Восстановление данных и устройство жесткого диска.
1. Введение
2. Цель
3. Устройство жесткого диска:
- плата электроники (контроллер)
- гермозона
- блок магнитных головок
- шпиндельный двигатель
- магнитный диск
- служебная информация
4. Заключение
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время существует много источников информации, где можно найти сведения об устройстве жесткого диска (он же винчестер, «хард», НЖМД, «винт»). Самый простой и доступный - это, конечно же, Интернет. Для этого необходимо в строке запроса любого из поисковиков набрать «устройство жесткого диска». В полученных результатах Вы найдете статьи различного уровня описания устройства: от самых простых и схематичных описаний до сложных «сухих» технических статей о каждом элементе жесткого диска. Преследуемая цель каждой такой статьи - описание каких-то технических решений, применяемых при изготовлении винчестеров, ознакомление с техническими характеристиками, рекомендации по выбору жесткого диска для применения его в повседневной жизни и т.д. Но мы, как говориться, «пойдем другим путем». В дальнейшем речь пойдет не только об элементах жесткого диска, составляющих его конструкцию, но и об их роли в процессе восстановления данных, то есть насколько критична поломка того или иного элемента для восстановления информации с жесткого диска.
Для начала давайте определимся, что такое восстановление данных или восстановление информации. Как правило, под термином ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДАННЫХ подразумевается предоставление пользователю информации с его носителя, в том случае, когда он САМ этого сделать не может по причине «неисправности» жесткого диска (сгорела плата электроники, неисправен блок магнитных головок, заклинивание двигателя, появление сбойных секторов, разрушение файловой структуры, случайно или преднамеренно удалили или отформатировали, некорректная работа различных программ).
ЦЕЛЬ
Цель представленной вашему вниманию статьи – рассмотреть основные элементы конструкции НЖМД и объяснить «на пальцах», как работает жесткий диск. Вы спросите: «Каков мотив?» Предостеречь пользователя, в целях обеспечения сохранности его же данных, от необдуманных и нежелательных действий при самостоятельных попытках восстановления информации.
УСТРОЙСТВО ЖЕСТКОГО ДИСКА
Весь винчестер, как устройство, делится на две крупные составляющие: плату электроники и гермозону или «банку», внутри которой уже находятся магнитные диски, блок магнитных головок, шпиндельный двигатель.
Рис.1 Внешний вид жесткого диска фирмы MAXTOR.
ПЛАТА ЭЛЕКТРОНИКИ (КОНТРОЛЛЕР)
Плата электроники или контроллер на жестком диске, по-сути, маленький компьютер.
Рис.2 Внешний вид платы электроники (контроллера) жесткого диска фирмы MAXTOR.
На плате у современных винчестеров можно найти процессор, память (ОЗУ), ПЗУ. Процессор занимается обработкой полученных с головок данных и преобразованием их в понятный компьютеру «язык» - ATA стандарт. Делает он это, как и компьютер в оперативной памяти ОЗУ. ПЗУ нужно для старта, как БИОС на материнской плате. Чем занимается микросхема управления двигателем понятно из её названия. При включении плата контроллера считывает служебную информацию и если она корректна, то жесткий диск начинает работу. Но что делать, если плата электроники выходит из строя и, как следствие, нет доступа к документам, фотографиям и пр., ведь жесткий диск сломался? Конечно же, в состоянии аффекта возникает «здоровое» желание поменять эту злополучную плату на аналогичную от жесткого диска «донора», ведь они так похожи, и считать свою информацию. Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. Как известно прогресс не стоит на месте, и производители жестких дисков постоянно усовершенствуют свою продукцию, вносят изменения в технологию изготовления жестких дисков и, как следствие, появляются новые линейки моделей винчестеров, которые отличаются плотностью записи, прошивкой, конструкцией отдельных узлов, схемотехникой платы электроники. Именно по этой причине на большинстве жестких дисках контроллеры имеют тонкие настроечные параметры и не взаимозаменяемы. Следовательно, вывод: не обладая полной информацией о взаимозаменяемости контроллеров на жестких дисках, неквалифицированные самостоятельные попытки восстановления данных в случае замены платы электроники могут не только усугубить причину поломки, но и значительно снизить шансы на успешное восстановление информации с НЖМД.
ГЕРМОЗОНА
Вокруг гермозоны ходят слухи, а также бытует мнение, что внутри жесткого диска находится вакуум. Да, да именно вакуум. В своей профессиональной деятельности, довольно часто приходится сталкиваться с вопросом, что-то вроде: «А как же вы будете вскрывать жесткий диск? Там же вакуум?»
Рис.3 То, что скрывается под крышкой жесткого диска фирмы MAXTOR.
В определенной степени такое мнение формирует само название гермозона. Так что же там? Давайте разберемся. Гермозона (герметичная зона) - полость жесткого диска, ограниченная «банкой» и крышкой, внутри которой находиться очищенный от частиц пыли воздух. Герметична эта зона именно для того, чтобы не допустить попадания пыли внутрь винчестера. Однако сказать, что у всех HDD она абсолютно герметична тоже не совсем правильно, так как в конструкции некоторых жестких дисков присутствует специальное технологическое отверстие с очищающим фильтром для доступа воздуха и выравнивания давления (см. фото).
Рис.4 Отверстие в крышке жесткого диска фирмы Western Digital
Обеспечение чистого беспыльного пространства внутри жесткого диска необходимое условие для поддержания работоспособности жесткого диска. Именно поэтому БЕЗ КРАЙНЕЙ НЕОБХОДИМОСТИ НЕ ВСКРЫВАЙТЕ ВИНЧЕСТЕР.
БЛОК МАГНИТНЫХ ГОЛОВОК
Следующий элемент в конструкции жесткого диска, который мы рассмотрим, это блок магнитных головок или БМГ. Блок магнитных головок называется блоком потому, что конструктивно, кроме самих головок чтения-записи на нем расположена микросхема предварительного усилителя-коммутатора, которая усиливает сигнал, получаемый при чтении информации с магнитного диска. Все это выполнено в виде единого блока (см. фото).
Рис.5 Внешний вид блока магнитных головок
Во время чтения-записи головки «парят» над поверхностью магнитного диска на воздушной подушке, образованной от скорости вращения диска, и если в этот зазор попадет пылинка, головки могут удариться о поверхность и сгореть от трения и/или проделать царапину. Именно поэтому еще раз напомню: обеспечение чистого беспыльного пространства внутри жесткого диска необходимое условие для поддержания работоспособности жесткого диска. В гермозоне жесткого диска БМГ крепятся с двух сторон: к корпусу и крышке. У некоторых винчестеров очень чувствительный механизм работы и нарушение оси крепления блока головок приводит к нестабильной работе и поломке. Так, например, у винчестеров фирмы Western Digital достаточно открутить винты на крышке, чтобы жесткий диск перестал работать. А как же ломается блок магнитных головок? При выходе из строя «головок», в подавляющем большинстве случаев, при включении жесткого диска слышны методичные стучащие звуки. Эти звуки происходят оттого, что БМГ не может прочитать служебную информацию, находящуюся на магнитном диске (или, как его называют на жаргоне, «блине»), по причине неисправности либо усилителя-коммутатора, либо головки чтения из блока магнитных головок, либо повреждения магнитного слоя «блина» (как показано на фото),что бывает при задирании или отрыве головки. В последнем случае, как правило, восстановление данных не представляется возможным (по крайней мере, в настоящее время; а создание устройства альтернативного чтения поверхности «блина» при его повреждении экономически не обосновано). А как же восстановить информацию при неисправном БМГ? Для этого производят замену блока магнитных головок целиком либо перепаивают коммутатор, если это возможно. Опасность выхода из строя блока магнитных головок заключается в том, что они находятся в непосредственной близости от магнитного слоя и возможно его повреждение.
Рис.6 Поврежденная поверхность магнитного диска
И еще. В современных носителях в БМГ стоит несколько головок чтения-записи и плотность записи настолько велика, что серьезно осложняет операцию по замене головок в связи с уменьшением ширины трека для позиционирования БМГ. Ниже приведены фотографии сделанные по заказу нашей лаборатории с помощью зондового микроскопа, на которых представлены снимки поверхности магнитного диска с различной степенью плотности. Как говориться: «Почувствуйте разницу».
20 Гб
160 Гб
Рис.7 Поверхность магнитного диска под микроскопом
Необходимо сказать несколько слов о и двигателе, на котором находится пакет магнитных дисков. Как это нестранно, он тоже иногда выходит из строя. Одной из распространенных поломок является заклинивание двигателя или выход из строя обмоток двигателя, что приводит к невозможности раскручивания пакета блинов до нужных оборотов при исправных остальных элементах жесткого диска. Как же решается эта проблема? Очевидное решение это переставить «блины» в другой такой же диск, при этом важно не нарушить положение одного диска относительно другого. Но эта операция не так проста, как кажется на первый взгляд в силу особенностей конструкции крепления магнитный дисков. Именно этим и обуславливается высокая стоимость по восстановлению данных в большинстве фирм при такой неисправности.
МАГНИТНЫЙ ДИСК
Этот элемент в конструкции жесткого диска является той самой «ахиллесовой пятой», повреждение которой неминуемо приводит к потере информации. Под повреждением здесь необходимо понимать не только механические царапины и запилы (см. Рис.4), но и отпечатки пальцев, после неквалифицированного вскрытия гермозоны жесткого диска, гарь от сгорания предусилителя-коммутатора, появление сбойных секторов и т.д. Сохранение целостности поверхности магнитного диска необходимое условия для проведения работ по восстановлению данных.
Магнитный диск представляет собой алюминиевую пластину (иногда стеклянную, как у винчестеров фирмы IBM) круглой формы размером примерно как компакт-диск.
Рис.8 Магнитный диск
На поверхности диска находиться магнитный слой, который и служит основой для записи информации. Изначально поверхность «блина» абсолютно «лысая», то есть магнитные домены ни как не ориентированны.
Рис.9 Поверхность чистого магнитного диска
Для ориентирования блока магнитных головок на магнитный диск наносятся специальные метки - серво-метки. Это осуществляется «родным» блоком магнитных головок, который управляется в свою очередь внешним устройством, называемым серво-врайтером. После того как поверхность размечена, винчестер уже может сам писать и читать поверхность. Тот момент, что серво-метки записаны «родными» головками после сборки, делает конструкцию достаточно уникальной, в том смысле, что если требуется замена головок, то новые головки необходимо подбирать от аналогичного винчестера, но при этом они могут немного не подходить и не попадать по старым серво-меткам. Поэтому иногда для восстановления данных приходиться менять блок магнитных головок несколько раз. И еще. При больших объемах винчестера в него устанавливается несколько магнитных дисков, которые закрепляются на шпиндельном двигателе, и образуют пакет «блинов». Соответственно и роспись серво-меток происходит по всем «блинам» одновременно, и смещение их (магнитных дисков) относительно друг друга после этого недопустимо. А если приходиться переставлять диски из-за заклинивания шпиндельного двигателя, то только целым пакетом.
СЛУЖЕБНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
В завершении же хочется сказать несколько слов о составляющей, которая конструктивно не выделена, но занимает не последнее место в обеспечении работоспособности жесткого диска. Это служебная информация или, как её многие называют, нулевая дорожка. Состоит служебная информация из модулей, целостность которых критична для работоспособности винчестера. Каждый из них имеет свое назначение: паспорт диска, серийный номер, таблица дефектов, состояние S.M.A.R.T. и т.д. Это своего рода ОС винчестера – программа благодаря которой винчестер работает. При включении плата управления винчестера считывает эти модули и если они испорчены, то НЖМД не будет работать. Такой вид неисправности на жаргоне ремонтников называется «cлетела служебка».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Жесткий диск конструктивно сложное устройство. Механическая составляющая винчестера это слабое звено во всем системном блоке. Ведь если остальные элементы компьютера можно безболезненно поменять, купив новые, то жесткий диск так просто не заменишь, ведь на нем хранится информация (это не касается файлов операционной системы, которую можно переустановить). Не смотря на то, что некоторые компании занимаются разработкой альтернативных носителей информации, в которых не будет механических элементов, все же в настоящее время отказываться от производства жестких дисков на основе магнитного принципа записи никто не собирается. Подтверждением тому служит появление винчестеров использующих перпендикулярный принцип записи, что позволило добиться более высокой плотности записи. Вследствие этого уже появились НЖМД емкостью в 1 Тб.
Если же Вам все-таки «посчастливилось» столкнуться с потерей важной информации, стоит трезво оценить, как устранять данную неприятность: обратиться в специализированную лабораторию восстановления данных или полагаться на собственные силы и знания. Ведь это тоже самое, что обратиться к врачу в случае болезни или заниматься самолечением. Результат очевиден. Но от потери информации существует универсальное лекарство. И пока пользователи персональных компьютеров не будут пользоваться резервным копированием, компании занимающиеся восстановлением данных не останутся без работы.