Что значит ошибки позиционирования

Первую часть этого материала можно прочитать здесь.

Технология S.M.A.R.T. родилась в далеком 1995 году, так что возраст у нее почтенный. Предполагалось, что атрибуты SMART (давайте для простоты писать аббревиатуру без точек), формируемые микропрограммой жесткого диска, позволят программно оценивать состояние накопителя, а также дадут механизм для предсказания выхода его из строя. Последнее в те времена было достаточно актуально: срок жизни дисков в серверах, например, исчислялся годом-полутора, и знать, когда готовить замену, было нелишним.

Со временем многое поменялось: что-то отмерло, какие-то стороны развились сильнее (например, контроль механики диска). Первоначальный набор из десятка простейших атрибутов усложнился и разросся в несколько раз, порой менялся их смысл, многие производители ввели собственные атрибуты с не всегда ясным функционалом. Появилась масса программ для анализа SMART (как правило, невысокого качества, но с эффектным интерфейсом, да еще и за деньги) и т.п.

Так что не мешает описать современное состояние SMART. Начнем с критически важных атрибутов, ухудшение которых почти всегда свидетельствует о проблемах с накопителем. Именно их первым делом смотрят ремонтники при диагностике HDD.

• #01 Raw Read Error Rate — частота ошибок при чтении данных с диска, происхождение которых обусловлено аппаратной частью диска. Для всех дисков Seagate, Samsung (семейства F1 и более новые) и Fujitsu 2,5″ это — число внутренних коррекций данных, проведенных ДО выдачи в интерфейс; на пугающе огромные цифры можно не обращать внимания.
• #03 Spin-Up Time — время раскрутки пакета пластин из состояния покоя до рабочей скорости. Растет при износе механики (повышенное трение в подшипнике и т.п.), также может свидетельствовать о некачественном питании (например, просадке напряжения при старте диска).
• #05 Reallocated Sectors Count — число операций переназначения секторов. Когда диск обнаруживает ошибку чтения/записи, он помечает сектор переназначенным и переносит данные в резервную область. Вот почему на современных HDD нельзя увидеть bad-блоки — все они спрятаны в переназначенных секторах. Этот процесс называют remapping, на жаргоне — ремап. Поле Raw Value атрибута содержит общее количество переназначенных секторов. Чем оно больше, тем хуже состояние поверхности диска.
• #07 Seek Error Rate — частота ошибок при позиционировании блока магнитных головок (БМГ). Рост этого атрибута свидетельствует о низком качестве поверхности или о поврежденной механике накопителя. Также может повлиять перегрев и внешние вибрации (например, от соседних дисков в корзине).
• #10 Spin-Up Retry Count — число повторных попыток раскрутки дисков до рабочей скорости в случае, если первая попытка была неудачной. Если значение атрибута растет, то велика вероятность проблем с механикой.
• #196 Reallocation Event Count — число операций переназначения. В поле Raw Value атрибута хранится общее число попыток переноса информации со сбойных секторов в резервную область диска (она, как правило, не слишком велика — несколько тысяч секторов). Учитываются как успешные, так и неудачные операции.
• #197 Current Pending Sector Count — текущее число нестабильных секторов. Здесь хранится число секторов, являющихся кандидатами на замену. Они не были еще определены как плохие, но считывание с них происходит с затруднениями (например, не с первого раза). Если «подозрительный» сектор будет в дальнейшем считываться успешно, то он исключается из числа кандидатов. В случае же повторных ошибочных чтений накопитель попытается восстановить его и выполнить ремап.
• #198 Uncorrectable Sector Count — число секторов, при чтении которых возникают неисправимые (внутренними средствами) ошибки. Рост этого атрибута указывает на серьезные дефекты поверхности или на проблемы с механикой накопителя.
• #220 Disk Shift — сдвиг пакета пластин относительно оси шпинделя. В основном возникает из-за сильного удара или падения диска. Единица измерения неизвестна, но при сильном росте атрибута диск не жилец.

  Также следует принимать во внимание и информационные атрибуты, способные много чего поведать об «истории» диска.

• #02 Throughput Performance — средняя производительность диска. Если значение атрибута уменьшается, то велика вероятность, что у накопителя есть проблемы.
• #04 Start/Stop Count — число циклов запуск-остановка шпинделя. У дисков некоторых производителей (например, Seagate) — счетчик включения режима энергосбережения.
• #08 Seek Time Performance — средняя производительность операции позиционирования головок. Снижение значения этого атрибута свидетельствует о неполадках в механике привода головок (в первую очередь о замедленном позиционировании).
• #09 Power-On Hours (POH) — время, проведённое во включенном состоянии. Показывает общее время работы диска, единица измерения зависит от модели (не только 1 час, но и 30 мин, и даже 1 минута).
• #11 Recalibration Retries — число повторов рекалибровки в случае, если первая попытка была неудачной. Рост этого атрибута указывает на проблемы с механикой диска.
• #12 Device Power Cycle Count — число полных циклов включения-выключения диска.
• #13 Soft Read Error Rate — частота появления «программных» ошибок при чтении данных. Сюда можно отнести ошибки программного обеспечения, драйверов, файловой системы, неверную разметку диска — в общем, почти все, что не относится к аппаратной части.
• #190 Airflow Temperature — температура воздуха внутри корпуса HDD. Для дисков Seagate атрибут выдается в нормировке 100º минус температура (тем самым критический нагрев соответствует значению 45), а модели Western Digital используют нормировку 125º минус температура.
• #191 G—sense error rate — число ошибок, возникших из-за внешних нагрузок. Атрибут хранит показания встроенного акселерометра, который фиксирует все удары, толчки, падения и даже неаккуратную установку диска в корпус компьютера.
• #192 Power—off retract count — число зафиксированных повторов включения/выключения питания накопителя.
• #193 Load/Unload Cycle Count — число циклов перемещения БМГ в специальную парковочную зону/в рабочее положение.
• #194 HDA temperature — температура механической части диска, в просторечии банки (HDA — Hard Disk Assembly). Информация снимается со встроенного термодатчика, которым служит одна из магнитных головок, обычно нижняя в банке. В битовых полях атрибута фиксируются текущая, минимальная и максимальная температура. Не все программы, работающие со SMART, правильно разбирают эти поля, так что к их показаниям стоит относиться критично.
• #195 Hardware ECC Recovered — число ошибок, скорректированных аппаратной частью диска. Сюда входят ошибки чтения, ошибки позиционирования, ошибки передачи по внешнему интерфейсу. На дисках с SATA-интерфейсом значение нередко ухудшается при повышении частоты системной шины — SATA очень чувствителен к разгону.
• #199 UltraDMA (Ultra ATA) CRC Error Count — число ошибок, возникающих при передаче данных по внешнему интерфейсу в режиме UltraDMA (нарушения целостности пакетов и т.п.). Рост этого атрибута свидетельствует о плохом (мятом, перекрученном) кабеле и плохих контактах. Также подобные ошибки появляются при разгоне шины PCI, сбоях питания, сильных электромагнитных наводках, а иногда и по вине драйвера.
• #200 Write Error Rate/ Multi-Zone Error Rate — частота появления ошибок при записи данных. Показывает общее число ошибок записи на диск. Чем больше значение атрибута, тем хуже состояние поверхности и механики накопителя.

Как видим, большинство «интересных» атрибутов отражает функционирование механики накопителя. Технология SMART действительно позволяет предсказывать выход диска из строя в результате механических неисправностей, что, по статистике, составляет около 60% всех отказов. Полезен и мониторинг температур: перегрев головок резко ускоряет их деградацию, так что превышение опасного порога (45-55º в зависимости от модели) — сигнал срочно улучшить охлаждение диска.

Вместе с тем не следует переоценивать возможности SMART. Современные диски нередко «дохнут» на фоне отличных атрибутов, что связано с тонкими процессами дефект-менеджмента в условиях высокой плотности записи и не всегда, мягко говоря, качественных компонентов (разнобой в отдаче головок сегодня — обычное дело). Тем более SMART не способен предсказать последствия таких «форс-мажоров», как скачок напряжения, перегрев платы электроники или повреждение накопителя от удара.

Практически у всех атрибутов наибольший интерес представляет поле Raw Value: «сырые» значения наиболее информативны. Их нормировка (степень приближения к абстрактному порогу) часто ничего не дает и только запутывает дело. Поэтому и программы, полагающиеся на эти проценты, нельзя считать вполне надежными. Типичный случай для них — ложные тревоги. Программа сообщает, что новый, недавно установленный накопитель того и гляди «склеит ласты». А все дело в том, что в начале эксплуатации некоторые атрибуты SMART быстро меняются и примитивная экстраполяция приводит к пугающим пользователя прогнозам.

Я советую бесплатную программу HDDScan — она корректно понимает все атрибуты, в том числе и новые, правильно разбирает температурные показатели. Отчет выводится в виде аккуратной xml-таблицы с цветовой индикацией, которую можно сохранить или распечатать.

SMART диска WD пятилетнего возраста. О его близкой кончине свидетельствуют ненулевые значения атрибутов 1 и 200 (для WD они особенно чреваты), а также тот факт, что после ремапа атрибут 197 снова растет. Это значит, что возможности исправления дефектов исчерпаны

Крайне полезна у HDDScan возможность считывать SMART у внешних накопителей, столь распространенных сегодня. Практически ни одна другая программа этого не умеет, ведь на пути данных стоит контроллер, преобразующий интерфейс PATA/SATA в USB или FireWire. Автор целенаправленно работал в этом направлении, и ему удалось охватить широкий спектр контроллеров. Не забыты и диски с интерфейсом SCSI, до сих пор широко применяемые в серверах (атрибуты у них особые — например, выводится общее число записанных или считанных байтов за всю жизнь накопителя).

Функционал HDDScan полностью отвечает потребностям ремонтника. Когда первичную диагностику принесенного внешнего диска можно провести, не разбирая корпус, — это удобно, экономит время, а порой и сохраняет гарантию.

SMART, снятый со SCSI-диска. Здесь исторически сложились совсем другие атрибуты

Механика давно стала ахиллесовой пятой HDD, и даже не столько из-за чувствительности к ударам и вибрации (это еще можно компенсировать), сколько из-за медлительности. Самые быстрые «дерганья» блоком магнитных головок (2-3 мс у лучших серверных моделей) в тысячи раз уступают скоростям электроники.

И принципиально ничего тут не улучшишь. Поднимать скорость вращения пакета дисков некуда, 15000 об./мин уже предел. Японцы несколько лет назад подступались к 20000 об./мин (вполне гироскопная скорость), но в итоге отказались — не выдерживают материалы, конструкция получается слишком дорогая и для массового производства слабо пригодная. В малых же сериях винчестеры выйдут золотыми, такие никто не купит — это не гироскопы, которые заменить нечем.

Выходит, уткнулись в барьер. Механику на кривой козе не объедешь. Единственный выход — поднимать плотность записи, поперечную и продольную. Продольная плотность (вдоль дорожки) влияет на производительность накопителя, т.е. на поток данных к остальным узлам компьютера. Но все равно, даже достигнутые 100-130 Мбайт/с — это для нынешних компьютеров слишком мало. Например, рядовая оперативная память (DRAM) имеет реальную производительность около 3 Гбайт/с, а кеш процессора — еще больше. Разница на порядки, и она сильно сказывается на общем быстродействии. Конечно, никто не требует от энергонезависимого накопителя, емкость которого в сотни раз превышает DRAM, такой же производительности. Но даже простое удвоение было бы заметно любому пользователю.

Поперечная плотность записи — это густота дорожек на пластине, в современных HDD она превышает 10000 на 1 миллиметр. Получается, что сама дорожка имеет ширину менее 100 нм (между прочим, нанотехнологии в чистом виде). Это позволяет резко поднять емкость в расчете на одну поверхность, а также ускоряет позиционирование за счет изощренных алгоритмов (их разработка потянула бы на пару докторских диссертаций).

Как итог, за последние годы емкость и производительность HDD значительно выросли. Все это стало возможным благодаря технологии перпендикулярной записи, которая существует уже более 20 лет, но до массового внедрения дозрела только в 2007 году. Причем емкость тогда выросла даже сильнее, чем требуется: первые терабайтные диски встретили вялый отклик пользователей. Народ просто не понимал, куда приспособить таких монстров, тем более что они поначалу строились на пяти пластинах, были капризными, шумными и горячими (речь о тогдашних флагманах Hitachi).

Потом, конечно, люди разобрались, торренты заработали в полную силу, да и количество пластин поуменьшилось. В то же время плотность записи выросла до 500-750 Гбайт на пластину (имеются в виду диски настольного сегмента с форм-фактором 3,5″). Вот-вот в массовое производство пойдут терабайтные пластины, что даст возможность выпустить винчестеры объемом до 4 Тбайт (больше четырех пластин в стандартном корпусе высотой 26,1 мм не уместить; хитачевские пятипластинные первенцы большого развития не получили).

Трехтерабайтный диск WD Caviar Green WD30EZRX, наиболее емкий на сегодня. Имеет четырехпластинный дизайн, выпускается ровно год (с 20 октября 2010 г.). Как полагается, весной и летом дешевел, но в последние дни резко подорожал из-за наводнения в Таиланде (там расположены сборочные заводы WD, и стихия блокировала подвоз комплектующих)

Увы, скорость позиционирования выросла, мягко говоря, несильно, а у массовых моделей так вообще осталась на прежнем уровне, а то и упала в угоду… тишине. Маркетологи доказали, что потребитель голосует кошельком за гигабайты в расчете на один доллар, а не за миллисекунды доступа. Поэтому и небыстры дешевые диски по сравнению с породистыми серверными собратьями. Медлительность хорошо проявляется в скорости загрузки ОС, когда надо читать с диска большое количество мелких файлов, разбросанных по пластинам. Здесь главную роль играет скорость вращения шпинделя и мощный привод БМГ, дающий возможность больших ускорений.

Между прочим, «быстрые» диски легко отличить даже на вес — они заметно тяжелее «медленных». Полноразмерная банка с утолщенными стенками, способствующая геометрической стабильности и подавлению вибраций, скоростной шпиндельный двигатель, мощные магниты позиционера, двухслойная крышка повышенной жесткости — все это прибавляет такому накопителю десятки и сотни граммов. Еще больше отрыв в серверных моделях на 15000 об./мин, где пластины уменьшенного размера окружены внушительным объемом литого алюминия, а общий вес «харда» доходит до килограмма.

Высокопроизводительный диск WD Raptor со скоростью вращения шпинделя 10 000 об./мин. При емкости 150 Гбайт весит 740 г (массовые модели той же емкости — 400-500 г). Обратите внимание на размер магнитов и толщину стенок

С удешевлением твердотельных SSD, использующихся, в первую очередь, под операционную систему, нужда в высокопроизводительных HDD стала снижаться, а сами они постепенно выделяются в особый сегмент рынка (такова, например, «черная» серия у WD). Подобными дисками комплектуются профессиональные рабочие станции с ресурсоемкими приложениями, критичными к скорости доступа. Рядовые же пользователи брать достаточно дорогие накопители не торопятся, предпочитая объем производительности.

На другом конце спектра — популярные «зеленые» модели с намеренно замедленным вращением шпинделя (5400-5900 об./мин вместо 7200) и небыстрым позиционированием головок. Дешевые, тихие, холодные и достаточно надежные, эти винчестеры идеально подходят для хранения мультимедийных данных в домашних компьютерах, внешних корпусах и сетевых хранилищах. На наших прилавках все эти Green и LP сильно потеснили другие линейки, так что в мелких «точках» порой ничего больше и не найдешь.

⇡#Расточительность магнитной записи

Намагниченность доменов жесткого диска, как и в середине двадцатого века, меняют с помощью магнитной головки, поле которой возбуждается переменным электрическим током и действует на магнитный слой через зазор. Также эта технология требует быстрого вращения пластин, прецизионного контроля положения головки и т.д. Двигатель и позиционер жесткого диска, а также управляющая ими электроника потребляют заметную мощность, да и стоят немало. Но главное — на само возбуждение магнитного поля тратится очень много энергии.

Расточительность стандартного метода магнитной записи трудно оценить, работая на персональном компьютере. Жесткие диски массовых серий даже при активной работе потребляют менее 10 Вт, что на фоне прочих комплектующих (100 Вт и более) почти незаметно. Но ваши взгляды сразу переменятся после посещения серверной комнаты какого-нибудь крупного банка, а чтобы получить впечатлений на всю оставшуюся жизнь, достаточно подойти к дисковой стойке суперкомпьютера. В шуме сотен и тысяч жестких дисков, обдувающих их вентиляторов и прецизионных кондиционеров становится понятно, сколько энергии в глобальном масштабе тратится на такую работу.

Недаром для систем хранения данных энергоэффективность в списке характеристик выходит на первый план. Вот уже и Google переводит свои дата-центры на баржи в море (вот где настоящие офшоры!). Оказывается, охлаждение СХД забортной водой радикально сокращает операционные затраты, в первую очередь за счет экономии на кондиционерах.

⇡#О питании жестких дисков

Будет ли работать обычная 220-вольтовая лампочка от 230 В? Конечно, будет. А от 240 В? Тоже. Вопрос — сколько она протянет? Понятно, что меньше или существенно меньше — это зависит от конкретной лампочки. Ей суждена яркая, но короткая жизнь.

Примерно та же ситуация и с жесткими дисками. Наивные производители проектировали их, полагаясь на стандартные +5 В и +12 В. Однако в типичном компьютерном блоке питания (БП) стабилизируется лишь линия 5 В. К чему же это приводит?

При высокой нагрузке на процессор (а современные «камни» потребляют немало) и недостаточной мощности БП линия 5 В проседает, и система стабилизации отрабатывает это дело, повышая напряжение до номинального значения. Одновременно повышается и напряжение 12 В (из-за отсутствия стабилизации по нему). В результате и так нестойкий к нагреву HDD работает еще и при повышенном напряжении, которое подается на самые греющиеся узлы — микросхему управления двигателем (на жаргоне ремонтников — «крутилка») и привод головок (т.н. «звуковая катушка»). Итог — смотри рассуждение о лампочке.

Сгоревшая «крутилка» на плате как результат повышенного напряжения и плохого охлаждения. Нередко микросхема сгорает в буквальном смысле, с пиротехническими эффектами и выгоранием дорожек на плате. Такое ремонту не подлежит

Отсюда советы по блоку питания. Чем больше его мощность, тем лучше (в разумных пределах: запас более 30-35% по отношению к реальному потреблению снижает КПД блока, так что вы будете греть комнату). Менее мощный, но фирменный БП лучше более мощного, но безродно-китайского. Помните — разгоняют не только процессоры. В первом приближении, 420 «китайских» ватт эквивалентны 300 «правильным».

По-хорошему, надо бы еще учитывать возраст БП: после 2-3 лет эксплуатации его реальная мощность заметно снижается, а выходные напряжения дрейфуют. Разумеется, в некачественных изделиях, работающих на честном китайском слове, процессы старения выражены гораздо резче. Хорошо еще, если подобный блок тихо умрет сам, а не утащит за собой в агонии половину системного блока!

Максимально допустимым считается 12,6 В (+5% от номинала). Однако у многих дисков c ростом напряжения наблюдается нелинейно-резкий нагрев упомянутых выше узлов — «крутилки» и «катушки». Поэтому я рекомендую строже контролировать БП с помощью внешнего вольтметра (датчики на материнской плате, измеряющие напряжение для BIOS и программ типа AIDA, могут быть весьма неточны).

Измерять напряжение лучше всего на разъемах Molex и обязательно под полной нагрузкой: процессор занят вычислениями с плавающей точкой, видеокарта — выводом динамичной трехмерной графики, а диск — дефрагментацией. При 12,2-12,4 В стоит призадуматься, 12,4-12,6 В — поволноваться, 12,6-13 В — бить тревогу, а в случае 13 В и выше — копить деньги на новый диск или положить гарантийный талон на видное место…

Конденсаторы (2200 мкФ, 25 В), напаянные на цепи питания HDD (желтый провод — +12 В, красный — +5 В, черный — земля). В данном случае они уменьшают пульсации напряжения, от которых блок питания издает раздражающий высокочастотный писк

Если напряжение по линии 12 В сильно завышено, а вы не боитесь паяльника и способны отличить транзистор от диода, то можете включить последний в разрыв питания HDD (напомню, линии 12 В соответствует желтый провод). Диод сыграет роль ограничителя — на его p-n переходе упадут «лишние» 0,2-0,7 В (в зависимости от типа диода), и диску станет полегче. Только диод надо брать достаточно мощный, чтобы он выдерживал пусковой ток в 2-3 А.

И без фанатизма: результирующее напряжение не должно опускаться ниже 11,7 В. В противном случае возможна неустойчивая работа диска (множественные рестарты) и даже порча данных. А некоторые модели (в частности, Seagate 7200.10 и 7200.11) могут вообще не запуститься.

⇡#Миграция с флеш

Память NAND Flash появилась много позднее, чем HDD, и переняла ряд его технологий — взять хотя бы коды ECC. Далее оба направления развивались параллельно и сравнительно независимо. Но в последнее время наметился и обратный процесс: миграция технологий с флеш-памяти на жесткие диски. Конкретно речь идет о выравнивании износа.

Как известно, любой флеш-чип имеет ограниченный ресурс по числу стираний-записей в одну ячейку. В какой-то момент стереть ее уже не удается, и она навсегда застывает с последним записанным значением. Поэтому контроллер считает количество записей в каждую страницу и в случае превышения копирует ее на менее изношенное место. В дальнейшем вся работа ведется с новым участком (этим заведует транслятор), а старая страница остается как есть и не используется. Данная технология получила название Wear Leveling. Так вот, износ есть и в жестких дисках, но там он механический и температурный. Если магнитная головка все время висит над одной дорожкой (скажем, постоянно изменяется тот или иной файл), то растет вероятность повреждения дорожки при случайных толчках или вибрации диска (например, от соседних накопителей в корзине). Головка может коснуться пластины и повредить магнитный слой со всеми вытекающими печальными последствиями. Даже если вредного контакта нет, неподвижная головка локально нагревается и пусть обратимо, но деградирует. Запись в данное место происходит менее надежно, растет вероятность последующего неустойчивого считывания (а при современных огромных плотностях записи любое отклонение параметров губительно).

Эти соображения достаточно очевидны, и прошивка серверных дисков с интерфейсом SCSI/SAS (а они весьма горячи) давно научилась перемещать головки в простое, дабы они не перегревались. Но еще лучше вместе с головкой «перебрасывать» и информацию по пластине — в этом случае описанные эффекты подавляются максимально, а надежность накопителя растет. Вот Western Digital и ввел подобный механизм в новых моделях VelociRaptor. Это дорогие высокопроизводительные диски со скоростью вращения шпинделя 10000 об./мин и пятилетней гарантией, так что Wear Leveling там уместен.

VelociRaptor снаружи и внутри. Привлекает внимание мощный радиатор. Пластины же имеют уменьшенный диаметр — это характерно для современных скоростных дисков.

Кроме того, вся линейка VelociRaptor нацелена на использование в высоконагруженных системах, в первую очередь серверах, где запись на диск ведется очень интенсивно и зачастую в одни и те же файлы (типичный пример — логи транзакций). Массовым «ширпотребным» дискам высокие нагрузки не грозят, греются они тоже умеренно, так что подобный изыск там вряд ли появится. Впрочем, поживем — увидим.

⇡#Аdvanced Format и его применение

Вот уже более 20 лет все жесткие диски имеют одинаковый размер физического сектора: 512 байт. Это минимальная порция записи на диск, позволяющая гибко управлять распределением дискового пространства. Однако с ростом объема HDD все сильнее стали проявляться недостатки такого подхода — в первую очередь неэффективное использование емкости магнитной пластины, а также высокие накладные расходы при организации потока данных.

Поэтому диски большой емкости (терабайт и выше) стали производиться по технологии Advanced Format, которая оперирует «длинными» физическими секторами в 4096 байт. Разметка магнитных пластин под AF весьма выгодна для производителя: меньше межсекторных промежутков, выше полезная емкость дорожки и всей пластины (а это, наряду с магнитными головками, самый дорогой компонент HDD). Именно Advanced Format позволил выпустить на рынок недорогие винчестеры, столь популярные ныне у потребителей аудио- и видеоконтента. AF-дисками емкостью 1-3 Тбайт комплектуются не только компьютеры, но и масса внешних накопителей, сетевых хранилищ и медиаплееров.

Один из первых дисков 3,5″ с Advanced Format, выпущенный в 2009 г

Но даром ничего не дается, новые диски уже начинают приносить в ремонт. Похоже, надежность все-таки просела. Ведь единичный сбой диска или дефект поверхности портит теперь в 8 раз больше данных пользователя, чем обычно. При физическом секторе в 4 Кбайт и эмуляции «коротких» секторов в 512 байт не будет читаться от 1 до 8 секторов. Операционная система на это реагирует понятно как: авария, все пропало! В итоге мелкая проблема на пластинах вырастает для пользователя в зависание или чего еще хуже.

Я считаю, на дисках с AF не стоит держать ОС, прикладные программы и базы данных со множеством мелких файлов. Пока что их удел — мультимедийные данные, некритичные к выпадениям.

⇡#Что стоит почитать о жестких дисках

В первую очередь рекомендую заглянуть на форум HARDW.net. Его раздел «Накопители информации» посещает множество профессиональных ремонтников и энтузиастов (почти 40 тыс. участников). Там можно найти ответы практически по любой теме, связанной с HDD, за исключением самых новых «нераскопанных» моделей. Начните с подраздела «Песочница»: на простые (в понимании профессионалов) вопросы там отвечают подробно и содержательно, а не отшивают, как в других местах, — «несите к ремонтнику».

Еще больше информации, правда, на английском языке, можно найти на портале HDDGURU. Помимо ремонтно-диагностического ПО и статей по отдельным вопросам (например, как поменять головки у диска), там есть международный форум ремонтников, а также огромный архив ресурсов по HDD (firmware, документация, фото и т.п.). Портал прививает широкий взгляд на вещи, он будет интересен подготовленным и мотивированным людям. Во всяком случае, в закрытых конференциях ремонтников ссылки на него пробегают постоянно.

Сошлюсь и на свою статью «Как продлить жизнь жестким дискам» в трех частях. Она дает начальные сведения по обращению с HDD, и хотя написана более трех лет назад, устарела мало — диски за это время принципиально не изменились, разве что стали еще менее надежными из-за свирепой экономии. Производители, застигнутые мировым кризисом, снижали свои затраты по всем направлениям, что и послужило причиной ряда громких провалов 2008-2009 гг. Об одном из них речь пойдет в продолжении этого материала, которое выйдет в ближайшее время.

From Wikipedia, the free encyclopedia

Position error is one of the errors affecting the systems in an aircraft for measuring airspeed and altitude.^[1][2] It is not practical or necessary for an aircraft to have an airspeed indicating system and an altitude indicating system that are exactly accurate. A small amount of error is tolerable. It is caused by the location of the static vent that supplies air pressure to the airspeed indicator and altimeter.

Static system[edit]

All aircraft are equipped with a small hole in the surface of the aircraft called the static port. The air pressure in the vicinity of the static port is conveyed by a conduit to the altimeter and the airspeed indicator. This static port and the conduit constitute the aircraft’s static system. The objective of the static system is to sense the pressure of the air at the altitude at which the aircraft is flying. In an ideal static system the air pressure fed to the altimeter and airspeed indicator is equal to the pressure of the air at the altitude at which the aircraft is flying.

As the air flows past an aircraft in flight, the streamlines are affected by the presence of the aircraft, and the speed of the air relative to the aircraft is different at different positions on the aircraft’s outer surface. In consequence of Bernoulli’s principle, the different speeds of the air result in different pressures at different positions on the aircraft’s surface.^[3] The ideal position for a static port is a position where the local air pressure in flight is always equal to the pressure remote from the aircraft, however there is no position on an aircraft where this ideal situation exists for all angles of attack. When deciding on a position for a static port, aircraft designers attempt to find a position where the error between static pressure and free-stream pressure is a minimum across the operating range of angle of attack of the aircraft. The residual error at any given angle of attack is called the position error.^[4]

Position error affects the indicated airspeed and the indicated altitude. Aircraft manufacturers use the aircraft flight manual to publish details of the error in indicated airspeed and indicated altitude across the operating range of speeds. In many aircraft, the effect of position error on airspeed is shown as the difference between indicated airspeed and calibrated airspeed. In some low-speed aircraft, the position error is shown as the difference between indicated airspeed and equivalent airspeed.

Pitot system[edit]

Bernoulli’s principle states that total pressure (or stagnation pressure) is constant along a streamline.^[5] There is no variation in stagnation pressure, regardless of the position on the streamline where it is measured. There is no position error associated with stagnation pressure.

The pitot tube supplies pressure to the airspeed indicator. Pitot pressure is equal to stagnation pressure providing the pitot tube is aligned with the local airflow, it is located outside the boundary layer, and outside the wash from the propeller. Pitot pressure can suffer alignment error but it is not vulnerable to position error.

Aircraft design standards[edit]

Aircraft design standards specify a maximum amount of Pitot-static system error. The error in indicated altitude must not be excessive because it is important for pilots to know their altitude with reasonable accuracy for the purpose of traffic separation. US Federal Aviation Regulations, Part 23,^[6] §23.1325(e) includes the following requirement for the static pressure system:

• The system error, in indicated pressure altitude, …, may not exceed ±30 feet (9.1 m) per 100 knots (190 km/h) speed for the [operating speed range for the aircraft].

The error in indicated airspeed must also not be excessive. Part 23, §23.1323(b) includes the following requirement for the airspeed indicating system:

• The system error, including position error, …, may not exceed three percent of the calibrated airspeed or 5 knots (9.3 km/h), whichever is greater, throughout the [operating speed range for the aircraft].

Measuring position error[edit]

For the purpose of complying with an aircraft design standard that specifies a maximum permissible error in the airspeed indicating system it is necessary to measure the position error in a representative aircraft. There are many different methods for measuring position error. Some of the more common methods are:

• use of a GNSS receiver while flying a triangular course
• trailing conduit with static source, stabilized by a plastic cone
• tower fly-by with photographs of the passing aircraft taken from the tower to accurately show the height of the aircraft above or below the tower
• trailing bob with both Pitot and static sources

See also[edit]

• Airspeed
• Altitude
• Global Positioning System
• Pitot-static system
• Reduced vertical separation minima

References[edit]

Bibliography[edit]

• Clancy, L.J. (1975), Aerodynamics, Pitman Publishing Limited, London ISBN 0-273-01120-0
• Gracey, William (1958), Measurement of static pressure on aircraft (PDF), Langley Research Center: NACA, TR-1364, retrieved 2008-04-26.
• Kermode, A.C. (1972) Mechanics of Flight, Longman Group Limited, London ISBN 0-582-23740-8

External links[edit]

• Determining static system error

Даже, если вы никогда не слышали про SMART, шпиндель, SATA и другие страшные вещи, то Windows может сама давать недвусмысленные намеки на то, что с вашем жестким диском что-то не так.

Итак, мы уже определили — нам нужно использовать SMART. Теперь детально рассмотрим каждый параметр, на который стоит обратить внимание. Для примера мы возьмем наш жесткий диск компании Western Digitak — модель WD3200BPVT-55JJ5T1 (WD-WX61E82M9996). Срок службы 5 лет.

Кликните, чтобы увеличить изображение

Значение (Value или Current) — текущее значение данного атрибута. Единиц измерений этого нет — некое абстрактное значение, которым пользуется система. Может изменятся в процессе работы HDD. По умолчанию имеет значение 100 или 200 (т.е. это не действительное текущее значение параметра, а выставленное системой). Имеется много споров, действительно ли SMART корректно выставляет параметр «Значение» (Value). Многие склоняются, что точнее и правильней использовать метрику «Данные» (RAW).

В любом случае, «Значение» (Value) нужно сравнивать с «Порогом» (Threshold) — здесь есть нюансы, но в основном, чем ниже Value, тем хуже работает жесткий диск — оно не должно опускаться до порога или сравняться с ним

Наихудшее (Worst) — Самое худшее значение, до которого опускался параметр «Значение» (Value).

Порог (Threshold)  — Порог, ниже которого параметр «Значение» Value ни в коем случае не должен опускаться. Threshold — постоянный параметр, который установил производитель жесткого диска. Если это случилось, тогда у диска имеются серьезные проблемы со здоровьем. Однако тут есть один нюанс

Многие SMART-программы показывают, что с вашим диском всё в порядке, ориентируясь на параметры «Значение» и «Порог». Да, действительно, диагностика показывает, что значение не приблизилось к порогу, мол, всё окей. Но они не учитывают параметр Данные (RAW), о котором пойдет речь ниже. Зачастую, именно RAW показывает верные значения, а значит ваш диск может быть в опасности!

Данные (RAW или Data, «Сырое значение») — Наиболее точный показатель с тем, что творится с вашим жестким диском. Это уже не абстрактный параметр, как «Значение» (Value), а вполне реальный показатель. Хотя есть мнение, что именно «Данные» (RAW) влияет на показатель Значения, но иногда эти два типа данных сильно расходятся друг с другом. Иногда программы SMART показывают его в шестнадцатеричной системе измерения — перевести можно с помощью калькулятора (из DEC в HEX). Например, тут — https://lin.in.ua/tools/numconv.html

Частота появления ошибок при чтении с диска

Raw Read Error Rate

Частота ошибок при операции чтения с жесткого диска. Большое количество ошибок (меньшее значение атрибута) говорит о том, что с аппаратной частью диска не всё в порядке.Чем меньше параметр, тем хуже

Данный атрибут — главный показатель здоровья именно механики жесткого диска. Любое замедление блока магнитных головок может вылиться в ошибки чтения, так же как и падения, удары, перегрев и другие физические воздействия на диск. Тут важно понимать, что появление этих ошибок уже означает отрицательную динамику — их будет только больше. Остается только надеяться, что это не произойдет так быстро.

Главный нюанс атрибута Raw Read Error Rate в том, что именно параметр Данные «RAW» показывает реальное количество ошибок, а не параметр «Значение». Поэтому, даже если SMART-программы вам говорят о том, что всё в порядке, обратите внимание на «Данные». В нашем случае, Value=200, а RAW=1380, т.е. реальное количество ошибок чтения у нас 1380!

Однако и тут есть некоторые особенности. Часто винчестеры фирмы Seagate и Samsung в поле RAW показывают умопомрачительные значения под десятки тысяч или миллионов — понятно, что это неверная информация от SMART-программы — ваш диск при таком количестве ошибок был бы уже труп. ИТОГ: В данном атрибуте надо смотреть на RAW — он показывает реальные данные. Но если этот показатель показывает миллионные значения — то лучше ориентироваться на показатель «Значение» (Value)

Время раскрутки

Pin Up Time

Атрибут показывает время за которое диск (шпендель) разогнался из полного покоя до своей рабочего состояния, до «паспортной» скорости, которую зашил производитель на заводе — оно отображено Значение «Порог» (Threshold). Соответственно «Значение»(Value) содержит текущий показатель, конкретный для этой модели и этого производителя. До порогового значения он опускаться не должен. Чем меньше параметр, тем хуже

Данный атрибут некоторыми SMART-программами выделен как критичный, хотя его критичность, на самом деле, спорна. В целом, на этот показатель можно не обращать внимание, т.к. он говорит, скорей, не о здоровье конкретно жесткого диска, а наличие проблем с его питанием — недостаточное напряжение в блоке питания.

Кол-во переназначенных секторов

Reallocated Sector Count

Счетчик показывает общее количество так называемых «переназначенных» секторов. Сбойный сектор на диске — это очень плохо, поэтому HDD использует специальную резервную область, куда отныне жесткий диск будет обращаться за данными, вместо этого сбойного сектора. Чем меньше параметр, тем хуже!

Наверное, самый главный показатель здоровья жесткого диска. Если этот атрибут, SMART отмечает как проблемный («Значение» (Value) приближается к «Порогу» (Threshold)) — существуют серьезные проблемы с износом одной из головок или поверхностью жесткого диска. Показатель не выставляется производителем, как Pin Up Time или Raw Read Error Rate, поэтому максимального значения у него нет

При наличии повреждённого сектора диск помечает его как нечитаемый и использует вместо него сектор в резервной области, сделав соответствующие пометки в специальном списке дефектов поверхности – G-list. Такая операция по назначению нового сектора на роль старого называется remap (ремап, ремапинг) либо переназначение, а используемый вместо повреждённого сектор – переназначенным. Новый сектор получает логический номер LBA старого, и теперь при обращении за данными к этому сектору (с этим номером) запрос будет перенаправляться в резервную область. А она — не бесконечная.

В данном атрибуте смотрим лучше обращать внимание на «Данные» (RAW), а не на «Значение» (Value). Т.к. VALUE может стоять 200 или 100 (по умолчанию системы, но это не значит, что у вас уже 200 ошибок). Именно поле RAW показывает реальное общее количество переназначенных секторов.Самый идеальный вариант в данном случае — ноль в поле «RAW». Даже единица в этом поле говорит о начавшихся проблемах.

Проблема кроется в том, что данный атрибут показывает число уже переназначенных секторов, т.е. исправить это уже нельзя (даже низкоуровневым формтированием). Показатель не выставляется производителем, как Pin Up Time или Raw Read Error Rate, поэтому любое значение отличное от ноля — уже плохо. Это значит что уже есть отрицательная для здоровья HDD динамика.

Ошибки позиционирования

Seek Error Rate

Жесткий диск постоянно находится в движении — его головки скользят по поверхности в поисках данных. Иногда этот процесс сбоит и блок магнитных головок оказывается не в том месте — это ошибка позиционирования. При их наличии имеются повреждения сервометок, возможны проблемы с охлаждением и механической частью (шпендель)

Жесткий диск контролирует правильность установки головок на требуемую дорожку поверхности для считывания данных. В случае, когда установка выполнилась неверно, фиксируется ошибка и операция повторяется. Для данного накопителя причиной большого числа ошибок явился перегрев. Как и в случае с Raw Read Error Rate, «Значение» не должно опуститься ниже «Порога». А в столбце «Данные» (RAW) должен быть (в идеале) ноль.

Текущее количество нестабильных секторов.

Current Pending Sector Count (C5)

Предвестник больших проблем. Данный атрибут показывает количество секторов, которые диск не смог прочитать с первого раза. Операция будет проведена еще раз при повторном обращении к этому сектору. Если он не прочитается и второй раз, то он улетит в переназначенные сектора (Reallocated Sector Count)

Непрочитанный второй раз сектор будет переназначен в резервную область (как мы уже знаем, это называется ремап). Если всё-таки сектор будет прочтен, то он будет помечен, как стабильный и атрибут улучшиться. Ошибки в этом параметре могут быть вызваны банальным выключением ПК из сети или севшим ноутбуком — в общем, некорректным заверением работы Windows.

На что менять свой старый HDD? Конечно, на SSD

Как вам статья?

Первую часть этого материала можно прочитать здесь.

Технология S.M.A.R.T. родилась в далеком 1995 году, так что возраст у нее почтенный. Предполагалось, что атрибуты SMART (давайте для простоты писать аббревиатуру без точек), формируемые микропрограммой жесткого диска, позволят программно оценивать состояние накопителя, а также дадут механизм для предсказания выхода его из строя. Последнее в те времена было достаточно актуально: срок жизни дисков в серверах, например, исчислялся годом-полутора, и знать, когда готовить замену, было нелишним.

Со временем многое поменялось: что-то отмерло, какие-то стороны развились сильнее (например, контроль механики диска). Первоначальный набор из десятка простейших атрибутов усложнился и разросся в несколько раз, порой менялся их смысл, многие производители ввели собственные атрибуты с не всегда ясным функционалом. Появилась масса программ для анализа SMART (как правило, невысокого качества, но с эффектным интерфейсом, да еще и за деньги) и т.п.

Так что не мешает описать современное состояние SMART. Начнем с критически важных атрибутов, ухудшение которых почти всегда свидетельствует о проблемах с накопителем. Именно их первым делом смотрят ремонтники при диагностике HDD.

• #01 Raw Read Error Rate — частота ошибок при чтении данных с диска, происхождение которых обусловлено аппаратной частью диска. Для всех дисков Seagate, Samsung (семейства F1 и более новые) и Fujitsu 2,5″ это — число внутренних коррекций данных, проведенных ДО выдачи в интерфейс; на пугающе огромные цифры можно не обращать внимания.
• #03 Spin-Up Time — время раскрутки пакета пластин из состояния покоя до рабочей скорости. Растет при износе механики (повышенное трение в подшипнике и т.п.), также может свидетельствовать о некачественном питании (например, просадке напряжения при старте диска).
• #05 Reallocated Sectors Count — число операций переназначения секторов. Когда диск обнаруживает ошибку чтения/записи, он помечает сектор переназначенным и переносит данные в резервную область. Вот почему на современных HDD нельзя увидеть bad-блоки — все они спрятаны в переназначенных секторах. Этот процесс называют remapping, на жаргоне — ремап. Поле Raw Value атрибута содержит общее количество переназначенных секторов. Чем оно больше, тем хуже состояние поверхности диска.
• #07 Seek Error Rate — частота ошибок при позиционировании блока магнитных головок (БМГ). Рост этого атрибута свидетельствует о низком качестве поверхности или о поврежденной механике накопителя. Также может повлиять перегрев и внешние вибрации (например, от соседних дисков в корзине).
• #10 Spin-Up Retry Count — число повторных попыток раскрутки дисков до рабочей скорости в случае, если первая попытка была неудачной. Если значение атрибута растет, то велика вероятность проблем с механикой.
• #196 Reallocation Event Count — число операций переназначения. В поле Raw Value атрибута хранится общее число попыток переноса информации со сбойных секторов в резервную область диска (она, как правило, не слишком велика — несколько тысяч секторов). Учитываются как успешные, так и неудачные операции.
• #197 Current Pending Sector Count — текущее число нестабильных секторов. Здесь хранится число секторов, являющихся кандидатами на замену. Они не были еще определены как плохие, но считывание с них происходит с затруднениями (например, не с первого раза). Если «подозрительный» сектор будет в дальнейшем считываться успешно, то он исключается из числа кандидатов. В случае же повторных ошибочных чтений накопитель попытается восстановить его и выполнить ремап.
• #198 Uncorrectable Sector Count — число секторов, при чтении которых возникают неисправимые (внутренними средствами) ошибки. Рост этого атрибута указывает на серьезные дефекты поверхности или на проблемы с механикой накопителя.
• #220 Disk Shift — сдвиг пакета пластин относительно оси шпинделя. В основном возникает из-за сильного удара или падения диска. Единица измерения неизвестна, но при сильном росте атрибута диск не жилец.

  Также следует принимать во внимание и информационные атрибуты, способные много чего поведать об «истории» диска.

• #02 Throughput Performance — средняя производительность диска. Если значение атрибута уменьшается, то велика вероятность, что у накопителя есть проблемы.
• #04 Start/Stop Count — число циклов запуск-остановка шпинделя. У дисков некоторых производителей (например, Seagate) — счетчик включения режима энергосбережения.
• #08 Seek Time Performance — средняя производительность операции позиционирования головок. Снижение значения этого атрибута свидетельствует о неполадках в механике привода головок (в первую очередь о замедленном позиционировании).
• #09 Power-On Hours (POH) — время, проведённое во включенном состоянии. Показывает общее время работы диска, единица измерения зависит от модели (не только 1 час, но и 30 мин, и даже 1 минута).
• #11 Recalibration Retries — число повторов рекалибровки в случае, если первая попытка была неудачной. Рост этого атрибута указывает на проблемы с механикой диска.
• #12 Device Power Cycle Count — число полных циклов включения-выключения диска.
• #13 Soft Read Error Rate — частота появления «программных» ошибок при чтении данных. Сюда можно отнести ошибки программного обеспечения, драйверов, файловой системы, неверную разметку диска — в общем, почти все, что не относится к аппаратной части.
• #190 Airflow Temperature — температура воздуха внутри корпуса HDD. Для дисков Seagate атрибут выдается в нормировке 100º минус температура (тем самым критический нагрев соответствует значению 45), а модели Western Digital используют нормировку 125º минус температура.
• #191 G—sense error rate — число ошибок, возникших из-за внешних нагрузок. Атрибут хранит показания встроенного акселерометра, который фиксирует все удары, толчки, падения и даже неаккуратную установку диска в корпус компьютера.
• #192 Power—off retract count — число зафиксированных повторов включения/выключения питания накопителя.
• #193 Load/Unload Cycle Count — число циклов перемещения БМГ в специальную парковочную зону/в рабочее положение.
• #194 HDA temperature — температура механической части диска, в просторечии банки (HDA — Hard Disk Assembly). Информация снимается со встроенного термодатчика, которым служит одна из магнитных головок, обычно нижняя в банке. В битовых полях атрибута фиксируются текущая, минимальная и максимальная температура. Не все программы, работающие со SMART, правильно разбирают эти поля, так что к их показаниям стоит относиться критично.
• #195 Hardware ECC Recovered — число ошибок, скорректированных аппаратной частью диска. Сюда входят ошибки чтения, ошибки позиционирования, ошибки передачи по внешнему интерфейсу. На дисках с SATA-интерфейсом значение нередко ухудшается при повышении частоты системной шины — SATA очень чувствителен к разгону.
• #199 UltraDMA (Ultra ATA) CRC Error Count — число ошибок, возникающих при передаче данных по внешнему интерфейсу в режиме UltraDMA (нарушения целостности пакетов и т.п.). Рост этого атрибута свидетельствует о плохом (мятом, перекрученном) кабеле и плохих контактах. Также подобные ошибки появляются при разгоне шины PCI, сбоях питания, сильных электромагнитных наводках, а иногда и по вине драйвера.
• #200 Write Error Rate/ Multi-Zone Error Rate — частота появления ошибок при записи данных. Показывает общее число ошибок записи на диск. Чем больше значение атрибута, тем хуже состояние поверхности и механики накопителя.

Как видим, большинство «интересных» атрибутов отражает функционирование механики накопителя. Технология SMART действительно позволяет предсказывать выход диска из строя в результате механических неисправностей, что, по статистике, составляет около 60% всех отказов. Полезен и мониторинг температур: перегрев головок резко ускоряет их деградацию, так что превышение опасного порога (45-55º в зависимости от модели) — сигнал срочно улучшить охлаждение диска.

Вместе с тем не следует переоценивать возможности SMART. Современные диски нередко «дохнут» на фоне отличных атрибутов, что связано с тонкими процессами дефект-менеджмента в условиях высокой плотности записи и не всегда, мягко говоря, качественных компонентов (разнобой в отдаче головок сегодня — обычное дело). Тем более SMART не способен предсказать последствия таких «форс-мажоров», как скачок напряжения, перегрев платы электроники или повреждение накопителя от удара.

Практически у всех атрибутов наибольший интерес представляет поле Raw Value: «сырые» значения наиболее информативны. Их нормировка (степень приближения к абстрактному порогу) часто ничего не дает и только запутывает дело. Поэтому и программы, полагающиеся на эти проценты, нельзя считать вполне надежными. Типичный случай для них — ложные тревоги. Программа сообщает, что новый, недавно установленный накопитель того и гляди «склеит ласты». А все дело в том, что в начале эксплуатации некоторые атрибуты SMART быстро меняются и примитивная экстраполяция приводит к пугающим пользователя прогнозам.

Я советую бесплатную программу HDDScan — она корректно понимает все атрибуты, в том числе и новые, правильно разбирает температурные показатели. Отчет выводится в виде аккуратной xml-таблицы с цветовой индикацией, которую можно сохранить или распечатать.

SMART диска WD пятилетнего возраста. О его близкой кончине свидетельствуют ненулевые значения атрибутов 1 и 200 (для WD они особенно чреваты), а также тот факт, что после ремапа атрибут 197 снова растет. Это значит, что возможности исправления дефектов исчерпаны

Крайне полезна у HDDScan возможность считывать SMART у внешних накопителей, столь распространенных сегодня. Практически ни одна другая программа этого не умеет, ведь на пути данных стоит контроллер, преобразующий интерфейс PATA/SATA в USB или FireWire. Автор целенаправленно работал в этом направлении, и ему удалось охватить широкий спектр контроллеров. Не забыты и диски с интерфейсом SCSI, до сих пор широко применяемые в серверах (атрибуты у них особые — например, выводится общее число записанных или считанных байтов за всю жизнь накопителя).

Функционал HDDScan полностью отвечает потребностям ремонтника. Когда первичную диагностику принесенного внешнего диска можно провести, не разбирая корпус, — это удобно, экономит время, а порой и сохраняет гарантию.

SMART, снятый со SCSI-диска. Здесь исторически сложились совсем другие атрибуты

⇡#Барьеры HDD

Механика давно стала ахиллесовой пятой HDD, и даже не столько из-за чувствительности к ударам и вибрации (это еще можно компенсировать), сколько из-за медлительности. Самые быстрые «дерганья» блоком магнитных головок (2-3 мс у лучших серверных моделей) в тысячи раз уступают скоростям электроники.

И принципиально ничего тут не улучшишь. Поднимать скорость вращения пакета дисков некуда, 15000 об./мин уже предел. Японцы несколько лет назад подступались к 20000 об./мин (вполне гироскопная скорость), но в итоге отказались — не выдерживают материалы, конструкция получается слишком дорогая и для массового производства слабо пригодная. В малых же сериях винчестеры выйдут золотыми, такие никто не купит — это не гироскопы, которые заменить нечем.

Выходит, уткнулись в барьер. Механику на кривой козе не объедешь. Единственный выход — поднимать плотность записи, поперечную и продольную. Продольная плотность (вдоль дорожки) влияет на производительность накопителя, т.е. на поток данных к остальным узлам компьютера. Но все равно, даже достигнутые 100-130 Мбайт/с — это для нынешних компьютеров слишком мало. Например, рядовая оперативная память (DRAM) имеет реальную производительность около 3 Гбайт/с, а кеш процессора — еще больше. Разница на порядки, и она сильно сказывается на общем быстродействии. Конечно, никто не требует от энергонезависимого накопителя, емкость которого в сотни раз превышает DRAM, такой же производительности. Но даже простое удвоение было бы заметно любому пользователю.

Поперечная плотность записи — это густота дорожек на пластине, в современных HDD она превышает 10000 на 1 миллиметр. Получается, что сама дорожка имеет ширину менее 100 нм (между прочим, нанотехнологии в чистом виде). Это позволяет резко поднять емкость в расчете на одну поверхность, а также ускоряет позиционирование за счет изощренных алгоритмов (их разработка потянула бы на пару докторских диссертаций).

Как итог, за последние годы емкость и производительность HDD значительно выросли. Все это стало возможным благодаря технологии перпендикулярной записи, которая существует уже более 20 лет, но до массового внедрения дозрела только в 2007 году. Причем емкость тогда выросла даже сильнее, чем требуется: первые терабайтные диски встретили вялый отклик пользователей. Народ просто не понимал, куда приспособить таких монстров, тем более что они поначалу строились на пяти пластинах, были капризными, шумными и горячими (речь о тогдашних флагманах Hitachi).

Потом, конечно, люди разобрались, торренты заработали в полную силу, да и количество пластин поуменьшилось. В то же время плотность записи выросла до 500-750 Гбайт на пластину (имеются в виду диски настольного сегмента с форм-фактором 3,5″). Вот-вот в массовое производство пойдут терабайтные пластины, что даст возможность выпустить винчестеры объемом до 4 Тбайт (больше четырех пластин в стандартном корпусе высотой 26,1 мм не уместить; хитачевские пятипластинные первенцы большого развития не получили).

Трехтерабайтный диск WD Caviar Green WD30EZRX, наиболее емкий на сегодня. Имеет четырехпластинный дизайн, выпускается ровно год (с 20 октября 2010 г.). Как полагается, весной и летом дешевел, но в последние дни резко подорожал из-за наводнения в Таиланде (там расположены сборочные заводы WD, и стихия блокировала подвоз комплектующих)

Увы, скорость позиционирования выросла, мягко говоря, несильно, а у массовых моделей так вообще осталась на прежнем уровне, а то и упала в угоду… тишине. Маркетологи доказали, что потребитель голосует кошельком за гигабайты в расчете на один доллар, а не за миллисекунды доступа. Поэтому и небыстры дешевые диски по сравнению с породистыми серверными собратьями. Медлительность хорошо проявляется в скорости загрузки ОС, когда надо читать с диска большое количество мелких файлов, разбросанных по пластинам. Здесь главную роль играет скорость вращения шпинделя и мощный привод БМГ, дающий возможность больших ускорений.

Между прочим, «быстрые» диски легко отличить даже на вес — они заметно тяжелее «медленных». Полноразмерная банка с утолщенными стенками, способствующая геометрической стабильности и подавлению вибраций, скоростной шпиндельный двигатель, мощные магниты позиционера, двухслойная крышка повышенной жесткости — все это прибавляет такому накопителю десятки и сотни граммов. Еще больше отрыв в серверных моделях на 15000 об./мин, где пластины уменьшенного размера окружены внушительным объемом литого алюминия, а общий вес «харда» доходит до килограмма.

Высокопроизводительный диск WD Raptor со скоростью вращения шпинделя 10 000 об./мин. При емкости 150 Гбайт весит 740 г (массовые модели той же емкости — 400-500 г). Обратите внимание на размер магнитов и толщину стенок

С удешевлением твердотельных SSD, использующихся, в первую очередь, под операционную систему, нужда в высокопроизводительных HDD стала снижаться, а сами они постепенно выделяются в особый сегмент рынка (такова, например, «черная» серия у WD). Подобными дисками комплектуются профессиональные рабочие станции с ресурсоемкими приложениями, критичными к скорости доступа. Рядовые же пользователи брать достаточно дорогие накопители не торопятся, предпочитая объем производительности.

На другом конце спектра — популярные «зеленые» модели с намеренно замедленным вращением шпинделя (5400-5900 об./мин вместо 7200) и небыстрым позиционированием головок. Дешевые, тихие, холодные и достаточно надежные, эти винчестеры идеально подходят для хранения мультимедийных данных в домашних компьютерах, внешних корпусах и сетевых хранилищах. На наших прилавках все эти Green и LP сильно потеснили другие линейки, так что в мелких «точках» порой ничего больше и не найдешь.

⇡#Расточительность магнитной записи

Намагниченность доменов жесткого диска, как и в середине двадцатого века, меняют с помощью магнитной головки, поле которой возбуждается переменным электрическим током и действует на магнитный слой через зазор. Также эта технология требует быстрого вращения пластин, прецизионного контроля положения головки и т.д. Двигатель и позиционер жесткого диска, а также управляющая ими электроника потребляют заметную мощность, да и стоят немало. Но главное — на само возбуждение магнитного поля тратится очень много энергии.

Расточительность стандартного метода магнитной записи трудно оценить, работая на персональном компьютере. Жесткие диски массовых серий даже при активной работе потребляют менее 10 Вт, что на фоне прочих комплектующих (100 Вт и более) почти незаметно. Но ваши взгляды сразу переменятся после посещения серверной комнаты какого-нибудь крупного банка, а чтобы получить впечатлений на всю оставшуюся жизнь, достаточно подойти к дисковой стойке суперкомпьютера. В шуме сотен и тысяч жестких дисков, обдувающих их вентиляторов и прецизионных кондиционеров становится понятно, сколько энергии в глобальном масштабе тратится на такую работу.

Недаром для систем хранения данных энергоэффективность в списке характеристик выходит на первый план. Вот уже и Google переводит свои дата-центры на баржи в море (вот где настоящие офшоры!). Оказывается, охлаждение СХД забортной водой радикально сокращает операционные затраты, в первую очередь за счет экономии на кондиционерах.

⇡#О питании жестких дисков

Будет ли работать обычная 220-вольтовая лампочка от 230 В? Конечно, будет. А от 240 В? Тоже. Вопрос — сколько она протянет? Понятно, что меньше или существенно меньше — это зависит от конкретной лампочки. Ей суждена яркая, но короткая жизнь.

Примерно та же ситуация и с жесткими дисками. Наивные производители проектировали их, полагаясь на стандартные +5 В и +12 В. Однако в типичном компьютерном блоке питания (БП) стабилизируется лишь линия 5 В. К чему же это приводит?

При высокой нагрузке на процессор (а современные «камни» потребляют немало) и недостаточной мощности БП линия 5 В проседает, и система стабилизации отрабатывает это дело, повышая напряжение до номинального значения. Одновременно повышается и напряжение 12 В (из-за отсутствия стабилизации по нему). В результате и так нестойкий к нагреву HDD работает еще и при повышенном напряжении, которое подается на самые греющиеся узлы — микросхему управления двигателем (на жаргоне ремонтников — «крутилка») и привод головок (т.н. «звуковая катушка»). Итог — смотри рассуждение о лампочке.

Сгоревшая «крутилка» на плате как результат повышенного напряжения и плохого охлаждения. Нередко микросхема сгорает в буквальном смысле, с пиротехническими эффектами и выгоранием дорожек на плате. Такое ремонту не подлежит

Отсюда советы по блоку питания. Чем больше его мощность, тем лучше (в разумных пределах: запас более 30-35% по отношению к реальному потреблению снижает КПД блока, так что вы будете греть комнату). Менее мощный, но фирменный БП лучше более мощного, но безродно-китайского. Помните — разгоняют не только процессоры. В первом приближении, 420 «китайских» ватт эквивалентны 300 «правильным».

По-хорошему, надо бы еще учитывать возраст БП: после 2-3 лет эксплуатации его реальная мощность заметно снижается, а выходные напряжения дрейфуют. Разумеется, в некачественных изделиях, работающих на честном китайском слове, процессы старения выражены гораздо резче. Хорошо еще, если подобный блок тихо умрет сам, а не утащит за собой в агонии половину системного блока!

Максимально допустимым считается 12,6 В (+5% от номинала). Однако у многих дисков c ростом напряжения наблюдается нелинейно-резкий нагрев упомянутых выше узлов — «крутилки» и «катушки». Поэтому я рекомендую строже контролировать БП с помощью внешнего вольтметра (датчики на материнской плате, измеряющие напряжение для BIOS и программ типа AIDA, могут быть весьма неточны).

Измерять напряжение лучше всего на разъемах Molex и обязательно под полной нагрузкой: процессор занят вычислениями с плавающей точкой, видеокарта — выводом динамичной трехмерной графики, а диск — дефрагментацией. При 12,2-12,4 В стоит призадуматься, 12,4-12,6 В — поволноваться, 12,6-13 В — бить тревогу, а в случае 13 В и выше — копить деньги на новый диск или положить гарантийный талон на видное место…

Конденсаторы (2200 мкФ, 25 В), напаянные на цепи питания HDD (желтый провод — +12 В, красный — +5 В, черный — земля). В данном случае они уменьшают пульсации напряжения, от которых блок питания издает раздражающий высокочастотный писк

Если напряжение по линии 12 В сильно завышено, а вы не боитесь паяльника и способны отличить транзистор от диода, то можете включить последний в разрыв питания HDD (напомню, линии 12 В соответствует желтый провод). Диод сыграет роль ограничителя — на его p-n переходе упадут «лишние» 0,2-0,7 В (в зависимости от типа диода), и диску станет полегче. Только диод надо брать достаточно мощный, чтобы он выдерживал пусковой ток в 2-3 А.

И без фанатизма: результирующее напряжение не должно опускаться ниже 11,7 В. В противном случае возможна неустойчивая работа диска (множественные рестарты) и даже порча данных. А некоторые модели (в частности, Seagate 7200.10 и 7200.11) могут вообще не запуститься.

⇡#Миграция с флеш

Память NAND Flash появилась много позднее, чем HDD, и переняла ряд его технологий — взять хотя бы коды ECC. Далее оба направления развивались параллельно и сравнительно независимо. Но в последнее время наметился и обратный процесс: миграция технологий с флеш-памяти на жесткие диски. Конкретно речь идет о выравнивании износа.

Как известно, любой флеш-чип имеет ограниченный ресурс по числу стираний-записей в одну ячейку. В какой-то момент стереть ее уже не удается, и она навсегда застывает с последним записанным значением. Поэтому контроллер считает количество записей в каждую страницу и в случае превышения копирует ее на менее изношенное место. В дальнейшем вся работа ведется с новым участком (этим заведует транслятор), а старая страница остается как есть и не используется. Данная технология получила название Wear Leveling. Так вот, износ есть и в жестких дисках, но там он механический и температурный. Если магнитная головка все время висит над одной дорожкой (скажем, постоянно изменяется тот или иной файл), то растет вероятность повреждения дорожки при случайных толчках или вибрации диска (например, от соседних накопителей в корзине). Головка может коснуться пластины и повредить магнитный слой со всеми вытекающими печальными последствиями. Даже если вредного контакта нет, неподвижная головка локально нагревается и пусть обратимо, но деградирует. Запись в данное место происходит менее надежно, растет вероятность последующего неустойчивого считывания (а при современных огромных плотностях записи любое отклонение параметров губительно).

Эти соображения достаточно очевидны, и прошивка серверных дисков с интерфейсом SCSI/SAS (а они весьма горячи) давно научилась перемещать головки в простое, дабы они не перегревались. Но еще лучше вместе с головкой «перебрасывать» и информацию по пластине — в этом случае описанные эффекты подавляются максимально, а надежность накопителя растет. Вот Western Digital и ввел подобный механизм в новых моделях VelociRaptor. Это дорогие высокопроизводительные диски со скоростью вращения шпинделя 10000 об./мин и пятилетней гарантией, так что Wear Leveling там уместен.

VelociRaptor снаружи и внутри. Привлекает внимание мощный радиатор. Пластины же имеют уменьшенный диаметр — это характерно для современных скоростных дисков.

Кроме того, вся линейка VelociRaptor нацелена на использование в высоконагруженных системах, в первую очередь серверах, где запись на диск ведется очень интенсивно и зачастую в одни и те же файлы (типичный пример — логи транзакций). Массовым «ширпотребным» дискам высокие нагрузки не грозят, греются они тоже умеренно, так что подобный изыск там вряд ли появится. Впрочем, поживем — увидим.

⇡#Аdvanced Format и его применение

Вот уже более 20 лет все жесткие диски имеют одинаковый размер физического сектора: 512 байт. Это минимальная порция записи на диск, позволяющая гибко управлять распределением дискового пространства. Однако с ростом объема HDD все сильнее стали проявляться недостатки такого подхода — в первую очередь неэффективное использование емкости магнитной пластины, а также высокие накладные расходы при организации потока данных.

Поэтому диски большой емкости (терабайт и выше) стали производиться по технологии Advanced Format, которая оперирует «длинными» физическими секторами в 4096 байт. Разметка магнитных пластин под AF весьма выгодна для производителя: меньше межсекторных промежутков, выше полезная емкость дорожки и всей пластины (а это, наряду с магнитными головками, самый дорогой компонент HDD). Именно Advanced Format позволил выпустить на рынок недорогие винчестеры, столь популярные ныне у потребителей аудио- и видеоконтента. AF-дисками емкостью 1-3 Тбайт комплектуются не только компьютеры, но и масса внешних накопителей, сетевых хранилищ и медиаплееров.

Один из первых дисков 3,5″ с Advanced Format, выпущенный в 2009 г

Но даром ничего не дается, новые диски уже начинают приносить в ремонт. Похоже, надежность все-таки просела. Ведь единичный сбой диска или дефект поверхности портит теперь в 8 раз больше данных пользователя, чем обычно. При физическом секторе в 4 Кбайт и эмуляции «коротких» секторов в 512 байт не будет читаться от 1 до 8 секторов. Операционная система на это реагирует понятно как: авария, все пропало! В итоге мелкая проблема на пластинах вырастает для пользователя в зависание или чего еще хуже.

Я считаю, на дисках с AF не стоит держать ОС, прикладные программы и базы данных со множеством мелких файлов. Пока что их удел — мультимедийные данные, некритичные к выпадениям.

⇡#Что стоит почитать о жестких дисках

В первую очередь рекомендую заглянуть на форум HARDW.net. Его раздел «Накопители информации» посещает множество профессиональных ремонтников и энтузиастов (почти 40 тыс. участников). Там можно найти ответы практически по любой теме, связанной с HDD, за исключением самых новых «нераскопанных» моделей. Начните с подраздела «Песочница»: на простые (в понимании профессионалов) вопросы там отвечают подробно и содержательно, а не отшивают, как в других местах, — «несите к ремонтнику».

Еще больше информации, правда, на английском языке, можно найти на портале HDDGURU. Помимо ремонтно-диагностического ПО и статей по отдельным вопросам (например, как поменять головки у диска), там есть международный форум ремонтников, а также огромный архив ресурсов по HDD (firmware, документация, фото и т.п.). Портал прививает широкий взгляд на вещи, он будет интересен подготовленным и мотивированным людям. Во всяком случае, в закрытых конференциях ремонтников ссылки на него пробегают постоянно.

Сошлюсь и на свою статью «Как продлить жизнь жестким дискам» в трех частях. Она дает начальные сведения по обращению с HDD, и хотя написана более трех лет назад, устарела мало — диски за это время принципиально не изменились, разве что стали еще менее надежными из-за свирепой экономии. Производители, застигнутые мировым кризисом, снижали свои затраты по всем направлениям, что и послужило причиной ряда громких провалов 2008-2009 гг. Об одном из них речь пойдет в продолжении этого материала, которое выйдет в ближайшее время.