ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
Современный накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) представляет собой сложное электронно-механическое устройство. Элементы накопителя размещены на электронной плате и гермоблоке .
Основным элементом, размещенным на электронной плате является микроконтроллер (специализированная микроЭВМ), который управляет работой всех устройств накопителя и организует связь с ЦП. Все данные подлежащие хранению размещаются на магнитном диске, который имеет следующую логическую организацию.
Структурная схема НЖМД
Виды дефектов магнитного диска НЖМД
Дефекты поверхности НЖМД делятся на следующие группы:
1. Физические дефекты, которые подразделяются на:
· Дефекты поверхности.
· Серво-ошибки
· Аппаратные BAD'ы.
2. Логические дефекты, которые подразделяются на:
· Исправимые логические дефекты (софт-бэды)
· Неисправимые логические ошибки.
· «Адаптивные» бэды.
Дефекты поверхности. Возникают при механическом повреждении магнитного покрытия внутри пространства сектора, например из-за царапин, вызванных пылью, старением блинов или небрежным обращением с винтом.
Такой сектор должен быть помечен как негодный и исключен из обращения.
Серво-ошибки. По сервометкам происходит стабилизация скорости вращения двигателя и удержание головки на заданном треке, независимо от внешних воздействий и тепловой деформации элементов. Однако в процессе эксплуатации диска, некоторые сервометки могут оказаться разрушены. Если плохих сервометок станет слишком много, в этом месте начнут происходить сбои при обращении к информационной дорожке: головка, вместо того, чтобы занять нужное ей положение и прочитать данные, начнет шарахаться из стороны в сторону. Наличие таких ошибок часто сопровождается стуком головок, зависанием накопителя и невозможностью исправить его обычными утилитами. Устранение таких дефектов возможно только специальными программами, путем отключения дефектных дорожек, а иногда и всей дисковой поверхности.
Самостоятельно НDD восстановить сервоформат не может, это делается только на заводе.
Аппаратные BAD'ы. Возникают из-за неисправности механики или электроники накопителя. К таким неполадкам относятся:
• обрыв головок;
• смещение дисков;
• погнутый вал в результате удара;
• запыление гермозоны;
• различные «глюки» в работе электроники.
Ошибки такого типа обычно имеют катастрофический характер и не подлежат исправлению программным путем.
Исправимые логические дефекты (софт-бэды): появляются, если контрольная сумма сектора не совпадает с контрольной суммой записанных в него данных. Возникает из-за помех или отключения питания во время записи, когда HDD уже записал в сектор данные, а контрольную сумму записать не успел. При последующем чтении такого «недописанного» сектора произойдет сбой: винт сначала прочитает поле данных, потом вычислит их контрольную сумму и сравнит полученное с записанным. Если они не совпадут, контроллер накопителя решит, что произошла ошибка и сделает несколько попыток перечитать сектор. Если и это не поможет (а оно не поможет, так как контрольная сумма заведомо неверна), то он, используя избыточность кода, попытается скорректировать ошибку, и если это не получится - винт выдаст ошибку внешнему устройству. Со стороны операционной системы это будет выглядеть как BAD.
Неисправимые логические ошибки. Это ошибки внутреннего формата винчестера, приводящие к такому же эффекту, как и дефекты поверхности. Возникают при разрушении заголовков секторов, например из-за действия на винт сильного магнитного поля. Но в отличие от физических дефектов, они поддаются исправлению программным путем. А неисправимыми они названы только потому, что для их исправления необходимо сделать «правильное» низкоуровневое форматирование, что обычным пользователям затруднительно из-за отсутствия специализированных утилит.
«Адаптивные» бэды. Несмотря на то, что винты является очень точными устройствами, при их массовом производстве неизбежно возникает разброс параметров механики, радиодеталей, магнитных покрытий и головок. Поэтому все современные винты при изготовлении проходят индивидуальную настройку, в процессе которой подбираются такие параметры электрических сигналов, при которых устройству работается лучше. Эта настройка осуществляется специальной программой при технологическом сканировании поверхности. Пи этом генерируются так называемые адаптивы - переменные, в которых содержится информация об особенностях конкретного гермоблока. Адаптивы сохраняются на дисках в служебной зоне, а иногда во Flash-памяти на плате контроллера.
В процессе эксплуатации винта адаптивы могут быть разрушены разрушены «Адаптивные» бэды отличаются от обычных тем, что они «плавающие». Лечатся адаптивные бэды прогоном selfscan'а - внутренней программы тестирования, аналогичной той, что применяется на заводе при изготовлении винтов. При этом создаются новые адаптивы, и винт возвращается к нормальному состоянию. Это делается в условиях фирменных сервис-центров.
Неисправности аппаратной части НЖМД их характер проявления, методика их устранения
Типовые причины возникновения неисправностей аппаратной части НЖМД можно условно разделить на следующие группы:
• Неисправности из-за естественного старения НЖМД;
• Неисправности, обусловленные неверным режимом эксплуатации;
• Неисправности, связанные с ошибками в конструкции.
• Неисправности из-за естественного старения НЖМД.
Неисправности из-за естественного старения НЖМД
При правильной эксплуатации с соблюдением всех технических требований в качественно изготовленном накопителе наблюдается процесс естественного старения. Сильнее всего ему подвержены магнитные диски.
Во-первых, со временем ослабевает намагниченность минимальных информационных отпечатков, и те участки дисков, которые раньше читались без проблем, начинают считываться не с первого раза или с ошибками.
Во-вторых, происходит старение магнитного слоя дисков.
В-третьих, на пластинах появляются царапины, сколы, трещины и пр. Все это приводит к появлению поврежденных секторов. Процесс нормального старения дисков достаточно длительный и обычно растягивается на 3...5 лет.
Следует отметить, что для НЖМД наиболее благоприятным является непрерывный режим работы, а не старт/стопный. Поэтому довольно долго служат накопители в постоянно работающих серверах, расположенных в специальном помещении или стойке, где поддерживаются нормальные климатические условия.
Неисправности, обусловленные неверным режимом эксплуатации
Являются наиболее распространенная причина отказов НЖМД к основным разрушающим факторам которого относятся:
• перегрев,
• ударные нагрузки
• скачки напряжения питания.
Важным температурным показателем является скорость изменения температуры, которая не должна превышать 20°С/час в рабочем состоянии и 30°С/час в нерабочем. Превышение скорости разогрева очень опасно для механики накопителей и называется термическим ударом. Механические воздействия на гермоблок губительны для прецизионных механических частей накопителя. Ударное воздействие на гермоблок вызывает колебания головок, которые производят серию ударов по поверхности дисков, что неизбежно приводит к механическим повреждениям пластин и головок.
Серьезную опасность для электронной части НЖМД может представлять некачественный блок питания персонального компьютера. Напряжения питания должны находиться в пределах +5 В ± 5% и +12 В ± 10% при допустимой амплитуде пульсаций 100 мВ и 200 мВ соответственно.
Неисправности, связанные с ошибками в конструкции
В последнее время качество НЖМД снизилось, о чем свидетельствует значительное сокращение гарантийного срока эксплуатации основными производителями.
Плохой контакт в игольчатом разъеме, соединяющем плату электроники и микросхему предусилителя на блоке головок. В результате плохого контакта в разъеме происходит запись неверной информации в технологические байты сектора, например в поле CRC-кода. Этот дефект может привести к повреждению служебной информации, восстановить которую накопитель при следующем включении питания не сможет.
Некачественная пайка микросхем на заводе-изготовителе. Такие дефекты проявляются примерно через год эксплуатации накопителя, когда во время нормальной работы накопитель вдруг выключается и больше не запускается («зависает») либо начинает «стучать» головками, что может привести к повреждению механики и/или служебной информации.
Некачественные микросхемы, которые выходят из строя при длительном нагреве, не превышающем допустимые пределы. Дефект можно исправить заменой микросхемы.
Несовершенная конструкция гидродинамического подшипника, приводящая к возникновению в полости смазки частиц стружки и, как следствие, заклиниванию шпиндельного двигателя.
Некачественное крепление диска на шпинделе, в результате чего биение диска постоянно возрастает и вызывает разрушение подшипника в шпиндельном двигателе; появляется шум при работе накопителя, а через некоторое время - дефектные секторы, поскольку из-за биения диска «дальние» дорожки начинают плохо считываться.
Некачественные микросхемы ЭППЗУ (flash), которые могут потерять хранимую в них микропрограмму вследствие утечки заряда при нагреве. Перезаписать ПЗУ можно на специальном программаторе либо в технологическом режиме работы накопителя. Ошибки в микропрограмме управления накопителем. Производители накопителей не публикуют информацию о характере ошибок и их последствиях, но обновления микропрограмм выпускают достаточно регулярно. Симптомы неисправности диска
Первая и самая популярная - при подаче питания на диск с ним не происходит вообще ничего, он полностью молчит и даже не раскручивает шпиндельный двигатель, либо пытается это делать, но не набирает нужные обороты. Подобный симптом может присутствовать оттого, что заклинило сам двигатель, либо головки упали на диск и прилипли к нему (такое бывает практически на всех современных дисках, т.к. головки идеально отполированы и возникает эффект диффузии).
Вторая неисправность - диск нормально раскручивается, но отсутствует распарковка головок - характерный тихий щелчек. Подобное возникает редко, т.к. часто управление позиционированием головок (сервосистема) и трехфазный генератор для шпиндельного двигателя размещены на одном кристалле, и если и выходит из строя, то как правило все сразу или распарковки не происходит потому, что оборвалась катушка позиционирования на блоке головок.
Третья неисправность - диск нормально рекалибруется при включении питания и не издает посторонних звуков, но при этом не определяется в BIOS, а название модели не соответствует тому, которое написано на самом диске, либо в названии присутствуют непонятные символы. В таком случае очень часто бывает неисправен главный интерфейсный чип на плате электроники. Производить запись на такой накопитель категорически не рекомендуется, т.к. в следствие неисправности шины данных можно повредить данные на диске. Четвертая неисправность - связанная с дефектом микросхем, которые деградируют от постоянных тепловых расширений (температурного градиента). Проявляется неисправность в основном с прогревом, т.е. какое то время диск отлично работает, а затем начинает скрежетать , стучать или останавливать двигатель.
Неисправности аппаратной части НЖМД IDE можно разделить на следующие группы:
- неисправность начальной инициализации;
- неисправность схемы управления шпиндельным двигателем;
- неисправность схемы управления позиционированием;
- неисправность канала чтения-преобразования данных;
- неисправность канала записи, схемы предкомпенсации данных;
- разрушение служебной информации.
Неисправности начальной инициализации приводят, как правило, к полной неработоспособности накопителя. В НЖМД с такой неисправностью очень часто даже шпиндельный двигатель не запускается (в следствие того, что управляющий микропроцессор не выдаст разрешение на запуск) или запускается, затем останавливается и снова запускается и т.д., но во всех случаях НЖМД не формирует код 50Н в регистре состояния.
Основные причины, по которым управляющий микропроцессор накопителя не может выполнить начальную инициализацию:
- неисправность схемы сброса;
- неисправность кварцевого тактового генератора;
- разрушение управляющей микропрограммы в памяти программ;
- неисправность управляющего микропроцессора;
- неисправность однокристального микроконтроллера.
Контрольні запитання
1. Какие основные элементы НЖМД расположенные в гермоблоке и их каково назначение?
2. Какие основные элементы НЖМД расположенные на электронной плате и их каково назначение?
3. Каковы основные виды неисправностей аппаратной части НЖМД и каковы причины их возникновения?
4. Каковы основные дефектов магнитных дисков НЖМД и каковы причины их возникновения?
5. Какова методика диагностирования НЖМД?
6. Какова причина появления софт-бедов?
7. Какова причина возникновения адаптивных бедов?