⚠ 11.2023: Сайт знаходиться в стані перебудови. Можливо тимчасове порушення функціонування.

В надрах жорстких дисків

Сергій КРУШНЕВИЧ

Бібліографія: В недрах жестких дисков. Крушневич Сергей // Мой компьютер. 2004. - №40. - C. 24-25.


(продовження. Початок)

Електроніка приводу НЖМД пов'язує окремі вузли механізму в єденну узгоджену систему. У різних моделях приводів вона може суттєво відрізнятися, хоча основні принципи залишаються незмінними. Зараз ми їх розглянемо.

Проблиски життя

Отже, на роз'єм живлення приводу подається напруга (зазвичай це 12В та 5В). Живлення потрапляє на мікропроцесор, починає виконуватися мікропрограма, зашита в постійну або перезаписувану (у народі flash) пам'ять. Мікропроцесор виконує опитує підвладні йому вузли на факт приходу готовність. Після цього на мікросхему драйвера приводу магнітних дисків, подається «зелений сигнал» і вона подає змінна напруга на обмотки двигуна, який свою чергу розкручує магнітні диски.

Зворотній зв'язок

Потік повітря від магнітних дисків, що обертаються, піднімає магнітну голівку над поверхнею. Після досягненя робочої швидкості сервопривод починає переміщувати зчитуючі головки в робочу зону. Під головкою починають проскакувати заздалегідь записані дані. Сигнал від магнітної головки передається на підсилювач з вузькою смугою пропускання, що дозволяє відфільтрувати сторонні шуми та наведення. Після посилення сигнал може ще додатково фільтруватись. Після всього цього сигнал подається на детектор. Це один з найвідповідальніших вузлів електроніки НЖМД. Справа в тому, що детектор повинен виділити з зашумленої суміші, корисний сигнал (а їх жоден фільтр повністю не відфільтрує) сигнали логічної «одиниці», «нуля» та «пауза». Сигнал «пауза» використовується для визначення закінчення слідування пакета даних.

Нагадаю, що «нулі» та «одиниці» на магнітному диску представляють невеликі області намагнічені у різному напрямку відповідно. Сигнал "пауза" формується як розмагнічена область або тривала область (доріжка) намагнічена в цьому напрямку (на протягом кількох біт).

Розшифровану інформацію, детектор передає до центрального мікропроцесор НЖМД. В свою чергу, мікропроцесор виділяє корисні дані та дані сервоміток.

Сервомітки представляють собою службову інформацію, яка записується на етапі виготовлення магнітного диска. Ці мітки зберігаються під час всього життя НЖМД. Ці мітки служать для позиціонування магнітних головок точно над доріжкою.

На основі даних, отриманих з сервоміток, визначається поточне положення головки над магнітним диском та швидкість її польоту. Ця інформація безперервно використовується для коригування її положення та швидкості обертання магнітних дисків. Після подачі живлення і розкрутки диска, а також, через певні проміжки часу головка виконує прохід по мітках з одного краю диска до іншого для калібровки положення і швидкого і точного переміщення головки в процесі роботи.

Якщо результати всіх тестів відповідають допустимим відхиленням, то накопичувач «підключається» до зовнішньої шини передачі. Вони бувають двох типів – з паралельною та послідовною передачею даних. У Залежно від виду шини, на сьогоднішній день день розрізняють три основні протоколи (точніше інтерфейсу) передачі даних по цих шинах - IDE, Serial-ATA та SCSI. Останній рідко зустрічається у домашніх та офісних комп'ютерах та застосовується найчастіше у всіляких серверів. Інтерфейсти типу M.2 не використовуються для НЖМД, це ніша для накопичувачів на базі flash-пам'яті.

Жорсткий диск, як твоє здоров'я?

Під час експлуатації накопичувач зношується як поверхня магнітного диску, так і механіка. Електроніка жорсткого диску постійно контролює велику кількість параметрів. Для оцінки фізичного стану накопичувача було розроблену стандартизований протокол діагностики жорстких дисків - S.M.A.R.T. (розшифровується як: Self-Monitoring Analysis і Reporting Technolodgy). Вперше цю технологію у своїх накопичувачах застосувала компанія Quantum у далекому 1993 році. Використання цієї технології в рядових накопичувачах дозволило значно зменшити кількість справних накопичувачів, надісланих на гарантійний ремонт, адже попередню діагностику стало можливим зробити "по телефону".

В сучасних накопичувачах інформація накопичується за весь час служби жорсткого диска. так як конструкція жорстких дисків відрізняється, то частина діагностичної інформації може відрізнятись один від одного, тому виробники вказують також і допустимі межі для кожного параметра.

Для прикладу я хочу навести список атрибутів системи S.M.A.R.T., що зустрічаються найбільш часто:

Raw Read Error Rate – Атрибут містить інформацію про частоту появи помилок зчитування з магнітного диска

Write Error Rate – цей атрибут інформує про загальне кількості виявлених помилок, що виникли під час запису сектора.

Spin Up Time – атрибут містить інформацію про час, який необхідний для розкручування магнітних дисків до робочої швидкості (в момент старту). Збільшення часу може свідчити про знос підшипників

Start/Stop Count – зберігає загальну кількість запусків та відповідно зупинок шпинделя приводу магнітних дисків.

Spin Retry Count – містить інформацію про загальну кількість повторних спроб розкручування (запуску) шпинделя, якщо перша спроба була невдалою з якихось причин. Збільшення цього параметра може свідчити про наявність проблем в механіці.

Reallocated Sectors Count – цей атрибут містить інформацію про загальну кількість перепризначених секторів (про це нижче).

Reallocation Event Count – тут зберігається загальна кількість спроб перенесення даних у резервну область.

Seek Error Rate – інформує про частоту появи помилок позиціонування магнітних головок (тобто після встановлення магнітної головки на потрібну доріжку інформація з сервометок говорить про те, що положення невірне і сервопристрій виконує уточнення позиціонування).

Power-On Hours – час, яке НЖМД пропрацював у включеному стані. Залежно від виробника це може бути години, хвилин, секунд або ін.

Device Power Cycle Count – вказує кількість включень/вимкнень НЖМД.

Temperature – поточна температура НЖМД, зазвичай в градусах Цельсія.

Hardware ECC Recovered – кількість помилок читання, які були виправлені апаратною частиною НЖМД. Справа в тому, що при записі на диск до основних даним додається надлишкова інформація, яка дозволяє відновити дані, які були зчитані з помилкою (невеликий помилкових бітів)

Current Pending Sector Count – цей атрибут відображає поточне кількість «проблемних» секторів, які не були перепризначені (тобто перебувають під питанням).

Offline Correctable – цей атрибут відноситься до фонового тестування поверхні на предмет збійних чи ненадійних секторів. Імовірно, містить кількість збійних секторів знайдених в цьому режимі.

UltraDMA CRC Error Count – містить загальну кількість помилок, які виникли під час передачі даних у через інтерфейс Ultra DMA.

Uncorrectable Sector Count – тут відображається інформація про кількості помилок читання, які не вдалося скоригувати силами приводу.

GMR Head Amplitude - амплітуда тремтіння головок у робочому стані.

G-Sense Error Rate – цей атрибут містить кількість помилок, які виникли в результаті ударних навантажень НЖМД.

Recalibration Retries – кількість позапланових калібровок положення магнітної головки.

Soft Read Error Rate – частота помилок читання, які були виправлені системою корекції помилок

Throughput Performance – відображає комплексний показник стану жорсткого диску на основі певного набору параметрів.

Load/Unload Cycle Count - кількість циклів переводу магнітних головок у робоче положення та назад у паркувальну зону.

Ці атрибути можна прочитати за допомогою будь-якої програми, що дозволяє зробити це, наприклад - SpeedFan.

Параметри SMART. SpeedFan

Звичайно, велика кількість цих параметрів може ввести непідготовленого користувача в оману. Тому виробники вирішили трохи полегшити життя простих користувачів і ввели два параметри, які комплексно (на основі певних параметрів) відображають поточний стан накопичувача. Програма SpeedFan відображає їх у нижній частині вікна, це Fitness та Performance. У період початку смерті одного мого старого накопичувача обидва ці параметри стрімко падали.

При купівлі абсолютно нового накопичувача всі атрибути, що стосуються помилок повинні стояти близько до нуля (це потім вони почнуть повзти). Зверніть увагу на атрибут Power-On Hours, він також має бути дуже близьким до нуля. І відповідно Fitness та Performance мають бути на 100%. Хоча у деяких виробників ці параметри можуть зменшуватись до 98% і це вважається нормою.

При покупці старого накопичувача звертайте увагу на кількість перепризначених секторів та відсутності динамічних навантажень під час роботи (якщо накопичувач відображає цей параметр).

Після установки накопичувача в корпус, час від часу перевіряйте його температуру. Сприятливо зазвичай вважається температура до 40-45 °С, хоча все ж краще не допускати температуру вище за 35-40°С. Чим ближче вона буде до кімнатної температури, тим менше ймовірність виходу накопичувача з ладу.

Куди ховаються BADи

Не дивлячись на те, що прогрес у вінчестеробудуванні йде широкими кроками, отримати магнітний диск без єдиного дефекту в серійному виробництві неможливо. Тому в кожному накопичувачі, що випускається, є збійні. ділянки (у народі прозвані "BAD" - "поганий"), а при роботі їх може стати ще більше, внаслідок зносу. Щоб не засмучувати покупців, виробники НЖМД навчили свої приводи самостійно виявляти проблемні ділянки непомітно для користувача. Адреси цих ділянок накопичувач заносить до списку «ненадійних секторів» (атрибут Current Pending Sector Count). Якщо при подальшій роботі накопичувача цих секторах збоїв не буде зафіксовано, їх адреси будуть виключені зі списку. У у разі, якщо помилки продовжаться, НЖМД постарається відновити дані з цього сектора (при цьому значення атрибуту Reallocation Event Count збільшується на одиницю), та записати інформацію у спеціальну резервну область диска (ця додаткова область на жорсткому диску, яка не входить до «видимого» обсяг диска). Якщо спроба вдалася, то накопичувач позначає цей сектор «перепризначеним» (Remapped). При подальшій роботі накопичувача звернення до сектора автоматично переадресовується в резервну область. На жаль, перепризначені області зазвичай знаходяться далеко від «зони читання», що викликає додаткове уповільнення роботи накопичувача (оскільки головці потрібно переміститься в іншу область і потім повернуться назад). Для операційних систем весь цей процес непомітний, тому навіть за наявності збійних секторів Ви їх не побачите в програмах діагностики поверхі диска (поки не закінчиться місце в резервної області).

Консервуємо магнітні диски

Як Ви вже знаєте, магнітні диски накопичувача обертаються з високою швидкістю і над ними на дуже маленькій висоті «парить» магнітна головка, тому будь-яка стороння частинка (пил, волога, руки оператора, та ін) що потрапили на поверхню можуть запросто пошкодити тонкий тонкий магнітний шар або магнітну головку. Тому магнітні диски та позиціонер з відхиляючою системою розташовані у спеціальній напівгерметичній камері.

Хоч і існує багато міфів, що там вакуум, але це не так. Ця камера не герметична, вона з'єднується з навколишнім простором через спеціальний фільтр, який запобігає потрапляння сторонніх частинок та пилу всередину напівгерметичної камери. Це необхідно для підтримування всередині камери атмосферного тиску (якби цього не було, то при зміні погоди, корпус накопичувача виконував би роль барометра – змінюючи форму слідом за атмосферним тиском). Всередині напівгерметичної камери також розташований додатковий фільтр, який уловлює частинки сміття вже знаходяться всередині накопичувача.

Продовження статті

Перелік частин:
В недрах жестких дисков. Частина 1. Магнітні диски та головки
В недрах жестких дисков. Частина 2. Сервопривід магнітної головки та привід дисків
В недрах жестких дисков. Частина 3. Зворотній зв'язок та діагностика через SMART
В недрах жестких дисков. Частина 4. Інтерфейси підключення
В недрах жестких дисков. Частина 5. Перспективні методи запису інформації

Опубліковано:

Оновленно: 18.10.2023


(SKNewVersion)(29032024)
Serhii K Home Page © 2003-2024