Как работает HDD

В качестве накопителя информации в большинстве компьютеров до сих пор чаще всего используется Hard Disk Drive. Это связано с демократичной ценой, образцовой надежностью, внушительной емкостью (до 100 ТБ для некоторых моделей) и удовлетворительной скоростью передачи. Вместе с тем, любой высокотехнологичный девайс со временем неизбежно выходит из строя, порождая сакраментальные вопросы:

• Как восстановить потерянные данные?
• Можно ли отремонтировать винчестер?

Чтобы оценить перспективы, давайте разберемся с тем, как же работает жесткий диск.

Архитектура HDD

Любое устройство хранения включает в себя три функциональных модуля.

Контроллер HDD

Его «мозг». Электронная плата, обеспечивающая взаимодействие центрального процессора с хранилищем. В большинстве случаев ее можно отремонтировать или просто заменить исправной платой, взятой от донорского накопителя аналогичного семейства.

Внутреннее программное обеспечение

При возникновении сбоев всегда есть возможность перезаписать ПЗУ из эталонной базы, очистить и пересчитать служебные модули, восстановить систему трансляции, сбросить логи, изменить конфигурационные и идентификационные параметры.

Гермоблок

Герметичный прямоугольный бокс, заполненный стерильным воздухом минимальной влажности или нейтральными газами (например, азот). Очевидно, что основное «таинство» записи и чтения данных, вызывающее наибольшие сложности, происходит в этом «черном ящике».

Аппаратная компоновка гермоблока

Конструктивно «черный ящик» состоит из следующих элементов.

• Основание (коробка) и крышка, предохраняющая начинку от агрессивных факторов внешней среды.
• Металлическая/пластиковая мембрана или (реже) специальное отверстие с встроенным фильтром для стабилизации давления. Предотвращает деформацию, например, в самолете или при температурных перепадах (прогрев).
• До 9 жестких пластин из алюминия, укутанных слоем ферромагнетика (диоксид железа, марганца, хрома). Собственно, это и есть хранилище.

Интересные факты. Точный состав покрытия уникален для каждого производителя и является коммерческой тайной. IBM пыталась делать стеклянные пластины, но они не прошли тесты по критериям прочности и срока службы.

• Шпиндель (ось) и прижимная шайба для высокоточного крепления.
• Электродвигатель шпинделя.
• Блок считывающих головок с позиционирующим устройством (актуатором). В современных накопителях используется до 18 головок — по две на каждую пластину.

Как это работает

Пока винчестер «спит», головочный блок расположен в специальной «парковочной зоне», чтобы они ни в коем случае не коснулись дисков.

Малейшая пылинка или отпечаток пальца способна повредить пластины.

Когда приходит пора “просыпаться”, двигатель раскручивает диски до 15 000 оборотов в минуту.

От этого показателя напрямую зависит скорость доступа и передачи данных. Так, время точной локализации головки на произвольный участок колеблется от 2.5 до 16 мс.

После раскрутки еще один малоинерционный соленоидный двигатель приводит в движение коромысло, перемещающее магнитные головки с огромной скоростью.

В процессе работы головки буквально «взлетают», паря на расстоянии 10 нм от поверхности пластин благодаря воздушной подушке, образующейся при быстром вращении. Технология нацелена на полное исключение механического контакта для продления срока службы.

Фото “головки”

Головки записывают биты информации, намагничивая миллиарды крошечных дискретных участков, так называемых доменов. Принимая во внимание направление магнитного вектора, каждый из них превращается в логический 0 или 1.

Существуют методы горизонтальной, вертикальной, черепичной и тепловой магнитной записи. Для каждого из них имеется свой теоретический предел плотности. Так, по мнению специалистов Seagate Technology, для ТМЗ он достигает 7.75 Тбит/см2.

Контроллер обрабатывает информацию, поступившую с магнитной головки, и направляет ее в процессор.

Основные неполадки

Понимание внутренней архитектуры и принципов работы жесткого диска позволяет с ходу озвучить ряд потенциальных проблем. К их числу относятся:

• нарушение герметичности корпуса;
• замыкание цепей питания;
• поломка механизмов электродвигателя и актуатора;
• неисправность магнитных головок;
• повреждение поверхностей пластин хранилища.

Профессиональные инженеры в состоянии устранить большинство из перечисленных неполадок. Так, незначительные дефекты отдельных секторов и треков могут быть скрыты, доступ к серьезно поврежденным участкам заблокирован, а неисправные головки отключены по технологии спаривания. Очевидно, что для этого требуется беспылевая лаборатория, стерильные ламинарные боксы, высокоточные инструменты, эталонная база ресурсов, профессиональные навыки и знания.

Итак, можно ли восстановить работоспособность жесткого диска и спасти информацию? Специалисты Лаборатории памяти с уверенностью отвечают: «Можно». Подробнее об этом читайте в статьях Ремонт HDD; и Восстановление данных