Фізичні основи відновлення інформації жорстких магнітних дисків

Курсова робота з дисципліни: «Операційні системи»

Виконав студент гр. 06-ІС Хахін М. Г.

Нижегородський державний технічний університет

2008. г

1. Принцип роботи жорсткого диска

Накопитель на жорсткому диску відноситься до найбільш досконалим і складним пристроїв сучасного персонального комп'ютера. Його диски здатні вмістити багато мегабайти інформації, що передається з величезною швидкістю. У той час, як майже всі елементи комп'ютера працюють безшумно, жорсткий диск бурчить і поскрипує, що дозволяє віднести його до тих небагатьох комп'ютерних пристроїв, які містять як механічні, так і електронні компоненти.

Основні принципи роботи жорсткого диска мало змінилися з дня його створення. Пристрій вінчестера дуже схоже на звичайний програвач грамплатівок. Тільки під корпусом може бути кілька пластин, насаджених на загальну вісь, і головки можуть зчитувати інформацію відразу з обох боків кожної пластини. Швидкість обертання пластин (у деяких моделей вона доходить до 15000 оборотів в хвилину) постійна і є однією з основних характеристик. Головка переміщується вздовж пластини на деякій фіксованій відстані від поверхні. Чим менше це відстань, тим більше точність зчитування інформації, і тим більше може бути щільність запису інформації. Поглянувши на накопичувач на жорсткому диску, ви побачите тільки міцний металевий корпус. Він захищає дисковод від часточок пилу, які при попаданні у вузький зазор між головкою й поверхнею диска можуть пошкодити чутливий магнітний шар і вивести диск з ладу. Крім того, корпус екранує накопичувач від електромагнітних перешкод. Усередині корпусу знаходяться всі механізми і деякі електронні вузли. Механізми - це самі диски, на яких зберігається інформація, головки, які записують та зчитують інформацію з дисків, а також двигуни, що призводять все це в рух. Диск являє собою круглу пластину з дуже рівною поверхнею частіше з алюмінію, рідше - з кераміки та скла, покриту тонким шаром феромагнітною. У багатьох накопичувачах використовується шар оксиду заліза (яким покривається звичайна магнітна стрічка), але новітні моделі жорстких дисків працюють із шаром кобальту завтовшки близько десяти мікрон. Таке покриття більш міцно і, крім того, дозволяє значно збільшити щільність запису. Технологія його нанесення близька до тієї, яка використовується при виробництві інтегральних мікросхем.

Кількість дисків може бути різним - від одного до п'яти, кількість робочих поверхонь, відповідно, вдвічі більше (по дві на кожному диску). Остання (як і матеріал, використаний для магнітного покриття) визначає ємність жорсткого диска. Іноді зовнішні поверхні крайніх дисків (або одного з них) не використовуються, що дозволяє зменшити висоту накопичувача, але при цьому кількість робочих поверхонь зменшується й може виявитися непарних.

Принцип магнітного запису електричних сигналів на рухомий магнітний носій заснований на явищі залишкового намагнічування магнітних матеріалів. Запис і зберігання інформації на магнітному носії проводиться шляхом перетворення електричних сигналів у відповідні їм зміни магнітного поля, впливу його на магнітний носій і збереження слідів цих впливів у магнітному матеріалі тривалий час, завдяки явищу остаточного магнетизму. Відтворення електричних сигналів проводиться шляхом зворотного перетворення.

Система магнітного запису складається з носія запису і взаємодіючих з ним магнітних головок (Рис.1).

Рис. 1.1 Принцип запису та зчитування інформації з магнітного носія

При цифрового магнітного запису в магнітну головку надходить струм, при якому полі запису через певні проміжки часу змінює свій напрямок на протилежне. У результаті під дією поля розсіювання магнітної голівки відбуваються намагнічування або перемагнічування окремих ділянок рухається магнітного носія.

При періодичному зміні напрямку поля записи в робочому шарі носія виникає ланцюжок ділянок з протилежним напрямком намагніченості, які стикаються один з одним однойменними полюсами. Розглянутий вид запису, коли ділянки робочого шару носія перемагнічіваются уздовж його руху, називається поздовжньої записом (Рис.2).

Рис. 1.2. Принцип запису та зчитування інформації з магнітного носія

що чергуються ділянки з різним напрямком намагніченості, що виникли в магнітному покритті, є магнітними доменами (бітовими комірками). Чим менше розмір осередку, тим вище щільність запису інформації. Проте зі зменшенням розміру комірки зростає взаємний вплив їх розмагнічуються полів (див. малюнок), спрямованих у бік, протилежний намагніченості в осередках, що при зменшенні бітової комірки нижче критичного значення призводить до мимовільного розмагнічування.

Для магнітного запису використовуються носії у вигляді магнітних пластин (дисків). Пластини виготовляються процесом напилення множинних металевих плівок і захисного шару покриття на дуже плоску, бездефектної скляний або алюмінієву підкладку. Інформація розміщується у вигляді концентричних кіл, які називаються доріжками (рис.3). У сучасних НЖМД щільність доріжок досягає значень 4,3 * 104 доріжок на один сантиметр радіусу пластини.

Рис. 1.3. Розміщення доріжок на поверхні диска

2. Пристрій диска

Типовий вінчестер складається з гермоблока та плати електроніки. У гермоблоке розміщені всі механічні частини, на платі - вся керуюча електроніка, за винятком передпідсилювача, розміщеного всередині гермоблока в безпосередній близькості від головок.

Під дисками розташований двигун - плоский, як під floppy-дисководах, або вбудований в шпиндель дискового пакета. При обертанні дисків створюється сильний потік повітря, що циркулює по периметру гермоблока і постійно очищається фільтром, встановленими на одній з його сторін.

Ближче до роз'ємів, з лівого або правого боку від шпинделя, знаходиться поворотний позиціонер, декілька нагадує по виду баштовий кран: з одного боку осі, знаходяться звернені до дисків тонкі, довгі й легкі несучі магнітних головок, а з іншого - короткий і більш масивний хвостовик з обмоткою електромагнітного приводу. При поворотах коромисла позиціонера головки здійснюють рух по дузі між центром і периферією дисків. Кут між осями позиціонера і шпинделя підібраний разом з відстанню від осі позиціонера до головок так, щоб вісь головки при поворотах як можна менше відхилялася від дотичній доріжки.

В більш ранніх моделях коромисло був закріплений на осі крокової двигуна, і відстань між доріжками визначалося величиною кроку. У сучасних моделях використовується так званий лінійний двигун, який не має будь-якої дискретності, а установка на доріжку проводиться за сигналами, записаним на дисках, що дає значне збільшення точності приводу і щільності запису на дисках.

обмотку позиціонера оточує статор, що представляє собою постійний магніт. При подачі в обмотку струму певної величини та полярності коромисло починає повертатися у відповідну сторону з відповідним прискоренням; динамічно змінюючи струм в обмотці, можна встановлювати позиціонер у будь-який становище. Така система приводу отримала назву Voice Coil (звукова котушка) - за аналогією з дифузором гучномовця.

На хвостовику зазвичай розташована так звана магнітна клямка - маленький постійний магніт, який при крайньому внутрішнє становище головок (landing zone - посадковий зона) притягається до поверхні статора і фіксує коромисло в цьому положенні. Це так зване паркувальне положення головок, які при цьому лежать на поверхні диска, стикаючись з нею. У ряді дорогих моделей (звичайно SCSI) для фіксації позиціонера передбачений спеціальний електромагніт, якір якого у вільному положенні блокує рух коромисла. У посадочної зоні дисків інформація не записується.

В , що залишився вільному просторі розміщений передпідсилювач сигналу, знятого з головок, і їх комутатор. Позиціонер з'єднаний з платою передпідсилювача гнучким стрічковим кабелем, однак в окремих вінчестерах (зокрема - деякі моделі Maxtor AV) харчування обмотки підведено окремими одножильний проводами, які мають тенденцію ламатися при активній роботі. Гермоблок заповнений звичайним обеспиленним повітрям під атмосферним тиском. У кришках гермоблоков деяких вінчестерів спеціально робляться невеликі вікна, заклеєні тонкої плівкою, які служать для вирівнювання тиску всередині і зовні. У ряді моделей вікно закривається повітропроникним фільтром. В одних моделей вінчестерів осі шпинделя і позиціонера закріплені тільки в одному місці - на корпусі вінчестера, в інших вони додатково кріпляться гвинтами до кришки гермоблока. Другі моделі більш чутливі до мікродеформації при кріпленні -- досить сильною затягування кріпильних гвинтів, щоб виник неприпустимий перекіс осей. У ряді випадків такий перекіс може стати труднообратімим або необоротним зовсім. Плата електроніки - знімна, підключається до гермоблоку через один - два роз'єму різної конструкції. На платі розташовані основний процесор вінчестера, ПЗУ з програмою, робоче ОЗУ, яке зазвичай використовується і в як дискового буфера, цифровий сигнальний процесор (DSP) для підготовки записуваних і лічених обробки сигналів, і інтерфейсна логіка. На одних вінчестерах програма процесора повністю зберігається в ПЗУ, на інших певна її частина записана у службовій області диска. На диску також можуть бути записані параметри накопичувача (модель, серійний номер і т.п.). Деякі вінчестери зберігають цю інформацію в електрично репрограмміруемом ПЗУ (EEPROM).

Багато вінчестери мають на платі електроніки спеціальний технологічний інтерфейс з роз'ємом, через який за допомогою стендового устаткування можна виконувати різні сервісні операції з пам'яттю - тестування, форматування, перепризначення дефектних ділянок і т.п. У сучасних накопичувачів марки Conner технологічний інтерфейс виконаний у стандарті послідовного інтерфейсу, що дозволяє підключати його через адаптер до алфавітно-цифрового термінала або COM-порту комп'ютера. У ПЗУ записана так званою тест-моніторна система (ТМОС), яка сприймає команди, що подаються з терміналу, виконує їх і виводить результати назад на термінал. Ранні моделі вінчестерів, як і гнучкі диски, виготовлялися з чистими магнітними поверхнями; первісна розмітка (форматування) проводилася споживачем на його розсуд, і могла бути виконана будь-яку кількість разів. Для сучасних моделей розмітка виробляється в процесі виготовлення; при цьому на диски записується сервоінформація - спеціальні мітки, необхідні для стабілізації швидкості обертання, пошуку секторів і стеження за положенням головок на поверхнях. Чи не так давно для запису сервоінформаціі використовувалася окрема поверхню (dedicated - виділена), за якою налаштовувалися головки всіх інших поверхонь. Така система вимагала високої жорсткості кріплення головок, щоб між ними не виникало розбіжностей, після початкової розмітки. Нині сервоінформація записується в проміжках між-ду секторами (embedded -- вбудована), що дозволяє збільшити корисну ємність пакету і зняти обмеження на жорсткість рухомої системи. У деяких сучасних моделях застосовується комбінована система стеження - вбудована сервоінформація в поєднанні з виділеною поверхнею; при цьому груба настройка виконується за виділеної поверхні, а точна - з вбудованим матюками.

Оскільки сервоінформація представляє собою опорну розмітку диска, контролер вінчестера не в змозі самостійно відновити її у випадку псування. При програмному форматування такого вінчестера можлива тільки перезапис заголовків і контрольних сум секторів даних.

При початковій розмітці і тестуванні сучасного вінчестера на заводі майже завжди виявляються дефектні сектора, які заносяться в спеціальну таблицю перепризначення. При звичайній роботі контролер вінчестера підміняє ці сектора резервними, які залишаються спеціально для цієї мети на кожній доріжці, групі доріжок або виділеній зоні диска. Завдяки цьому новий вінчестер створює видимість повної відсутності дефектів поверхні, хоча на Насправді вони є майже завжди.

При включення харчування процесор вінчестера виконує тестування електроніки, після чого видає команду включення шпиндельного двигуна. При досягненні деякої критичної швидкості обертання щільність захоплюємося поверхнями дисків повітря стає достатньою для подолання сили притиску головок до поверхні і підняття їх на висоту від часток до одиниць мікрон над поверхнями дисків - головки "спливають". З цього моменту і до зниження швидкості нижче критичної головки "висять" на повітряній подушці і абсолютно не стосуються поверхонь дисків.

Після досягнення дисками швидкості обертання, близькою до номінальної (у IDE вінчестерів звичайно - 3600, 4500, 5400 або 7200 об/хв) головки виводяться із зони паркування і починається пошук сервометок для точної стабілізації швидкості обертання. Потім виконується зчитування інформації з службової зони - зокрема, таблиці перепризначення дефектних ділянок.

В завершення ініціалізації виконується тестування позиціонера шляхом перебору заданої послідовності доріжок - якщо воно проходить успішно, процесор виставляє на інтерфейс ознака готовності і переходить в режим роботи за інтерфейсу.

Під час роботи постійно працює система стеження за положенням головки на диску: з безперервно зчитує сигналу виділяється сигнал неузгодженості, який подається в схему зворотного зв'язку, що керує струмом обмотки позиціонера. В результаті відхилення головки від центру доріжки в обмотці виникає сигнал, прагне повернути її на місце.

Для узгодження швидкостей потоків даних - на рівні зчитування/запису і зовнішнього інтерфейсу - вінчестери мають проміжний буфер, часто помилково званий кешем, обсягом зазвичай у кілька десятків або сотень кілобайт. У ряді моделей (наприклад, Quantum) буфер розміщується в загальному робочому ОЗУ, куди спочатку завантажується Оверлейна частина прошивки управління, від чого дійсний обсяг буфера виходить меншим, ніж повний обсяг ОЗП (80-90 кб при ОЗУ 128 кб у Quantum). У інших моделей (Conner, Caviar) ОЗУ буфера і процесора зроблені роздільними.

При відключенні живлення процесор, використовуючи енергію, що залишилася в конденсаторах плати або витягуючи її з обмоток двигуна, який при цьому працює як генератор, видає команду на установку позиціонера в паркувальне положення, яка встигає виконатися до зниження швидкості обертання нижче критичної. У деяких вінчестерах (Quantum) цьому сприяє вміщений між дисками підпружинене коромисло, постійно відчуває тиск повітря. При ослаблення повітряного потоку коромисло додатково штовхає позиціонер в паркувальне положення, де той фіксується фіксатором. Руху головок в бік шпинделя сприяє також доцентрова сила, яка виникає через обертання дисків.

3. Робота жорсткого диска

Тепер - Власне про процес роботи вінчестера. Після початкової настройки електроніки і механіки мікрокомп'ютер вінчестера переходить в режим очікування команд від контролера, розташованого на системній платі або інтерфейсній карті. Отримавши команду, він включає потрібну голівку, за сервоімпульсам відшукує потрібну доріжку, чекає, поки до головки "доїде" потрібний сектор, і виконує зчитування або запис інформації. Якщо контролер запросив читання/запис не одного сектора, а кількох - вінчестер може працювати в так званому блоковому р.ежіме, використовуючи ОЗУ як буфер і поєднуючи читання/запис з передачею інформації до контролера або від нього.

Для оптимального використання поверхні дисків застосовується так звана зонові запис (Zoned Bit Recording - ZBR), принцип якої полягає в тому, що на зовнішніх доріжках, що мають велику довжину (а отже - і інформаційну ємність), інформація записується з більшою щільністю, ніж на внутрішніх. Таких зон з постійною щільністю запису в межах всієї поверхні утворюється до десятка і більше; відповідно, швидкість читання і запису на зовнішніх зонах вище, ніж на внутрішніх. Завдяки цьому файли, розташовані ближче до "початку" вінчестера, в цілому будуть оброблятися швидше файлів, розташованих ближче до його "кінця".

Тепер про те, звідки беруться неправдоподібно великі кількості головок, зазначені в параметрах вінчестерів. Колись ці числа - число циліндрів, головок і секторів на дорожче - дійсно позначали реальні фізичні параметри (геометрію) вінчестера. Однак при використанні ZBR кількість секторів змінюється від доріжки до доріжці, і для кожного вінчестера ці числа різні -- тому стала використовуватися так звана логічна геометрія, коли вінчестер повідомляє контролеру якісь умовні параметри, а при отриманні команд сам перетворить логічні адреси у фізичні. При цьому в вінчестері з логічної геометрією, наприклад, в 520 циліндрів, 128 головок і 63 сектора (загальний обсяг - 2 Гб) знаходиться, швидше за все, два диски - і чотири головки читання/запису.

В вінчестерах останнього покоління використовуються технології PRML (Partial Response, Maximum Likelihood - максимальна правдоподібність при неповному відгуку) і S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - технологія самостійного слідкуючого аналізу та звітності). Перша розроблена з причини того, що при існуючих щільності запису вже неможливо чітко і однозначно зчитувати сигнал з поверхні диска - рівень перешкод і спотворень дуже великий. Замість прямого перетворення сигналу використовується його порівняння з набором зразків, і на підставі максимальної схожості робиться висновок про прийом того чи іншого кодового слова - приблизно так само ми читаємо слова, в яких пропущені або перекручені літери.

Вінчестер, в якому реалізована технологія SMART, веде статистику своїх робочих параметрів (кількість старт/стопів та напрацьованих годин, час розгону шпинделя, виявлені/виправлені помилки і т.п.), яка регулярно зберігається в Перепрограмміруємая ПЗУ або в службових зонах диска. Ця інформація накопичується протягом всього життя вінчестера і може бути в будь-якій момент обов `язковою, програмами аналізу; по ній можна судити про стан механіки, умови експлуатації чи примірної вірогідність виходу з ладу.

4. Об'єм, швидкість і час доступу

Основними завданнями виробників завжди було збільшення обсягу що зберігається на дисках інформації та швидкості роботи з цією інформацією. Як збільшити обсяг диска? Найбільш очевидним рішенням є збільшення кількості пластин в корпусі жорсткого диска. Подібним чином зазвичай розрізняються моделі в межах одного модельного ряду. Цей спосіб є найбільш простим і дозволяє на одній і тієї ж елементної бази отримувати диски різної ємності. Але у цього способу існують природні обмеження: кількість дисків не може бути нескінченним. Збільшується навантаження на мотор, погіршуються температурні і шумові характеристики диска, імовірність шлюбу зростає пропорційно кількості пластин, а значить, важче забезпечити надійність. Серед промислово вироблених дисків найбільшою кількістю пластин має SCSI диск Seagate Barracuda 180 - у цього вінчестера аж 12 пластин! Є й рекордсмени в області спрощення пристрою дисків - це, наприклад, розглянутий нами далі Maxtor 513DX і 541DX, у якого один диск, який використовується тільки з одного боку.

Технологічно складніший (і більш перспективний) метод збільшення обсягу - збільшення щільності запису інформації. Тут виникає цілий ряд технологічних проблем. Сучасні пластини виготовляються з алюмінію або навіть зі скла (деякі моделі IBM). Магнітне покриття має складну багатошарову структуру і покрито зверху спеціальним захисним шаром. Розміри частинок магнітного покриття зменшуються, а чутливість їх зростає. Крім поліпшення параметрів самих пластин, суттєвим удосконаленням повинна зазнати система зчитування інформації. Необхідно зменшити зазор між головкою й поверхнею пластини, підвищити чутливість головки. Але й тут закони фізики накладають свої природні обмеження на межу застосування подібних технологій. Адже розміри магнітних часток не можуть зменшуватися нескінченно.

Самий простий спосіб збільшити швидкість зчитування - збільшити швидкість обертання пластин. Цим шляхом і пішли конструктори. Якщо пластини обертаються з більшою швидкістю, то за одиницю часу під зчитує головкою проходить більше інформації. На збільшення швидкості зчитування впливає також і розглянута вище збільшення щільності запису інформації. Саме з цієї причини SCSI диски, як правило, володіють більшою швидкістю обертання. Однак на такій швидкості складніше точно позиціонувати головку зчитування, тому щільність запису там менше, ніж на деяких IDE дисках, а стоять такі диски більше.

Так як голівка при пошуку інформації переміщається тільки поперек диска, вона вимушена "чекати", поки диск повернеться і сектор із затребуваними даними виявиться доступним для читання. Цей час залежить тільки від швидкості обертання диска і називається часом очікування інформації (latency). Але необхідно розуміти, що загальний час доступу до інформації визначається часом пошуку потрібної доріжки на диску і часом позиціонування всередині цієї доріжки. Збільшення швидкості обертання диска зменшує лише останнє значення. Для зменшення часу пошуку потрібної доріжки вдосконалюють привід зчитує головки і ... зменшують діаметр пластин диска. Майже всі сучасні вінчестери випускаються з пластинами діаметром 2,5 дюйма.

Позиціонування головки взагалі є окремою вельми нетривіальною проблемою. Досить сказати, що при сучасній щільності запису доводиться враховувати навіть теплове розширення! Таким чином, збільшення швидкості обертання диска істотно ускладнює точне позиціонування головки. І у спробах збільшити швидкодію диска іноді доводиться жертвувати обсягом, використовуючи пластини з меншу щільність запису. Не дивно, що найбільш дорогі і швидкі вінчестери, що відрізняються більш високою швидкістю обертання, не використовують максимальної технологічно доступної на даний момент щільності запису. За швидкість доводиться платити.

Так якого диску віддати перевагу? При однаковому обсязі більшого увагу заслуговують моделі з більшою щільністю запису, у порівнянні з моделями з великою кількістю дисків, хоча б тому, що у них вище лінійна швидкість читання/запису (великі файли читаються швидше). Швидкість доступу до інформації безпосередньо залежить від швидкості обертання пластин (швидше робота з великим кількістю дрібних файлів). Але збільшення швидкості призводить до подорожчання виробів, а іноді доводиться жертвувати і щільністю запису.

5. Інтерфейси жорстких дисків

Розвиток інтерфейсів вінчестерів йшло двома паралельними шляхами: дешевим і дорогим. Дороге рішення полягало у створенні на платі самого вінчестера окремого інтелектуального контролера, який би брав на себе значну частину роботи по взаємодії з вінчестером. Результатом цього підходу з'явився інтерфейс SCSI, який швидко завоював популярність на ринку серверів. Одним з переваг цього підходу була можливість підключення до комп'ютера значного для того часу кількості пристроїв, що вимагають для своєї роботи широкого каналу передачі даних.

Просте і дешеве рішення - перекласти значну частину операцій по вводу-виводу на центральний процесор. У цього рішення цілком очевидний недолік: зниження загальної обчислювальної потужності системи, особливо помітне при багатозадачного роботі. А в ті часи, коли процесори не були такими потужними, це сильно обмежувало можливості, зокрема, файлових серверів. Результатом втілення в життя цього підходу з'явився широко розповсюджений інтерфейс IDE.

Цей інтерфейс був порівняно дешевий і, хоча не був самим продуктивним, повністю витіснив інші інтерфейси з ринку дешевих і недорогих систем. Він поступово розвивався, і з часом з'явилися стандарти UDMA, істотно прискорюють роботу вінчестерів, інтерфейси IDE стали більш інтелектуальними. А тому що продуктивність процесорів зростала швидше продуктивності вінчестерів, то обмеження інтерфейсу IDE грали все меншу роль.

Тим самим на сьогодні ми маємо два типи вінчестерів: високопродуктивні SCSI і "ширпотреб" - IDE. Принципових відмінностей у пристрої самих вінчестерів SCSI і IDE немає, але історично склалося, що SCSI розрахований на сегмент дорогих серверних рішень, тому в середньому вони швидше і, як наслідок, істотно дорожче.

Пропускна швидкість SCSI значно вище IDE, цілих 160 Мб/с. А IDE працює зі швидкістю 33, 66 і 133 Мб/с. Відповідні стандарти називаються ATA/33, ATA/66 і ATA/133.

В лютому 2000 року на офіційному Форумі розробників Intel було оголошено про формування робочої групи зі створення стандарту послідовного ATA - SATA (Serial ATA). Протягом останніх восьми йде процес поступового витіснення паралельного ATA його послідовним побратимом SATA.

В SATA використовується 7-жильний кабель для обміну даними; обмін відбувається за 1 биту за такт (в кабелі 1 лінія для прийому та 1 - для передачі) і 15-жильний силовий кабель. Одним кабелем можна підключити тільки один пристрій, що скасовує необхідність встановлювати перемички (джампера) для влаштування Master/Slave. Вузький кабель в набагато більшій мірі, ніж шлейф паралельного ATA, сприяє циркуляції повітря всередині корпусу PC. Але найголовніше - це швидкість. Стандарт SATA-150 здійснює передачу зі швидкістю 150 Мб/с, що в півтора рази вище, ніж UDMA/100. Але SATA-300 і SATA-600 припускають швидкості 300 MBps і 600 MBps відповідно.

Технологія SAS, спадкоємиця паралельного інтерфейсу SCSI, спирається на перевірену часом високу функціональність свого попередника і обіцяє значно розширити можливості сучасних систем зберігання даних масштабу підприємства. SAS має цілу низку переваг, які будуть недоступні традиційним рішенням в області зберігання даних. Зокрема, SAS дозволяє підключати до одного порту до 16 256 пристроїв і забезпечує надійне послідовне з'єднання "точка-точка" з швидкістю до 3 Гб/с.

6. Як працюють програми відновлення даних

Кожен тільки що віддалений файл все ще знаходиться на жорсткому диску, але Windows його більше не бачить. Якщо програмою відновлення даних потрібно відновити цей файл, вона переглядає завантажувальний сектор розділу (Partition Boot Sector). У ньому міститься вся інформація про будову розділу, наприклад розмір секторів (як правило, 512 байт) та кількість секторів в одному кластері.

В розділі NTFS розміром більше 2 Гбайт в одному кластері міститься чотири сектори. У нашому прикладі показаний невеликий розділ розміром 500 Мбайт, у якого кожному сектору відповідає один кластер.

Поряд з цією інформацією програми відновлення даних сканують головну таблицю файлів (Master File Table, MFT), яка теж знаходиться в Partition Boot Sector. Вона являє собою список усіх файлів, що знаходяться в розділі, в ній містяться всі файлові атрибути та інформація про те, в яких секторах вінчестера знаходяться самі файли. Ті з них, що за розмірами менше 1500 байт, записуються прямо в MFT. Для файлів більшого об'єму в MFT є посилання на адреси секторів, у яких лежать дані.

В початку MFT знаходяться інші записи, наприклад так звана бітова карта розподілу кластерів (Cluster Bitmap), що показує всі використовувані кластери, а також файл поганих кластерів (Bad Cluster File), що реєструє всі кластери з помилками. Тільки з 17-ї запису починається власне опис файлів. Звичайно таблиця MFT в Windows не видно. Але є дискові редактори, наприклад WinHex, які показують зміст MFT в шістнадцятиричних кодах.

На картинці (см.ниже) ви бачите MFT-запис віддаленого файлу в HEX-коді. Для програми відновлення даних достатньо цієї інформації, щоб відновити файл.

Значення які програма відновлення файлів знаходить у Master File Table:

1. Ці чотири байти (File Identifier) позначають початок нового файлу. Байти до наступного File Identifier містять всю інформацію про файл.

2. Ці два байти зарезервовані для прапорів, які дають довідку про стан файлу. Якщо їх значення дорівнює 0, як у нашому випадку, це означає, що файл вилучено.

3. З цих 16 байт програма відновлення даних дізнається, коли файл був створений і в останній раз піддавався змінам.

4. Це посилання на каталог, в якому знаходиться файл (Parent Directory Record Number). З її допомогою програма-рятувальник може включити файл у структуру каталогів.

5. Тут з'являється ім'я файлу, в нашому випадку mу Prеsеntаtiоn.pрt.

6.Якщо ці два байти мають значен ня 0, то файл не стиснутий.

7. Ці вісім байт повідомляють розмір файлу, в нашому випадку 56 320 байт.

8.Важнейшая частину запису MFT, що називається Data runs, показує, де фактично знаходяться дані.

На малюнку 4 зазначено, де знаходяться дані.

a. Перший байт повідомляє, скільки байт необхідно для адреси першого кластеру (3 байти) і відображення довжини файлу в усіх кластерах (1 байт).

b. Другий байт містить довжину файлу, у нашому прикладі - 110 кластерів.

c. Наступні три байти означають, що файл починається з кластеру 312 555.

d. Останній байт має значення 0. Це означає, що файл не фрагментований. Отже, немає ніяких додаткових записів Data runs.

Як програма відновлює дані.

Тепер у програми відновлення даних є вся інформація, необхідна для успішного відновлення видаленого файлу. Вона звертається до кластеру 312 555, прочитує дані в наступних 110 кластерах і зберігає їх під ім'ям mу

Рис. 6.1. MFT-запис віддаленого файлу в HEX-коді

7. Програмно-апаратний комплекс для ремонту HDD ATA, SATA PC-3000 for Windows (UDMA)

7.1 Призначення  PC-3000 for Windows (UDMA)

Програмно-апаратний комплекс PC-3000 for Windows (UDMA) (Ріс.7.1) призначений для діагностики та ремонту HDD (відновлення працездатності) з інтерфейсом ATA (IDE) і SATA (Serial ATA 1.0, 2.0), місткістю від 1 Гб до 750 Гб, виробництва: Seagate, Western Digital, Fujitsu, Samsung, Maxtor, Quantum, IBM (HGST), HITACHI, TOSHIBA c форм-фактором 3.5''- настільні ПК; 2.5''і 1.8'' - Накопичувачі для ноутбуків; 1.0''- накопичувачі для портативної техніки, з інтерфейсом Compact Flash., До кожного з яких можна, у свою чергу, підключити кілька HDD.

Рис. 7.1. Спеціалізована двох портова плата - тестер PC - 3000 UDMA

7.2 Принципи функціонування

Діагностика HDD здійснюється у звичайному (користувача) режимі і в спеціальному технологічному (заводському) режимі. Для цього в комплекс PC-3000 for Windows (UDMA) входить набір технологічних перехідників і адаптерів, які використовуються для ремонту HDD і відновлення даних.

Для первісної діагностики HDD запускається універсальна утиліта PC-3000, яка діагностує HDD і вказує всі його несправності. Далі запускається спеціалізована (призначена тільки для цього сімейства) технологічна утиліта, яка і здійснює ремонт HDD.

Безпосередньо ремонт HDD полягає у виявленні та усуненні пошкоджень в службовій зоні, перезапису Flash ПЗУ, відновлення системи трансляції, виявлення дефектних ділянок магнітних поверхонь і виключення їх з робочого простору HDD. Весь процес ремонту можна розділити по пунктах:

Діагностика плати електроніки HDD, за якої перевіряються ПЗУ, що знаходяться на платі, перевіряється целостность їх вмісту та відповідність версії. У разі потреби проводиться їх перезапис. Дані для запису беруться з еталонних даних у базі PC-3000.

Діагностика службової зони HDD, яка знаходиться в гермоблоке на мінусових циліндрах, і виявлення зруйнованих службових модулів. Якщо необхідно, то відновлення пошкоджених модулів методом перерахунку або їх перезапис з еталонних даних бази PC-3000.

Пошук дефектних секторів на поверхнях HDD та їх приховування. Приховування здійснюється за рахунок резервної зони HDD, спеціально призначеної для цього. Ємність HDD при цьому не зменшується.

Процес програмного ремонту HDD максимально зручний і вимагає від оператора наявності тільки базових знань про будову HDD. При цьому він достатньо ефективний - Дозволяє ремонтувати до 80% всіх несправних HDD.

7.3 Склад  PC-3000 for Windows (UDMA)

На малюнку 7.2 представлений комплект обладнання PC-3000 for Windows (UDMA), який включає в себе наступні елементи:

Плата-тестер PC-3000 UDMA

ПО комплексу PC-3000 for Windows (UDMA)

Двох портовий адаптер управління живленням PC-3K PWR2

Адаптер PC-USB-TERMINAL

Адаптер PC-2 "(для 2.5" і 1.8 "HDDs)

Адаптер PC-CF (для 1.0 "HDDs Compact Flash)

Адаптер PC PATA-SATA

Адаптер PC-SEAGATE

Адаптер PC-SEAG.SATA

Адаптер PC-PATA-SATA mini

Адаптер PC-TOSHIBA

Перехідник PC-QUANTUM

Перехідник PC-MX-SAFE

Щуп ATMR, HTS548, HTS726

Щуп AVV2, VLAT

Інтерфейсні кабелі IDE 80 pin (80 см.)

Інтерфейсний кабель IDE 80 pin (34 см.)

Кабелі харчування HDD

Кабель живлення PC-MX-SAFE

Кабель USB

Кабель HDD-10 pin (30 см.)

Керівництво користувача

Рис. 7.2. Комплект обладнання PC-3000 for Windows (UDMA)

На малюнках 7.3 - 7.13 представлені окремі елементи комплекту обладнання PC-3000 for Windows (UDMA).

Рис. 7.3. Адаптер PC-USB-TERMINAL

Рис. 7.4 Адаптери PC-QUANTUM, PC-SEAGATE, PC-SEAG.SATA

Рис. 7.5. Адаптер PC-2 "- призначений для підключення 2.5" та 1.8 " HDD

Рис. 7.6. Адаптер PC-CF - призначений для підключення 1.0 "HDD (Compact Flash)

Рис. 7.7. Адаптер PC PATA-SATA - призначений для підключення SATA HDD

Рис. 7.8. Адаптер PC PATA-SATA mini - призначений для прямого підключення до порту 2 плати "PC-3000 UDMA"

Рис. 7.9. Перехідник PC-TOSHIBA - призначений для підключення HDD Toshiba 1,8 " (Micro ATA 3.3 V)

Рис. 7.10. Схема підключення адаптера PC-USB-TERMINAL

Рис. 7.11. Схема підключення адаптера PC-SEAG.SATA

Рис. 7.12. Перехідник PC-MX-SAFE - пр