Dyski HDD

Dyski HDD

Dyski HDD - budowa i działanie

Dyski HDD
Dyski HDD

 

 

Budowa i działanie dysku twardego  są skomplikowane, ale kluczowe do zrozumienia, aby lepiej ocenić jak ten rodzaj nośnika przechowuje i odczytuje dane. Dysk twardy HDD (Hard Disk Drive) działa na zasadzie elektromagnetycznego zapisu i odczytu danych na wirujących talerzach pokrytych materiałem magnetycznym. Poniżej ogólne elementów z jakich składa się dysk i wyjaśnienie po co to jest zainstalowane i jak działa. Tak wiem że jest to trudny i nie zawsze zrozumiały opis. Ale postaram się to w miarę czytelnie przedstawić.

 

 

1. Struktura i zapis danych to jakaś magia?

  • Sektory i ścieżki: Dane na talerzach dysku są przechowywane w formie sektorów (najmniejszych jednostek przechowywania) i ścieżek (koncentrycznych okręgów na powierzchni talerza). Ścieżki są podzielone na sektory.
  • Klastry: Grupy sektorów tworzące większe jednostki danych, które są używane przez system plików.

2. Odczyt i zapis danych

  • Zapisywanie danych: Gdy komputer zapisuje dane na dysku, kontroler dysku przekształca dane cyfrowe na sygnały elektromagnetyczne, które zmieniają polaryzację magnetyczną na powierzchni talerzy. Głowice zapisu przesuwają się nad odpowiednimi ścieżkami i zmieniają kierunek magnetyzacji mikroskopijnych obszarów na talerzach, reprezentując w ten sposób zapisane bity danych.
  • Odczytywanie danych: Podczas odczytu danych, głowice odczytu przekształcają zmiany pola magnetycznego na powierzchni talerzy z powrotem na sygnały elektryczne, które są następnie przetwarzane na dane cyfrowe przez kontroler dysku.

3. Talerze i głowice.

  • Obroty talerzy: Talerze w HDD obracają się z dużą prędkością (RPM), co pozwala głowicom szybko uzyskać dostęp do różnych sektorów podczas zapisu lub odczytu dysku.
  • Pozycjonowanie głowic: Ramię aktuatora przesuwa głowice odczytu/zapisu nad odpowiednie ścieżki. Dokładność pozycjonowania jest kluczowa dla poprawnego odczytu i zapisu danych. System servo track pomaga w dokładnym ustalaniu pozycji głowic.
  • Cache (pamięć podręczna): HDD posiada pamięć podręczną, która tymczasowo przechowuje dane, aby przyspieszyć operacje odczytu i zapisu. Gdy komputer żąda danych, kontroler dysku najpierw sprawdza cache. Jeśli dane są tam dostępne, są odczytywane bez potrzeby dostępu do talerzy.

4. Optymalne zarządzanie danymi.

  • Buforowanie: dysk twardy używa buforowania do optymalizacji operacji odczytu i zapisu, minimalizując czas oczekiwania i zwiększając wydajność.
  • Algorytmy optymalizujące: Kontroler dysku używa zaawansowanych algorytmów do zarządzania operacjami odczytu i zapisu, minimalizując czas potrzebny na przesuwanie głowic (seek time) i obracanie talerzy (rotational latency).

5. Funkcje dodatkowe

  • S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis, and Reporting Technology): HDD monitoruje własny stan zdrowia, wykrywając potencjalne problemy, takie jak uszkodzone sektory, temperatury, itp.
  • Parkowanie głowic: Gdy dysk jest wyłączany, głowice odczytu/zapisu są parkowane na rampie w bezpiecznej pozycji, aby zapobiec ich uszkodzeniu.

6. Interfejs komunikacyjny czyli złącza.

  • IDE, SATA, USB oraz SAS: Dyski HDD używają interfejsów takich jak SATA (Serial ATA) lub SAS (Serial Attached SCSI) do komunikacji z komputerem. Interfejsy te przesyłają dane między dyskiem a systemem komputerowym.

7. Technologiczna ochrona danych.

  • Technologie zabezpieczające: Niektóre dyski HDD są wyposażone w technologie ochrony danych, takie jak szyfrowanie sprzętowe, ochrona przed wstrząsami, detekcja wibracji, itp.

Dyski twarde HDD są nadal powszechnie używane ze względu na swoją dużą pojemność, stosunkowo niską cenę i dojrzałą technologię. Jednakże, są one stopniowo zastępowane przez dyski SSD, które oferują znacznie wyższą wydajność i niezawodność.

Budowa dysku HDD czyli jak to jest zrobione?

Dyski twarde HDD (Hard Disk Drives) są złożonymi urządzeniami elektromagnetycznymi, które przechowują dane na wirujących talerzach pokrytych materiałem magnetycznym. Oto główne ich elementy i  funkcje jakie pełnią:

1. Talerze (Platter)

  • Materiały: Talerze zazwyczaj wykonane są ze szkła lub aluminium i  pokryte są warstwą materiału magnetycznego.
  • Liczba: HDD może mieć jeden lub więcej talerzy.
  • Obroty: Talerze obracają się z dużą prędkością (zwykle 5400, 7200, 10000, a nawet 15000 RPM – obrotów na minutę).

2. Głowice odczytu/zapisu (Read/Write Heads)

  • Funkcja: Głowice unoszą się nad powierzchnią talerzy, odczytując i zapisując dane dzięki zmiennym polom magnetycznym.
  • Liczba: HDD może mieć jedną lub więcej głowic.
  • Mechanizm unoszenia: Głowice unoszą się na bardzo cienkiej warstwie powietrza (mikro przepływ) wytwarzanej przez szybko obracające się talerze.

3. Ramię aktuatora (Actuator Arm)

  • Ruch: Ramię aktuatora przesuwa głowice odczytu-zapisu nad odpowiednią ścieżką na talerzach.
  • Mechanizm: Ramię jest sterowane przez aktuator, najczęściej cewką magnetyczną, który precyzyjnie kontroluje jego ruch.

4. Silnik napędu talerzy (Spindle Motor)

  • Funkcja: Silnik ten obraca talerze z określoną prędkością, zapewniając im stabilne i równomierne obroty.

5. Obudowa dysku (Enclosure)

  • Konstrukcja: Metalowa obudowa chroni wewnętrzne komponenty przed kurzem, wstrząsami i uszkodzeniami mechanicznymi.
  • Zabezpieczenie: Uszczelki oraz filtry chronią przed zanieczyszczeniami wnętrze dysku.

6. Elektronika sterująca PCB (Controller Board)

  • Funkcje: Płytka elektroniki zewnętrznej PCB (Printed Circuit Board) przymocowana jest do spodu obudowy i zawiera elektronikę sterującą dyskiem. Składa się  kontrolera, procesora, bufor pamięci (cache), interfejsu komunikacyjnego (np. SATA, SAS) oraz modułu ROM.
  • Cache: Pamięć podręczna, tymczasowo przechowuje dane, by przyspieszyć operacje odczytu/zapisu dysku.

7. Interfejs komunikacyjny

  • Typy: Najczęściej spotykane interfejs to SATA (Serial ATA), USB i SAS (Serial Attached SCSI).
  • Funkcja: Interfejsy te umożliwiają komunikację między HDD a systemem komputerowym.

8. Mechanizmy zabezpieczające

  • Parkowanie głowic: Mechanizm parkowania przesuwa głowice do bezpiecznej pozycji (rampa parkingowa), aby chronić je przed uszkodzeniem w przypadku wyłączenia zasilania lub wstrząsów.
  • Technologie zabezpieczające: Niektóre dyski twarde wyposażone są w technologie ochrony danych, takie jak szyfrowanie sprzętowe, detekcja wibracji i ochrona przed wstrząsami.

9. Systemy pozycjonowania

  • Track Positioning: Dokładne pozycjonowanie głowic nad odpowiednią ścieżką jest kluczowe dla prawidłowego odczytu i zapisu danych. Systemy pozycjonowania wykorzystują różne technologie, takie jak servo tracks, które pomagają w dokładnym ustalaniu pozycji głowic.

Dzięki tym wszystkim komponentom, dyski HDD mogą skutecznie przechowywać i odczytywać duże ilości danych, co czyni je podstawowym elementem wielu systemów komputerowych i serwerów.

 

10. Strefa Serwisowa SA dysków HDD

Odzyskiwanie danych z dysku twardego HDD, USB, SSHD. SAS

Oprogramowanie układowe SA co to jest?

Strefa serwisowa a inaczej Oprogramowanie układowe SA to obszar oprogramowania nośnika danych niedostępny dla użytkownika a dostępny jedynie dla specjalistów od naprawy i odzyskiwania danych. Jest to obszar zapisu, który przechowuje kluczowe informacje dotyczące konfiguracji dysku, jego identyfikacji (ID oraz passport) oraz parametrów fizycznych i logicznych. Strefa serwisowa zawiera także narzędzia i procedury umożliwiające diagnostykę oraz naprawę uszkodzeń, zarówno logicznych, jak i fizycznych, które mogą wystąpić w trakcie użytkowania dysku twardego.

Budowa Strefy Serwisowej:

Strefa serwisowa to zamknięty system zapisu ustawień które są zapisane w odpowiednim obszarze dysku. Dostępny on jest jedynie dla specjalistycznych narzędzi i odpowiedniego dla danej rodziny dysku oprogramowania. Z jakich elementów składa się strefa serwisowa?

  1. Moduł Parametrów:

    • Przechowuje informacje dotyczące geometrii dysku, liczby sektorów, a także parametrów związanych z fizycznymi właściwościami nośnika.

  2. Moduł Kalibracji:

    • Odpowiada za kalibrację mechanizmów odczytu/zapisu, aby zapewnić precyzyjną pracę głowic oraz poprawność operacji odczytu i zapisu.

  3. Moduł Diagnostyczny:

    • Zawiera narzędzia diagnostyczne, które pozwalają na monitorowanie stanu dysku, identyfikację błędów oraz ocenę ogólnej kondycji nośnika.

  4. Moduły Naprawcze:

    • Posiadają procedury naprawcze, które mogą być używane w celu usuwania błędów logicznych czy też przywracania normalnego funkcjonowania dysku.

Zastosowanie Oprogramowania Układowego SA:

  1. Naprawa Uszkodzeń Logicznych:

    • Programowanie układowe SA pozwala na diagnozowanie i usuwanie błędów logicznych, takich jak uszkodzenia struktury systemu plików czy błędy konfiguracyjne.

  2. Odzyskiwanie Danych:

    • Specjaliści korzystają z oprogramowania układowego SA do manipulacji danymi w strefie serwisowej w celu odzyskania utraconych tam informacji.

  3. Naprawa Mechanicznych Awarii:

    • W przypadku awarii mechanicznych, oprogramowanie układowe SA może pomóc w przywracaniu prawidłowych funkcji głowic, ich odpowiedniej kalibracji lub mapowaniu.

Jak Działa Programowanie Układowe SA:

  1. Diagnostyka Strefy Serwisowej:

    • Specjalistyczne narzędzia przeprowadzają diagnostykę strefy serwisowej, identyfikując błędy i uszkodzenia.

  2. Modyfikacje Parametrów:

    • W przypadku uszkodzeń, mamy możliwości modyfikowania odpowiednich parametrów, przywracając poprawne funkcjonowanie dysku.

  3. Naprawa Struktury Danych:

    • Oprogramowanie układowe SA pozwala na naprawę struktury danych, co jest kluczowe dla skutecznego odzyskiwania informacji.

W skrócie:

Strefa serwisowa czyli oprogramowanie układowe SA to niezwykle zaawansowane narzędzia programowe, które umożliwiają naszym specjalistom na odbudowie danych adaptywnych dysków na poziomie parametrów i funkcji niewidocznych dla standardowych użytkowników. To kluczowe elementy w dziedzinie naprawy nośników danych, gdzie precyzja i zaawansowane umiejętności są niezbędne do skutecznego przywracania prawidłowych funkcji dysków twardych i odzyskiwania dostępu do utraconych danych.

Podsumowanie.

Ważne jest zrozumienie, że dyski twarde są podatne na uszkodzenia mechaniczne, elektromagnetyczne, czy logiczne, co może prowadzić do utraty danych. Profesjonalne laboratoria odzyskiwania danych takie jak nasze posiadają specjalistyczne narzędzia do pracy w środowisku programowym dysków HDD i SSD, które jest kluczowe podczas procedury odzyskiwania danych z uszkodzonych nośników danych.