Устройство платы жесткого диска

Устройство платы жесткого диска

1. Введение
2. Цель
3. Устройство жесткого диска:
— плата электроники (контроллер)
— гермозона
— блок магнитных головок
— шпиндельный двигатель
— магнитный диск
— служебная информация
4. Заключение

В настоящее время существует много источников информации, где можно найти сведения об устройстве жесткого диска (он же винчестер, «хард», НЖМД, «винт»). Самый простой и доступный — это, конечно же, Интернет. Для этого необходимо в строке запроса любого из поисковиков набрать « устройство жесткого диска ». В полученных результатах Вы найдете статьи различного уровня описания устройства: от самых простых и схематичных описаний до сложных «сухих» технических статей о каждом элементе жесткого диска. Преследуемая цель каждой такой статьи — описание каких-то технических решений, применяемых при изготовлении винчестеров, ознакомление с техническими характеристиками, рекомендации по выбору жесткого диска для применения его в повседневной жизни и т.д. Но мы, как говориться, «пойдем другим путем». В дальнейшем речь пойдет не только об элементах жесткого диска, составляющих его конструкцию, но и об их роли в процессе восстановления данных, то есть насколько критична поломка того или иного элемента для восстановления информации с жесткого диска.
Для начала давайте определимся, что такое восстановление данных или восстановление информации. Как правило, под термином ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДАННЫХ подразумевается предоставление пользователю информации с его носителя, в том случае, когда он САМ этого сделать не может по причине «неисправности» жесткого диска (сгорела плата электроники, неисправен блок магнитных головок, заклинивание двигателя, появление сбойных секторов, разрушение файловой структуры, случайно или преднамеренно удалили или отформатировали, некорректная работа различных программ).

Цель представленной вашему вниманию статьи – рассмотреть основные элементы конструкции НЖМД и объяснить «на пальцах», как работает жесткий диск. Вы спросите: «Каков мотив?» Предостеречь пользователя, в целях обеспечения сохранности его же данных, от необдуманных и нежелательных действий при самостоятельных попытках восстановления информации.

УСТРОЙСТВО ЖЕСТКОГО ДИСКА

Весь винчестер, как устройство, делится на две крупные составляющие: плату электроники и гермозону или «банку», внутри которой уже находятся магнитные диски, блок магнитных головок, шпиндельный двигатель.


Рис.1 Внешний вид жесткого диска фирмы MAXTOR.

ПЛАТА ЭЛЕКТРОНИКИ (КОНТРОЛЛЕР)

Плата электроники или контроллер на жестком диске, по-сути, маленький компьютер.


Рис.2 Внешний вид платы электроники (контроллера) жесткого диска фирмы MAXTOR.

На плате у современных винчестеров можно найти процессор, память (ОЗУ), ПЗУ. Процессор занимается обработкой полученных с головок данных и преобразованием их в понятный компьютеру «язык» — ATA стандарт. Делает он это, как и компьютер в оперативной памяти ОЗУ. ПЗУ нужно для старта, как БИОС на материнской плате. Чем занимается микросхема управления двигателем понятно из её названия. При включении плата контроллера считывает служебную информацию и если она корректна, то жесткий диск начинает работу. Но что делать, если плата электроники выходит из строя и, как следствие, нет доступа к документам, фотографиям и пр., ведь жесткий диск сломался? Конечно же, в состоянии аффекта возникает «здоровое» желание поменять эту злополучную плату на аналогичную от жесткого диска «донора», ведь они так похожи, и считать свою информацию. Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. Как известно прогресс не стоит на месте, и производители жестких дисков постоянно усовершенствуют свою продукцию, вносят изменения в технологию изготовления жестких дисков и, как следствие, появляются новые линейки моделей винчестеров, которые отличаются плотностью записи, прошивкой, конструкцией отдельных узлов, схемотехникой платы электроники. Именно по этой причине на большинстве жестких дисках контроллеры имеют тонкие настроечные параметры и не взаимозаменяемы. Следовательно, вывод: не обладая полной информацией о взаимозаменяемости контроллеров на жестких дисках, неквалифицированные самостоятельные попытки восстановления данных в случае замены платы электроники могут не только усугубить причину поломки, но и значительно снизить шансы на успешное восстановление информации с НЖМД.

Вокруг гермозоны ходят слухи, а также бытует мнение, что внутри жесткого диска находится вакуум. Да, да именно вакуум. В своей профессиональной деятельности, довольно часто приходится сталкиваться с вопросом, что-то вроде: «А как же вы будете вскрывать жесткий диск? Там же вакуум?»


Рис.3 То, что скрывается под крышкой жесткого диска фирмы MAXTOR.

В определенной степени такое мнение формирует само название гермозона. Так что же там? Давайте разберемся. Гермозона (герметичная зона) — полость жесткого диска, ограниченная «банкой» и крышкой, внутри которой находиться очищенный от частиц пыли воздух. Герметична эта зона именно для того, чтобы не допустить попадания пыли внутрь винчестера. Однако сказать, что у всех HDD она абсолютно герметична тоже не совсем правильно, так как в конструкции некоторых жестких дисков присутствует специальное технологическое отверстие с очищающим фильтром для доступа воздуха и выравнивания давления (см. фото).


Рис.4 Отверстие в крышке жесткого диска фирмы Western Digital

Обеспечение чистого беспыльного пространства внутри жесткого диска необходимое условие для поддержания работоспособности жесткого диска. Именно поэтому БЕЗ КРАЙНЕЙ НЕОБХОДИМОСТИ НЕ ВСКРЫВАЙТЕ ВИНЧЕСТЕР.

БЛОК МАГНИТНЫХ ГОЛОВОК

Следующий элемент в конструкции жесткого диска, который мы рассмотрим, это блок магнитных головок или БМГ. Блок магнитных головок называется блоком потому, что конструктивно, кроме самих головок чтения-записи на нем расположена микросхема предварительного усилителя-коммутатора, которая усиливает сигнал, получаемый при чтении информации с магнитного диска. Все это выполнено в виде единого блока (см. фото).


Рис.5 Внешний вид блока магнитных головок

Во время чтения-записи головки «парят» над поверхностью магнитного диска на воздушной подушке, образованной от скорости вращения диска, и если в этот зазор попадет пылинка, головки могут удариться о поверхность и сгореть от трения и/или проделать царапину. Именно поэтому еще раз напомню: обеспечение чистого беспыльного пространства внутри жесткого диска необходимое условие для поддержания работоспособности жесткого диска. В гермозоне жесткого диска БМГ крепятся с двух сторон: к корпусу и крышке. У некоторых винчестеров очень чувствительный механизм работы и нарушение оси крепления блока головок приводит к нестабильной работе и поломке. Так, например, у винчестеров фирмы Western Digital достаточно открутить винты на крышке, чтобы жесткий диск перестал работать. А как же ломается блок магнитных головок? При выходе из строя «головок», в подавляющем большинстве случаев, при включении жесткого диска слышны методичные стучащие звуки. Эти звуки происходят оттого, что БМГ не может прочитать служебную информацию, находящуюся на магнитном диске (или, как его называют на жаргоне, «блине»), по причине неисправности либо усилителя-коммутатора, либо головки чтения из блока магнитных головок, либо повреждения магнитного слоя «блина» (как показано на фото),что бывает при задирании или отрыве головки. В последнем случае, как правило, восстановление данных не представляется возможным (по крайней мере, в настоящее время; а создание устройства альтернативного чтения поверхности «блина» при его повреждении экономически не обосновано). А как же восстановить информацию при неисправном БМГ? Для этого производят замену блока магнитных головок целиком либо перепаивают коммутатор, если это возможно. Опасность выхода из строя блока магнитных головок заключается в том, что они находятся в непосредственной близости от магнитного слоя и возможно его повреждение.


Рис.6 Поврежденная поверхность магнитного диска

И еще. В современных носителях в БМГ стоит несколько головок чтения-записи и плотность записи настолько велика, что серьезно осложняет операцию по замене головок в связи с уменьшением ширины трека для позиционирования БМГ. Ниже приведены фотографии сделанные по заказу нашей лаборатории с помощью зондового микроскопа, на которых представлены снимки поверхности магнитного диска с различной степенью плотности. Как говориться: «Почувствуйте разницу».


20 Гб


160 Гб
Рис.7 Поверхность магнитного диска под микроскопом

Необходимо сказать несколько слов о и двигателе, на котором находится пакет магнитных дисков. Как это нестранно, он тоже иногда выходит из строя. Одной из распространенных поломок является заклинивание двигателя или выход из строя обмоток двигателя, что приводит к невозможности раскручивания пакета блинов до нужных оборотов при исправных остальных элементах жесткого диска. Как же решается эта проблема? Очевидное решение это переставить «блины» в другой такой же диск, при этом важно не нарушить положение одного диска относительно другого. Но эта операция не так проста, как кажется на первый взгляд в силу особенностей конструкции крепления магнитный дисков. Именно этим и обуславливается высокая стоимость по восстановлению данных в большинстве фирм при такой неисправности.

Этот элемент в конструкции жесткого диска является той самой «ахиллесовой пятой», повреждение которой неминуемо приводит к потере информации. Под повреждением здесь необходимо понимать не только механические царапины и запилы (см. Рис.4), но и отпечатки пальцев, после неквалифицированного вскрытия гермозоны жесткого диска, гарь от сгорания предусилителя-коммутатора, появление сбойных секторов и т.д. Сохранение целостности поверхности магнитного диска необходимое условия для проведения работ по восстановлению данных.
Магнитный диск представляет собой алюминиевую пластину (иногда стеклянную, как у винчестеров фирмы IBM) круглой формы размером примерно как компакт-диск.

Читайте также:  Найти человека по телефону на карте бесплатно


Рис.8 Магнитный диск

На поверхности диска находиться магнитный слой, который и служит основой для записи информации. Изначально поверхность «блина» абсолютно «лысая», то есть магнитные домены ни как не ориентированны.


Рис.9 Поверхность чистого магнитного диска

Для ориентирования блока магнитных головок на магнитный диск наносятся специальные метки — серво-метки. Это осуществляется «родным» блоком магнитных головок, который управляется в свою очередь внешним устройством, называемым серво-врайтером. После того как поверхность размечена, винчестер уже может сам писать и читать поверхность. Тот момент, что серво-метки записаны «родными» головками после сборки, делает конструкцию достаточно уникальной, в том смысле, что если требуется замена головок, то новые головки необходимо подбирать от аналогичного винчестера, но при этом они могут немного не подходить и не попадать по старым серво-меткам. Поэтому иногда для восстановления данных приходиться менять блок магнитных головок несколько раз. И еще. При больших объемах винчестера в него устанавливается несколько магнитных дисков, которые закрепляются на шпиндельном двигателе, и образуют пакет «блинов». Соответственно и роспись серво-меток происходит по всем «блинам» одновременно, и смещение их (магнитных дисков) относительно друг друга после этого недопустимо. А если приходиться переставлять диски из-за заклинивания шпиндельного двигателя, то только целым пакетом.

В завершении же хочется сказать несколько слов о составляющей, которая конструктивно не выделена, но занимает не последнее место в обеспечении работоспособности жесткого диска. Это служебная информация или, как её многие называют, нулевая дорожка. Состоит служебная информация из модулей, целостность которых критична для работоспособности винчестера. Каждый из них имеет свое назначение: паспорт диска, серийный номер, таблица дефектов, состояние S.M.A.R.T. и т.д. Это своего рода ОС винчестера – программа благодаря которой винчестер работает. При включении плата управления винчестера считывает эти модули и если они испорчены, то НЖМД не будет работать. Такой вид неисправности на жаргоне ремонтников называется «cлетела служебка».

Жесткий диск конструктивно сложное устройство. Механическая составляющая винчестера это слабое звено во всем системном блоке. Ведь если остальные элементы компьютера можно безболезненно поменять, купив новые, то жесткий диск так просто не заменишь, ведь на нем хранится информация (это не касается файлов операционной системы, которую можно переустановить). Не смотря на то, что некоторые компании занимаются разработкой альтернативных носителей информации, в которых не будет механических элементов, все же в настоящее время отказываться от производства жестких дисков на основе магнитного принципа записи никто не собирается. Подтверждением тому служит появление винчестеров использующих перпендикулярный принцип записи, что позволило добиться более высокой плотности записи. Вследствие этого уже появились НЖМД емкостью в 1 Тб.
Если же Вам все-таки «посчастливилось» столкнуться с потерей важной информации, стоит трезво оценить, как устранять данную неприятность: обратиться в специализированную лабораторию восстановления данных или полагаться на собственные силы и знания. Ведь это тоже самое, что обратиться к врачу в случае болезни или заниматься самолечением. Результат очевиден. Но от потери информации существует универсальное лекарство. И пока пользователи персональных компьютеров не будут пользоваться резервным копированием, компании занимающиеся восстановлением данных не останутся без работы.

Устройство жесткого диска

Жестким диском (Hard Disk Drive, HDD) — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «Гибкого» диска (Дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома — магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров, а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Первый жёсткий диск

В 1957 году фирмой IBM был разработан самый первый жесткий диск, и был он разработан ещё до создания персонального компьютера. За него бы пришлось выложить «кругленькую» сумму, хотя объём у него был всего лишь 5 Мб. Затем был разработан жёсткий диск с ёмкостью 10 Мб специально для персонального компьютера IBM PC XT. Винчестер имел всего 30 дорожек и ещё по 30 секторов в каждой дорожке. «Винчестеры» — именно так стали называть жёсткие диски, если сокращённо, то «Винтами», это пошло из аналогии с маркировкой карабина фирмы Winchester – «30/30», который являлся многозарядным.

Для наглядности, разберём 3.5-дюймовый SATA диск. Это будет Seagate ST31000333AS.

Зелёный текстолит с медными дорожками, разъемами питания и SATA называется платой электроники или платой управления (Printed Circuit Board, PCB). Она служит для управления работой жесткого диска. Чёрный алюминиевый корпус и его содержимое называется гермоблоком (Head and Disk Assembly, HDA), специалисты также называют его «банкой». Сам корпус без содержимого также называют гермоблоком (base).

Теперь снимем печатную плату и изучим размещённые на ней компоненты.

Первым в глаза бросается большой чип, расположенный посередине – микроконтроллер, или процессор(Micro Controller Unit, MCU). На современных жёстких дисках микроконтроллер состоит из двух частей – собственно центрального процессора (Central Processor Unit, CPU), который производит все вычисления, и канала чтения/записи (read/write channel) — особого устройства, преобразующего поступающий с головок аналоговый сигнал в цифровые данные во время операции чтения и кодирующий цифровые данные в аналоговый сигнал при записи. Процессор имеет порты ввода-вывода (IO ports) для управления остальными компонентами, расположенными на печатной плате, и передачи данных через SATA-интерфейс.

Чип памяти (Memory Chip) представляет собой обычную DDR SDRAM память. Объем памяти определяет размер кэша жёсткого диска. На этой печатной плате установлена память Samsung DDRобъемом 32 Мб, что в теории даёт диску кэш в 32 Мб (и именно такой объём приводится в технических характеристиках жёсткого диска), но это не совсем верно. Дело в том, что память логически разделена на буферную память (Кэш) и память прошивки. Процессору требуется некоторый объём памяти для загрузки модулей прошивки. Насколько известно, только Hitachi/IBM указывают действительный объём кэша в описании технических характеристик; относительно остальных дисков, об объёме кэша остаётся только гадать.

Следующий чип – контроллер управления двигателем и блоком головок, или «крутилка» (Voice Coil Motor controller, VCM controller). Кроме того, этот чип управляет вторичными источниками питания, расположенными на плате, от которых питается процессор и микросхема предусилителя-коммутатора (preamplifier, preamp), расположенная в гермоблоке. Это главный потребитель энергии на печатной плате. Он управляет вращением шпинделя и движением головок. Ядро VCM-контроллера может работать даже при температуре в 100° C.

Часть прошивки диска хранится во флэш-памяти. При подаче питания на диск микроконтроллер загружает содержимое флэш-чипа в память и приступает к исполнению кода. Без корректно загруженного кода, диск даже не пожелает раскручиваться. Если на плате отстутствует флэш-чип, значит, он встроен в микроконтроллер.

Датчик вибрации (shock sensor) реагирует на опасную для диска тряску и посылает сигнал об этом контроллеру VCM. Контроллер VCM немедленно паркует головки и может остановить вращение диска. Теоретически, такой механизм должен защищать диск от дополнительных повреждений, но на практике он не работает, так что не роняйте диски. На некоторых дисках датчик вибрации обладает повышенной чувствительностью, реагируя на малейшую вибрацию. Полученные с датчика данные позволяютконтроллеру VCM корректировать движение головок. На таких дисках установлено как минимум два датчика вибрации.

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

Рассмотрим гермоблок.

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

Читайте также:  Как закрыть рекламы в интернете

Теперь заглянем внутрь гермозоны. Снимем крышку диска.

Сама крышка не представляет собой ничего интересного. Это просто кусок металла с резиновой прокладкой для защиты от пыли.

Рассмотрим начинку гермозоны.

Драгоценная информация хранится на металлических дисках, называемых также блинами илипластинами (platters). На фотографии вы видите верхний блин. Пластины изготавливаются из полированного алюминия или стекла и покрываются несколькими слоями различного состава, в том числе ферромагнитным веществом, на котором, собственно, и хранятся данные. Между блинами, а также над верхним из них, мы видим специальные пластины, называемыми разделителями или сепараторами (dampers or separators). Они нужны для выравнивания потоков воздуха и снижения акустических шумов. Как правило, их изготавливают из алюминия или пластика. Алюминиевые разделители успешнее справляются с охлаждением воздуха внутри гермозоны.

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

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

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

Снимем верхний магнит и посмотрим, что скрывается под ним.

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

Здесь мы видим здесь катушку (voice coil), которая является частью блока магнитных головок. Катушка и магниты образуют привод БМГ (Voice Coil Motor, VCM). Привод и блок магнитных головок, образуютпозиционер (actuator) — устройство, которое перемещает головки. Чёрная пластиковая деталь сложной формы называется фиксатором (actuator latch). Это защитный механизм, освобождающий БМГ после того как шпиндельный двигатель наберёт определённое число оборотов. Происходит это за счёт давления воздушного потока. Фиксатор защищает головки от нежелательных движений в парковочном положении.

Теперь снимем блок магнитных головок.

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

Рассмотрим составляющие БМГ подробнее.

Катушка, соединенная с кабелем.

На следующей фотографии изображены контакты БМГ.

Прокладка (gasket) обеспечивает герметичность соединения. Таким образом, воздух может попасть внутрь блока с дисками и головками только через отверстие для выравнивания давления. У этого диска контакты покрыты тонким слоем золота для улучшения проводимости.

Это классическая конструкция коромысла.

Маленькие чёрные детали на концах пружинных подвесов, называют слайдерами (sliders). Многие источники указывают, что слайдеры и головки — это одно и то же. На самом же деле слайдер помогает считывать и писать информацию, поднимая головку над поверхностью блинов. На современных жёстких дисках, головки двигаются на расстоянии 5-10 нанометров от поверхности блинов. Для сравнения: человеческий волос имеет диаметр около 25000 нанометров. Если под слайдер попадёт какая-нибудь частица, это может привести к перегреву головок из-за трения и выходу их из строя, именно поэтому так важна чистота воздуха внутри гермозоны. Сами считывающие и записывающие элементы находятся на конце слайдера. Они так малы, что разглядеть их можно только в хороший микроскоп.

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

Вот ещё одно изображение слайдера

Здесь хорошо видны контакты головок.

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

Предусилитель располагают прямо в БМГ по очень простой причине — сигнал, идущий с головок очень слаб. На современных дисках он имеет частоту около 1 ГГц. Если вынести предусилитель за пределы гермозоны, такой слабый сигнал сильно затухнет по пути к плате управления.

От предусилителя к головкам (справа) ведёт больше дорожек, чем к гермозоне (слева). Дело в том, что жёсткий диск не может одновременно работать более чем с одной головкой (парой пишущих и считывающих элементов). Жёсткий диск посылает сигналы на предусилитель, и он выбирает головку, к которой в данный момент обращается жёсткий диск. У этого жёсткого диска к каждой головке ведёт шесть дорожек. Зачем так много? Одна дорожка — земля, ещё две — для элементов чтения и записи. Следующие две дорожки — для управления мини-приводами, особыми пьезоэлектрическими или магнитными устройствами, способными двигать или поворачивать слайдер. Это помогает точнее задать положение головок над треком. Последняя дорожка ведёт к нагревателю. Нагреватель служит для регулирования высоты полёта головок. Нагреватель передаёт тепло подвесу, соединяющему слайдер и коромысло. Подвес изготавливается из двух сплавов, имеющих разные характеристики теплового расширения. При нагреве подвес изгибается к поверхности блина, таким образом, уменьшая высоту полёта головки. При охлаждении подвес выпрямляется.

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

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

Рис. 2.1. Гермоблок со снятой крышкой

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

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

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

Рис. 2.2. Плата электроники винчестера

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

? Схемы управления приводами шпинделя и позиционирования блока головок.

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

Читайте также:  Номер максимального элемента массива python

? цифровой сигнальный процессор (digital signal processor — DSP), отвеча­ющий за считывание и запись информации внутри винчестера;

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

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

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

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

Геометрия и адресация

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

Рис. 2.3. Цилиндры, головки и секторы

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

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

Уаройаво жеаких дисков 43

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

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

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

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

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

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

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

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

Организация дорожек и секторов

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

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

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

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

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

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

Ссылка на основную публикацию
Уроки нлп для начинающих
Если вы хотя бы немного интересуетесь психологией, то о нейролингвистическом программировании (НЛП), наверное, тоже слышали. В статье мы постараемся объяснить...
Технология etth что это
ETTH — Ethernet To The Home (ETTH) is a specific application of Fiber to the premises (FTTP) that first emerged...
Технология nfc в наушниках что это
NFC — это аббревиатура от английского Near Field Communication. С помощью этой технологии становится возможным обмен данными между различными устройствами,...
Уроки ворд 2010 для начинающих
Microsoft Office 2010 — бесплатные обучающие уроки для чайников с нуля. Получите необходимые навыки профессиональной работы с пакетом Microsoft Office...
Adblock detector