Как устроен винчестер. Часть 2

Приветствую, друзья!

Плата электроники винчеcтераНедавно мы начали знакомиться с устройством электромеханического винчестера. Эта штуковина для хранения данных установлена почти в каждом компьютере! Давайте посмотрим — какова электроника винчестера?

Электроника винчестера расположена на отдельной плате. Она представляет собой микропроцессорную систему управления и включает в себя (на примере винчестера Samsung HD161HJ):

  • разъемы питания и интерфейса,
  • драйвер (микросхему) управления шпинделем,
  • цифровой сигнальный процессор,
  • оперативную память

document-properties «Мозг» схемы управления – цифровой сигнальный процессор.

Он осуществляет управление приводом головок, драйвером шпинделя, считыванием и декодированием данных и многие другие операции. Раньше плата электроники включала в себя и микросхему flash памяти, подобную той, в которой хранилась BIOS материнской платы.

В ней хранилось firmware (микропрограмма) винчестера. Точнее говоря, часть ее хранилась в микросхеме, а часть – на информационном диске, в отдельной области, недоступной пользователю и операционной системе.

Можно предположить, что в настоящее время firmware хранится на диске, так как микросхем памяти на плате (по крайне мере, в винчестере HD161HJ) не видно.

SMART и питание винчестера

Статус винчестераВинчестер – это умная машина, которая запоминает все события, что с ней были. Эти события хранятся в специальной области памяти.

Запоминается не только число переназначенных секторов, но и число ошибок системы позиционирования, ошибок считывания данных, количество включений и выключений, общее время работы, температура и множество других параметров.

Эту информацию можно увидеть с помощью специальных программ, она используется для построения отчетов SMART. SMART (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) – это система самоконтроля, анализа и отчетности.

document-properties Зная параметры SMART, можно предугадывать дальнейшее поведение винчестера.

Некоторые тестирующие программы (например, Viktoria) сразу пишут статус винчестера – Good (хороший) или Bad (плохой). Следует отметить, что при хорошем статусе на винчестере может быть множество дефектных секторов.

Наличие дефектных секторов вызывает сбои и зависания в работе операционной системы или прикладных программ. Иногда система вообще отказывается загружаться!

Наличие таких секторов было проблемой еще самых первых винчестеров. Это неизбежное следствие несовершенной технологии. Сбойный сектор может образоваться и после соприкосновения головки с поверхностью диска.

Поэтому изначально винчестер содержит некое избыточное количество секторов, которые не видны пользователю и операционной системе. При необходимости можно заменить сбойный сектор нормальным из числа резервных. Эта операция называется remap (новая карта секторов).

 document-propertiesRemap выполняется с помощью firmware винчестера и специальных служебных программ (той же Виктории, например).

Для питания винчестера используются два напряжения:

  • + 5 В, для питания электроники,
  • +12 В, для питания шпинделя (который вращает диски)

Винчестеры форм-фактора 2,5” (те, что используются, в частности, в ноутбуках) питаются единственным напряжением + 5 В.

document-properties Следует отметить, что напряжения в блоке питания компьютера должны находиться в пределах +- 5 %.

Resume Особенно нежелательно повышение напряжения +12 В. При этом микросхема-драйвер может перегреться и выйти из строя.

Если напряжение +12 В будет ниже нормы, шпиндель, вращающий диски, просто не раскрутится. В моей практике был случай, когда это напряжение (вследствие дефектного блока питания) было снижено до величины +11,35 В. И по звуку было слышно, как периодически запускался и останавливался шпиндель. Работать было невозможно.

Хозяин компьютера уже присматривал себе новый диск, но мы заменили блок питания – и винчестер радостно и быстро загрузил операционную систему.

Интерфейсы винчестеров

IDE разъем винчестераВ настоящее время существуют следующие виды интерфейсов:

  • IDE — Integrated Drive Electronics, встроенный интерфейс накопителей или, другими словами, PATA — Parallel Advanced Technology Attachment, параллельный интерфейс накопителей,
  • SATA — Serial Advanced Technology Attachment, последовательный интерфейс накопителей,
  • SCSI — Small Computer System Interface, параллельный интерфейс малых вычислительных систем,
  • SAS – Serial Attached SCSI, последовательный SCSI

SAS является дальнейшим развитием SCSI, он болем скоростной. Два последних интерфейса используются большей частью в серверах. В бытовых и офисных компьютерах используются IDE и SATA. IDE постепенно сходит со сцены, уступая SATA как более скоростному.

Винчестеры IDE подключаются к материнской плате посредством гибкого ленточного кабеля. К одному концу каналу IDE можно подключить два устройства.

document-properties При этом одно устройство должно быть сконфигурировано как Master (ведущий), другое — как Slave ведомый).

Перемычка Master/Slave в IDE винчестереВыбор конфигурации осуществляется с помощью перемычек на самом винчестере. Если оба устройства сконфигурированы как Master или оба как Slave, ни одно из них работать не будет.

Контроллер интерфейса IDE, находящейся на материнской плате, в каждый конкретный момент может работать только с одним устройством канала. Другое в это время простаивает.

Это замедляет работу. Положение спасает второй канал IDE. Оба канала могут работать параллельно. Интерфейс IDE — параллельный, ширина информационной шины -16 бит.

Разъемы SATASATA, в отличие от IDE, последовательный интерфейс. Тем не менее, скорость передачи данных у него выше, чем у РАТА. Каждое устройство SATA подключается к отдельному порту на материнской плате. Каждый порт SATA имеет два канала, по одному из них поступают данные от контроллера, расположенного на материнской плате, по второму — от устройства к контроллеру.

Интерфейс SATA пережил несколько спецификаций. Сейчас идет внедрение стандарта SATA 3 со скоростью обмена данными 6 Гбит/с. Все новые винчестеры (как электромеханические, так и SSD) поддерживают это стандарт.

Замочек на SATA разъеме винчестераКабель SATA — это одно из слабых мест компьютера. Бывают кабели с «замочком» и без. Кабели с «замочком» обычно идут в комплекте с материнской платой. «Замочек» (упругая металлическая пластина) дополнительно поджимает контакты кабеля к контактам винчестера.

Соединение получается более надежным.

Разъемы SATA на кабеле и на материнской плате имеют ключи (защиту «от дурака»), так что вставить его наоборот нельзя. Интерфейс IDE также имеет выступ на кабеле.

Способы организации хранения информации

Дорожки и сектора винчестераВсе информационное пространство каждого диска поделено дорожки и секторы. В первых моделях винчестеров каждая дорожка содержала в себе одинаковое количество секторов. Но при этом длина секторов, располагающихся на крайних дорожках, превышала длину секторов, располагающихся вблизи центра диска.

Секторы и зоны винчестераПлотность записи в этих «длинных» секторах была пониженной, площадь диска использовалась неэффективно.

Потом придумали метод зонной записи, при котором на внешних дорожках располагалось больше секторов, чем на внутренних.

Таких зон — с различным количеством секторов на дорожке — в современных винчестеров имеется несколько.

Винчестеры могут содержать в себе несколько физических дисков. Дорожки с одинаковым номером на каждом диске (или на обеих сторонах диска, если он один) объединены в цилиндр.

При установке в компьютер винчестер сообщает BIOS о количестве головок, цилиндров и секторов.

document-properties Следует отметить, что число головок при этом — это некая абстрактная величина, которая может и не совпадать с реальным количеством.

Управляющая схема винчестера содержит встроенную управляющую программу-firmware, которая управляет всеми механизмами и потоками данных. И эта программа «лучше знает» сколько всего головок и как с ними лучшим образом взаимодействовать. Важно знать общий объем информационного пространства.

Resume Firmware можно обновить (перезаписывать) с помощью специального оборудования

В заключение отметим, что каждый сектор содержит в себе номер, метки начала и конца и другую служебную информацию. Информационный кластер (операционная система оперирует именно с кластерами, а не с секторами) может содержать в себе один или несколько секторов.

Файл содержит в себе цепочку кластеров, объединенных в одно целое посредством файловой системы.

В третьей части статьи мы узнаем, что такое сервометки, зачем они нужны и более подробно рассмотрим способы организации данных.

Можно еще почитать:

1. Что такое Hardware Monitor.

2. Как отремонтировать материнскую плату компьютера.

С вами был Виктор Геронда. До встречи!


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2016 Компьютер и жизнь // Дизайн и поддержка: GoodwinPress.ru