ВВЕДЕНИЕ

Важным  элементом современного компьютера является жесткий диск - "винчестер", HDD. Внешне это сравнительно небольшая  коробочка, внутри которой размещены  не один, а целая стопка дисков, покрытых магнитным слоем. Для считывания и записи информации к каждому  диску в этой стопке подводится магнитная  головка. Вращение дисков и перемещение  магнитных головок обеспечивается электродвигателями и управляющими электронными схемами.

Накопитель  на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) diskdrive, HDD, HMDD), жёсткий диск, в компьютерном сленге «винчестер» — 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 (в современных  дисках около 10 нм[1]), 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.

                                                      Рис.1. Жесткий Диск

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации совмещён с накопителем, приводом и блоком электроники и (в персональных компьютерах в  большинстве случаев) обычно установлен внутри системного блока компьютера. 
 
 

Производители

Большинство жестких  дисков издают определенные звуки, перед  тем, как проявиться сбои в их работе, но эти звуки будут разные для  жестких дисков разных фирм. Компания по восстановлению данных Data Cent создала  базу данных звуков, которые помогут  вам определить что не так с  вашим жестким. И если вы слышите, что ваш жесткий диск издает странные шумы, то возможно его “жизнь” подходит к концу и вам придется задуматься о бэкапах ваших данных.

С помощью этого  набора звуков вы, возможно, сможете  продиагностировать работу жесткого и  предусмотреть  его возможный  сбой, чтобы сохранить всю необходимую  вам информацию. Основные марки жестких, для которых компания Data Cent записала звуки различных сбоев, это Western Digital, Seagate, Maxtor, а также еще несколько  брендов.

Все жесткие диски, в конце концов, выходят из строя. При этом вы можете слышать различные  странные звуки, но в большинстве  случаев – нет. Некоторые сбои могут быть частичными или временными и связанными с тем, что некоторые  биты при обмене информации с ОС еще не обновились. IME – это одна из наиболее распространенных причин ошибок загрузки Windows, а не физический сбой HDD. Но почему то большинство людей  покупают новый жесткий.

Существует много  программ для проведения диагностики  как поверхности жесткого, его  головок, так и самой электроники. Также эти программы могут  считывать статистику SMART с вашего жесткого и определить какое количество сбоев наблюдалось при работе жесткого и тем самым спрогнозировать  его состояние (в некоторых случаях  возможно спрогнозировать срок службы).

Наиболее надежный способ хранения важной информации –  одновременно на нескольких носителях (резервное копирование). Если один носитель выйдет из строя, а у вас  есть резервная копия важных данных, то никакие сбои железа вам не страшны.

Внешние жесткие диски

                                                     Рис. 2 Внешний жесткий диск

Жесткие диски стали  внешними относительно недавно. Порядка  десяти лет существуют жесткие диски  в виде внешних устройств для  хранения данных. Первые устройства не пользовались каким-либо спросом, поэтому  до регионов нашей страны практически  не доезжали. Это было связано с  использованием достаточно медленного порта передачи данных, - параллельного  интерфейса, который ко всему прочему  не поддерживал режим работы Plug&Play. Первые подобные устройства имели достаточно "страшный" вид и были громоздкими, так как производители старались  использовать в их основе более дешевые 3,5 дюймовые винчестеры. Не все устройства стабильно работали со всеми видами оборудования, многое зависело от "добротности" поставляемого вместе с устройством драйвера.

 На сегодняшний день внешние жесткие диски являются массовым продуктом, который имеется практически у каждого пользователя. Внешние жесткие диски используются как для хранения ценных данных, так и для переноски информации между компьютерами. Глобальное распространение USB портов в автомагнитолах, портативных плеерах, мультимедиа станциях значительно расширило сферы применения внешних жестких дисков.

 Современные внешние  жесткие диски чаще всего базируются  на 2,5 дюймовых устройствах, имеют  различные вариации контроллеров  с поддержкой одного USB 2.0 порта  или с поддержкой современных  портов e-SATA/USB 3.0. Каждый пользователь  сам может решить, какой набор  портов ему необходим в каждом  конкретном случае. Наибольшей популярностью  пользуются устройства с USB 2.0 портом. Ранее нами было протестирован  внешний жесткий диск WD My Book с  поддержкой USB 3.0 порта. Данное устройство  не претендовало на звание  мобильного устройства и больше  соответствовало понятию внешний  настольный продукт.

В сегодняшнем обзоре вашему вниманию будет представлен  внешний жесткий диск Western Digital My Passport Essential 500 GB, который имеет контроллер USB 2.0 порта, который имеется практически  у каждого компьютера выпущенного  в последнее десятилетие.

 Компания Western Digital имеет солидный опыт по выпуску  внешних жестких дисков. История  выпуска внешних жестких дисков My Passport идет практически с момента  создания мобильных винчестеров  Western Digital Scorpio. Под пластиковыми корпусами  первых моделей скрывались винчестеры  с IDE интерфейсов, которые на  сегодняшний день является устаревшим  и изжившими себя решениями,  поэтому все новые устройства  комплектуются винчестерами 2,5 Western Digital Scorpio с SATA интерфейсом. Под  пластиковым корпусом современных  внешних жестких дисков скрывается  либо IDE(PATA)-USB 2.0, либо SATA-USB 2.0 контроллер, который является мостом между  двумя данными стандартами передачи  данных.

 Вместе с ростом  объема мобильных винчестеров  растет и объем внешних жестких  дисков My Passport. Первые внешние жесткие  диски имели максимальный объем  в 80 Гб, а уже в сегодняшнем  нашем обзоре участвует устройство  объемом в 500 Гб. Максимальный  объем устройств данной серии WD составляет 640 Гб, - это та цифра, о которой в сегменте внешних 2,5 дюймовых накопителей пару лет назад мы не могли и мечтать.

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Назнчение устройства или прибора

Жесткий диск, иначе винчестер или hdd (HardDiskDrive) – аксессуар для постоянного  хранения информации. В отличии от оперативной памяти, информация хранится на нем и в режиме отсутствия питания. Назначение жесткого диска – хранение и воспроизведение этой информации.

Современные винчестеры характеризуются следующими параметрами:

- объем  (чем больше – тем лучше), как  правило, измеряется в Гигабайтах, хотя в скором будущем ожидается  переход на Терабайты;

- скорость  вращения (измеряется в количестве  в секунду), среднее значение –  7200. Максимальные hdd достигают скорости  вращения более 15 000 оборотов в  минуту.

В зависимости  от своего назначения жесткие диски  бывают обычными (предназначены для  стационарной работы в системных  блоках или ноутбуках) и съемными (для переноса и копирования больших  объемов информации). Назначение винчестера съемного типа – такое же как  у флешки, но он может быть использован  и в качестве стационарного, в  том числе, системного.

1.2. Технические характеристики

Основными характеристиками винчестера являются емкость и быстродействие.

Интерфейс — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и FibreChannel.

Ёмкость—  количество данных, которые могут  храниться накопителем. С момента  создания первых жёстких дисков в  результате непрерывного совершенствования  технологии записи данных их максимально  возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких  дисков (с форм-фактором 3,5 дюйма) на

сентябрь 2011 г. достигает 4000 ГБ (4 Терабайт) и близится к 5 Тб[5]. В отличие от принятой в  информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024 величину (см.: двоичные приставки), производителями  при обозначении ёмкости жёстких  дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.[6][7]

Физический  размер (форм-фактор). Почти все современные (2001—2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа — среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Диапазон этого параметра — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у HitachiUltrastar 15K147 — 3,7 мс[8]), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (SeagateMomentus 5400.3 — 12,5 мс[9]). Для сравнения, у SSD накопителей этот параметр меньше 1 мс.

Скорость  вращения шпинделя — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

Надёжность  — определяется как среднее время  наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее  большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

Количество  операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии — важный фактор для мобильных  устройств.

Сопротивляемость  ударам — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость  передачи данных  при последовательном доступе:

внутренняя  зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с; внешняя  зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с.

Объём буфера — буфером называется промежуточная  память, предназначенная для сглаживания  различий скорости чтения/записи и  передачи по интерфейсу. В современных  дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

1.3.Режимы  работы прибора  или устройства

Внешние жесткие диски

Western Digital

• Жесткий диск с плохим состоянием головок создает щелкающие звуки
• 500ГБ диск с плохим состоянием головок щелкает пару раз, а затем останавливается
• 250ГБ диск с поврежденными головками щелкает пару раз, а затем останавливается
• 250ГБ диск с застрявшим шпинделем не может раскрутиться
• 250ГБ диск с плохим предусилительным чипом щелкает несколько раз и останавливается
• Жесткий диск с нестабильной работой головок щелкает несколько раз и останавливается
• Жесткий диск ноутбука с застрявшим шпинделем пытается раскрутиться, издавая при этом звук серены
• 500ГБ диск с плохим подшипником не может набрать обороты

Seagate

• Жесткий диск со сбойными головками издает звуки со щелчками
• Жесткий диск с плохим состоянием головок медленно щелкает и издает писк при вращении
• Жесткий диск ноутбука с плохим состоянием головок создает клацающие и щелкающие звуки
• Жесткий диск с поломанным шпинделем пытается раскрутиться
• Жесткий диск ноутбука с плохим состоянием головок создает звук дрели

Maxtor

• Жесткий диск с плохим состоянием головок создает звуки щелчков, клацанья и писк
• Жесткий диск с застрявшим шпинделем играет мелодию телефона
• Жесткий диск с плохим состоянием головок создает устойчивые щелчки

Samsung

• 80ГБ диск с плохим состоянием головок создает звук быстрого щелкания
• Жесткий диск с плохим состоянием головок щелкает, а затем останавливается
• 40ГБ диск с плохим состоянием головок стучит несколько раз
• Жесткий диск с поврежденной поверхностью издает звук царапанья при прохождении над бэд-секторами

Hitachi/IBM

• Жесткий диск ноутбука с плохим состоянием головок издает щелчок, после чего писк
• Жесткий диск с поврежденной поверхностью издает звук царапанья при прохождении над бэд-секторами
• 40ГБ диск с поврежденной поверхностью и головками щелкает и пищит при раскручивании шпинделя
• 40ГБ диск ноутбука с застрявшем шпинделем не может раскрутиться, создает жужжащий шум

Toshiba

• Жесткий диск ноутбука с поврежденными подшипниками создает звук скрежета
• Жесткий диск ноутбука с плохими подшипниками создает громкий скрежет
• Жесткий диск ноутбука с плохими подшипниками создает неприятный сверлящий/кричащий звук

Fujitsu

• Жесткий диск ноутбука с плохим состоянием головок издает стучащий/щелкающий шум
• Жесткий диск ноутбука с плохим состоянием головок издает звук подметания
• 40ГБ диск с поврежденной поверхностью создает царапающий звук

Quantum

• Жесткий диск с плохим состоянием головок создает щелкающие звуки

Одной из проблем, которая может произойти  с жесткими дисками UltraATA, является неверное определение скоростного режима, в котором может работать жесткий  диск. Вследствие этого жесткий диск будет работать на заведомо меньшей  скорости, чем максимально поддерживаемая им. Чтобы решить эту проблему, необходимо воспользоваться реестром — нужные сведения расположены в ветви  реестра HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Class\{4D36E96A-E325-11CE-BFC1-08002BE10318}. Ветвь содержит подразделы, имеющие  следующий формат — 0000, 0001, 0002. Каждый из них определяет настройки одного контроллера жесткого диска. При  этом если в системе находится  только один жесткий диск, то, как  правило, сведения о нем хранятся в подразделе 0000. Этот подраздел  может включать в себя следующие  параметры DWORD-типа.

EnableUDMA66 — определяет, включен ли режим  UDMA66 для данного диска. Если  ваш диск поддерживает этот  режим, но при этом работает  в режиме UDMA33, то стоит попробовать  воспользоваться этим параметром  для перехода на более быстрый  режим.

MasterDeviceTimingModeAllowed и SlaveDeviceTimingModeAllowed — также определяют  режим работы жестких дисков. Первый из них отвечает за  канал Master, а второй — за  канал Slave. Параметры указывают,  в каком максимальном режиме  могут работать диски. Если  значения этих параметров равны  0xffffffff, то диск может работать  в режиме UDMA, а если значения  равны 0x0000001f, то только в PIA.

MasterDeviceTimingMode и SlaveDeviceTimingMode — если ваш жесткий  диск может работать в режиме UDMA, то эти параметры определят  сам режим, который будет использоваться. Вот некоторые значения, которые  могут принимать данные параметры: 

• 0x00010010 — жесткий диск использует режим UDMA Mode 5 (АТА100);

• 0x000fffff – режим UDMA Mode 5 (ATA100);

 •  0x00008010– режим UDMA Mode 4 (ATA66);

 •  0x0000ffff – режим UDMA Mode 4 (ATA66);

• 0x00002010 – режим UDMA Mode 2 (ATA33);

• 0x00000410 — режим Multi-Word DMA Mode 2 и PIO 4.

в windowsxp определить (или, по возможности, изменить) режим работы жесткого диска (как  и привода) можно след.образом:

Панель  управления -> Система -> Оборудование -> Диспетчер устройств -> IDE ATA/ATAPI контроллеры -> выбрать (двойной клик/ПКМ "Свойства") контроллер к которому подключено устройство -> закладка Дополнительные параметры -> Режим передачи

Технологические режимы

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. 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. lowlevelformat) — 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. 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. safemode) 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.

1.4.Состав  и основные компоненты  прибора или устройства

             Рис.3  Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках. 

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

  Гермоблок и механика 

                                              Рис.4  Гермоблок

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. 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. Адаптивыобеспечивают 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 

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;

  Жёсткий диск состоит  из гермозоны и  блока электроники. 

                                                      Рис.5 Гермозона

Драгоценная информация хранится на металлических  дисках, называемых также блинами  или пластинами (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 (dampersorseparators). 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.