Энергопотребление

Энергопотребление — немаловажный параметр, особенно в портативных системах. Он определяет необходимые характеристики источника питания и время, которое сможет проработать система от автономного источника питания. Различают энергопотребление в различных режимах:

• Пиковое энергопотребление — предел энергопотребления, обычно достигается в момент включения и раскручивания дисков. Пиковое энергопотребления должен выдерживать блок питания. Как параметры пикового энергопотребления обычно указывается максимальный ток по шинам питания.

• Энергопотребление активного режима определяется во время активной работы накопителя. Это предельное энергопотребление достигаемое продолжительное время. Следует иметь в виду, что практически вся энергия, потребляемая жёстким диском выделяется в виде тепла, следовательно энергопотребление рабочего режима определяет также необходимую интенсивность отвода тепла. Основная статья энергопотребления тут — сервопривод головок, мощность которого определяет быстродействие винчестера в случае произвольного доступа, и следовательно, быстрые винчестеры требуют значительного охлаждения.

• Энергопотребление режима ожидания — во время простоя, когда диск готов выполнять команды.

• Энергопотребление спящего режима — минимальное энергопотребление включённого винчестера, когда остановлен шпиндельный двигатель.

• Среднее энергопотребление — интегральный параметр, показывающий, насколько долго сможет проработать диск от батарей.

Другие параметры

• Надёжность. Стандартный показатель надёжности — среднее время безотказной работы или среднее время наработки на отказ.

• Сопротивляемость механическому воздействию — вибро- и ударопрочность устройства. Сильно различается ударопрочность накопителя в рабочем и транспортировочном состоянии. В рабочем состоянии винчестеры весьма чувствительны к ударам и вибрации — максимальная перегрузка составляется всего несколько g.

• Уровень шума — скорее эстетический параметр, нежели функциональный.

3. Организация данных на жестком диске

Физический уровень

Информация на жёстких дисках закодирована на магнитном материале в виде магнитных доменов(микроскопических участков с направленным магнитным моментом) с различным направлением вектора намагниченности. Два направления вектора намагниченности представляют биты «0» и «1».

Традиционно, в жёстких дисках используется технология параллельной записи, когда намагниченность доменов лежит в плоскости поверхности диска. В 2005году фирмаHitachiразработала технологиюперпендикулярной записи — в этом случае домены намагничены перпендикулярно плоскости. Это позволило преодолеть ограничение, связанное с суперпарамагнитным эффектом— взаимодействием магнитных доменов. Первой моделью винчестера с перпендикулярной записью сталаTravelStar 5K160, выпущенная с ёмкостями 40, 60, 80, 120 и 160ГБ.

Рисунок 12 – Параллельный метод магнитной записи

Технология тепловой магнитной записи, разработанная компанией Seagateи представленная в2006году должна повысить плотность по сравнению с обычной технологией в 100 раз и обеспечить достижения отметки 7,75 Тбит/см². Ключевым моментом технологии является локальное нагревание записываемого участка лазером, что должно уменьшить его коэрцитивную силуи обеспечить перемагничивание. Этот метод даёт возможность использовать менее подверженныесуперпарамагнитному эффектуматериалы.

Рисунок 13 - Пример серворазметки

На заводе-изготовителе на диск записываются сервометки, обеспечивающие синхронизацию вращения дисков, позиционирование головок на нужные треки. Сервометки на поверхности образуют области в виде радиальных лучей из центра диска, расположенные на равных угловых промежутках. Сервометки содержат синхронизационную последовательность, номер трека и дифференциальные метки. Синхронизационная последовательность обеспечивает стабильность вращения диска и точное определение моментов прохождения головкой различных областей на диске. По номеру трека обеспечивается позиционирование головок на нужный трек.

Дифференциальные метки, представляющие области противоположной намагниченности, смещённые на 1/2 трека, предназначены для точного позиционирования головок на трек. Принцип их действия заключается в том, что головка расположенная точно над треком, проходя между двумя дифференциальными метками считывает, нулевую намагниченность, при отклонении же головки от середины, она окажется ближе к одной из меток, в результате намагниченность, считанная головкой будет определяться отклонением её от середины трека.

Сервометки могут быть записаны только на прецизионном технологическом оборудовании. Для записи сервометок используется актюатор, вводящийся в гермоблок через отверстие и управляющий головками при записи. Повреждение сервометки автоматически означает последующую недоступность трека.

На отдельных моделях под сервометки отводилась отдельная поверхность, однако от такого решения впоследствии отказались, так как это весьма расточительно с одной стороны, с другой стороны механической жёсткости БМГ недостаточно для точного позиционирования головок на других поверхностях при высокой плотности записи.

Рисунок 14 – Логическая структура и разметка поферхности магнитного диска

При записи на диск используется самосинхронизирующее кодирование, обычно код с ограничением длинны серий (RLL) или код с максимумом измений (MTR), обеспечивающее малую избыточность при отсутствии необходмости в дополнительных синхрометках. Например в дисках серии MH от Fujitsu применяется MTR-кодирование 16 в 17 бит с условием не более 3 единиц в серии и не более 2 единиц около границы кода. Для обеспечения надёжности также применяется помехоустойчивое кодирование — в данные добавляется избыточная информация, обеспечивающая восстановление при потерях части информации или ошибках чтения. Может использоваться код Рида — Соломона, турбо-код и др. Получила распространение технология считывания и декодирования «максимальная правдоподобность при неполном отклике».

Данные на диски записываются секторами. Сектор — это непрерывный фрагмент трека фиксированной информационной ёмкости. Стандартные сектора содержат по 512 байт (или 256 16-битных слов) информации. Каждый сектор может быть записан независимо от других, но только целиком. Прерванная запись, например, в случае пропадания питания, разрушает информацию в секторе.

Вместе с каждым сектором вычисляется и записывается контрольная сумма, обеспечивающая проверку сохранности данных. При считывании посчитанная контрольная сумма сравнивается с записанной, и несовпадение означает, что данный сектор сбойный, он называется — бэд. Возможно несовпадение суммы и в том случае, когда поверхность сектора нормальная. При подобном сбое информация в секторе оказывается потерянной, но при записи на него сектор восстанавливается. Такие сектора называются софт-бэдами. Тем не менее часто компьютерное программное обеспечение для работы с дисками нередко помечает такие сектора сбойными и выводят их из использования.

3. Неисправности и проблемы жестких дисков

Неисправности связанные с кабелями питания и данных

Подключаемые кабели могут быть повреждены, иметь плохой контакт в разъёмах. Подобные неисправности диагностируются визуальным осмотром — следы механического воздействия, оплавление и обугливание, болтание в разъёмах — верные спутники подобных неисправностей; а также прозвонкой — проверкой на электрический обрыв и замыкание. В результате втыкания и вынимания разъёмов в них также могут быть погнуты или отломаны контакты. Также встречаются случаи неправильного подключения — ответная часть может быть перевёрнута или смещена на один или несколько контактов, поэтому надо быть внимательным при подключении.

Неправильная конфигурация интерфейса

Устройства с интерфейсом IDE и SCSI требуют правильной конфигурации интерфейса. На шине IDE необходимо наличие одного ведущего (Master) устройства и максимум одного (Slave) ведомого. На шине SCSI каждое устройство должно иметь свой уникальный номер. Если эти условия не выполняются, устройства могут конфликтовать или отказываться работать. Некоторые винчестеры имеют джамперы ограничения доступного объёма или включения режима неполной загрузке, поэтому, если винчестер определяется с меньшим объёмом или определяется, но не работает, то следует проверить установку этих джамперов. Не следует надевать перемычки на контакты, которые никак не обозначены, они часто используются для технологических целей и их замыкание может привести к неожиданным последствиям.

Нестабильность питания

Некоторые винчестеры весьма требовательны к стабильности питания и могут сбоить при отклонении напряжения или помехах по шине питания. Это может быть связано с плохим блоком питания, слишком длинным проводами, большой нагрузке на блок питания (сразу несколько дисков). Для диагностики таких неисправностей следует проверить напряжение на контактах питания винчестера вольтметром, а также проверить питание на наличие помех при помощи осциллографа. При отсутствии такого оборудования можно попробовать отключить другую нагрузку от блока питания или поставить более мощный и надёжный блок питания. Также можно поставить несколько блоков питания, распределив нагрузку между ними.

Слишком сильное затягивание винтов крепления жёсткого диска

Слишком сильное затягивание винтов чревато перекосом гермоблока и, как следствие, плохой работой механики. Это может сопровождаться странными звуками при работе, медленным раскручиванием, медленной работой и подвисаниями. Если диск сбоит, следует ослабить винты крепления. Также не следует прикручивать диск в корпусу всем четырьмя винтами, достаточно двух-трёх. Если ослабление винтов не дало восстановления нормальной работоспособности — возможен сдвиг крышки гермоблока. В этом случае стоит ослабить винты (но не отвинчивать совсем), крепящие крышку и постучать по ней с боковых сторон, что может устранить сдвиг, хотя чаще всего это необратимо.

Слишком длинный или неправильный интерфейсный кабель.

Большая длина инфтерфейсного кабеля может приводить к периодическим сбоям при передачи данных, что может выглядеть со стороны компьютера как сбои винчестера. Также имеет значение тип интерфейсного кабеля — некоторые виды интерфейсов, такие как ATA/66 могут работать на кабелях, предназначанных для более ранних версий интерфейса, но это крайне нежелательно, правда, в случае ATA возможен автоматический переход на меньшую скорость обмена при использовании старых кабелей. Установка правильного кабеля поможет устранить сбои падением скорости обмена, неуверенным чтением, ошибками позицинирования. Такие накопители ремонту не подлежат.