Устройство жестких дисков 

 

Среди компонентов, из которых состоит жёсткий диск, самые важные - это магнитные пластины, на которые записывается информация, а также головки чтения/записи. Конечно, ничего не будет работать без двигателей, которые заставляют пластины вращаться на высокой скорости и электроники управления, которая играет важную роль в производительности жёсткого диска.

Из чего состоит головка жёсткого диска? Если смотреть невооружённым глазом, то головка - крошечный объект, который "парит" над вращающимися пластинами винчестера, будучи прикреплённым на кончик несущей. Если же посмотреть на головку через электронный микроскоп, то можно выделить два элемента: головку чтения и головку записи.

Работа головки чтения заключается в определении изменений магнитного потока, которые модулируют нулевой и единичный биты. Головка чтения изготавливается из магниторезистивного материала - его электрическое сопротивления меняется как функция проходящего сквозь него магнитного поля. Головка записи имеет более сложную конструкцию, поскольку ей нужно создавать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы менять ориентацию магнитных доменов в пластине. Для данной задачи используется одна или большее число катушек.

Размеры головки жёсткого диска впечатляют. Ширина составляет меньше сотни нанометров, а толщина - около десяти. Головка парит над пластиной, вращающейся со скоростью 15 000 об/мин, на высоте, эквивалентной 40 атомам. Все элементы головки изготавливаются по технологиям, схожим с производством микропроцессоров. То есть головки вырезаются из подложек, на которых они формируются методом фотолитографии и осаждения нужных материалов.

Seagate - один из немногих производителей магнитных головок. Среди других производителей жёстких дисков только у Hitachi и Western Digital есть свои заводы, а Toshiba, Fujitsu, Samsung и ExcelStor закупают головки производства TDK.

Количество отказов жестких дисков при их рабочей температуре 50 градусов Цельсия в два раза больше, чем при температуре 34 градуса Цельсия. (журнал Железо)

На восстановление данных со сломанных винчестеров американские промышленники тратят 18 миллиардов долларов в год.

Western Digital установили новый мировой рекорд по плотности магнитной записи - 520 Гбит/кв.дюйм. С такой плотностью можно создать накопитель форм-фактора 3.5 объемом 3 Тб. На сегодняшний день максимальная плотность в серийном производстве составляет 200 Гб/кв.дюйм (журнал Железо).

Зачем в герметичных пакетах с некоторыми устройствами (часто жесткими дисками) находится силикат-гель? Силикат-гель поглощает остаточную влагу из воздуха (то есть сушит его), что позволяет хранить устройства в таких герметичных пакетах достаточно долгое время без боязни их преждевременного выхода из строя. Часто силикат-гель применяют при производстве стеклопакетов, его помещают между стеклами, что препятствует их запотеванию (журнал Железо).

Что означают буквы RE в названиях некоторых дисков от Western Digital? RE - RAID Edition. Специальные винчестеры сегмента enterprise, предназначенные для использования в RAID-массивах. По заявлениям компании они обладают повышенной степенью надежности, MTBF (время наработки на отказ), равным одному миллиону часов, а также пятилетней гарантией и технологией TLER (Time-Limited Error Recovery).
Как лучше установить жесткий диск в отсек 5.25"

Для этого продаются специальные так называемые "салазки", или рэки, которые устанавливаются в отсек 5.25" и надежно удерживают винчестер. Еще можно использовать специальные отсеки (часто охлаждаемые) для HDD, например, Thermaltake Hardcano 14, который весит почти килограмм, светит голубым светом, охлаждает и удерживает винчестер, но при этом не издает шума больше чем 16 дБ.
Как правильно устанавливать второй IDE-диск в компьютер?

Нормальное функционирование во многом зависит от температурного режима, поэтому необходимо обеспечить приемлемое расстояние между двумя жесткими дисками (от 1.5 см) и позаботиться о дополнительном охлаждении. Винчестеры лучше разнести по разным IDE-каналам (это сократит задержки при одновременной работе с ними), хотя все равно, скорее всего, одному из них придется "висеть" вместе с оптическим приводом. Перед установкой проверить, как расставлены перемычки. Режим Auto или Cable select не рекомендуется - лучше явно указать Master или Slave.

В зависимости от спектра решаемых задач приоритетным для пользователя при выборе винчестера будет либо емкость, либо скорость работы винчестера. Решающим фактором становится такой показатель, как время доступа. Оно значительно сокращается в том случае, когда винчестер оснащен кеш-памятью большого объема (8 или 16 Мбайт). Производители дешевых компьютеров используют зачастую жесткие диски с малым объемом кеша (2 Мбайт). Не найдете вы в рекламном проспекте и сведений о том, что установленный в компьютере винчестер не поддерживает современную технологию NCQ, которая способна значительно повысить производительность системы, если установлены соответствующие драйверы. (журнал Chip)

Ваш жесткий диск шумит, когда система считывает или записывает информацию? Шумы вызваны быстрым вращением диска и движением пишущей головки. У многих производителей жестких дисков имеются утилиты, позволяющие программно понизить шумность дисков. Однако при этом увеличивается время доступа (до 50%). (Chip, май 2007)

Основу жесткого диска составляет прочный герметичный корпус, который защищает внутреннюю часть от внешних воздействий. Внутри корпуса находится магнитный диск или несколько дисков, называемых иногда "блинами", магнитные головки, электродвигатель и электроника. Сам корпус заполнен чистым воздухом. Магнитный диск представляет собой алюминиевую круглую пластину. Были также попытки использовать вместо алюминия стекло, но у таких винчестеров обнаружилось множество проблем в эксплуатации, и их производство было свернуто. Электродвигатель — это сложное высокотехнологичное устройство, представляющий собой неподвижный якорь с обмотками и вращающийся постоянный магнит. В электродвигатели ставят подшипники двух видов: обычные шариковые и жидкостные. В жидкостных подшипниках вместо шариков используется специальное масло. Это позволяет уменьшить уровень шума и увеличить долговечность электродвигателя. Магнитная головка состоит из множества мелких деталей: отполированного керамического корпуса, привода головки в виде катушки-соленоида из медной проволоки и рычага. На одном конце рычага закреплен постоянный магнит, который вращается на подшипниках, а на другом конце — легкая стрелка с магнитными головками. Катушка способна перемещаться в магнитном поле под действием проходящего через нее тока, перемещая одновременно все головки в радиальном направлении. Когда жесткий диск не работает, магнитные головки находятся в специальной зоне парковки и прижаты к сторонам пластин легкими пружинами. При включении головки приподнимаются и уже не касаются поверхности диска. Зазор между магнитной головкой и диском ничтожно мал — около 0,1 мкм. После изготовления жесткого диска производитель производит его низкоуровневое форматирование. Жесткий диск — это неразборная конструкция, не требующая вмешательства. Таким образом, если внутри диска что-то сломалось, то вам не удасться произвести ремонт своими силами.

Для каждого устройства производитель рекомендует свои температурные режимы. Как правило, для жестких дисков нормальным считается диапазон от 15 до 50 градусов по Цельсию. Скорость вращения жестких дисков может составлять 5400, 7200 и 10 000 об/мин. Наиболее распространены сейчас диски со скоростью 7200 об/мин.
Интерфейсы

Для внутренних жестких дисков в домашних условиях используются три интерфейса: Paraller ATA, Serial ATA и SCSI. В интерфейсе SATA уже нет понятия master и slave — диски теперь равноправны, и не требуется установки перемычек в нужное положение. Изменились и кабели — они стали тоньше и занимают гораздо меньше места в системном блоке, улучшая циркуляцию воздуха для охлаждения компонентов компьютера. Диски с интерфейсом SCSI слишком дороги для применения в домашних компьютерах, поэтому пока широкого распространения не получили.
80-проводной кабель

Сначала, в стандарте IDE использовались 40-жильные кабели, при этом спецификации не предусматривали специальных требований к длине кабеля, экранирование от других сигналов и не обеспечивали высоких скоростей передачи данных. Но возросшие требования новых компьютерных систем заставили производителей искать новые решения для повышения производительности жестких дисков. И тогда вместо 40-проводного был разработан 80-проводной кабель. Практически все новые компьютеры, которые собираются с использванием интерфейса PATA, оснащаются 80-проводными кабелями, которые с обоих концов подключаются к стандартным 40-контактным разъемам. Сорок проводов сохраняют прежние функции, используемые для передачи данных и управляющих сигналов. Дополнительные сорок проводов призваны обеспечить дополнительную защиту сигналов данных от зашумления, передаваемых по остальным сорока проводам. В результате замены старого 40-проводного кабеля на новый 80-проводной, пользователь получает возможность полноценного использования всех преимуществ быстрых дисков и интерфейсов UDMA/ATA-100 и UDMА/АТА-133.
Форм-фактор для жестких дисков

Для настольных компьютеров используются 3,5-дюймовые накопители, а для ноутбуков — 2,5-дюймовые. Но в последнее время большую популярность приобрели внешние жесткие диски, которые состоят из корпуса, приобретаемого отдельно, и "лишнего" винчестера, который остался от старого компьютера. Все это собирается вместе за 3 минуты и в результате получается очень удобный переносимый носитель информации. Продаются и готовые внешние жесткие диски, не требующие сборки. Также встречаются в продаже внешние накопители на основе однодюймовых жестких дисков в самом разном исполнении: круглые, прямоугольные, кубические.
Мифы о жестких дисках

У многих пользователей пользуются успехом некоторые мифы, которые не имеют ничего общего с реальностью. Рассмотрим эти мифы подробнее и постараемся их развенчать.
Жесткие диски вредно часто форматировать
На самом деле форматирование не приносит никакого вреда жесткому диску. Форматируйте хоть каждый день. Никаких сбойных секторов не появляется, и износа головок при этом не происходит.
Для повышения производительности диска нужно форматировать жесткий диск как можно чаще
Это противоположная крайность. Частое форматирование не улучшает производительность диска. Если вы почувствовали, что диск стал работать медленнее, то это может быть вызвано фрагментацией данных на диске. Из-за необходимости искать различные части одного и того же файла в разных разделах диска и происходит падение производительности.
Дефрагментация также вредна для жесткого диска
В этом утверждении есть доля правды. При дефрагментации головка жесткого диска совершает большую работу по распределению данных. Но, с другой стороны, после дефрагментации файлы находятся в упорядоченном состоянии, а значит, уменьшается количество передвижений головки при работе с данными.
Постоянное скачивание из Интернета и установка программ на жесткий диск уменьшает продолжительность жизни накопителя
Никакого особого влияния на жесткий диск установка программ не имеет. Жесткий диск вращается практически постоянно, вне зависимости от установки программ или чтения данных с диска. Для диска это стандартная ситуация, и на продолжительность жизни влияет не установка программ, а общее число оборотов диска, которые приводят к износу деталей.
Перебои с питанием приводят к появлению сбойных секторов на жестком диске
Перебои с напряжением в сети не приводят к образованию сбойных секторов, так как при отсутствии напряжения происходит автоматическая парковка головок, что предохраняет повреждение пластин диска.
Жесткий диск вращается только при чтении или записи данных, а в режиме ожидания диск не вращается
В действительности пластины диска вращаются постоянно.
Некоторые сбойные участки диска можно исправить форматированием
На самом деле, сбойный участок диска уже не пригоден к записи или чтению. Форматирование или другой программный способ не восстанавливает сбойный сектор.
Низкоуровневое форматирование может восстановить сбойные секторы
Подобное низкоуровневое форматирование может заменить сбойные секторы секторами с резервных дорожек, но не восстановить поврежденные сектора. При такой замене уменьшается производительность, поскольку головки диска будут искать секторы на резервных дорожках. Появление сбойных секторов — это сигнал к тревоге. Возможно, произошло образование сколов, мелких осколков пластин или повреждение головки, что может стать причиной появления новых повреждений. Если у вас на жестком диске хранятся важные данные, то пора задуматься о создании резервной копии и замене диска.
Жесткий диск можно устанавливать только в горизонтальном положении
На самом деле, диски можно устанавливать в любом положении.
Проверка жестких дисков на наличие ошибок

Периодически следует проверять состояние жесткого диска. Windows XP имеет в своем составе утилиту для проверки жестких дисков. Для запуска этой программы откройте проводник, выберите нужный вам жесткий диск, щелкните на нем правой кнопкой и выберите из контекстного меню пункт Свойства. В диалоговом окне перейдите на вкладку Сервис. Нажмите на кнопку Выполнить проверку. После успешной проверки программа выдаст соответствующее сообщение. Желательно перед проверкой закрыть все приложения, иначе если вы будете использовать функцию Автоматически исправлять системные ошибки, система выдаст сообщение, что диск будет проверен при следующем запуске программы. Имейте в виду, что при больших объемах жестких дисков проверка может растянуться на длительное время.
Дефрагментация дисков

Чем больше вы работаете с компьютером, тем больше файлов оказывается разбитым на отдельные фрагменты, которые располагаются в разных частях жесткого диска. Фрагментация файлов снижает быстродействие системы, поэтому следует также периодически делать дефрагментацию дисков. Дефрагментация позволяет собрать все разбросанные фрагменты файла в отдельный блок, что позволяет увеличить скорость доступа к файлам. В Windows XP уже есть встроенная утилита дефрагментации, доступ к которой вы можете получить через Пуск | Все программы | Стандартные | Служебные | Дефрагментация диска. Выберите из списка нужный вам диск и нажмите на кнопку Анализ. Система проанализирует диск и выяснит, нуждается ли он в дефрагментации. Если выяснится, что эта процедура необходима, то нажмите на кнопку Дефрагментация. Чтобы пользоватся программой дефрагментации диска вы должны обладать правами администратора.
Продолжительность жизни винчестера

Какова средняя продолжительность жизни винчестера? Эта величина зависит от многих факторов. Во-первых, пластины внутри диска — достаточно "нежные" компоненты и при приличной нагрузке больше 10 лет работы вряд ли выдержат. Кроме того, производители закладывают в работу диска такой показатель, как гарантированное количество старт/стоп циклов, которые показывают, сколько включений/выключений может выдержать накопитель. Для современных винчестеров этот показатель составляет около 50000 циклов. По этому показателю винчестер вполне может сохранять свою работоспособность около 40 лет. Но в любом случае замена жестких дисков происходит намного раньше — в среднем каждые 4–6 лет, так как меняются технологии, интерфейсы, объемы данных. Но бывают случаи, когда жесткий диск выходит из строя гораздо раньше. Почему? Одной из причин может быть неправильная транспортировка, когда диск получил сильный удар, и в результате магнитная головка повредила поверхность пластин с образованием микроскопических осколков. В результате эти осколки в процессе работы порождают новые осколки и магнитную пыль, и, соответственно, новые дефекты. Еще одна причина, как ни странно, курение за компьютером. Герметичные корпуса дисков не в состоянии противостоять проникновению вовнуть табачных смол, которые оседают на пластинах. Осевшая грязь мешает считыванию информации, а также может стать причиной прилипания головок к поверхности пластины. Еще одна возможная причина гибели жесткого диска — перегрев устройства. Поэтому необходимо позаботиться о правильном охлаждении накопителя, используя кулеры или радиаторы. А в целом, современные жесткие диски — это надежные устройства, которые прослужат вам долгое время, храня на своих дорожках вашу бесценную информацию.

Если вас интересует статистика по отказам, то как-то журнал "Железо" опубликовал информацию о надежности винчестеров в зависимости от объема диска. Оказывается, самыми ненадежными являются 250-гигабайтные и более емкие винчестеры, 1,25% которых выходят из строя еще в гарантийный срок. Более надежными являются ATA-диски с объемом 200, 160 и 80 Гбайт — проблемы возникают у 7 из 1000 штук. Более надежными являются 120-гигабайтные диски, в среднем отказывающие в 0,55% случаях. Самыми надежными являются диски, вмещающие 40 Гбайт: только 0,3% дисков этой емкости выходят из строя.
Причины поломок и технологии защиты

Из компьютерных комплектующих устройств жесткие диски относятся к числу наиболее ненадежных, так как имеют подвижные элементы. Поскольку жесткие диски постоянно вращаются с большой скоростью, сильно нагреваются и имеют движущиеся части, то они выходят из строя весьма часто. Кроме того, жесткие диски боятся вибрации, резких ударов, пыли. В результате осыпается магнитный слой, появляются сбойные сектора. Рассмотрим более подробно причины, приводящие к поломкам диска, а также технологии, используемые для защиты от подобных поломок. Самой опасной ситуацией для жесткого диска является короткий, но сильный удар. Такая ситуация может возникнуть при падении жесткого диска на пол. В этом случае возможны следующие варианты:
повреждение головок
смещение дисков
появление люфта в подшипниках

Поэтому следует очень осторожно относиться к этому устройству при транспортировке и установке. Одно неосторожное движение может обернуться катастрофическими последствиями. Надо сказать, что производители жестких дисков стараются разработать различные технологии, препятствующие механическим повреждениям дисков:
технология Shock Protection System — чтобы поглотить энергию удара, была увеличена упругость держателя головок. В результате при резком ударе, перемещение головки становится минимальным, что позволяет избежать царапин на поверхности диска. Впервые подобную технологию, которая получила название SPS (Shock Protection System), применили в компании Quantum. Впоследствии вышла улучшенная версия технологии SPS II, в которой появилась возможность защиты от ошибочной записи в момент удара
технология G-Force Protection — компания Seagate предложила свою технологию G-Force Protection, согласно которой инженеры компании уменьшили вес головки и увеличили зазор парения ее над магнитным диском. Также былы применены и другие уловки, позволяющие погасить сильные удары. Кроме того, на диски стали надевать резиновые оболочки, что позволило уменьшить риск от ударов при транспортировке и от разрядов статического электричества
технология ShotBlock — производитель жестких дисков компания Maxtor разработала свою технологию защиты винчестеров под названием ShockBlock (SB). Согласно этой технологии также используются уменьшение размера и веса головки. Кроме того, производители создали на диске специальную зону, в которой находится головка в неработающем состоянии, что позволило снизить вероятность появляения царапин на диске
технология Shock Skin Bumper — еще один производитель дисков компания Samsung разработала свою технологию Shock Skin Bumper (SSB), которая работает по принципу автомобильного бампера.

© filesvirtual

Бесплатный конструктор сайтов - uCoz