу організації доступу до інформації - накопичувачі прямого, послідовного та блокового доступу;
• типу пристрою зберігання інформації - вбудовані (внутрішні), зовнішні, автономні, мобільні (що носяться) та ін.

Значна частина накопичувачів інформації, використовуваних нині, створено з урахуванням магнітних носіїв.

Пристрій жорсткого диска

Вінчестер містить набір пластин, що представляють найчастіше металеві диски, вкриті магнітним матеріалом – платтером (гама-ферит-оксид, ферит барію, окис хрому…) та з'єднані між собою за допомогою шпинделя (валу, осі).
Самі диски (товщина приблизно 2мм) виготовляються з алюмінію, латуні, кераміки або скла. (Див. Рис)

Для запису використовуються обидві поверхні дисків. Використовується 4-9 пластин. Вал обертається з високою постійною швидкістю (3600-7200 оборотів/хв.)
Обертання дисків та радикальне переміщення головок здійснюється за допомогою 2-х електродвигунів.
Дані записуються або зчитуються за допомогою головок запису/читанняпо одній на кожну поверхню диска. Кількість головок дорівнює кількості робочих поверхонь всіх дисків.

Запис інформації на диск ведеться по строго визначених місцях - концентричних доріжкам (трекам) . Доріжки діляться на сектора.В одному секторі 512 байт інформації.

Обмін даними між ОЗП та НМД здійснюється послідовно цілим числом (кластером). Кластер- Ланцюжки послідовних секторів (1,2,3,4, ...)

Спеціальний двигунза допомогою кронштейна позиціонує головку читання/запису над заданою доріжкою (переміщає її у радіальному напрямку).
При повороті диска головка знаходиться над потрібним сектором. Очевидно, що всі головки переміщуються одночасно і зчитують інфоголовки переміщуються одночасно і зчитують інформацію з однакових доріжок різних ро-мацію з однакових доріжок різних дисків.

Доріжки вінчестера з однаковим порядковим номером на різних дисках вінчестера циліндром .
Головки читання запису переміщаються вздовж поверхні платтера. Чим ближче до поверхні диска знаходиться головка при цьому, не торкаючись її, тим вище допустима щільність запису.

Пристрій вінчестера

Магнітний принцип читання та запису інформації

магнітний принцип запису інформації

Фізичні основи процесів запису та відтворення інформації на магнітних носіях закладені в роботах фізиків М.Фарадея (1791 – 1867) та Д. К. Максвелла (1831 – 1879).

У магнітних носіях інформації цифровий запис проводиться на чутливий магніто матеріал. До таких матеріалів відносяться деякі різновиди оксидів заліза, нікель, кобальт та його сполуки, сплави, а також магнітопласти та магнітоеласти з в'язкою з пластмас та гуми, мікропорошкові магнітні матеріали.

Магнітне покриття має товщину кілька мікрометрів. Покриття наноситься на немагнітну основу, якою для магнітних стрічок та гнучких дисків використовуються відмінність пластмаси, а для жорстких дисків – алюмінієві сплави та композиційні матеріали підкладки. Магнітне покриття має доменну структуру, тобто. складається з безлічі найдрібніших намагнічених частинок.

Магнітний домен (від лат. dominium – володіння) - це мікроскопічна, однорідно намагнічена область у феромагнітних зразках, відокремлена від сусідніх областей тонкими перехідними шарами (доменними межами).

Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до напряму магнітних силових ліній. Після припинення впливу зовнішнього поля на поверхні домену утворюються зони залишкової намагніченості. Завдяки цій властивості на магнітному носії зберігається інформація, що діяло магнітному полі.

Під час запису інформації зовнішнє магнітне поле створюється з допомогою магнітної головки. У процесі зчитування інформації зони залишкової намагніченості, опинившись навпроти магнітної головки, наводять у ній під час зчитування електрорушійну силу (ЕРС).

Схема запису та читання з магнітного диска дана на рис.3.1 Зміна напрямку ЕРС протягом деякого проміжку часу ототожнюється з двійковою одиницею, а відсутність цієї зміни – з нулем. Зазначений проміжок часу називається бітовим елементом.

Поверхня магнітного носія сприймається як послідовність точкових позицій, кожна у тому числі асоціюється з бітом інформації. Оскільки розташування цих позицій визначається неправильно, для запису потрібні заздалегідь нанесені мітки, які допомагають знаходити необхідні позиції запису. Для нанесення таких синхронізуючих міток має бути розбито диск на доріжки
та сектори - форматування.

Організація швидкого доступу до інформації на диску є важливим етапом для зберігання даних. Оперативний доступ до будь-якої частини поверхні диска забезпечується, по-перше, за рахунок надання йому швидкого обертання та, по-друге, шляхом переміщення магнітної головки читання/запису радіусом диска.
Гнучкий диск обертається зі швидкістю 300-360 об/хв, а жорсткий диск - 3600-7200 об/хв.

Логічне влаштування вінчестера

Магнітний диск спочатку не готовий до роботи. Для приведення його в робочий стан він має бути відформатовано, тобто. має бути створена структура диска.

Структура (розмітка) диска створюється під час форматування.

Форматування магнітних дисків включає 2 етапи:

1. фізичне форматування (низького рівня)
2. логічне (високого рівня).

При фізичному форматуванні робоча поверхня диска розбивається окремі області, звані секторами,які розташовані вздовж концентричних кіл – доріжок.

Крім того, визначаються сектори, непридатні для запису даних, вони позначаються як поганідля того, щоб уникнути їх використання. Кожен сектор є мінімальною одиницею даних на диску, має власну адресу для прямого доступу до нього. Адреса сектора включає номер сторони диска, номер доріжки та номер сектора на доріжці. Визначаються фізичні параметри диска.

Як правило, користувачеві не потрібно займатися фізичним форматуванням, так як у більшості випадків жорсткі диски надходять у відформатованому вигляді. Взагалі, цим має займатися спеціалізований сервісний центр.

Форматування низького рівняпотрібно проводити у таких випадках:

• якщо з'явився збій у нульовій доріжці, що викликає проблеми при завантаженні з жорсткого диска, але диск при завантаженні з дискети доступний;
• якщо ви повертаєте в робочий стан старий диск, наприклад, переставлений зі зламаного комп'ютера.
• якщо диск виявився відформатованим для роботи з іншою операційною системою;
• якщо диск перестав нормально працювати та всі методи відновлення не дали позитивних результатів.

Потрібно мати на увазі, що фізичне форматування є дуже сильнодіючою операцією- при його виконанні дані, що зберігалися на диску, будуть повністю стерті і відновити їх буде абсолютно неможливо! Тому не приступайте до форматування низького рівня, якщо ви не впевнені, що зберегли всі важливі дані поза жорстким диском!

Після того, як ви виконаєте форматування низького рівня, слідує черговий етап - створення розбивки жорсткого диска на один або кілька логічних дисківнайкращий спосіб впоратися з плутаниною каталогів та файлів, розкиданих по диску.

Не додаючи жодних апаратних елементів до вашої системи, Ви отримуєте можливість працювати з кількома частинами одного жорсткого диска, як із кількома накопичувачами.
При цьому ємність диска не збільшується, проте можна значно покращити його організацію. Крім того, можна використовувати різні логічні диски для різних операційних систем.

При логічне форматування відбувається остаточна підготовка носія до зберігання даних шляхом логічного організації дискового простору.
Диск підготовляється для запису файлів у сектори, створені за низькорівневого форматування.
Після створення таблиці розбивки диска слідує черговий етап - логічне форматування окремих частин розбивки, іменованих надалі логічними дисками.

Логічний диск - Це деяка область жорсткого диска, що працює так само, як окремий накопичувач.

Логічне форматування є значно простішим процесом, ніж форматування низького рівня.
Для того, щоб виконати його, завантажтеся з дискети, що містить утиліту FORMAT.
Якщо у вас є кілька логічних дисків, послідовно відформатуйте все.

У процесі логічного форматування на диску виділяється системна область, Що складається з 3-х частин:

• завантажувального сектора та таблиця розділів (Boot reсord)
• таблиці розміщення файлів (FAT), в яких записуються номери доріжок та секторів, що зберігають файли
• кореневий каталог (Root Direсtory).

Запис інформації здійснюється частинами через кластер. В тому самому кластері не може бути 2-х різних файлів.
Крім того, на даному етапі диску може бути надане ім'я.

Жорсткий диск може бути розбитий на кілька логічних дисків і навпаки 2 жорсткі диски можуть бути об'єднані в один логічний.

Рекомендується на жіночому диску створювати як мінімум два розділи (два логічні диски): один з них відводиться під операційну систему та програмне забезпечення, другий диск виключно виділяється під дані користувача. Таким чином дані та системні файли зберігаються окремо один від одного і в разі збою операційної системи набагато більша ймовірність збереження даних користувача.

Характеристики вінчестерів

Жорсткі диски (вінчестери) відрізняються між собою такими характеристиками:

1. ємністю
2. швидкодією – часом доступу до даних, швидкістю читання та запису інформації.
3. інтерфейсом (спосіб підключення) - типом контролера, до якого повинен приєднуватися вінчестер (найчастіше IDE/EIDE та різні варіанти SСSI).
4. інші особливості

1. Ємність- кількість інформації, що міститься на диску (визначається рівнем технології виготовлення).
Сьогодні ємність становить 500 -2000 і більше Гб. Місця на жорсткому диску ніколи не буває багато.

2. Швидкість роботи (швидкість)диска характеризується двома показниками: часом доступу до даних на дискуі швидкістю читання/запису на диску.

Час доступу – час, необхідний для переміщення (позиціонування) головок читання/запису на потрібну доріжку та потрібний сектор.
Середній характерний час доступу між двома випадково вибраними доріжками приблизно 8-12мс (мілісекунд), швидші диски мають час 5-7мс.
Час переходу на сусідню доріжку (сусідний циліндр) менший за 0.5 - 1.5мс. Для повороту в потрібний сектор теж потрібен час.
Повний час обороту диска для сучасних вінчестерів 8 – 16мс, середній час очікування сектора становить 3-8мс.
Чим менший час доступу, тим швидше буде працювати диск.

Швидкість читання/запису(пропускна здатність введення/виводу) або швидкість передачі даних (трансферт)– час передачі послідовно розташованих даних, залежить тільки від диска, а й його контролера, типи шини, швидкодія процесора. Швидкість повільних дисків 1.5-3 Мб/с, у швидких 4-5Мб/с, у останніх 20Мб/с.
Вінчестери з SСSI-інтерфейсом підтримують частоту обертання 10000 об./хв. та середній час пошуку 5мс, швидкість передачі даних 40-80 Мб/с.

3.Стандарт інтерфейсу підключення вінчестера - Тобто. тип контролера, якого повинен підключатися жорсткий диск. Він знаходиться на материнській платі.
Розрізняють три основні інтерфейси підключення

1. IDE та його різні варіанти

IDE (Integrated Disk Elestronis) або (ATA) Advanсed Technology Attaсhment
Переваги - простота та невисока вартість

Швидкість передачі: 8.3, 16.7, 33.3, 66.6, 100 Мб/с. У міру розвитку даних інтерфейс підтримує розширення списку пристроїв: жорсткий диск, супер-флопі, магнітооптика,
НМЛ, CD-ROM, CD-R, DVD-ROM, LS-120, ZIP.

Вводяться деякі елементи розпаралелювання (gneuing і dissonneсt/resonneсt), контролю за цілісністю даних при передачі. Головний недолік IDE - невелика кількість пристроїв, що підключаються (не більше 4), що для ПК високого класу явно мало.
Сьогодні інтерфейси IDE перейшли на нові протоколи обміну Ultra ATA. Значно збільшивши свою пропускну здатність
Mode 4 і DMA (Direсt Memory Aссess) Mode 2 дозволяє передавати дані зі швидкістю 16,6 Мб/с, проте реальна швидкість передачі була б набагато менше.
Стандарти Ultra DMA/33 та Ultra DMA/66, розроблені в лютому 98р. компанією Quantum мають 3 режими роботи 0,1,2 і 4, відповідно у другому режимі носій підтримує
швидкість передачі 33Мб/с. (Ultra DMA/33 Mode 2) Для забезпечення такої високої швидкості можна досягти лише при обміні з буфером накопичувача. Для того, щоб скористатися
стандартами Ultra DMA необхідно виконати 2 умови:

1. апаратна підтримка на материнській платі (чіпсета) та з боку самого накопичувача.

2. для підтримки режиму Ultra DMA, як і інший DMA (direсt memory Aссess-прямий доступ до пам'яті).

Потрібний спеціальний драйвер для різних наборів мікросхем різних. Як правило, вони входять до комплекту системної плати, у разі необхідності її можна «завантажити»
з Internet зі сторінки фірми-виробника материнської плати.

Стандарт Ultra DMA має зворотну сумісність з попередніми контролерами, що працюють у більш повільному варіанті.
Сьогоднішній варіант: Ultra DMA/100 (кінець 2000р.) та Ultra DMA/133 (2001р.).

SATA
Заміна IDE (ATA) не інша високошвидкісна послідовна шина Fireware (IEEE-1394). Застосування нової технології дозволить довести швидкість передачі 100Мб/с,
підвищується надійність системи, це дозволить встановлювати пристрої, не включаючи ПК, що категорично не можна в ATA-інтерфейсі.

SСSI (Small Computer System Interfase)— пристрої дорожчі за звичайні в 2 рази, вимагають спеціального контролера на материнській платі.
Використовуються для серверів, видавничих систем, САПР. Забезпечують більш високу швидкодію (швидкість до 160Мб/с), широкий діапазон пристроїв зберігання даних, що підключаються.
SСSI-контролер необхідно купувати разом із відповідним диском.

SСSI перевага перед IDE- гнучкість та продуктивність.
Гнучкість полягає великою кількістю пристроїв, що підключаються (7-15), а у IDE (4 максимально), більшою довжиною кабелю.
Продуктивність - висока швидкість передачі та можливість одночасної обробки кількох транзакцій.

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

2. Інша технологія SСSI-інтерфейсу названа Fibre Сhannel Arbitrated Loop (FС-AL) дозволяє підключати до 100Мбс, довжина кабелю при цьому до 30 метрів. Технологія FС-AL дозволяє здійснити «гарячі» підключення, тобто. на «ходу», має додаткові лінії для контролю та корекції помилок (технологія дорожча за звичайний SСSI).

4. Інші особливості сучасних вінчестерів

Величезна різноманітність моделей вінчестера ускладнює вибір відповідного.
Крім потрібної ємності, дуже важлива і продуктивність, яка визначається в основному його фізичними характеристиками.
Такими характеристиками є середній час пошуку, швидкість обертання, внутрішня і зовнішня швидкість передачі, обсяг Кеш-пам'яті.

4.1 Середній час пошуку.

Жорсткий диск витрачає якийсь час для того, щоб перемістити магнітну головку поточного положення в нове, необхідне зчитування чергової порції інформації.
У кожній конкретній ситуації цей час є різним, залежно від відстані, на яку повинна переміститися головка. Зазвичай у специфікаціях наводиться лише усереднені значення, причому застосовувані різними фірмами алгоритми усереднення, у випадку різняться, отже пряме порівняння утруднено.

Так, фірми Fujitsu, Western Digital проводять по всіх можливих парах доріжок, фірми Maxtor та Quantum застосовують метод випадкового доступу. Отримуваний результат може додатково коригуватися.

Значення часу пошуку для запису часто дещо вище, ніж для читання. Деякі виробники у своїх специфікаціях наводять лише менше значення (для читання). У будь-якому випадку крім середніх значень корисно враховувати і максимальне (через весь диск),
та мінімальний (тобто з доріжки на доріжку) час пошуку.

4.2 Швидкість обертання

З точки зору швидкості доступу до потрібного фрагмента запису швидкість обертання впливає на величину так званого прихованого часу, якого для того, щоб диск повернувся до магнітної голівки потрібним сектором.

Середнє значення цього часу відповідає половині обороту диска і становить 8.33 мс при 3600 об/хв, 6.67 мс при 4500 об/хв, 5,56 мс при 5400 об/хв, 4,17 при 7200 об/хв.

Значення прихованого часу можна порівняти з середнім часом пошуку, так що в деяких режимах воно може мати такий самий, якщо не більше, вплив на продуктивність.

4.3 Внутрішня швидкість передачі

- швидкість, з якою дані записуються на диск або зчитуються з диска. Через зонний запис вона має змінне значення - вище на зовнішніх доріжках і нижче на внутрішніх.
Працюючи з довгими файлами у часто саме цей параметр обмежує швидкість передачі.

4.4 Зовнішня швидкість передачі

- Швидкість (пікова) з якою дані передаються через інтерфейс.

Вона залежить від типу інтерфейсу і має найчастіше фіксовані значення: 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 синхронних SСSI, Fast SСSI-2, FastWide SСSI-2 Ultra SСSI (16 розрядів) відповідно.

4.5 Наявність у вінчестера своєї Кеш-пам'яті та її обсяг (дисковий буфер).

Об'єм та організація Кеш-пам'яті (внутрішнього буфера) може помітно вливати на продуктивність жорсткого диска. Так само як і для звичайної кеш-пам'яті,
приріст продуктивності після досягнення деякого обсягу різко уповільнюється.

Сегментована кеш-пам'ять великого обсягу актуальна для продуктивних SСSI-дисків, що використовуються в багатозадачних середовищах. Що більше КЕШ, то швидше працює вінчестер (128-256Кб).

Вплив кожного з параметрів на загальну продуктивність вичленувати досить важко.

Вимоги до жорстких дисків

Основна вимога до дисків - надійність роботи гарантується значним терміном служби компонентів 5-7 років; хорошими статистичними показниками, а саме:

• середній час напрацювання на відмову не менше 500 тисяч годин (вищого класу 1 мільйон годин і більше)
• вбудована система активного контролю за станом вузлів диска SMART /Self Monitoring Analysis and Report Технології.

Технологія S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology)є відкритим промисловим стандартом, розроблений у свій час Сompaq, IBM та рядом інших виробників жорстких дисків.

Сенс цієї технології полягає у внутрішній самодіагностиці жорсткого диска, яка дозволяє оцінити його поточний стан та інформувати про можливі майбутні проблеми, які можуть призвести до втрати даних або до виходу диска з ладу.

Здійснюється постійний моніторинг стану всіх життєво важливих елементів диска:
головок, робочих поверхонь, електродвигуна зі шпинделем, блоку електроніки. Скажімо, якщо виявляється ослаблення сигналу, інформація перезаписується і відбувається подальше спостереження.
Якщо сигнал знову послаблюється, дані переносяться в інше місце, а даний кластер поміщається як дефектний і недоступний, а замість нього надається в розпорядженні інший кластер з резерву диска.

При роботі з жорстким диском слід дотримуватись температурного режиму, в якому функціонує накопичувач. Виробники гарантують безвідмовну роботу вінчестера при температурі навколишнього середовища в діапазоні від 0С до 50С, хоча, в принципі, без серйозних наслідків можна змінити межі принаймні градусів на 10 обидві сторони.
При великих відхиленнях температури повітряний прошарок необхідною товщиною може не утворюватися, що призведе до пошкодження магнітного шару.

Взагалі, виробники HDD приділяють досить велику увагу надійності своїх виробів.

Основна проблема - потрапляння всередину диска сторонніх частинок.

Для порівняння: частинка тютюнового диму вдвічі більша за відстань між поверхнею і головкою, товщина людського волосся в 5-10 разів більша.
Для голівки зустріч з такими предметами обернеться сильним ударом і, як наслідок, частковим пошкодженням або повним виходом з ладу.
Зовні це помітно як поява великої кількості закономірно розташованих непридатних кластерів.

Небезпечні короткочасні великі за модулем прискорення (перевантаження), що виникають при ударах, падіннях і т.д. Наприклад, від удару головка різко вдаряє по магнітному
шару та викликає його руйнування у відповідному місці. Або, навпаки, спочатку рухається у протилежний бік, а потім під дією сили пружності немов пружина б'є по поверхні.
В результаті в корпусі з'являються частинки магнітного покриття, які можуть пошкодити головку.

Не варто думати, що під дією відцентрової сили вони відлетять із диска — магнітний шар
міцно притягне їх до себе. У принципі, страшні наслідки не самого удару (можна якось змиритися зі втратою деякої кількості кластерів), а те, що при цьому утворюються частинки, які обов'язково викличуть подальше псування диска.

Для запобігання таких дуже неприємних випадків різні фірми вдаються до різноманітних хитрощів. Крім простого підвищення механічної міцності компонентів диска, застосовуються також інтелектуальна технологія S.M.A.R.T., яка стежить за надійністю запису та збереження даних на носії (див. вище).

Взагалі диск завжди відформатований не на повну ємність, є деякий запас. Пов'язано це переважно ще й з тим, що практично неможливо виготовити носій,
на якому абсолютно вся поверхня була б якісною, обов'язково буде bad-кластери (збійні). При низькорівневому форматуванні диска його електроніка налаштовується так,
щоб вона оминала ці збійні ділянки, і для користувача було зовсім не помітно, що носій має дефект. Але якщо вони видно (наприклад, після форматування
утиліта виводить їх кількість, відмінну від нуля), то це вже дуже погано.

Якщо гарантія не закінчилася (а HDD, на мій погляд, найкраще купувати з гарантією), то відразу ж віднесіть диск до продавця і вимагайте заміни носія або повернення грошей.
Продавець, звичайно, відразу почне говорити, що парочка збійних ділянок – ще не привід для занепокоєння, але не вірте йому. Як уже говорилося, ця парочка, швидше за все, викличе ще багато інших, а згодом взагалі можливий повний вихід вінчестера з ладу.

Особливо чутливий до пошкоджень диск у робочому стані, тому не слід поміщати комп'ютер у місце, де він може бути схильний до різних поштовхів, вібрацій і так далі.

Підготовка вінчестера до роботи

Почнемо із самого початку. Припустимо, що ви купили накопичувач на жорсткому диску та шлейф до нього окремо від комп'ютера.
(Річ у тім, що, купуючи зібраний комп'ютер, ви отримаєте підготовлений до використання диск).

Декілька слів про поводження з ним. Накопичувач на жорсткому диску - дуже складний виріб, що містить, крім електроніки, прецизійну механіку.
Тому він вимагає акуратного поводження - удари, падіння та сильна вібрація можуть пошкодити його механічну частину. Як правило, плата накопичувача містить багато малогабаритних елементів і не закрита міцними кришками. Тому слід подбати про її збереження.
Перше, що слід зробити, отримавши жорсткий диск — прочитати документацію, що прийшла з ним, — у ній напевно виявиться багато корисної та цікавої інформації. При цьому слід звернути увагу на такі моменти:

• наявність та варіанти встановлення перемичок, що визначають налаштування (установку) диска, наприклад, що визначає такий параметр, як фізичне ім'я диска (вони можуть бути, але їх може і не бути),
• кількість головок, циліндрів, секторів на дисках, рівень прекомпенсації та тип диска. Ці дані потрібно ввести у відповідь на запит програми інсталяції комп'ютера (setup).
  Вся ця інформація знадобиться під час форматування диска та підготовки машини до роботи з ним.
• Якщо ПК сам не визначить параметри вашого вінчестера, більшою проблемою стане встановлення накопичувача, на який немає жодної документації.
  На більшості жорстких дисків можна знайти етикетки з назвою фірми-виробника, з типом (маркою) пристрою, а також таблицею неприпустимих для використання доріжок.
  Крім того, на накопичувачі може бути наведена інформація про кількість головок, циліндрів та секторів та рівень прекомпенсації.

Заради справедливості треба сказати, що нерідко на диску написано лише його назву. Але і в цьому випадку можна знайти необхідну інформацію або в довіднику,
або зателефонувавши до представництва фірми. При цьому важливо отримати відповіді на три запитання:

• як повинні бути встановлені перемички для того, щоб використовувати накопичувач як master\slave?
• скільки на диску циліндрів, головок, скільки секторів на доріжку, що дорівнює значення прекомпенсації?
• який тип диска із записаних у ROM BIOS найкраще відповідає даному накопичувачу?

Володіючи цією інформацією, можна переходити до встановлення накопичувача на жорсткому диску.

Для встановлення жорсткого диска на комп'ютер слід зробити наступне:

1. Вимкнути повністю системний блок від живлення, зняти кришку.
2. Приєднати шлейф вінчестера до контролера материнської плати. Якщо Ви встановлюєте другий диск, можна скористатися шлейфом від першого за наявності на ньому додаткового роз'єму, при цьому потрібно пам'ятати, що швидкість роботи різних вінчестерів буде порівняна в бік повільно.
3. Якщо потрібно, перемикайте перемички відповідно до способу використання жорсткого диска.
4. Встановити накопичувач на вільне місце та приєднати шлейф від контролера на платі до гнізда вінчестера червоною смугою до живлення, кабель джерела живлення.
5. Надійно закріпити жорсткий диск чотирма болтами з двох сторін, акку/spanратно розташувати кабелі всередині комп'ютера, так, щоб при закриванні кришки не перерубати їх,
6. Закрийте системний блок.
7. Якщо ПК сам не визначив вінчестер, змінити конфігурацію комп'ютера за допомогою Setup, щоб комп'ютер знав, що до нього додали новий пристрій.

Фірми-виробники вінчестерів

Вінчестери однакової ємності (але від різних виробників) зазвичай мають більш-менш подібні характеристики, а відмінності виражаються головним чином в конструкції корпусу, форм-факторі (простіше кажучи, розмірах) і термін гарантійного обслуговування. Причому про останнє слід сказати особливо: вартість інформації на сучасному вінчестері часто у багато разів перевищує його ціну.

Якщо на вашому диску з'явилися збої, то намагатися його ремонтувати часто означає лише піддавати свої дані до додаткового ризику.
Набагато розумніший шлях-заміна збійного пристрою на новий.
Левову частку жорстких дисків російському (та й лише) ринку становить продукції фірм IBM, Maxtor, Fujitsu, Western Digital (WD), Seagate, Quantum.

назва фірми-виробника, що виробляє даний тип накопичувача,

Корпорація Quantum (www. quantum. com.), заснована 1980г.,- одне з ветеранів над ринком дискових накопичувачів. Компанія відома своїми новаторськими технічними рішеннями, спрямованими на підвищення надійності та продуктивності жорстких дисків, часом доступу до даних на диску та швидкістю читання/запису на диску, можливістю інформувати про можливі майбутні проблеми, які можуть призвести до втрати даних або виходу диска з ладу.

— Однією з фірмових технологій Quantum є SPS (Shoсk Proteсtion System), покликана захистити диск від ударних дій.

— вбудована програма DPS (Data Proteсtion System), призначеної зберегти найдорожче — дані, що зберігаються на них.

Корпорація Western Digital (www.wdс.сom.)також є однією з найстаріших компаній-виробників дискових накопичувачів, вона знала у своїй історії та злети та падіння.
Компанія за останній час змогла впровадити у свої диски останні технології. Серед них варто відзначити власну розробку-технологію Data Lifeguard, яка є подальшим розвитком системи S.M.A.R.T. У ній зроблена спроба логічного завершення ланцюжка.

Згідно з цією технологією проводиться регулярне сканування поверхні диска в період, коли він незадіяний системою. При цьому проводиться читання даних та перевірка їхньої цілісності. Якщо в процесі звернення до сектора зазначаються проблеми, дані переносяться в інший сектор.
Інформація про неякісні сектори заноситься у внутрішній дефект-аркуш, що дозволяє уникнути у майбутньому запису у майбутньому запису до дефектних секторів.

Фірма Seagate (www.seagate. Сom)дуже відома на нашому ринку. До речі, я рекомендую вінчестери саме цієї фірми, як найнадійніші і довговічніші.

У 1998 р. вона змусила знову привернути до себе увагу, випустивши серію дисків Medallist Pro
зі швидкістю обертання 7200 об/хв, застосувавши для цього спеціальні підшипники. Раніше така швидкість використовувалася лише в дисках інтерфейсу SСSI, що дозволило збільшити продуктивність. У цій же серії використовується технологія SeaShield System, покликана покращити захист диска і даних, що зберігаються на ньому, від впливу електростатики та ударних впливів. Одночасно зменшується також вплив електромагнітних випромінювань.

Усі вироблені диски підтримують технологію S.M.A.R.T.
У нових дисках Seagate передбачає застосування покращеної версії своєї системи SeaShield із ширшими можливостями.
Показово, що Seagate заявив про найбільшу в галузі стійкість оновленої серії до ударів – 300G у неробочому стані.

Фірма IBM (www. storage. ibm. сom)хоч і не була донедавна великим постачальником на російському ринку жорстких дисків, але встигла швидко здобути хорошу репутацію завдяки своїм швидким і надійним дисковим накопичувачам.

Фірма Fujitsu (www. Fujitsu. сom)є великим і досвідченим виробником дискових накопичувачів, причому як магнітних, а й оптичних і магнитооптических.
Правда, на ринку вінчестерів з інтерфейсом IDE компанія аж ніяк не лідер: вона контролює (з різних досліджень) приблизно 4% цього ринку, а основні її інтереси лежать в області SСSI-пристроїв.

Термінологічний словник

Так як деякі елементи накопичувача, що відіграють важливу роль у його роботі, часто сприймаються як абстрактні поняття, наведено нижче пояснення найбільш важливих термінів.

Час доступу (Aссes time)— період часу, необхідний для накопичувача на жорсткому диску для пошуку та передачі даних у пам'ять або з пам'яті.
Швидкодія накопичувачів на жорстких магнітних дисках часто визначається часом доступу (вибірки).

Кластер (Сluster)- Найменша одиниця простору, з якою працює ОС у таблиці розташування файлів. Зазвичай кластер складається з 2-4-8 чи більше секторів.
Кількість секторів залежить від типу диска. Пошук кластерів замість окремих секторів скорочує витрати операційної системи за часом. Великі кластери забезпечують швидшу роботу
накопичувача, оскільки кількість кластерів у такому разі менше, але при цьому гірше використовується простір (місце) на диску, так як багато файлів можуть виявитися менше кластера і байти кластера, що залишилися, не використовуються.

Контролер (УУ) (Сontroller)- схеми, зазвичай розташовані на платі розширення, що забезпечують керування роботою накопичувача на жорсткому диску, включаючи переміщення головки та зчитування та запис даних.

Циліндр (Сylinder)- Доріжки, розташовані навпроти один одного на всіх сторонах всіх дисків.

Головка накопичувача (Drive head)— механізм, що переміщається поверхнею жорсткого диска і забезпечує електромагнітний запис або зчитування даних.

Таблиця розміщення файлів (FAT) (File Alloсation Table (FAT))— запис, що формується ОС, яка відстежує розміщення кожного файлу на диску і те, які сектори використані, а які — вільні для запису нових даних.

Зазор магнітної головки (Head gap)- Відстань між головкою накопичувача і поверхнею диска.

Чергування (Interleave)- Відношення між швидкістю обертання диска та організацією секторів на диску. Зазвичай швидкість обертання диска перевищує здатність отримувати дані з диска. До того моменту, коли контролер зчитує дані, наступний послідовний сектор вже проходить головку. Тому дані записуються на диск через один чи два сектори. За допомогою спеціального програмного забезпечення під час форматування диска можна змінити порядок чергування.

Логічний диск (Logiсal drive)— певні частини робочої поверхні твердого диска, які розглядають як окремі накопичувачі.
Деякі логічні диски можуть бути використані для інших операційних систем, наприклад, UNIX.

Паркування (Park)— переміщення головок накопичувача в певну точку і фіксація їх у нерухомому стані над частинами диска, що не використовуються, для того, щоб звести до мінімуму пошкодження при струсі накопичувача, коли головки ударяються об поверхню диска.

Розбивка (Partitioning)- Операція розбиття жорсткого диска на логічні диски. Розбиваються всі диски, хоча невеликі диски можуть мати лише один розділ.

Диск (Platter)— сам металевий диск, покритий магнітним матеріалом, який записуються дані. Накопичувач на жорстких дисках має, як правило, більше одного диска.

RLL (Run-length-limited)— кодуюча схема, яку використовують деякі контролери для збільшення кількості секторів на доріжку для розміщення більшої кількості даних.

Сектор (Seсtor)— розподіл дискових доріжок, що є основною одиницею розміру, використовувану накопичувачем. Сектори ОС зазвичай містять 512 байтів.

Час позиціонування (Seek time)— час, необхідний головці для переміщення з доріжки, де вона встановлена, на якусь іншу потрібну доріжку.

Доріжка (Trask)- Концентричний поділ диска. Доріжки схожі на доріжки на платівці. На відміну від доріжок пластинки, які є безперервною спіраль, доріжки на диску мають форму кола. Доріжки в свою чергу поділяються на кластери та сектори.

Час переходу з доріжки на доріжку (Trask-to-trask seek time)— час, необхідний переходу головки накопичувача на сусідню доріжку.

Швидкість передачі (Transfer rate)- Обсяг інформації, що передається між диском і ЕОМ в одиницю часу. До нього входить час пошуку доріжки.

Про деякі аспекти ремонту плати електроніки жорсткого диска

• Блог компанії ХардМайстер

Здрастуйте, шановні хабравчани!Це перша публікація в нещодавно відкритому корпоративному блозі компанії Хардмайстер, що спеціалізується на професійному відновленні даних з накопичувачів. І з вами я, провідний інженер Артем Макаров aka Robin. У цьому блозі я і мої колеги в міру сил намагатимемося викладати матеріали, які зможуть реально допомогти всім бажаючим самостійно справлятися із завданнями з ремонту девайсів, що вийшли з ладу, та відновлення інформації з них.

Однією з найпоширеніших причин виходу з ладу жорстких дисків є проблеми з платою електроніки.

(у народі це називають контролером HDD, що звичайно ж некоректно)

І ми розпочинаємо цикл публікацій з огляду поломок плат HDD та методів їх усунення. Підписуйтесь та стежте за оновленнями!

“Він сказав - Поїхали!” (с)

Виявлятися така несправність може так:

• При включенні ПК з підключеним до нього “згорілим” HDD, комп'ютер не вмикається, або зовсім не реагуючи на натискання кнопки живлення, або швидко стартуючи і відразу вимикаючись. Те ж саме і при підключенні до такого диска окремо роз'єму живлення від зовнішнього БП
• При подачі харчування на жорсткий диск той не виявляє жодних ознак розумного життя. Не обертається шпиндельний двигун, і якщо прикласти до гермоблоку просте людське вухо, то не чути жодних шумів, писків тощо. А якщо такий диск підключити до АТА терміналу (функціонал доступний у популярних діагностичних продуктах mhdd та victoria) та подати харчування, то регістри не будуть активними.

TVS-захисні діоди: при попаданні на них імпульсу більше заданого, спікають анод і катод і темна сторона сили йде на масу.

Далі, якщо йдеться про TVS-захисні діоди, то виявивши “згорілий” елемент його можна замінити. Краще, і по-православному, - взяти такий самий, свідомо справний. Але така нагода є не завжди. У нашій багаторічній практиці ми керуємося простим правилом для такого роду заміни – взяти довільну плату від Seagate 3,5” 7200.7-12, WD 3,5” (будь-який SATA) або Samsung 3,5” SATA\IDE. Знайти по потрібному ланцюгу (+5 або +12 V) зовні схожий і змінювати на нього.

У більшості випадків диск працюватиме зовсім без цих елементів! Відпаяли, а якщо паяльника немає під рукою, то викусили кусачками, коротке замикання усунули та диск запрацював. Але! Робити це не рекомендується, хіба що інформація на диску не важлива і сам диск не дуже потрібен. Бо без імунітету на вході, коли вінчестеру прилетить по проводках подарунок наступного разу, наслідки можуть виявитися гіршими.

Крім того, впаявши потрібні елементи замість згорілих перед тим, як прикручувати плату до гермоблоку і подавати харчування, настійно рекомендується зробити продзвонювання по ланцюгах "+5 - земля" і "+12 - земля", а так само уважно оглянути інші елементи на платі HDD на предмет візуальних слідів аццького полум'я. В іншому випадку знову запаяні детальки при включенні як мінімум згорять самі, а як максимум - прогорить процесор або комутатор у гермозоні. До речі, для додаткового ознайомлення з предметом публікації бажаючі можуть почитати короткий огляд жорсткого диска, щоб краще розуміти термінологію.

Перевіряємо не тільки захисні діоди біля роз'єму живлення (вгорі), але й інші елементи

Ось приклад плати від HDD Samsung, де користувач вирішив самостійно усунути поломку, впавши перемичку і спалив процесор на PCB.

Якщо без діодів накопичувач на свій страх і ризик можна запустити, то без SMD запобіжників диск працювати не буде. Взяти заміну можна з іншої плати, і для цих цілей відмінно підходять Вестерни, - на їх хустках багато смачної та корисної SMD дріб'язки "без ГМО". Найчастіше такий захист зустрічається на платах від вінчестерів форм-фактора 2,5", т.зв. «ноутбучних»:

Відзначено захисні елементи на PCB HDD Toshiba

Наступна проблема - це вигоряння так званої "крутилки", вона ж "крутилка-ворушка" вона ж мікросхема передусилля комутації. Ось приклади:

Виявити причину візуально жодних проблем не становить. А якщо комусь не пощастило із зором, то таку поломку і за характерним запахом знайти можна. Проблемка позаковиристіше згорілого трансілу. Для її усунення в ряді випадків можна перепаяти м\с узявши з диска-донора, але найчастіше мікрогора вигоряє підпалюючи навколо себе провідники, сплавляючи SMD-обв'язування і т.п.

Тому, як для ремонту, так і для витягування архіву фоток улюбленого кота Барсика - простіше, і мабуть правильніше, буде міняти плату електроніки повністю. Як це робити, яке підводне каміння може очікувати на цьому етапі у різних виробників і сімейств, ми розповімо вам в одній з наступних публікацій.

Жорсткі диски, або, як їх ще називають, вінчестери є однією з найголовніших складових комп'ютерної системи. Про це знають усі. Але далеко не кожен сучасний користувач навіть у принципі здогадується про те, як функціонує жорсткий диск. Принцип роботи загалом для базового розуміння досить нескладний, проте тут є свої нюанси, про які далі й йтиметься.

Питання призначення та класифікації жорстких дисків?

Питання призначення, звісно, ​​риторичне. Будь-який користувач, нехай навіть самого початкового рівня, відразу відповість, що вінчестер (він же жорсткий диск, він Hard Drive або HDD) відразу відповість, що він служить для зберігання інформації.

Загалом і загалом правильно. Не варто забувати, що на жорсткому диску, крім операційної системи та файлів користувача, є створені ОС завантажувальні сектори, завдяки яким вона і стартує, а також деякі мітки, за якими на диску можна швидко знайти потрібну інформацію.

Сучасні моделі досить різноманітні: звичайні HDD, зовнішні жорсткі диски, високошвидкісні твердотільні накопичувачі SSD, хоча саме до жорстких дисків відносити і не прийнято. Далі пропонується розглянути пристрій та принцип роботи жорсткого диска, якщо не в повному обсязі, то принаймні в такому, щоб вистачило для розуміння основних термінів та процесів.

Зверніть увагу, що є й спеціальна класифікація сучасних HDD за деякими основними критеріями, серед яких можна виділити такі:

• спосіб зберігання інформації;
• тип носія;
• метод організації доступу до інформації.

Чому жорсткий диск називають вінчестером?

Сьогодні багато користувачів замислюються над тим, чому називають вінчестерами, що належать до стрілецької зброї. Здавалося б, що може бути спільного між цими двома пристроями?

Сам термін з'явився ще далекого 1973 року, коли ринку з'явився перший у світі HDD, конструкція якого складалася з двох окремих відсіків в одному герметичному контейнері. Місткість кожного відсіку становила 30 Мб, через що інженери дали диску кодову назву «30-30», що було повною мірою співзвучно з маркою популярної на той час рушниці «30-30 Winchester». Щоправда, на початку 90-х в Америці та Європі ця назва практично вийшла з вживання, проте досі залишається популярною на пострадянському просторі.

Пристрій та принцип роботи жорсткого диска

Але ми відволіклися. Принцип роботи жорсткого диска можна коротко описати як процеси зчитування або запису інформації. Але як це відбувається? Для того щоб зрозуміти принцип роботи жорсткого жорсткого диска, в першу чергу необхідно вивчити, як він влаштований.

Сам жорсткий диск є набором пластин, кількість яких може коливатися від чотирьох до дев'яти, з'єднаних між собою валом (віссю), званим шпинделем. Пластини розташовуються одна над одною. Найчастіше матеріалом їх виготовлення служать алюміній, латунь, кераміка, скло тощо. буд. Кожна така пластина за товщиною становить близько 2 мм.

За запис та читання інформації відповідають радіальні головки (по одній на кожну пластину), а в пластинах використовуються обидві поверхні. За якого може становити від 3600 до 7200 об./хв, і переміщення головок відповідають два електричні двигуни.

При цьому основний принцип роботи жорсткого диска комп'ютера полягає в тому, що інформація записується не абияк, а в строго певні локації, звані секторами, які розташовані на концентричних доріжках або треках. Щоб не було плутанини, застосовуються єдині правила. Мається на увазі, що принципи роботи накопичувачів на жорстких дисках, з погляду їхньої логічної структури, є універсальними. Так, наприклад, розмір одного сектора, прийнятий за єдиний стандарт у всьому світі, становить 512 байт. У свою чергу сектори поділяються на кластери, що є послідовністю поряд секторів, що знаходяться. І особливості принципу роботи жорсткого диска в цьому відношенні полягають у тому, що обмін інформацією якраз і виробляється цілими кластерами (цілим ланцюжком секторів).

Але як відбувається зчитування інформації? Принципи роботи накопичувача на жорстких магнітних дисках виглядають наступним чином: за допомогою спеціального кронштейна головка, що зчитує, в радіальному (спіралеподібному) напрямку переміщається на потрібну доріжку і при повороті позиціонується над заданим сектором, причому всі головки можуть переміщатися одночасно, зчитуючи однакову інформацію не тільки з різних доріг , але з різних дисків (пластин). Усі доріжки з однаковими порядковими номерами називають циліндрами.

При цьому можна виділити ще один принцип роботи жорсткого диска: чим ближче голова, що зчитує, до магнітної поверхні (але не стосується її), тим вище щільність запису.

Як здійснюється запис та читання інформації?

Жорсткі диски, або вінчестери, тому й були названі магнітними, що у них використовуються закони фізики магнетизму, сформульовані ще Фарадеєм та Максвеллом.

Як мовилося раніше, на пластини з немагниточувствительного матеріалу наноситься магнітне покриття, товщина якого становить лише кілька мікрометрів. У процесі роботи виникає магнітне поле, що має так звану доменну структуру.

Магнітний домен являє собою обмежену межами намагнічену область феросплаву. Далі принцип роботи жорсткого диска коротко можна описати так: при виникненні впливу зовнішнього магнітного поля, власне поле диска починає орієнтуватися строго вздовж магнітних ліній, а при припиненні на дисках з'являються зони залишкової намагніченості, в якій і зберігається інформація, яка раніше містилася в основному полі .

За створення зовнішнього поля при записі відповідає зчитуюча головка, а при читанні зона залишкової намагніченості, опинившись навпроти головки, створює електрорушійну силу або ЕРС. Далі все просто: зміна ЕРС відповідає одиниці в двійковому коді, а його відсутність чи припинення – нулю. Час зміни ЕРС прийнято називати бітовим елементом.

Крім того, магнітну поверхню суто з міркувань інформатики можна асоціювати як певну точкову послідовність бітів інформації. Але оскільки розташування таких точок абсолютно точно обчислити неможливо, на диску потрібно встановити якісь заздалегідь передбачені мітки, які допомогли визначити потрібну локацію. Створення таких міток називається форматуванням (приблизно, розбивка диска на доріжки та сектори, об'єднані в кластери).

Логічна структура та принцип роботи жорсткого диска з погляду форматування

Що стосується логічної організації HDD, тут на перше місце виходить саме форматування, в якому розрізняють два основні типи: низькорівневий (фізичний) і високорівневий (логічний). Без цих етапів ні про яке приведення жорсткого диска в робочий стан годі й говорити. Про те, як ініціалізувати новий вінчестер, буде сказано окремо.

Низькорівневе форматування передбачає фізичну дію на поверхню HDD, при якому створюються сектори, розташовані вздовж доріжок. Цікаво, що принцип роботи жорсткого диска такий, що кожен створений сектор має свою унікальну адресу, що включає номер самого сектора, номер доріжки, на якій він розташовується, і номер сторони пластини. Таким чином, при організації прямого доступу та ж оперативна пам'ять звертається безпосередньо за заданою адресою, а не шукає потрібну інформацію по всій поверхні, за рахунок чого досягається швидкодія (хоча це і не найголовніше). Зауважте, що при виконанні низькорівневого форматування стирається абсолютно вся інформація, і відновленню вона в більшості випадків не підлягає.

Інша справа – логічне форматування (у Windows-системах це швидке форматування або Quick format). Крім того, ці процеси застосовні і до створення логічних розділів, що становлять певну область основного жорсткого диска, що працює за тими ж принципами.

Логічне форматування, перш за все, зачіпає системну область, яка складається із завантажувального сектора та таблиць розділів (завантажувальний запис Boot record), таблиці розміщення файлів (FAT, NTFS тощо) та кореневого каталогу (Root Directory).

Запис інформації в сектори проводиться через кластер декількома частинами, причому в одному кластері не може міститися два однакові об'єкти (файли). Власне, створення логічного розділу, як би відокремлює його від основного системного розділу, внаслідок чого інформація, на ньому зберігається, при появі помилок і збоїв змін або видалення не схильна.

Основні характеристики HDD

Здається, загалом принцип роботи жорсткого диска трохи зрозумілий. Тепер перейдемо до основних характеристик, які дають повне уявлення про всі можливості (або недоліки) сучасних вінчестерів.

Принцип роботи жорсткого диска та основні характеристики можуть бути зовсім різними. Щоб зрозуміти, про що йдеться, виділимо основні параметри, якими характеризуються всі відомі на сьогодні накопичувачі інформації:

• ємність (обсяг);
• швидкодія (швидкість доступу до даних, читання та запис інформації);
• інтерфейс (спосіб підключення, тип контролера).

Місткість є загальною кількістю інформації, яка може бути записана і збережена на вінчестері. Індустрія з виробництва HDD розвивається так швидко, що сьогодні у побут увійшли вже жорсткі диски з обсягами близько 2 Тб і вище. І, як вважається, це ще не межа.

Інтерфейс - найважливіша характеристика. Вона визначає, яким саме способом пристрій підключається до материнської плати, який саме контролер використовується, як здійснюється читання та запис і т. д. Основними та найпоширенішими інтерфейсами вважаються IDE, SATA та SCSI.

Диски з IDE-інтерфейсом відрізняються невисокою вартістю, проте серед головних недоліків можна виділити обмежену кількість пристроїв, що одночасно підключаються (максимум чотири) і невисоку швидкість передачі даних (причому навіть за умови підтримки прямого доступу до пам'яті Ultra DMA або протоколів Ultra ATA (Mode 2 і Mode) 4) Хоча, як вважається, їх застосування дозволяє підвищити швидкість читання/запису до рівня 16 Мб/с, але в реальності швидкість набагато нижча. комплект з материнською платою.

Говорячи про те, що являє собою принцип роботи жорсткого диска та характеристики, не можна обминути стороною і який є спадкоємцем версії IDE ATA. Перевага цієї технології полягає в тому, що швидкість читання/запису можна підвищити до 100 Мб/с за рахунок використання високошвидкісної шини Fireware IEEE-1394.

Нарешті, інтерфейс SCSI в порівнянні з двома попередніми є найбільш гнучким і найшвидшим (швидкість запису/читання досягає 160 Мб/с і вище). Але й коштують такі вінчестери практично вдвічі дорожчі. Зате кількість пристроїв зберігання інформації, що одночасно підключаються, складає від семи до п'ятнадцяти, підключення можна здійснювати без знеструмлення комп'ютера, а довжина кабелю може становити близько 15-30 метрів. Власне, цей тип HDD здебільшого застосовується не в ПК, а на серверах.

Швидкодія, що характеризує швидкість передачі і пропускну здатність введення/виводу, зазвичай виражається часом передачі та обсягом переданих розташованих послідовно даних і виражається в Мб/с.

Деякі додаткові параметри

Говорячи про те, що є принципом роботи жорсткого диска і які параметри впливають на його функціонування, не можна обійти стороною і деякі додаткові характеристики, від яких може залежати швидкодія або навіть термін експлуатації пристрою.

Тут першому місці виявляється швидкість обертання, яка безпосередньо впливає час пошуку і ініціалізації (розпізнавання) потрібного сектора. Це так званий прихований час пошуку - інтервал, протягом якого необхідний сектор повертається до головки, що зчитує. Сьогодні прийнято кілька стандартів для швидкості обертання шпинделя, вираженої в обертах за хвилину з часом затримки в мілісекундах:

• 3600 - 8,33;
• 4500 - 6,67;
• 5400 - 5,56;
• 7200 - 4,17.

Неважко зауважити, що чим вища швидкість, тим менший час витрачається на пошук секторів, а у фізичному плані – на оборот диска до установки для голівки потрібної точки позиціонування пластини.

Ще один параметр – внутрішня швидкість передачі. На зовнішніх доріжках вона мінімальна, але при поступовому переході на внутрішні доріжки збільшується. Таким чином, той же процес дефрагментації, що являє собою переміщення часто використовуваних даних у найшвидші області диска, - не що інше, як перенесення їх на внутрішню доріжку з більшою швидкістю читання. Зовнішня швидкість має фіксовані значення і залежить від використовуваного інтерфейсу.

Нарешті, один з важливих моментів пов'язаний з наявністю жорсткого диска власної кеш-пам'яті або буфера. По суті принцип роботи жорсткого диска в плані використання буфера в чомусь схожий на оперативну або віртуальну пам'ять. Чим більший обсяг кеш-пам'яті (128-256 Кб), тим швидше працюватиме жорсткий диск.

Головні вимоги до HDD

Основних вимог, які здебільшого пред'являються жорстким дискам, негаразд і багато. Головне – тривалий термін служби та надійність.

Основним стандартом для більшості HDD вважається термін служби близько 5-7 років з часом напрацювання не менше ніж п'ятсот тисяч годин, але для вінчестерів високого класу цей показник становить не менше мільйона годин.

Що стосується надійності, це відповідає функція самотестування S.M.A.R.T., яка стежить за станом окремих елементів жорсткого диска, здійснюючи постійний моніторинг. За підсумками зібраних даних може формуватися навіть прогноз прогноз появи можливих несправностей надалі.

Зрозуміло, що й користувач не повинен залишатися осторонь. Так, наприклад, при роботі з HDD вкрай важливо дотримуватися оптимального температурного режиму (0 - 50 ± 10 градусів Цельсія), уникати струсів, ударів і падінь вінчестера, потрапляння в нього пилу або інших дрібних частинок і т. д. До речі, багатьом буде Цікаво дізнатися, що ті ж частинки тютюнового диму приблизно вдвічі більше відстані між головкою, що зчитує, і магнітною поверхнею вінчестера, а людського волосся - в 5-10 разів.

Питання ініціалізації у системі при заміні вінчестера

Тепер кілька слів про те, які дії потрібно вжити, якщо з якихось причин користувач змінював жорсткий диск або встановлював додатковий.

Повністю описувати цей процес не будемо, а зупинимося лише на основних етапах. Спочатку вінчестер необхідно підключити та подивитися в налаштуваннях BIOS, чи визначилося нове обладнання, в розділі адміністрування дисків зробити ініціалізацію та створити завантажувальний запис, створити простий том, присвоїти йому ідентифікатор (літеру) та виконати форматування з вибором файлової системи. Тільки після цього новий гвинт буде повністю готовий до роботи.

Висновок

Ось, власне, і все, що коротко стосується основ функціонування та характеристик сучасних вінчестерів. Принцип роботи зовнішнього жорсткого диска не розглядався принципово, оскільки він практично нічим не відрізняється від того, що використовується для стаціонарних HDD. Єдина різниця полягає лише у методі підключення додаткового накопичувача до комп'ютера чи ноутбука. Найбільш поширеним є з'єднання через USB-інтерфейс, який безпосередньо з'єднаний із материнською платою. При цьому, якщо хочете забезпечити максимальну швидкодію, краще використовувати стандарт USB 3.0 (порт усередині пофарбований у синій колір), природно, за умови, що і зовнішній HDD його підтримує.

В іншому ж, здається, багатьом хоч трохи стало зрозуміло, як функціонує жорсткий диск будь-якого типу. Можливо, вище було наведено занадто багато навіть зі шкільного курсу фізики, проте без цього повною мірою зрозуміти всі основні принципи і методи, закладені в технологіях виробництва та застосування HDD, зрозуміти не вдасться.