Руководители технических отделов и ИТ-специалисты иногда и не подозревают об истинных причинах выхода из строя винчестеров, а также о некоторых очевидных, и не очень, правилах обращения с ними. Как предотвратить поломки винчестеров и связанные с этим потери хранящейся на них информации?

    Термин накопитель на жестких магнитных дисках, а именно это устройство обычно и называют винчестером, - сегодня на слуху практически у всех. Именно на винчестере хранится и с него загружается в оперативную память компьютера его операционная система.
   Полностью закрытая металлическая коробочка винчестера вызывает подсознательную ассоциацию с чем-то очень надежным и крепким, что может послужить поводом для небрежного обращения с ним. В этом случае поломки устройства и потери информации неизбежны.
    Для того чтобы лучше понять возможные причины возникновения неисправностей винчестера, имеет смысл сначала ознакомиться с конструкцией и принципом работы жесткого диска. 

      Что там внутри?

    В основе функционирования винчестера лежит принцип магнитной записи/считывания сигналов на вращающийся диск, покрытый магниточувствительным рабочим слоем. Каждая сторона диска, покрытая рабочим слоем, называется рабочей поверхностью. 
    При записи цифровые данные преобразуются в аналоговые электрические сигналы, создающие с помощью головки записи участки с различной намагниченностью, расположенные вдоль окружности (так называемые треки или дорожки) по всей рабочей поверхности вращающегося диска. Размеры участков и расстояние между соседними дорожками определяют поверхностную плотность записи данных. 
    При чтении участки диска движутся под магнитной головкой и индуцируют в ней электрические сигналы, которые преобразуются в цифровые данные.
    Типичный современный накопитель на жестких дисках состоит из блока (пакета) дисков, шпиндельного двигателя привода вращения дисков, блока головок записи/чтения и предусилителя-коммутатора головок и печатной платы с электронными схемами управления (контроллер).
   В нерабочем состоянии головка прижимается поводком к поверхности диска в специальной нерабочей зоне, называемой зоной парковки. Старые винчестеры требовали выполнения специальной операции "парковки" головок, инициируемой программным обеспечением.
   В современных винчестерах операция вывода головок в зону парковки выполняется автоматически при снижении скорости вращения двигателя ниже номинальной или при пропадании напряжения питания, а вывод головок в рабочую зону разрешается только после достижения номинальной скорости вращения дисков. Зазор между головкой и поверхностью диска в современных винчестерах составляет несколько сотых долей микрометра. 

      Аэродинамика жесткого диска 

Царапины на диске: на это место уже никогда ничего не запишешь

    Для увеличения плотности записи зазор между поверхностью диска и головкой необходимо уменьшать до минимума. В современных винчестерах эта задача решается с использованием аэродинамической подъемной силы, создаваемой потоком воздуха, который увлекает за собой вращающаяся рабочая поверхность диска. Для возникновения подъемной силы рабочим поверхностям головок придают специальную форму в виде крыла. Для того чтобы головка не "улетала" далеко от поверхности диска, она закрепляется на пружинящем поводке. 

Время собирать камни

      Головка - всему голова

    В очень большой степени максимальная плотность записи зависит от конструкции и характеристик головок записи/чтения. Раньше в винчестерах использовались магнитные головки, представляющие собой миниатюрные катушки индуктивности, намотанные на магнитном сердечнике. 
   Позднее стали использовать тонкопленочные магнитные головки, а в современных винчестерах используются высокочувствительные магниторезистивные головки чтения, основанные на эффекте анизотропии некоторых полупроводниковых материалов в магнитном поле, конструктивно объединенные с тонкопленочными головками записи. В современных винчестерах используется система позиционирования головок с поворотной подвижной катушкой, помещенной в зазоре мощного постоянного магнита, которая и является исполнительным элементом системы позиционирования. 
    В основе этой системы лежит предварительная запись (при изготовлении винчестера) специальных цифровых последовательностей, которые называются сервометками, в специально отведенных для этого секторах на каждой дорожке. Во время работы контроллер винчестера ориентируется на эти сервометки, вырабатывая управляющие сигналы, подаваемые в подвижную катушку, и поворачивает головку таким образом, чтобы она установилась точно над дорожкой, а затем удерживает ее на этой дорожке до поступления команды о переводе головки в новое положение.
 

      То, что работает - может поломаться

   Столь сложная конструкция винчестера имеет много "узких" мест, которые могут стать причиной возникновения различных неполадок. В основном они связаны с естественным износом механических узлов и старением электронных компонент накопителей в силу их ограниченной надежности. Обычно декларируемое производителями среднее время безотказной работы от 0,5-1 млн часов (непрерывная работа винчестера от 57 до 114 лет) является характеристикой скорее теоретической, чем практической. 
    С течением времени намагниченность рабочего слоя постепенно ослабевает. Качество записи файлов пользователя практически не ухудшается, т. к. они обычно периодически перезаписываются, но сервометки, служебные метки секторов, данные в инженерной зоне записываются изготовителем один раз и навсегда. Поэтому спустя несколько лет могут возникнуть проблемы с доступом к данным, вызванные магнитным затуханием служебной информации. 
    В условиях сервисного центра можно перезаписать инженерную зону и восстановить таблицы дефектов без потери данных пользователя, но восстановить сервометки без разрушения данных не сможет даже изготовитель диска. 
    В процессе эксплуатации происходит медленное разрушение магнитной поверхности диска, начинают появляться новые сбойные секторы, что приводит к так называемому вырождению магнитной среды. Об ошибках такого рода свидетельствуют периодически возникающие ошибки чтения/записи. 
    Износ или повреждение подшипников шпиндельного двигателя приводит к тому, что пластины начинают слегка покачиваться. Это приводит к попеременному увеличению/уменьшению расстояния между головками и поверхностями дисков, что является причиной роста числа "мягких" ошибок и увеличению вероятности падения головок на поверхности дисков. 
    Если двигатель винчестера начал шуметь или прослушиваются периодические удары механизма позиционирования головок об ограничители - значит довольно скоро можно ожидать лавинообразных отказов в работе винчестера. Информацию при таких авариях в большинстве случаев удается спасти, но о ремонте самого винчестера и его дальнейшей эксплуатации не может быть и речи. 

      Броски питания

   Нестабильность напряжения питания может привести к сбою работы электроники контроллера винчестера и породить магнитный "удар", воздействующий на рабочую поверхность дисков. Нередки также случаи "выгорания" контроллеров винчестеров, что приводит к еще более тяжелым последствиям - не срабатывает электронный механизм автопарковки (возвратные пружины на позиционерах - большая редкость) и головки приземляются на поверхность диска не в зоне парковки, а в рабочей зоне, что приводит к повреждению как рабочих поверхностей диска, так и самих головок.
    Колебания (броски) питающих напряжений - это еще одна причина потери информации и даже работоспособности винчестеров. Однако это легко может быть предотвращено самим пользователем путем использования источника бесперебойного питания со стабилизацией напряжения.

      Еще один сгорел на работе

    Частой причиной выхода винчестеров из строя является нарушение его температурного режима работы. Скорости вращения пакетов дисков достигают 10 000 об/мин, а для улучшения динамических характеристик применяются достаточно мощные шпиндельные двигатели и приводы позиционирования, которые выделяют значительное количество тепла. Кроме того, тепло выделяет опорный подшипник.
   Если винчестер размещен в корпусе вплотную к другим накопителям или приводам CD-ROM, то он не имеет эффективного охлаждения, что приводит к его перегреву. Последствия этого могут быть самыми тяжелыми - заклинивание шпиндельного двигателя с одновременным выходом из строя силовых элементов контроллера, повреждение рабочего слоя дисков накопителя, прилипание головок к поверхности в зоне парковки при остывании винчестера после его выключения и последующий их обрыв при включении.
 

Чистота - залог здоровья Фильтр рециркуляции: уборщик мусора внутри камеры диска    Пакет дисков с двигателем и блок головок размещаются в специальном герметичном металлическом корпусе со съемной крышкой, который называется гермоблоком, или камерой. Ее внутренний объем не изолирован от внешней среды - обязательно предусматривается возможность перетока воздуха снаружи в камеру и наоборот. Это необходимо для поддержания постоянного давления внутри камеры при его изменении в результате изменения температуры воздуха внутри камеры и выравнивания его с внешним давлением для предотвращения деформаций корпуса.Делается это с помощью так называемого барометрического фильтра, размещаемого внутри камеры. Этот фильтр способен задерживать частицы, размер которых превышает величину рабочего зазора между головкой и поверхностью диска. Так что в отношении проникновения внутрь камеры посторонних частиц, способных при попадании в рабочий зазор повредить рабочую поверхность и головку, можно говорить о герметичности камеры.    Кроме того, в камере винчестера обязательно размещается фильтр рециркуляции, предназначенный для улавливания частиц, которые, несмотря на все принимаемые меры, могут возникать внутри камеры, например за счет осыпания поверхности дисков при "взлетах" и "посадках' головок в зоне парковки или проникать внутрь камеры через барометрический фильтр. Место расположения фильтра рециркуляции выбирается с учетом движения воздушного потока и возможных траекторий движения частиц таким образом, чтобы обеспечить максимальную степень очистки воздушного потока внутри камеры.    Так как попадание посторонних частиц внутрь камеры абсолютно недопустимо, сборка винчестеров производится только в специальных "чистых помещениях", оборудованных дорогостоящими фильтровентиляционными установками тонкой очистки воздуха - в кубическом футе воздуха может быть не более 100 частиц (пылинок) размером более 0,5 мкм.

      Достукались 

   Как показывает многолетний опыт восстановления информации с различных типов носителей, основной причиной выхода из строя жесткого диска и потери записанной на нем информации является группа факторов, связанная с некорректными действиями самих пользователей. Например, вследствие ударов, встрясок и вибраций нарушается балансировка и центровка дисков. Даже если накопитель сохранил работоспособность после механического воздействия, то нарушение балансировки дисков приводит к появлению вибрации, ускоренному износу опорных подшипников, перегреву камеры накопителя и в конечном итоге к преждевременному выходу его из строя.
   В нерабочем состоянии для накопителя особенно опасны радиальные удары. Как правило, такие удары приводят к полной потере работоспособности накопителя и исключению возможности его дальнейшей эксплуатации. В отдельных случаях возможно восстановление информации с такого накопителя, однако его дальнейшая эксплуатация практически исключается. 
   Для накопителя, находящегося в рабочем состоянии, одинаково опасны как радиальные, так и осевые механические воздействия. Последние могут возникнуть даже из-за таких, казалось бы, незначительных причин, как случайный толчок корпуса компьютера, падение на стол папки с документами или удар кулаком по столу.
    Головки "летят" над диском на высоте всего лишь 0,1-0,12 мкм - нужен ли сильный удар для сокращения этого расстояния до нуля? Дорожка движется под магнитной головкой со скоростью 90-125 км/час - представили силу удара при столкновении? 1 мм дорожки - это около 2 КБ данных, - ощутили потери? 
   Даже если повреждение невелико, выбитые при ударе частицы магнитной среды еще долго будут летать внутри корпуса диска, создавая опасность новой аварии, а большая часть мелких частиц вообще не улетает с диска, оставаясь "примагниченной" к его поверхности и приводя к дальнейшему разрушению рабочей поверхности. 
   Кроме того, при соприкосновении головки с поверхностью диска происходит мгновенный перегрев головки. Совместно с радиальным механическим воздействием на головку это, как правило, приводит к обрыву головки.

      Без скафандра

Места разгерметизации камеры винчестера: применение грубой силы недопустимо ни при каких работах с жестким диском

   К таким же фатальным последствиям может приводить и разгерметизация камеры. Герметизация камер некоторых моделей накопителей (например, моделей фирм Western Digital, Seagate, некоторых моделей фирмы Quantum) обеспечивается с помощью специальной липкой ленты, наклеиваемой по периметру корпуса камеры винчестера. 
   Такие накопители требуют особенно бережного отношения при хранении, транспортировке и особенно при монтаже накопителя в корпусе компьютера, т. к. при установке таких дисков в узкие карманы некоторых корпусов компьютеров или при неправильном их закреплении возможна непреднамеренная разгерметизация камеры.
    Некоторые модели накопителей имеют технологические отверстия, закрываемые специальными наклейками, которые могут быть повреждены при невнимательном и небрежном обращении с накопителем. 
   В случае разгерметизации камеры причиной фатальных последствий является обычная пыль, воздействие которой приводит к постепенному разрушению рабочего слоя поверхности дисков и обрыву головок. Диски с разгерметизированной камерой практически непригодны для дальнейшей эксплуатации.

      Не умеешь - не лезь

   Последствия физических неисправностей накопителей, возникших как по естественным причинам, так и вследствие некорректных действий пользователей, очень часто усугубляются неквалифицированными попытками восстановления работоспособности диска. Максимально корректное и полное восстановление информации с поврежденного накопителя лучше всего выполнят в сервисном центре, оснащенном специальным технологическим оборудованием и оснасткой для проведения такого рода работ. 
    Одной из наиболее частых ошибок, допускаемых пользователями либо случайными "любителями помастерить", является вскрытие камеры накопителя в абсолютно недопустимых для этого условиях, что не только ничему не помогает, но и практически в 100 % случаев приводит к невозможности полного восстановления информации и тем более к дальнейшей эксплуатации такого диска.

      Правильно подключайте

   Неверное подсоединение кабелей питания (обычно вследствие перепутывания проводов соединителя питания, либо механического разрушения обойм соединителей) практически всегда приводит к полному выходу из строя электронных компонентов накопителя, в том числе и предусилителя-коммутатора, расположенного в камере накопителя. 
   Часто встречаются случаи неверного подключения интерфейсных кабелей (особенно в моделях накопителей и материнских плат с неявно выраженным ключом соединителя). Последствия такой "операции" трудно предсказуемы. Иногда она проходит без фатальных последствий для накопителя и материнской платы, а иногда - приводит к выходу из строя контроллера накопителя либо интерфейса материнской платы компьютера.

      Предотвращение непоправимого

    В большинстве современных винчестеров реализована технология самотестирования SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology). Ее суть заключается в том, что винчестер самостоятельно диагностирует свое состояние, заранее предупреждая о предаварийном состоянии. Большинство SMART HDD контролирует от 3 до 30 атрибутов надежности, например, количество позиционирований головок, высоту их полета над поверхностью диска, число переназначений сбойных секторов, число ошибок позиционирования и т. п. 
   Для предупреждения потери информации, связанной с возможностью естественного выхода накопителей из строя, можно рекомендовать ряд простых и в то же время достаточно эффективных мер, которые, в общем-то, широко известны, однако не всегда применяются пользователями на практике.
    К таким мерам, прежде всего, относится регулярное и систематическое создание резервных копий или архивирование важной текущей информации на резервном носителе. Кроме того, большую пользу может принести регулярное применение диагностического ПО и программ дефрагментации (например Norton Utilities).
    Регулярная диагностика поможет своевременно заметить постепенный отказ накопителя, основными симптомами которого является падение производительности и появление сбойных блоков данных. В таких ситуациях необходимо побеспокоиться о сохранении нужной информации на другом накопителе, а диагностику такого накопителя на предмет возможности его дальнейшей эксплуатации необходимо проводить на специальном технологическом оборудовании.