Накопитель на жёстких магнитных дисках, НЖМД, жёсткий диск, винт, хард, харддиск, HDD, HMDD или винчестер, (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

В отличие от "гибкого" диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), 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.

Название "Винчестер"

По одной из версий название "винчестер" накопитель получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название "30-30", что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья "Winchester 30-30" предложил назвать этот диск "винчестером".

В Европе и США название "винчестер" вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус, а в компьютерном сленге сократилось до слов "винт" (наиболее употребимый вариант), "винч" и "веник".

1.2 Характеристики жесткого диска

Интерфейс (англ. interface) — набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 Гб. (2 Тб) В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 и т. д.; позже для этого были не очень успешно введены двоичные приставки), производителями при обозначении мкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., "настоящая" мкость жёсткого диска, маркированного как "200 Гб", составляет 186,2 ГиБ.

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension) почти все современные (2001—2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Так же получили распространение форматы — 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time) время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик от 2,5 до 16 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5).

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). См. также: Технология SMART (S.M.A.R.T. (англ. Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) — технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя).

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

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate):

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 (2008 год) HDD он обычно варьируется от 8 до 32 Мб.

1.3 Производители жесткого диска

Большая часть всех винчестеров производятся всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 году. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годов существовала компания Conner, которую купила Seagate. В первой половине 90-х была еще фирма Micropolice, производившая очень дорогие диски premium-класса. Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об/мин ею были использованы некачественные подшипники главного вала, поставленные фирмой Nidek, и Micropolice понес фатальные убытки на возвратах, разорился и был на корню куплен тем же Seagate.

Устройство

Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники. Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Блок головок — пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство устройств содержит 1 или 2 пластины.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для "взлёта" головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило, неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.

Вопреки расхожему мнению, внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом; а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а так же при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.

1.4 История жестких накопителей

По мере развития жестких дисков их максимальная емкость изменялась. Основным лимитирующим фактором являлись доступные на тот момент технологии, но помимо них возникали и другие препятствия, такие как ограничения используемых способов адресации, а также характеристики ПО.

Программное обеспечение времен начала 1990х, такое, как MS-DOS, для работы с жестким диском использовало вызов int 13h, ведущий в ПЗУ BIOS.

Адресация блоков диска в вызове int 13h выглядела как номера цилиндра/головки/сектора — C/H/S. При этом на номер C отводилось 10 бит, на номер H — 8 бит, на номер S — 6 бит (в одном 16-битном слове с C).

Обработчик int 13h в BIOS вписывал эти номера в управляющие регистры контроллера IDE. В этих регистрах на номер C отводилось 16 бит, на номер H — 4 бита (в одном байте с номером устройства на IDE шине и флажком LBA), на номер S — 8 бит.

Совокупность того и другого ограничения приводила к ограничению C/H/S = 10/4/6 бит, то есть 20 бит. Это позволяло адресовать 1М секторов по 512 байт каждый, то есть не более 512МБ.

Это ограничение стало ощутимым во времена 1994—1995, примерно время первых микропроцессоров Pentium.

Для его разрешения была изобретена трансляция значений CHS в коде обработчика int 13h в BIOS. Одним из популярных алгоритмов трансляции был LBA — Linear Block Addressing, в котором C понималось, как старшие биты линейного, обычного целочисленного номера сектора, H — как следующие 8, S — как младшие 6. Несложно догадаться, что в этой трансляции число условных секторов на дорожке понималось как строго 64, число условных головок — как строго 256, а число условных цилиндров — как размер диска, деленный на 8МБ.

Трансляция значений имела некие проблемы, а именно диск, раз использованный (хотя бы разбитый на разделы, хотя бы с единственным созданным разделом) в какой-то трансляции, мог быть далее использован только в ней. Для смены режима трансляции диска было необходимо повторить создание таблицы разделов, что означало удаление всего содержимого диска.

В подавляющем большинстве случаев для всех дисков устанавливали трансляцию LBA и о ней забывали.

Аппаратный интерфейс регистров стандартного IDE контроллера использует 16 бит для номера C, 4 бита для номера H, и 8 бит для номера S. Всего 28 бит, что позволяет адресовать 256 М секторов по 512 байт — то есть 128 ГБ.

Решение проблемы возможно только на уровне аппаратуры (и обновления драйвера для использования новых возможностей аппаратуры). Оно было разработано в виде отправки адреса в контроллер дважды в определенной последовательности.

Это ограничение было снято достаточно давно в IDE контроллерах, а также в пакетах обновления для ОС Windows 2000 и в пакете обновления 2 для Windows XP. В Windows 2000 также требуется явно разрешить эту поддержку редактированием реестра вручную, кроме того, эта устаревшая ОС не способна разбивать на разделы диски емкостью свыше 128 ГБ ни в каком случае.

1.5 Классификация жестких дисков

Отличительная и неустранимая особенность жёстких дисков как класса оборудования – разброс индивидуальных характеристик. Не существует двух абсолютно одинаковых накопителей. Сошедшие с одного и того же конвейера экземпляры могут заметно различаться по шуму, нагреву и даже производительности, что обусловлено случайными отклонениями в качестве комплектующих и сборки.

В первую очередь влияет механика: магнитные головки, пластины, двигатели и т.п. на сборочную фабрику поступают уже со значительным разбросом параметров. В ходе технологического процесса (а сборка преимущественно ручная, с многоступенчатым контролем) одни разбросы нивелируются, зато другие добавляются, и всё это дает в итоге довольно пёструю картину. Таковы издержки массового производства сложной продукции.

Чтобы сделать состав партий ЖД более однородным, все готовые накопители после выходного тестирования подразделяются на три класса (grade) – A, B и C. Можно сказать, что это высший, первый и второй сорт по принятой ранее классификации.

В класс А включаются отборные экземпляры со стабильными и наиболее высокими характеристиками, порой превосходящими заявленные в спецификации. Производительность у них максимальная, уровень отказов низок, а заводская гарантия может быть продлённой. Цена же сравнительно высока.

Такие диски, как правило, не поступают в свободную продажу, а передаются в рамках долгосрочных контрактов наиболее крупным компьютерным фирмам, для комплектации "брэндовых" машин. Нередко эти фирмы проводят собственное расширенное тестирование, после чего даже перемаркируют диски в своей номенклатуре (для серверного сегмента это вообще обычное дело, равно как и модификация микропрограммы).

Класс В предназначен для рынков развитых стран (Северная Америка, Западная Европа, Япония и некоторые страны Юго-Восточной Азии). Диски этого класса не имеют замечаний при тестировании, однородны по качеству и часто продаются в коробочной упаковке наподобие видеокарт. Помимо самого накопителя, в комплект входят руководство по установке, CD с фирменными утилитами и крепёж. Для дисков справедливы все спецификации, заявленные производителем, а продажная цена близка к рекомендованной.

В класс С включены, как легко понять, все остальные диски. Они поступают на развивающиеся рынки, не имеющие пока большого значения в мировом масштабе, и чувствительные к цене. Таковым является и российский рынок: практически все ЖД, которые можно встретить у нас в продаже, относятся к классу С.

Покупателя такие изделия радуют дешевизной, однако их качество менее стабильное, в частности, сюда включаются урезанные экземпляры (если при тестировании выявляются дефекты по той или иной головке, то она программно отключается с уменьшением ёмкости). Также в класс C попадают ЖД, которые прошли технологический контроль "на троечку" – с теми или иными отклонениями (в их числе замедленное позиционирование, меньшая температурная стабильность, повышенный уровень внутренней коррекции данных и т.п.).

Понятно, что уровень сбоев и отказов в классе С несколько выше, а средний срок жизни – меньше. Ряд второстепенных характеристик, прежде всего шум и нагрев, могут быть хуже заявленных; наблюдается и повышенная чувствительность к условиям эксплуатации. Вместе с тем, эти диски вполне пригодны для эксплуатации, и на них действует стандартная гарантия производителя (впрочем, нередко уменьшаемая неавторизованными продавцами).

Низкоуровневое форматирование

На заключительном этапе сборки устройства поверхности пластин форматируются — на них формируются дорожки и секторы.

Ранние "винчестеры" (подобно дискетам) содержали одинаковое количество секторов на всех дорожках. На пластинах современных "винчестеров" дорожки сгруппированы в несколько зон. Все дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. Однако, на каждой дорожке внешней зоны секторов больше, и чем зона ближе к центру, тем меньше секторов приходится на каждую дорожку зоны. Это позволяет добиться более равномерной плотности записи и, как следствие, увеличения ёмкости пластины без изменения технологии производства.

Границы зон и количество секторов на дорожку для каждой зоны хранятся в ПЗУ блока электроники.

Кроме того, в действительности на каждой дорожке есть дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remaping). Конечно, данные, хранившиеся в нём, скорее всего, будут потеряны, но ёмкость диска не уменьшится. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая в процессе эксплуатации.

Таблицы переназначения секторов также хранятся в ПЗУ блока электроники.

Во время операций обращения к "винчестеру" блок электроники самостоятельно определяет, к какому физическому сектору следует обращаться и где он находится (с учётом зон и переназначений). Поэтому со стороны внешнего интерфейса "винчестер" выглядит однородным.

Блок электроники

В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управление шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа "звуковая катушка", коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнении принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

1.6 Технологии записи данных на жесткие диски

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод параллельной записи.

На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 15-23 Гбит/см², в дальнейшем планируется довести плотность до 60—75 Гбит/см².

Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность "закрепляется". На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже превышает 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носители до 7,75 Тбит/см².[6] Широкого распространения данной технологии следует ожидать после 2010 года.

1.7 Размещение данных на жестком диске

О том, что конфигурация диска задается через количество цилиндров, головок и секторов на дорожке, все знают с начала эпохи PC. Хотя еще несколько лет тому назад точное указание в программе SETUP всех этих параметров диска было обязательным, сейчас это не так. Строго говоря, те параметры диска, которые вы видите в разделе SETUP Standard CMOS Setup, как правило, ничего общего не имеют с реальными параметрами диска, причем вы можете заметить, что эти параметры меняются в зависимости от вида трансляции геометрии диска - Normal, LBA и Large. Normal - геометрия в соответствии с данной производителем в документации на диск и не позволяет DOS увидеть более чем 504 Mb (1 Mb - 1048576 байт). LBA - Logical Block Address - эта установка позволяет видеть DOS диски объемом до 4 Gb. Large используется такой операционной системой, как Unix. Параметры, установленные в SETUP, преобразуются в реальные логикой управления жестким диском. Многие современные операционные системы работают с диском через LBA, минуя BIOS.

Существует несколько способов физического сохранения данных на жестком диске. Определить способ отображения данных на диске можно, только используя различные программы определения быстродействия диска (benchmark). В программу Winbench 98/99 включен High-end тест жесткого диска, где оцениваются не достаточно отвлеченные в настоящее время 2 параметра - скорость передачи данных и время доступа, а проверяется, для каких задач и для каких наиболее популярных программ, активно работающих с диском, диск наиболее пригоден.

Рисунок 1.1 - Вертикальное отображение размещения данных на жестком диске

Обычные жесткие диски используют "вертикальное" отображение. Данные записываются сначала на одном цилиндре сверху вниз, затем головки переходят на другой цилиндр и т.д.

Рисунок 1.2 - Горизонтальное отображение размещения данных на жестком диске

При "горизонтальном" отображении сначала данные записываются последовательно от цилиндра к цилиндру на поверхности одного диска, затем также на поверхности следующего диска и т.д. Такой способ лучше подходит для записи непрерывного высокоскоростного потока данных, например, при записи "живого" видео.

Комбинированный способ отображения, использующий как "вертикальный" так и "горизонтальный" способ.

При тестировании таких дисков видно, что чем дальше от начальных цилиндров, тем хуже параметры диска. Это связано с тем, что на внешних дорожках размещается больше секторов и считывание/запись выполняется быстрее.

В справедливости этого легко убедиться, запустив Winbench 97/98/99, выбрав сначала диск C для теста диска, а затем последний логический диск (желателен диск объемом не менее 2.5 Gb). Разница в оценке быстродействия диска для модели WD AC32500 составила 15%.

Реально диск разделен на зоны, в каждую из которых входит обычно от 20 до 30 цилиндров с одинаковым количеством секторов. Эти зоны также называются "notches".

Чем выше плотность записи на диск, тем выше будет скорость считывания с него. Именно поэтому при оценке параметров диска следует внимательно смотреть на внутреннюю скорость передачи данных. Внутренняя скорость передачи данных прямо пропорциональна плотности записи на диск и скорости вращения шпинделя. Так как увеличивать скорость вращения диска достаточно сложно - увеличивается энергопотребление, шум, возникают проблемы с теплоотводом, то наиболее оптимальный путь повышения производительности - это увеличение плотности записи на диск. Именно поэтому современный жесткий диск со скоростью вращения 5400 об/мин легко опережает по производительности диск с 7200 об/мин, выпущенный двумя годами ранее. Все производители жестких дисков в первую очередь и заняты проблемой повышения плотности записи. При прочих равных условиях, из двух накопителей равной емкости быстрее будет работать накопитель с меньшим количеством дисков, т.е. с большей плотностью записи.

1.8 Файловые системы жестких дисков

Все программы так называемого низкоуровнего форматирования на самом деле не выполняют физического форматирования жесткого диска, а только полностью уничтожают содержимое диска. Различные операционные системы же своими программами форматирования создают лишь ЛОГИЧЕСКУЮ структуру диска. В настоящее время наиболее распространены 4 файловые системы - FAT (MS-DOS, Windows 3.X, Windows 95/98), NTFS (Windows NT/2000), FAT32 (Windows 95/98) и HPFS (OS/2).

FAT16

DOS, DOS 7.0 из Windows95 использует FAT для сохранения данных как на жестких дисках, так и гибких. В качестве одного элемента адресации на диске используется кластер, объединяющий несколько секторов. FAT исторически сама старая файловая система с 16-ти разрядной адресацией и максимально возможное количество кластеров на одном логическом диске не превышает 65536. Соответственно максимальный размер одного кластера 32 Kb, так как максимальный размер логического диска 2 Gb. Поэтому один из главных недостатков FAT - большой размер кластера. Дело в том, что при кластере 32 Kb файл с информацией в 1 байт займет на диске 32 Kb. Теоретически можно заполнить логический диск в 2 Gb 65536 файлами по 1 байту, хотя физически диск будет практически пустой. Поэтому при работе с DOS, Windows 95 или Windows NT под FAT рекомендуется разбивать диск на разделы, не превышающие 1 GBytes. Для разбиения/переразбиения диска можно воспользоваться известной программой Partition Magic.

FAT32

Попытка отказаться от ограничений классической FAT и видоизменить ее была тихо предпринята фирмой Microsoft в версии Windows 95 OEM service Release 2 (v.4.00.1111&DOS 7.1 - также 950b). В этом варианте Windows 95 FAT стала 32-х разрядной. Из 32 бит 4 были зарезервированы. Таким образом, максимальный размер раздела в этом варианте становится 2 Tb (2048 Gb), а раздел в 8 Gb получает кластер размером всего 4 Kb. Кроме этого, корневая директория диска не имеет фиксированного размера, что снимает ограничения на количество файлов и директорий в корневом каталоге. При этом приложения DOS не могут работать с файлами более 2 Gb, а 32-x разрядные приложения Windows могут работать с файлами до 4 Gb.

Все это было бы замечательно, если бы не некоторые но, существенные на момент появления FAT32:- кроме как DOS 7.1 и Windows 95 v.950b или Windows 98 (даже NT 4.0!) эту прекрасную систему никто не видит;- любые дисковые утилиты, не написанные специально под FAT32, будут "творить чудеса" с ней;- попытка работы с FAT32 программами, которые ее не понимают, может привести к гибели данных на диске;- утилиты для работы со SCSI дисками также должны быть разработаны под FAT32;- производительность дисковой подсистемы по Winbench 97 чуть меньше с FAT32 по сравнению с FAT16.

Но те преимущества, которые дает FAT32, как правило, перевешивают недостатки. В команде format OSR2 есть недокументированный ключ z, с помощью которого можно создать логический диск с кластером от 1024 байт. Синтаксис команды: размер кластера 512 format диск: /z:n, где n - множитель для 512 (собственно 512 байт и параметр n=1 запрещены), поэтому n может быть равен 2, 4, 6 и т.д. Желательно только понимать, что при кластере в 1 Kb на диске объемом 3000 Mb будет 3 миллиона кластеров и процесс, скажем, дефрагментации диска может занять часы... Разумно уменьшить размер кластера на том логическом диске, который используется для хранения программ и оставить его 4 Kb (размер кластера по умолчанию для Windows 95 OSR2) на остальных. В Windows 98 появилась возможность конвертировать разделы FAT16 в FAT32. С появлением Windows NT 5.0 (или Windows NT 2000, как ее теперь называют) FAT32 стала новым фактическим стандартом файловой системы для приложений, не требующих высокой степени защиты информации, а FAT16 уйдет с рынка за ненадобностью.

NTFS (NT File System)

После выхода Windows 2000 NTFS постепенно становится все более и более популярной. Основные отличия от FAT32 - неограниченный размер файлов (до 12 TBytes) и возможность управлять правами доступа к файлам и каталогам.

2. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖЕСТКОГО ДИСКА

Все знают, если у человека повышается температура выше 36.6 градусов, значит он заболел. То же можно сказать и о дисках. Если температура дисков повышается, значит, что-то не так. Результатом может служить потеря всех Ваших данных. А это влечет за собой нервные срывы, дополнительные затраты на попытки восстановить данные, на покупку нового диска и многое другое.

Самое главное - оптимальная температура работы жесткого диска. Посмотрев на таблицу 2.1, сразу станет все понятно.

Таблица 2.1 – Работа жесткого диска в зависимости от температуры

Температура, °С	Коэффициент учащения отказов	Температурный коэффициент снижения времени наработки на отказ	Скорректированное время наработки на отказ
25	1,0000	1,00	232 140
26	1,0507	0,95	220 533
30	1,2763	0,78	181 069
34	1,5425	0,65	150 891
38	1,8552	0,54	125 356
42	2,2208	0,45	104 463
46	2,6465	0,38	88 123
50	3,1401	0,32	74 284
54	3,7103	0,27	62 678
58	4,3664	0,23	53 392
62	5,1186	0,20	46 428
66	5,9779	0,17	39 464
70	6,9562	0,14	32 500

Cамые распространенные причины перегрева дисков

Я считаю, что их всего может быть две: неправильная вентиляция корпуса компьютера и неполадки жесткого диска. Со вторым бороться можно только ремонтом или заменой диска. С первым проще – достаточно приобрести нормальный корпус или создать самому хорошо вентилируемый корпус из того, что уже есть в наличии. Если самому сделать сложно, то можно отдать специалистам. Но лучше всего сразу купить хорошо вентилируемый корпус. Основная особенность такого корпуса в том, что в нем создается воздушный поток, который входит через переднюю панель, и выходит через заднюю. Справляются с этим, обычно, два больших вентилятора, расположенных на панелях (фронтальной и задней). Вентилятор на передней панели должен быть направлен на блок с установленными жесткими дисками, охлаждая их прямо на входе воздушного потока. При этом желательно, чтобы на передней панели перед вентилятором был установлен фильтр, который не даст пыли забить вентилятор. Периодически этот фильтр необходимо чистить. Вентилятор на задней панели собирает весь нагретый воздух внутри корпуса и с силой выдувает его наружу.

Очень часто встречаю самые простые корпуса, в которых установлены мощные комплектующие и не организовано совершенно никакой вентиляции. Все охлаждения – это вентилятор процессора и видео карты. Никаких вентиляторов на стенках корпуса нет, только вентиляционные отверстия. В таких корпусах воздух "застаивается", гоняется по кругу и нагревается еще больше. В жаркую погоду в таких корпусах температура значительно повышается. Если корпус стоит закрытый со всех сторон компьютерным столом (вентиляционные отверстия, единственное место, откуда может поступать свежий холодный воздух) закрыты, то это еще хуже.

2.1 Термометр жесткого диска

Прежде всего, необходимо выяснить, какая рабочая температура Вашего диска. Для этого необходимо просто понаблюдать за температурой. Со временем Вы поймете, какова средняя температура дисков. Затем можно проверить, как нагревается диск при сильной загрузке (чтобы Вы не пугались, когда во время работы температура начнет повышаться). После этих простейших манипуляций Вам будет понятна общая картина, и Вы сразу сможете заметить какие-либо отклонения.

Далее я бы порекомендовал (я бы поставил этот пункт первым) разобраться с вентиляцией: купить новый хороший корпус или установить дополнительную вентиляцию. В свое время я делал несколько установок для охлаждения дисков. Потом просто взял и купил хороший корпус, где все уже было сделано. Сегодня в магазинах продается множество приспособлений для дополнительного охлаждения дисков. Некоторые я испробовал на себе, некоторые не стал. Те, что пробовал, не удовлетворили моим запросам (температура практически не понизилась). Поэтому, я сделал свой агрегат из пары заглушек и вентилятора блока питания от фирмы ZALMAN. Это дало очень ощутимый результат.

Со временем, Вы будете знать рабочую температуру Ваших дисков и сможете легко заметить неполадку, даже еще до того, когда программа поднимет тревогу.

Если без особой на то причины вдруг начала подниматься температура дисков, значит что-то пошло не так. Первое, что следует посмотреть не засорился ли фильтр на фронтальной панели. Если он сильно загрязнен, то поступление воздуха стало значительно хуже, следовательно, и охлаждение ухудшилось. Его следует почистить.

Далее, если фильтр чист (все вентиляционные отверстия не забиты), но температура повышается, необходимо проверить, все ли вентиляторы работают в корпусе (если самим разбирать страшно, то лучше пригласить специалиста). Если какие-то из них вышли из строя, то их стоит заменить или отремонтировать. Не стоит откладывать это на потом, потому что могут пострадать важные данные на Вашем диске! Часто вентиляторы начинают шуметь. Это значит, что пора готовиться к чистке или замене вентилятора. Чаще к чистке и смазке. Делается это очень просто.

Если все фильтра и вентиляторы в полном порядке, значит, готовимся к худшему – проблема в жестком диске. В данном случае, настоятельно рекомендую сразу обратиться к специалисту, чтобы тот сделать копию данных и выявил и устранил проблему (ремонтом или заменой диска). Что-то делать самому тут бессмысленно и крайне опасно.

2.2 Определение температуры дисков

Я делаю это при помощи утилиты HDDlife Pro (HDDlife for Notebooks, если у Вас ноутбук). Это очень простая в использовании утилита. Она на столько проста, что ее, по сути, и не надо никак использовать. Поставил и продолжай работать, как раньше. В случае чего, она сообщит о приближающейся беде.

Новая программа, которую я рекомендую для контроля за жесткими дисками.

Температура дисков под контролем - новая версия HDDlife

Вышла новая версия популярной утилиты HDDlife для контроля температуры жестких дисков. Как обычно, программа в двух вариантах: для обычного ПК и ноутбуков. Включает в себя такие функции как: контроль за температурой, контроль за здоровьем дисков (совокупность нескольких показателей системы S.M.A.R.T.), контроль свободного места на диске и его производительность.

Как я уже писал, программа на деле зарекомендовала себя с лучшей стороны, благодаря HDDlife я узнал о том, что мои диски перегреваются, и мой старый корпус мне не подходит. В результате сменил корпус на более современный, с правильной вентиляцией. Теперь все ОК, радуюсь.

Рисунок 2.1 - Интерфейс программы HDDlife

2.3 Опасности перегрева жестких дисков

Проблема нагрева, и соответственно, отвода тепла – одна из самых острых для современных жёстких дисков. Высокооборотный шпиндель, быстродействующий привод головок, и, наконец, плотный поток данных при операциях чтения и записи (до 100 Мбайт/с) требуют значительных затрат энергии. Типовые ЖД среднего класса (напомним, это форм-фактор 3.5″; скорость вращения 7200 об./мин и интерфейс PATA/SATA) потребляют 4-9 Вт в режиме простоя, и 8-18 Вт при активной работе – пересылке данных и поиске. Стартовая мощность при раскрутке шпинделя значительно выше (16-35 Вт), но такой режим кратковременен, до 10-15 сек, и на общий нагрев диска практически не влияет.

Вся эта мощность (с точностью до 1%) в конечном счете, выделяется в виде тепла, чем и объясняется значительный нагрев ЖД. А ведь он очень вреден для механики, и особенно для читающих головок – ключевого элемента всей конструкции. Многослойные тонкоплёночные магнитные резисторы реагируют как на магнитное поле, так и на температуру.

При длительном перегреве головки деградируют, их отдача (степень изменения сопротивления в зависимости от намагниченности) уменьшается, и, в конце концов, микропрограмма при всех математических ухищрениях не может распознать, что именно записано на пластине – 0 или 1. Это касается не только и не столько пользовательских данных: критически важные для работы сервометки и модули служебной зоны точно так же считываются всё хуже. Диск начинает стучать, неуверенно опознаётся и в итоге полностью выходит из строя.

Поэтому производители отмеряют нынешним ЖД сравнительно узкий диапазон рабочих температур: нагрев корпуса, измеренный в центре крышки, не должен превышать 60º, при температуре окружающей среды +5…55º, реже 0…60º(к примеру, обычные микросхемы выдерживают до 125º, а в сложнейших процессорах Intel Core 2 Duo встроенная термозащита срабатывает при 81º). Причём верхняя граница нагрева означает лишь то, что диск не выйдет из строя сразу и какое-то время проработает в таком тепловом режиме. Однако его ресурс будет расходоваться катастрофически быстро, и о сколько-нибудь приемлемой надёжности говорить не приходится.

Страницы: 1, 2, 3