Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Жёсткий диск

Материал из Викизнание
(перенаправлено с «Жесткий диск»)
Перейти к: навигация, поиск

Жёсткий диск, жарг. винчестер, винт, харддиск (от англ. hard disk), хард, полностью называется накопитель на жёстких магнитных дисках, НЖМД — электромеханический накопитель информации, компонент компьютера.

Жёсткий диск обеспечивает долговременное, энергонезависимое хранение данных. В течении долгого времени (начиная от 1980-х годов, и по крайней мере до 2000-х винчестеры являются самыми ёмкими серийно выпускающимися носителями информации. На 2006 год оптимальное соотношение цены и ёмкости обеспечивают винчестеры примерно на 300 ГБ а максимальная доступная ёмкость — около 750 ГБ.

Содержание

Конструкция жёсткого диска[править]

Структурная модульная схема НЖМД

Жёсткий диск состоит из двух основных частей: гермоблока и контроллера.

Гермоблок и механика[править]

Гермоблок — это герметичная камера (откуда и название), заполненная чистым, не содержащим пыли воздухом, и содержащая в себе пакет магнитных дисков и блок магнитных головок (БМГ).

Несмотря на герметичность, камера сообщается с окружающей средой через барометрический фильтр, обеспечивающий выравнивание давлений вне и внутри камеры. Барометрический фильтр выполнен так, чтобы не пропускать частицы пыли более определённого размера (~0,5 мкм). Выравнивание давлений исключает механические деформации корпуса. Также внутри находится рециркуляционный фильтр, обеспечивающий улавливание частиц, уже находящихся в камере, которые могут быть образованы внутри (в результате износа) или пропущены барометрическим фильтром. Он расположен на пути циркулирующего за счёт вращения дисков воздуха.

Магнитные диски состоят из основы, сделанной обычно из алюминия, реже из стекла или керамики и магнитного покрытия, в виде тонкой плёнки магнитотвёрдого материала (ферромагнетика), который служит собственно носителем информации. Магнитные диски собраны в пакет, находящийся на оси шпиндельного электродвигателя со стабильной скоростью вращения. Стабилизация вращения производится контроллером по сервометкам. (Ранее использовался отдельный датчик положения дисков). Обычно дисков в пакете не более трёх, запись может производиться как на одну, так и на обе стороны каждого диска, таким образом диск обычно содержит от 1 до 6 головок.

Блок магнитных головок перемещается вдоль поверхности диска от края к центру посредством сервопривода. На первых винчестерах сервопривод производился шаговым двигателем. Впоследствии стала применяться электромагнитная катушка (англ. {{{1}}} сoil), подобная катушке магнито-электрического стрелочного прибора. Для управления головками в винчестере хранятся так называемые адаптивы — индивидуальные для каждого винчестера данные о физических характеристиках сервопривода головок — необходимые амплитуды и времена сигналов управления электромагнитом. Адаптивы обеспечивают быстрое и почти безошибочное позиционирование головки и уверенное удержание её на треке.

Сама головка — миниатюрная электромагнитная система, обеспечивающая локальное намагничивание поверхности диска и локальное измерение его намагниченности. Первые электромагнитные головки считывали информацию через наведённую ЭДС на катушке. Позднее появились магниторезистивные головки, использующие для считывания специальный магниточувствительный материал.

В выключенном положении головки лежат на дисках в специальной зоне парковки. Во избежание повреждений при транспортировке, головки в этом положении заблокированы, и не могут перемещаться до тех пор, пока диски не крутятся. При работе головки парят над поверхностью вращающихся дисков на расстоянии порядка от десятых долей до единиц микрометров. Таким образом поверхность дисков не изнашивается (как это происходит у дискет).

Внутри гермоблока вместе на блоке магнитных головок или рядом с ним расположен коммутатор, обеспечивающий переключение активных головок и предварительное усиление сигнала магнитного датчика. Если у жёсткого диска одна рабочая поверхность, то коммутатор выполняет только функции усилителя.

Контроллер[править]

Контроллер представляет собой электронную схему, выполняющую функции управления органами гермоблока и преобразование информации, передаваемой между компьютером и головками. Конструктивно контроллер обычно выполнен в виде печатной платы, монтируемой на одной стороне гермоблока. На контроллере расположены узлы питания, управления шпиндельным двигателем, сервоприводом БМГ, чтения и записи информации на диски, обмена по внешнему интерфейсу, разъёмы интерфейса, питания, соединения с гермоблоком, а также технологические выводы и элементы конфигурации (джамперы).

Современный контроллер — встроенная микропроцессорная система, выполняющая зашитую микропрограмму. Основные узлы контроллера:

  • схема управления питанием;
  • модуль управления (микропроцессорный).
  • интерфейсный модуль;
  • канал чтения-записи;
  • контроллер БМГ;
  • контроллер шпиндельного двигателя;

Организация данных на дисках[править]

Физический уровень[править]

Иллюстрация параллельного метода магнитной записи

Информация на жёстких дисках закодирована на магнитном материале в виде магнитных доменов (микроскопических участков с направленным магнитным моментом) с различным направлением вектора намагниченности. Два направления вектора намагниченности представляют биты «0» и «1».

Традиционно, в жёстких дисках используется технология параллельной записи, когда намагниченность доменов лежит в плоскости поверхности диска. В 2005 году фирма Hitachi разработала технологию перпендикулярной записи — в этом случае домены намагничены перпендикулярно плоскости. Это позволило преодолеть ограничение, связанное с суперпарамагнитным эффектом — взаимодействием магнитных доменов. Первой моделью винчестера с перпендикулярной записью стала TravelStar 5K160, выпущенная с ёмкостями 40, 60, 80, 120 и 160 ГБ. [1]

Технология тепловой магнитной записи, разработанная компанией Seagate и представленная в 2006 году должна повысить плотность по сравнению с обычной технологией в 100 раз и обеспечить достижения отметки 7,75 Тбит/см2. Ключевым моментом технологии является локальное нагревание записываемого участка лазером, что должно уменьшить его коэрцитивную силу и обеспечить перемагничивание. Этот метод даёт возможность использовать менее подверженные суперпарамагнитному эффекту материалы. [2]

Пример серворазметки

На заводе-изготовителе на диск записываются сервометки, обеспечивающие синхронизацию вращения дисков, позиционирование головок на нужные треки. Сервометки на поверхности образуют области в виде радиальных лучей из центра диска, расположенные на равных угловых промежутках. Сервометки содержат синхронизационную последовательность, номер трека и дифференциальные метки. Синхронизационная последовательность обеспечивает стабильность вращения диска и точное определение моментов прохождения головкой различных областей на диске. По номеру трека обеспечивается позиционирование головок на нужный трек.

Дифференциальные метки, представляющие области противоположной намагниченности, смещённые на 1/2 трека, предназначены для точного позиционирования головок на трек. Принцип их действия заключается в том, что головка расположенная точно над треком, проходя между двумя дифференциальными метками считывает, нулевую намагниченность, при отклонении же головки от середины, она окажется ближе к одной из меток, в результате намагниченность, считанная головкой будет определяться отклонением её от середины трека.

Сервометки могут быть записаны только на прецизионном технологическом оборудовании. Для записи сервометок используется актюатор, вводящийся в гермоблок через отверстие и управляющий головками при записи. Повреждение сервометки автоматически означает последующую недоступность трека.

На отдельных моделях под сервометки отводилась отдельная поверхность, однако от такого решения впоследствии отказались, так как это весьма расточительно с одной стороны, с другой стороны механической жёсткости БМГ недостаточно для точного позиционирования головок на других поверхностях при высокой плотности записи.

Логический уровень[править]

Логическая структура и разметка поверхности магнитного диска.

При записи на диск используется самосинхронизирующее кодирование, обычно код с ограничением длинны серий (RLL) или код с максимумом измений (MTR), обеспечивающее малую избыточность при отсутствии необходмости в дополнительных синхрометках. Например в дисках серии MH от Fujitsu применяется MTR-кодирование 16 в 17 бит с условием не более 3 единиц в серии и не более 2 единиц около границы кода. Для обеспечения надёжности также применяется помехоустойчивое кодирование — в данные добавляется избыточная информация, обеспечивающая восстановление при потерях части информации или ошибках чтения. Может использоваться код Рида — Соломона, турбо-код и др. Получила распространение технология считывания и декодирования «максимальная правдоподобность при неполном отклике».

Данные на диски записываются секторами. Сектор — это непрерывный фрагмент трека фиксированной информационной ёмкости. Стандартные сектора содержат по 512 байт (или 256 16-битных слов) информации. Каждый сектор может быть записан независимо от других, но только целиком. Прерванная запись, например, в случае пропадания питания, разрушает информацию в секторе.

Вместе с каждым сектором вычисляется и записывается контрольная сумма, обеспечивающая проверку сохранности данных. При считывании посчитанная контрольная сумма сравнивается с записанной, и несовпадение означает, что данный сектор сбойный, он называется — бэд. Возможно несовпадение суммы и в том случае, когда поверхность сектора нормальная. При подобном сбое информация в секторе оказывается потерянной, но при записи на него сектор восстанавливается. Такие сектора называются софт-бэдами. Тем не менее часто компьютерное программное обеспечение для работы с дисками нередко помечает такие сектора сбойными и выводят их из использования.

Транслятор, сокрытие дефектов[править]

Сектора адресуются тремя числами — номером поверхности, номером трека и номером сектора в треке.

На старых винчестерах номера поверхности, трека и сектора задавались непоседственно через внешний интерфейс. Интерфейс ATA (IDE) сохранил этот исторический метод адресации, называемый CHS (Cylinder, Head, Sector — цилиндр ≈ трек, головка, сектор). Более современные модели используют логическую адресацию, в которой все сектора независимо от их физического положения на дисках пронумерованы последовательными числами. Винчестеры, работающие с логической адресацией могут имитировать физическую адресацию для совместимости. Логическая адресация обусловлена усложнением функционирования контроллера, связанным с более высокой плотностью записи и появлением разных сервисных функций, логическую адресацию определяет модуль микропрограммы винчестера, называемый транслятором, включающий в себя таблицы и алгоритмы преобразования.

Зонно-секционная запись (англ. {{{1}}} ZBR — zoned bit recording) использует тот факт, что внешние треки имеют большую длину, нежели внутренние, (примерно раза в два) и на них можно поместить больше информации. Диск разбивается на цилиндрические зоны с различным количеством секторов на трек. В среднем диск разбивается на 10-20 зон.

Современные жёсткие диски также обеспечивают автоматическое сокрытие дефектов. Практически невозможно произвести совершенно свободную от дефектов магнитную поверхность, поэтому часть дефектов изначально скрыта уже на только сошедшем с конвейера винчестере — пропущены некоторые сектора, треки. Для этого внутри хранятся специальные списки заводских дефектов (P-list и TrackSkip). Со стороны компьютера это совершенно не заметно. Стандартными средствами можно лишь попробовать примерно определить их по мелким изъянам графика времени доступа. Также производится сокрытие дефектов, появляющихся во время работы винчестера, при невозможности записи в какой-либо сектор он заносится в список сбойных секторов (так называемый G-list) и информация записывается в резервную область. Такая процедура называется перемещением, или ремапом (англ. {{{1}}} remap). Современные диски включают в себя достаточно сложную систему слежением за состоянием поверхности, включающую в себя не только аварийное перемещение, но и обнаружение потенциально сбойных участков.

Области дискового пространства[править]

Всё пространство диска разбито на две области — пользовательскую и служебную. Пользовательская область предназначена для данных записываемых извне по интерфейсу и, кроме того, включает резерв для перемещения сбойных секторов. Служебная область содержит данные, необходимые для работы микропрограммы контроллера — программные модули, паспорт диска, таблицы транслятора и другие. Повреждение служебной области — частая причина выхода винчестеров из строя.

Разделы и файловые системы[править]

Пользовательское пространство винчестера может состоять из одного или нескольких разделов, на каждом из которых может быть произвольная файловая система. Данная функциональность обеспечивается на уровне операционной системы компьютера и никак не связана с какими либо особенностями функционирования жёстких дисков. Тип таблицы разделов зависит от компьютерной платформы:

Функционирование винчестера[править]

Включение и выключение[править]

После подачи питания на винчестер, процессор контроллера начинает исполнение микропрограммы, находящейся в собственном ПЗУ. Эта программа обеспечивает элементарное самотестирование контроллера. После чего включается и раскручивается шпиндельный двигатель. При достижении достаточной скорости вращения, когда головки оторвутся от поверхности дисков, происходит разблокировка сервопривода головок и они распарковываются. После распарковки головок контроллер считывает необходимые для работы данные, и если они считались нормально, винчестер готов к работе.

При определённых условиях возможна неполная инициализация накопителя. У практически всех винчестеров есть «безопасный режим» (Safe mode), но он существует исключительно для технологических целей.

При пропадании питания производится автоматическая парковка головок. Технологические методы парковки довольно разнообразны. Она может обеспечиваться за счёт энергии вращения дисков (шпиндельный двигатель используется в качестве генератора), заряда конденсаторов. Наиболее же распространённый метод — при пропадании напряжения на катушке сервопривода под действием электромагнитных сил головки сами переходят в запаркованное положение. Выключение двигателя и парковка возможны также посредством команды через интерфейс.

Обмен данными[править]

Всё время работы винчестер обеспечивает выполнение команд, передаваемых по интерфейсу. В основе обмена данными с винчестером лежат две команды — чтение и запись информации. Это единственные необходимые команды. Обе команды содержат параметры, определяющие номер сектора и количество секторов.

При поступлении команды на запись жёсткий диск производит приём данных по интерфейсу, вычисляет транслятором координаты физической области, позиционирует головки и записывает информацию на поверхность, после чего производит проверку записи и, в случае необходимости, производит перемещение сбойных секторов. Также производится запись информации во внутренний кэш диска.

По команде чтение сначала проверяется наличие нужных данных во внутреннем кэше. В случае их обнаружения данные просто передаются по интерфейсу из кэша. Если данные в кэше не найдены, как и при записи, производится трансляция номера сектора, после чего производится считывание данных с поверхности, исправление ошибок и проверка правильности считывания. При неправильном считывании как правило производятся повторные попытки, а если и они не удались, то контроллер посылает по интерфейсу сигнал отказа. Часто данные и диска считываются треком целиком, даже если нужен всего один сектор. В этом случае дополнительно считавшиеся данные также попадают в кэш, что приводит к ускорению работы при последовательном считывании данных маленькими порциями.

Команда проверка производит действия, подобные чтению, но не передаёт данные по шине. Посредством её можно проводить сканирование поверхности диска на предмет бэдов достаточно быстро.

Оставшаяся с времён дисков с физической адресацией команда позиционирование может обрабатываться современными винчестерами произвольным образом. Винчестер может как реально позиционировать головки, так и отвечать по интерфейсу успешным завершением, не производя никаких действий.

Защита информации[править]

Для защиты данных многие винчестеры позволяют блокировать доступ посредством пароля.

Парольная защита появилась в спецификации ATA-3. Защита позволяет установить пароль на доступ ко всему диску сразу, до ввода пароля винчестер будет определяться драйвером, но отвергать любые операции чтения-записи.

Спецификация ATA предоставляет два уровня защиты, названные «высокий» и «максимальный», разница заключается в том, что на высоком уровне защиты её можно снять посредством «мастер-пароля», зашитого производителем, а на максимальном — только стереть весь диск. Тем не менее многие жёсткие диски возможно взломать манипуляциями посредством служебных команд.

Самодиагностика, SMART[править]

Простейший случай диагностики — выдача отказов чтения и записи на повреждённые области. Это способны делать все винчестеры. Практически все винчестеры (кроме довольно старых) также способны следить за своим состоянием, и сообщать о возможных неполадках. В стандарт IDE, начиная с ATA-3, включена спецификация SMART (англ. {{{1}}} self-monitoring analysis and report technology — технология самоотслеживания, анализа и отчётности), позволяющая следить за множеством параметров функционирования диска и, по возможности предупредить неожиданный выход накопителя из строя. Эти параметры включают в себя общее количество динамических ошибок чтения с поверхности, качество сигнала на головках, температурный режим, общее время работы, количество запусков и остановок шпиндельного двигателя, и другие, не менее важные параметры.

Технологические режимы[править]

Существует несколько режимов работы винчестера, которые нормально не используются при обычной эксплуатации. Способы включения этих режимов, функционирование жёсткого диска в этих режимов полностью определяется производителем жёстких дисков. Есть одно исключение — режим низкоуровневого форматирования, попавший в стандарты IDE, но на самом деле означающий простое стирание данных.

Серворазметка — технологический режим, который может быть задействован только на специальном оборудовании с прецизионным механизмом перемещения головок — серворайтере (англ. {{{1}}} servo-writer). В этом режиме головки винчестера приводятся толкателем серворайтера и на диск наносятся сервометки. Совокупность сервометок называется также — серворазметка. Во многом этот режим преемник низкоуровневого форматирования, хотя низкоуровневое форматирование производилось самим винчестером. [3]

Низкоуровневое форматирование (англ. {{{1}}} low level format) — режим разметки поверхности, существовавший на старых винчестерах. На последующих моделях команда низкоуровневого форматирования могла вывести из строя, и позже стала выполнять функции простого стирания всей информации, аналогично записи.

Сэлфскан (англ. {{{1}}} selfscan) — важный технологический режим, использующийся на заводе изготовителе или ремонте накопителя. Сэлфскан — очень длительный процесс (несколько часов), в течение которого винчестер производит проверку всей поверхности, определение дефектных областей, настойку паспорта, адаптивов и других параметров.

Безопасный режим (англ. {{{1}}} safe mode) или режим неполной инициализации — специальный режим, использующийся при ремонте накопителя. Это режим неполной инициализации, когда выполняется только микропрограмма из ПЗУ контроллера, а механика не включается и данные с дисков не считываются. Используется при повреждении информации на сервисной области.

Характеристики и разновидности винчестеров[править]

Информационная ёмкость[править]

Ёмкость жёсткого диска является самым важным его параметром. Она определяет количество информации, которое может быть на него записано. Ёмкость измеряется в байтах и их кратных единицах: мегабайт, гигабайт. При этом производители используют приставки степени 1000, то есть 1 гигабайт ёмкости винчестера это ровно 1 миллион байт. Это противоречит компьютерной традиции использовать степени 1024, поэтому может вводить в заблуждение — диск, обозначенный как 100-гигабайтный отображается на компьютере как 93-гигабайтный (хотя правильнее его называть 93-гибибайтным).

Ёмкость винчестера определяется следующими параметрами:

  • Размер пластины — параметр, определяющийся как правило геометрическими размерами винчестера, обычно диаметр на 1-2 см меньше ширины.
  • Плотность записи на единицу площади — определяется технологией изготовления диска. Указывается обычно в гигабитах на квадратный дюйм или квадратный сантиметр. Обычно диски одной серии имеют одинаковую плотность записи.
  • Объём поверхности — параметр, зависящий от плотности записи и размера пластины.
  • Количество рабочих поверхностей — то же, что и количество физических головок. Зависит от конструктивного исполнения. В пределах серии используется для варьирования ёмкости.
Параметры винчестеров некоторых серий
Серия Модель C, Гб c, Гб/см2 C1, Гб n
Seagate Barracuda 7200.10 ST380215A 80 1 (1)
ST3160215A 160 2 (1)
ST3200820A 200 3 (2)
ST3250820A 250 3 (2)
ST3320620A 320 4 (2)
ST3400620A 200 5 (3)
ST3400620A 400 5 (3)
ST3500620A 500 6 (3)
ST3750620A 750 8 (4)

Ёмкость — самый динамичный параметр рыночного ассортимента дисков. Ёмкость предлагаемых дисков постянно растёт, а цена за единицу постоянно падает.

Динамика цен на жёсткие диски
Год Оптимальный объём Опт. цена за 1 Гб Максимальный объём Цена за максимальный объём
2000 20 Гб 5,3 $ 30 Гб (?) 140 $
2002 120 Гб (?) 170 $
2003 80-160 Гб 0,8 $ 250 Гб 270 $
2006 300 Гб 0,3 $ 750 Гб 390 $

Конструктивное исполнение, типоразмеры и области применения[править]

Собственно, жёсткий диск конструктивно приспособлен для установки внутрь устройства. Стандартные разновидности включают в себя винчестеры для стационарных систем, переносных и портативных.

  • 5,25-дюймовый — полностью вышел из употребления, использовался в IBM PC XT.
  • 3,5-дюймовый — самый распространённый вариант для стационарных компьютеров.
  • 2,5-дюймовый — обычный типоразмер для ноутбуков, также используется в некоторых настольных системах Amiga, Set-top box.
  • 1,8-дюймовый — для различных портативных устройств.

Винчестеры для носимых устройств (ноутбуков, плееров и т. п.) обладают гораздо большей устойчивостью к механическим воздействиям, но при этом более дороги.

Внешние винчестеры — это винчестеры, установленные внутрь специального защитного контейнера. Контейнеры выпускаются под 3,5- и 2,5-дюймовые винчестеры.

Интерфейсы[править]

Характеристики различных интефейсов. S — максимальная скорость обмена; n — максимальное число устройств на шине; L — максимальная длина соединителя.
Тип S,
МБ/с
n L,
м
IDE/ATA 8,3 2 0,5
IDE/ATA-2 (Fast ATA) 16,7 2 0,5
IDE/ATA-4 (Ultra ATA) 33,3 2 0,5
IDE/ATA-5 (ATA/66) 66,7 2
IDE/ATA-6 (ATA/100) 100,0 2
IDE/ATA-7 (ATA/133) 133,3 2
Serial ATA 1x 160,0 1
Serial ATA 4x 640,0 1
SCSI-1 5,0 7 12/6
Fast SCSI (SCSI-2) 10,0 7 12/3
Fast Wide SCSI (SCSI-2) 20,0 15 12/3
Ultra SCSI (SCSI-3) 20,0 7 12/1,5
Wide Ultra SCSI (SCSI-3) 40,0 15 12/1,5
Ultra 2 SCSI (SCSI-4) 40,0 7 12
Wide Ultra 2 SCSI (SCSI-4) 80,0 15 12
Ultra 3 SCSI (Ultra160/m) 80,0 15 12
Wide Ultra 3 SCSI (Ultra160/m) 160,0 15 12
Wide Ultra 320 SCSI 320,0 15 12
Serial Attached SCSI 375,0 1 8
USB 1.1 1,5 128 5
USB 2.0 60,0 128 5
Firewire 400 50,0 63 4,5
Firewire 800 100,0 63
Firewire 1600 200,0 63
Fibre Channel 500,0 10 000

Винчестеры могут иметь различные интерфейсы.

  • MFM и ESDI — практически вымерли, использовались на первых винчестерах.
  • IDE/ATA — долгое время держал абсолютное лидерство по распространённости вследствие простоты реализации и дешевизны. Обычный интерфейс для рабочих станций. Технически представляет собой частично выведенную 16-разрядную шину ISA. Развитие стандартов на IDE привело к постепенному увеличению скорости обмена на шине, а также появлению работы через ПДП (DMA) и некоторых других сервисных функций.
  • Serial ATA — разработан как замена IDE. Физически представляет собой две однонаправленные последовательные линии передачи данных. На программном уровне при работе в режиме совместимости во многом аналогичен IDE, в «родном» режиме предоставляет дополнительные возможности.
  • SCSI — универсальный интерфейс, к которому подключались не только винчестеры, но и многие другие устройства. Активно использовался в серверах. Несмотря на большее техническое совершенство по сравнению с IDE не стал распространён, так как относительно дорог. Может использоваться для внешних винчестеров.
  • SAS (Serial Attached SCSI) — последовательная версия SCSI.
  • USB — интерфейс, используемый внешними винчестерами. Для обмена используется протокол USB Mass Storage, универсальный для любых носителей информации.
  • FireWire — подобно USB, используется для внешних жёстких дисков.
  • Fibre Channel — высокоскоростной интерфейс для систем высокого класса.

Винчестеры, устанавливаемые во внешние контейнеры с интерфейсами USB, FireWire обычно имеют интерфейс IDE. При этом в контейнере содержится пребразователь интерфейса (переходник).

Быстродействие[править]

Немаловажное значение имеют скоростные характеристики жёстких дисков:

  • Скорость вращения шпинделя (англ. {{{1}}} rotational speed, spindle speed) обычно измеряется в оборотах в минуту (об/мин, rpm). Она не даёт прямой информации о реальной скорости обмена, но позволяет различать более скоростные от менее. Стандартные скорости вращения: 4800, 5600, 7200, 9600, 10 000, 15 000 об/мин. Медленные обычно используются на ноутбуках и других мобильных устройствах, самые скоростные — в серверах.
  • Время доступа — количество времени, необходимое винчестеру от момента приёма команды до начала выдачи данных по интерфейсу. Обычно указывается среднее и максимальное время доступа.
  • Время позиционирования головок (англ. {{{1}}} seek time) — время за которое головки перемещаются и устанавливаются на трек с другого трека. Различают время позиционирования на соседний трек (track-to-track), среднее (average), максимальное (maximum).
  • Скорость передачи данных или пропускная способность — определяет производительность диска при передаче последовательно больших объёмов данных. Эта величина показывает установившуюся скорость передачи, когда головки диска уже на нужном треке и секторе.
  • Внутренняя скорость передачи данных — скорость передачи данных между контроллером и магнитными головками.
  • Внешняя скорость передачи данных — скорость передачи данных по внешнему интерфейсу.

Энергопотребление[править]

Энергопотребление — немаловажный параметр, особенно в портативных системах. Он определяет необходимые характеристики источника питания и время, которое сможет проработать система от автономного источника питания. Различают энергопотребление в различных режимах:

  • Пиковое энергопотребление — предел энергопотребления, обычно достигается в момент включения и раскручивания дисков. Пиковое энергопотребления должен выдерживать блок питания. Как параметры пикового энергопотребления обычно указывается максимальный ток по шинам питания.
  • Энергопотребление активного режима определяется во время активной работы накопителя. Это предельное энергопотребление достигаемое продолжительное время. Следует иметь в виду, что практически вся энергия, потребляемая жёстким диском выделяется в виде тепла, следовательно энергопотребление рабочего режима определяет также необходимую интенсивность отвода тепла. Основная статья энергопотребления тут — сервопривод головок, мощность которого определяет быстродействие винчестера в случае произвольного доступа, и следовательно, быстрые винчестеры требуют значительного охлаждения.
  • Энергопотребление режима ожидания — во время простоя, когда диск готов выполнять команды.
  • Энергопотребление спящего режима — минимальное энергопотребление включённого винчестера, когда остановлен шпиндельный двигатель.
  • Среднее энергопотребление — интегральный параметр, показывающий, насколько долго сможет проработать диск от батарей.
Характеристики быстродействия и энергопотребления некоторых винчестеров (указаны «наихудшие» в серии). Обозначения: ν — скорость вращения дисков; скорость передачи данных: Sуст — установившаяся, Sинт — внешняя (через интерфейс), Sвн — внутренняя; время доступа: τср — среднее; время позиционирования головок: tср — среднее, t1 — на соседний трек, tмакс — максимальное; пиковые токи потребления по шинам: I5 — 5 B, I12 — 12 B; Энергопотребление: Pа — в активном режиме, Pо — в режиме ожидания, Pс — в спящем режиме, Pср — среднее.
Модель/серия ν,
об/мин
Sуст,
МБ/с
Sинт,
МБ/с
Sвн,
Мбит/с
τср,
мс
tср,
мс
t1,
мс
tмакс,
мс
I5,
А
I12,
А
Pср,
Вт
Pа,
Вт
Pо,
Вт
Pс,
Вт
Для серверов
Seagate Cheetah 15K.5 (SCSI) [4] 15 000 125 320 960—1607 2,0 4,0 0,4 17,6 12,5
Hitachi Ultrastar 15K147 (SCSI) [5] 15 000 93,3 320 1129 3,7 0,6 6,7 1,08 1,70 11,8
3,5-дюймовые для рабочих станций
Seagate Barracuda 7200.10 [6] 7200 300 4,16 2,8 13 9,3
Hitachi Deskstar 7K500 [7] 7200 64,8—31,0 8,5 1,1 2,0 9,0
2,5-дюймовые для ноутбуков
Seagate Momentus 7200.1 [8] 7200 45,8 100 4,2 10,5 1,28 2,6 1,3 0,28
Seagate Momentus 5400.3 [9] 5400 44 100 5,6 12,5 1,0 2,0 0,8 0,2
Hitachi Travelstar 4K100 [10] 4200 100 380 11 1,1 21 0,9 1,4 0,65 0,1

Другие параметры[править]

  • Надёжность. Стандартный показатель надёжности — среднее время безотказной работы или среднее время наработки на отказ.
  • Сопротивляемость механическому воздействию — вибро- и ударопрочность устройства. Сильно различается ударопрочность накопителя в рабочем и транспортировочном состоянии. В рабочем состоянии винчестеры весьма чувствительны к ударам и вибрации — максимальная перегрузка составляется всего несколько g. В транспортировочном состоянии ударопрочность в десятки-сотни раз выше (40-200 g), тем не менее эти значения соответствуют всего лишь падению с 20-30 см на бетонную плиту. Винчестеры для портативных устройств обычно более ударопрочны.
  • Уровень шума — скорее эстетический параметр, нежели функциональный.

Правила эксплуатации и меры предосторожности[править]

Основные меры предосторожности[править]

Жёсткий диск — высокотехнологичное электронно-механическое устройство, которое требует бережного обращения. Следует соблюдать следующие основные правила использования:

  • Берегите накопитель от сильных механических воздействий — ударов, сдавливания, вибрации и избегайте появления повреждений царапин, вмятин, сколов и т. д. При транспортировке имеет смысл использовать специальные контейнеры или применять тару из гофрокартона, пенопласта, поролона и других материалов, способных смягчить внешнее воздействие.
  • Соблюдайте температурный режим — диск не должен переохлаждаться, а тем более перегреваться. Температуры выше 100°C смертельны почти для любого диска.
  • Не допускайте попадания на диск и внутрь влаги и других жидкостей — это может привести к коррозии или иным разрушительным эффектам.
  • Не вскрывайте жёсткий диск и не снимайте плату контроллера без необходимости или если не имеете соответствующей квалификации. Сломать его очень просто.
  • Не подносите близко к диску предметы, обладающие магнитным полем или электромагнитным излучением. Даже маленького магнита, расположенного рядом может хватить для нарушения функциональности.
  • Не допускайте замыкания находящихся снаружи контактов посторонними предметами (из металла, графита).

Установка и подключение жёсткого диска[править]

Жёсткие диски для использования обычно устанавливаются непосредственно в системный блок компьютера или в специальную коробку с интерфейсом (Mobile Rack, USB).

При установке важное значение имеет пространственная ориентация диска. Самым лучшим положением считается горизонтальное, платой вниз. При производстве учитывается в первую очередь это положение, и считается, что именно так износ минимальный, а надёжность — максимальна. Немного хуже или столь же хорошим может оказаться перевёрнутое положение — горизонтально платой вверх. Также достаточно хорошими являются вертикальные положения — на боку или торце. Остальные положения — плохие, они ведут к неравномерному износу подшипников, нарушают балансировку деталей и приводят к преждевременному выходу дисков из строя.

Не стоит закреплять жёсткий диск на все 4 винта, особенно если отсек для него из жёсткого материала — это может привести в перекосу и следовательно, к затруднённой работе, сопровождаемой задержками и сбоями или вовсе к отказам. Достаточно нетуго затянуть 2-3 винта.

Подключать интерфейс следует в соответствии с указаниями на интерфейс. Например, при подключении IDE (PATA) надо следить, чтобы одно устройство на шлейфе всегда было ведущим (Master) и второе, если оно есть — ведомым (Slave). Если устройство одно, оно должно быть в режиме ведущего (Master) или единственного устройства (Single Drive, если такой режим есть) и подключено к концевому разъёму шлейфа. Загрузочный диск обычно должен быть ведущим на первом IDE-интерфейсе. Жёсткий диск в ноутбуке или USB-контейнере как правило подсоединяется прямо к разъёму на плате, обычно при этом требуется установить режим ведущего. В случае со SCSI каждой устройство должно иметь уникальный идентификатор и шина должна быть правильно терминирована.

Крайне нежелательно подключение и отключение диска при поданном питании. При подключении и отключении винчестера от компьютера стоит его выключать. При необходимости подключения диска к работающему компьютеру следует сначала подключить интерфейс, а затем питание. Отключение производится в обратном порядке. Во врема таких операций диск должен быть отмонтирован в операционной системе и драйвера соответствующего интерфейса остановлены.

Эксплуатация[править]

Перед эксплуатацией жёсткий диск должен быть инициализирован операционной системой компьютера или иной системной утилитой. Как правило, система позволяет разбить диск на несколько разделов (логических дисков), но в большинстве случаев одного раздела на весь диск достаточно. При инициализации создаются служебные структуры файловой системы в каждом разделе.

При эксплуатации диск не требует каких-либо особх процедур обслуживания, но некоторые простые действия помогут прослужить диску дольше и получить от него максимальную отдачу.

  • Если это предусмотрено операционной системой, следует периодически производить дефрагментацию файловой системы. Это обеспечит высокую скорость доступа и меньший износ за счёт более оптимального обращения к диску.
  • По возможности, стоит следить за параметрами самодиагностики винчестера (SMART), чтобы выявить возможный выход его из строя или иные проблемы.
  • Следует следить, чтобы пространство вокруг диска не заполнялось пылью — это ухудшает отвод тепла и грозит перегревом. Также нельзя допускать попадания влаги и других посторонних веществ и предметов.

Характерные неисправности и проблемы[править]

Некоторые общие проблемы[править]

Неисправности связанные с кабелями питания и данных
Подключаемые кабели могут быть повреждены, иметь плохой контакт в разъёмах. Подобные неисправности диагностируются визуальным осмотром — следы механического воздействия, оплавление и обугливание, болтание в разъёмах — верные спутники подобных неисправностей; а также прозвонкой — проверкой на электрический обрыв и замыкание. В результате втыкания и вынимания разъёмов в них также могут быть погнуты или отломаны контакты. Также встречаются случаи неправильного подключения — ответная часть может быть перевёрнута или смещена на один или несколько контактов, поэтому надо быть внимательным при подключении.
Неправильная конфигурация интерфейса
Устройства с интерфейсом IDE и SCSI требуют правильной конфигурации интерфейса. На шине IDE необходимо наличие одного ведущего (Master) устройства и максимум одного (Slave) ведомого. На шине SCSI каждое устройство должно иметь свой уникальный номер. Если эти условия не выполняются, устройства могут конфликтовать или отказываться работать. Некоторые винчестеры имеют джамперы ограничения доступного объёма или включения режима неполной загрузке, поэтому, если винчестер определяется с меньшим объёмом или определяется, но не работает, то следует проверить установку этих джамперов. Не следует надевать перемычки на контакты, которые никак не обозначены, они часто используются для технологических целей и их замыкание может привести к неожиданным последствиям.
Нестабильность питания
Некоторые винчестеры весьма требовательны к стабильности питания и могут сбоить при отклонении напряжения или помехах по шине питания. Это может быть связано с плохим блоком питания, слишком длинным проводами, большой нагрузке на блок питания (сразу несколько дисков). Для диагностики таких неисправностей следует проверить напряжение на контактах питания винчестера вольтметром а также проверить питание на наличие помех при помощи осциллографа. При отсутствии такого оборудования можно попробовать отключить другую нагрузку от блока питания или поставить более мощный и надёжный блок питания. Также можно поставить несколько блоков питания, распределив нагрузку между ними.
Слишком сильное затягивание винтов крепления жёсткого диска
Слишком сильное затягивание винтов чревато перекосом гермоблока и, как следствие, плохой работой механики. Это может сопровождаться странными звуками при работе, медленным раскручиванием, медленной работой и подвисаниями. Если диск сбоит, следует ослабить винты крепления. Также не следует прикручивать диск в корпусу всем четырьмя винтами, достаточно двух-трёх. Если ослабление винтов не дало восстановления нормальной работоспособности — возможен сдвиг крышки гермоблока. В этом случае стоит ослабить винты (но не отвинчивать совсем), крепящие крышку и постучать по ней с боковых сторон, что может устранить сдвиг, хотя чаще всего это необратимо.
Слишком длинный или неправильный интерфейсный кабель.
Большая длина инфтерфейсного кабеля может приводить к периодическим сбоям при передачи данных, что может выглядеть со стороны компьютера как сбои винчестера. Также имеет значение тип интерфейсного кабеля — некоторые виды интерфейсов, такие как ATA/66 могут работать на кабелях, предназначанных для более ранних версий интерфейса, но это крайне нежелательно, правда, в случае ATA возможен автоматический переход на меньшую скорость обмена при использовании старых кабелей. Установка правильного кабеля поможет устранить сбои падением скорости обмена, неуверенным чтением, ошибками позицинирования. Такие накопители ремонту не подлежат.

Неисправности электроники[править]

Пропадание контакта или плохой контакт между платой контроллера и гермоблоком
Чаще всего пропадает контакт между платой контроллера и блоком магнитных головок, иногда — контакт со шпиндельным двигателем. Это нередкая неисправность, обычно связанная с окислением контактов в разъёмах. Также причиной отсутствия контакта может являться механическое поврежение разъёмов в результате разборки-сборки. Эта неисправность может сопровождаться целым спектром разнообразных симптомов, наиболее характерные из которых — диск постоянно стучит головками при включении, не определяется, или определяется как диск нулевого объёма, отказ после некоторого времени работы, отсутствие раскручивания, неуверенное чтение и запись. Ремонт диска в этом случае обычно достаточно прост — обработка контактов разъёма для снятия окисла (очистка, лужение), подгибание упругих элементов. Если же разъём частично или полностью механически разрушен, то может помочь замена его или платы или блока магнитных головок целиком.
Выход из строя головки чтения-записи.
Нередко встречающаяся неисправность, сопровождающаяся либо полным отказом диска, если вышла из строя головка, работающая со служебной информацией, либо нечитаемостью части диска. Нечитаемые области при сканировании поверхности при этом группируются периодическими полосами. Нередко головка выходит из строя постепенно, что сопровождается медленным или неустойчивым чтением части диска. Снять информацию с диска в этом случае можно, заменив головки на совместимые.
Выход из строя коммутатора-предусилителя
Выход коммутатора из строя приводит к невозможности что-либо считать с диска, и как следствие, диск не определяется, или определяется с нулевым объёмом. Включение при этом сопровождается постоянным стуком головок. Ремонт такого диска заключается в замене блока магнитных головок.
Выход из строя электронных компонентов на плате контроллера.
Это весьма широкий класс неисправностей, способный приводить к совершенно различным видам отказов и не имеет смысла описывать их по отдельности — для их диагностики необходимо обладать знаниями схемотехники конкретных моделей. Такие неисправности могут сопровождаться следующими характерными признаками: аномально сильный нагрев компонентов (некоторые компоненты нагреваются в нормальном режиме и это надо учитывать), механическое разрушение (трещины, сколы, вспучивание, вытекание электролита, отделение контактов от платы и т. п.), обугливание. Определить, что неисправна плата в общем случае можно, попробовав заменить её на аналогичную от исправного накопителя. Часто замены платы достаточно для того, чтобы считать с неисправного диска нужную информацию.

Неисправности связанные с микропрограммой и служебной информацией[править]

Софт-бэды
Софт-бэды — нарушение целостности пользовательской информации на диске. Они могут появляться самопроизвольно из-за спонтанного перемагничивания, или появиться на месте прерванной выключением питания записи. При попытке прочитать такой сектор диск обычно сообщает о несовпадении контрольной суммы. Записанная информация при этом безвозвратно теряется (хотя на старых моделях иногда удавалось её прочитать после нескольких попыток), но в сектор можно свободно записывать новую информацию.
Повреждение серворазметки
В результате повреждения серворазметки может стать нечитаемой некоторая область диска, причём попытки чтения могут сопровождаться длительными задержками и сильным стуком головок. Как правило диском ещё можно пользоваться, работая в его исправной части, и даже можно достичь полной функциональности, откорректировав списки сбойных треков в служебной области диска, однако область повреждённой серворазметки оказывается безвозвратно потерянной, её восстановить можно только при помощи серворайтера.
Повреждение служебной информации
Повреждение служебной информации — весьма распространённая неисправность. Она может приводить как к частичной, так и к полной потере функциональности диска. Ремонт такого диска возможен, но для этого необходимо иметь информацию по структуре этой области, а она в основном является закрытой, и соответствующие инструменты, например, комплекс PC-3000. Возможность восстановить работу винчестера во многом зависит от характера повреждений, так, например, при потере транслятора и списка сбойных секторов становится практически невозможно восстановить информацию.
Потеря информации в ПЗУ платы контроллера
В ПЗУ платы контроллера обычно находится стартовая микропрограмма и прочая информация, необходимая для работы. Потеря этих данных практически всегда ведёт к полной неработоспособности винчествера. Отремонтировать диск можно, заменив плату контроллера либо переписав содержимое ПЗУ. Обычно перезапись производится посредством программатора, иногда, если контроллер сохраняет способность обрабатывать некоторые служебные команды — силами самого контроллера. Следует заметить, что нередко контроллер содержит несколько ПЗУ произвольной комбинации. Встречаются масочное неперезаписывемое ПЗУ внутри м/с контроллера, перезаписываемое, которое может находиться как внутри микросхемы контроллера, так и отдельно, а также отдельное последовательное ПЗУ. Для считывания информации также можно временно поставить совместимую плату от рабочего диска взамен имеющей эту неисправность.

Диагностика неисправностей[править]

Диагностику неисправностей следует начинать с визуального осмотра диска. Таким образом выявляются некоторые неисправности контроллера, повреждения гермоблока. Также имеет смысл проверить контакты между платой контроллера и гермоблока, их нарушение весьма распространённая неисправность. При подключении имеет смысл проверить правильность подключения — не перевёрнут ли шлейф, и правильно ли поставлены конфигурационные перемычки (джамперы). Включение диска позволяет выявить неисправности связанные со шпиндельным двигателем и блоком магнитных головок.

Производители жёстких дисков[править]


См. также[править]

Интернет[править]

Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: