Схема устройства жесткого диска

Схема устройства жесткого диска

Современный винчестер состоит из следующих основных частей: плата электроники, гермоблок и программная часть. Для специалиста, занимающегося восстановлением данных, крайне важно знать и понимать внутреннее устройство жесткого диска.

Устройство жесткого диска — общий вид

Гермоблок

Cлужит для защиты и крепления пакета магнитных дисков — носителей информации и блока магниторезистивных головок (БМГ), принцип действия которых заключается в использовании материалов, изменяющих свое электрическое сопротивление при изменении напряженности окружающего магнитного поля. Магнитные диски покрыты магниточувствительным слоем, который и является носителем информации. На нем информация представляет собой магнитные поля, создаваемые мельчайшими участками напыленного слоя. Считывающая головка, попадая в поле, создаваемое участком магнитного покрытия, формирует электрический сигнал, так как является проводником, находящимся в магнитном поле. Этот сигнал соответствующим образом обрабатывается и передается далее по интерфейсу.

Устройство гермоблока жесткого диска

На некоторых жестких дисках присутствуют окошки для штанги серворайтера (устройства для записи серворазметки на пластины накопителя), закрытые прочным фольгированным материалом. Заполнен гермоблок обеспыленным воздухом, который сообщается с окружающей средой через специальные компенсационные отверстия, закрытые фильтрами, для уравнивания давления внутри гермозоны.

Как показано на рисунке, головки крепятся на металлическом коромысле, подвижном относительно магнитных дисков. Во время работы двигателя вращающиеся магнитные диски создают воздушный поток, который образует «воздушную подушку» между головкой и поверхностью. При остановке двигателя шпинделя коромысло автоматически (как правило, под давлением потока воздуха от еще вращающихся дисков) отводится в так называемое парковочное положение, в котором оно фиксируется специальным замком или магнитной защелкой. В этом положении головки выводятся из рабочей зоны, предотвращая возможный контакт между коромыслом и поверхностью диска, тем самым защищая уязвимую рабочую поверхность. «Парковочная» зона расположена, как правило, ближе к оси шпинделя. Но бывают и исключения, в частности, на винчестерах портативных компьютеров парковочная зона расположена на специальных парковочных стойках, расположенных за пределами пластин.

Позиционер (устройство, позиционирующее головки чтения/записи над диском) с коромыслом перемещается вдоль магнитных дисков в современных винчестерах с помощью электромагнита. В хвостовой части позиционера находится катушка, прикрытая сверху и снизу жестко закрепленными на гермоблоке магнитными пластинами, которые служат статором. При пропускании тока через обмотку катушки позиционер начинает отклоняться с определенным ускорением, а направление его отклонения можно менять изменением направления тока в обмотке позиционера. Такая схема управления носит название Voice Coil.

Внутри гермозоны расположена микросхема предусилениякоммутации (предусилитель, коммутатор). Такое, на первый взгляд странное, его расположение (внутри гермоблока, а не на печатной плате, рядом со всей остальной электроникой) объясняется очень просто: предусилитель должен располагаться как можно ближе к считывающей и записывающей головкам для сокращения тракта головка — предусилитель и уменьшения наводящихся на него помех. С предусилителей сигнал идет по ленточному шлейфу на печатную плату, где и преобразуется в тот вид, в котором он представляется IDE контроллеру системной платы компьютера.

Расположение коммутатора HDD

В реальной работе винчестеру приходится читать данные с поверхности. Для этого он должен знать, где в настоящий момент находятся головки и куда ему необходимо их переместить. С этой целью на поверхности дисков записана сервоинформация, уникальная для каждой дорожки и каждого сектора с данными

Плата электроники

Cостоит из следующих основных компонентов: центральный процессор, модуль оперативной памяти (ОЗУ), микросхема ПЗУ (на современных накопителях ПЗУ интегрирована в процессор, т.н. масочное ПЗУ), микросхема управления шпиндельным двигателем и БМГ, разъем питания и разъем интерфейса.

Устройство платы электроники жесткого диска

Отдельно стоит остановиться на микропрограмме накопителя. В случаях, когда требуется ремонт жесткого диска, правка микрокода является одной из самых распространенных операций. Служебная информация как правило, состоит из двух частей: это первоначальный загрузчик и собственно основная программа (оверлеи, транслятор с дефект-листами, модули SMART, модули заводской калибровки и самотестирования, логи и проч.). Загрузчик расположен, в основном, на плате электроники в виде процессора+ПЗУ. Произведя старт платы и раскрутив двигатель до нужных оборотов, микропрограмма позиционирует головки по серворазметке и пытается прочитать служебную информацию. Если все произошло без сбоев, диск рекалибруется и выходит в готовность по интерфейсу.

Читайте также:  Программа для изменения слов

Разумеется, данная статья носит весьма обзорный характер и не может охватить всех нюансов и тонкостей строения современного жесткого диска, который несомненно, является весьма сложным устройством, по сути напоминающим компьютер в миниатюре.

В разделе статей регулярно выкладываются материалы о текущих задачах по восстановлению информации, где рассматриваются многие аспекты внутреннего строения винчестеров конкретных моделей.

По-прежнему самым распространенным носителем информации в компьютерах и ноутбуках остается жесткий диск (HDD). Он хоть и значительно проигрывает по скорости твердотельным накопителям (SSD), пришедшим ему на смену, но в плане стоимости жесткие диски пока вне конкуренции, что и делает их такими популярными.

Проблемы с жесткими дисками встречаются достаточно часто и я решил записать серию видео, в которой постараюсь рассказать о наиболее распространенных проблемах, их причинах, а также путях их решения.

И в первую очередь я бы хотел рассказать об устройстве жесткого диска, так как считаю, что вполне логично перед тем, как приступить к изучению болезней, следует обследовать пациента и знать как он устроен.

Возможно, кому-то эта информация покажется ненужной и бесполезной, но я так не считаю. Все же понимание принципов работы устройства позволит оценить масштаб трагедии при каком-то сбое, правильно диагностировать проблему и выбрать инструменты для ее устранения.

Итак, жесткий диск — это, пожалуй, самая уязвимая часть современного компьютера. Связано это с тем, что это единственное механическое устройство в компьютере (не считая привода оптических дисков, если вы им еще пользуетесь). Ну а механика есть механика.

По сути, жесткий диск состоит из двух частей — электрической и механической. Механика приводит устройство в действие, а электроника управляет им.

Принцип работы жесткого диска достаточно прост и очень похож на граммофон или проигрыватель. Возможно вы помните устройства, в которые устанавливалась пластинка с аудио-информацией (музыка, сказки, рассказы и прочие звукозаписи).

В жестких дисках также информация записывается на пластинки и считывается похожей головкой, вот только устройство этого механизма намного более сложное.

Пластинок обычно несколько и они «насажены» на шпиндель. Изготавливаются они обычно из металла и покрываются тончайшим ферромагнитным слоем, на который и записывается информация.

Считывающих головок также обычно несколько и они объединены в блок. Головки могут свободно перемещаться и позиционироваться над любой областью пластин.

Скорость вращения барабана в современных жестких дисках составляет обычно 5400 или 7200 оборотов в минуту. Есть и более быстрые жесткие диски, но они дороже и редко устанавливаются в домашние компьютеры. Но даже скорость в 5400 об/мин весьма существенна.

Считывающая головка во время работы диска не касается пластины, а зависает над ней на расстоянии всего около 10 нм. Для сравнения толщина волоса составляет около 100 мкм, что в 10 000 раз больше!

Из-за того, что головка не касается поверхности исключается ее механический износ, а происходит это потому, что при вращении шпинделя создается воздушный поток, который приподнимает считывающую головку над поверхностью диска и заставляет ее как бы парить.

Теперь представьте что будет, если на такой скорости между считывающей головкой и пластиной попадет микроскопическая пылинка. Это приведет к тому, что головка подпрыгнет и ударит диск, что неминуемо приведет к повреждению магнитной поверхности пластины, а значит и информации на ней записанной.

Если вам доводилось пользоваться проигрывателем, то вы наверняка помните, что поцарапанная пластинка обычно отказывалась проигрываться, так как головка перескакивала на соседнюю дорожку. То есть часть информации записанной на пластинку просто безвозвратно пропадала. Нечто подобное может возникнуть и в жестком диске.

У вас может возникнуть вопрос — если в рабочем положении головки не касаются поверхности диска и приподнимаются они только во время работы, то почему они не повреждают магнитную поверхность в момент запуска диска?

Дело в том, что пока диск не разогнался до нужной скорости блок головок находится в так называемом парковочном положении.

Читайте также:  Программа для скачивания мп3 с ютуба

То есть по сути головки отведены из рабочей зоны и удерживаются специальным устройством в парковочном положении, что предотвращает касание головок с магнитной поверхностью диска.

Парковочное устройство обычно срабатывает автоматически при остановке двигателя, вращающего шпиндель с пластинами, и выводит блок головок из рабочей зоны, тем самым защищая уязвимую рабочую поверхность.

Для предотвращения попадания чего-либо внутрь, жесткий диск изготавливают в виде герметичного бокса, в который ничего не может попасть из вне. Таким образом электро-механическая часть находится внутри этого бокса, а электроника снаружи.

Электронная плата, которую вы можете видеть в нижней части диска, называется платой контроллера и именно она осуществляет полное управление над механической частью.

Обычно плата контроллера никак не защищена и ее достаточно легко повредить при неаккуратном монтаже жесткого диска внутри корпуса компьютера или при хранении. Поэтому если хотите положить диск, то либо кладите его платой вверх, либо убедитесь, что на поверхности, куда его кладете, нет винтов или других объектов, способных повредить плату.

Итак, подведем итоги…

Как вы понимаете, есть масса причин, делающих жесткий диск не очень надежным носителем информации.

Во-первых, механические части, вращающиеся с большой скоростью, могут выйти из строя или стать причиной повреждения магнитной поверхности диска.

Во-вторых, из-за своей конструкции жесткие диски весьма восприимчивы к ударам, падениям и температуре.

В-третьих, электроника жесткого диска (плата контроллера) подвержена как механическому повреждению, при неаккуратном обращении с диском при его подключении, так и может сгореть при скачке напряжения в электросети или при подключении/отключении жесткого диска «на горячую», то есть при включенном компьютере.

Отсюда следуют очень простые правила обращения с жесткими дисками:

  • Оберегать их от ударов и падений
  • Быть крайне аккуратным при монтаже жесткого диска внутрь корпуса компьютера и ноутбука и никогда не производить подключение и отключение диска при работающем компьютере (Здесь речь идет о внутренних дисках. Внешние жесткие диски, подключаемые через разъем USB предполагают возможность отключения при работающем компьютере)
  • Оберегать жесткий диск от перегрева. Обеспечить достаточную вентиляцию внутри корпуса компьютера и следить за температурой жесткого диска с помощью специальных программ (это актуально летом).
  • По возможности использовать источник бесперебойного питания при работе на обычном компьютере (для ноутбуков он не нужен, так как там есть батарея, которая на себя берет эту функцию).

На этом у меня пока все. В следующем видео расскажу о принципах хранения информации на жестком диске и чем опасно появление так называемых «бэд-секторов» (bad sectors).

Здравствуйте, уважаемые хабравчане! Это первая публикация в недавно открытом корпоративном блоге компании “Хардмастер”, специализирующейся на профессиональном восстановлении данных с накопителей. И с вами я, ведущий инженер Артем Макаров aka Robin. В этом блоге я и мои коллеги в меру сил будем стараться выкладывать материалы, которые смогут реально помочь всем желающим самостоятельно справляться с задачами по ремонту вышедших из строя девайсов и восстановлению информации с них.

Одной из распространенных причин выхода из строя жестких дисков являются проблемы с платой электроники.


(в простонародье это называют контроллером HDD, что конечно же некорректно)

И мы начинаем цикл публикаций по обзору поломок плат HDD и методов их устранения. Подписывайтесь и следите за обновлениями!

“Он сказал — Поехали!” (с)

Поломки плат можно условно разделить на электромеханические и логические. Про логические речь зайдет попозже, ну а безусловным лидером первых являются выгорающие защитные элементы в цепи питания, что обусловлено так называемым тиристорным эффектом БП, — ситуацией, когда при включениивыключении питания отпираются верхние и нижние ключи и происходит резкий рост тока потребления, что приводит к “пробою” защитных элементов жесткого диска, после чего те либо “звонятся” на КЗ, либо уходят “в обрыв”.

Проявляться такая неисправность может следующим образом:

  • При включении ПК с подключенным к нему “сгоревшим” HDD, компьютер не включается, либо совсем не реагируя на нажатие кнопки питания, либо кратковременно стартуя и тут же выключаясь. То же верно и при подключении к таком диску отдельно разъема питания от внешнего БП
  • При подаче питания на жесткий диск, тот не проявляет никаких признаков разумной жизни. Не вращается шпиндельный двигатель, и если приложить к гермоблоку простое человеческое ухо, то не слышно никаких шумов, писков и т.п. А если такой диск подключить к АТА терминалу (функционал доступен в популярных диагностических продуктах mhdd и victoria) и подать питание, то регистры не будут активны.
Читайте также:  Создать гугл аккаунт для андроид без номера

Найти “слабое звено” не представляет труда. Даже если вы никогда не видели той или иной платы — все они устроены по сходным принципам и TVS-диоды, равно как и защитные SMD предохранители, будут гнездиться неподалёку от разъема питания. С помощью мультиметра можно прозвонить эти элементы и выявить неисправный.


TVS-защитные диоды: при попадании на них импульса больше заданного, спекают анод и катод и тёмная сторона силы уходит на массу.

Дальше, если речь идет о TVS-защитных диодах, то выявив “сгоревший” элемент его можно заменить. Лучше, и по-православному, — взять такой же, заведомо исправный. Но такая возможность есть не всегда. В нашей многолетней практике мы руководствуемся простым правилом для такого рода замены — взять произвольную плату от Seagate 3,5” 7200.7-12, WD 3,5” (любой SATA) или Samsung 3,5” SATAIDE. Отыскать по нужной цепи (+5 или +12 V) внешне похожий, и менять на него.

В большинстве случаев диск будет работать и вовсе без этих элементов! Отпаяли, а если паяльника нет под рукой, то выкусили кусачками, короткое замыкание устранили и диск заработал. Но! Делать это настоятельно не рекомендуется, разве что информация на диске не важна и сам диск не очень нужен. Ибо без иммунитета на входе, когда винчестеру прилетит по проводкам подарочек в следующий раз, последствия могут оказаться плачевнее.

Кроме того, впаяв нужные элементы вместо сгоревших прежде чем прикручивать плату к гермоблоку и подавать питание, настоятельно рекомендуется сделать прозвонку по цепям "+5 — земля" и "+12 — земля", а так же внимательно осмотреть остальные элементы на плате HDD на предмет визуальных следов аццкого пламени. В противном случае вновь запаянные детальки при включении как минимум сгорят сами а как максимум — прогорит процессор или коммутатор в гермозоне. Кстати, для дополнительного ознакомления с предметом публикации желающие могут почитать краткий обзор устройства жесткого диска, чтобы лучше понимать терминологию.


Проверяем не только защитные диоды около разъема питания (вверху) но и остальные элементы


Вот пример платы от HDD Samsung, где пользователь решил самостоятельно устранить поломку, впаяв перемычку, и сжег процессор на PCB.

Если без диодов накопитель на свой страх и риск запустить можно, то без SMD предохранителей диск работать не будет. Взять замену можно с другой платы, и для этих целей отлично подходят Вестерны, — на их платках много вкусной и полезной SMD мелочёвки “без ГМО”. Наиболее часто такая защита встречается на платах от винчестеров форм-фактора 2,5", т.н. «ноутбучных»:


Отмечены защитные элементы на PCB HDD Toshiba

Следующая проблема — это выгорание так называемой “крутилки”, она же “крутилка-шевелилка” она же микросхема предусилениякоммутации. Вот примеры:

Выявить причину визуально никаких проблем не составляет. А если кому то не повезло со зрением, то такую поломку и по характерному запаху найти можно. Проблемка позаковыристее сгоревшего трансила. Для ее устранения в ряде случаев можно перепаять мс взяв с диска-донора, но зачастую микруха выгорает поджигая вокруг себя проводники, сплавляя SMD-обвязку и т.п.

Поэтому, как для ремонта, так и для вытаскивания архива фоток любимого кота Барсика — проще, и пожалуй правильнее, будет поменять плату электроники целиком. Как это делать, какие подводные камни могут ожидать на этом этапе у разных производителей и семейств, мы расскажем вам в одной из следующих публикаций.

Ссылка на основную публикацию
Сравнить материнские платы gigabyte
Asus - выбор оверклокеров, а они ребята что надо, я не думаю, что они будут использовать всякое дер*мо, да и...
Яндекс музыка вопросы и ответы
О сервисе Яндекс.Музыка Яндекс.Музыка — это российский стриминговый сервис, созданный компанией «Яндекс». Начал работать 22 сентября 2010 года. Существует в...
Сравнить материнские платы gigabyte
Asus - выбор оверклокеров, а они ребята что надо, я не думаю, что они будут использовать всякое дер*мо, да и...
Схема устройства жесткого диска
Современный винчестер состоит из следующих основных частей: плата электроники, гермоблок и программная часть. Для специалиста, занимающегося восстановлением данных, крайне важно...
Adblock detector