1 призначення, будова та технічна характеристика приладу

1 ПРИЗНАЧЕННЯ, БУДОВА ТА ТЕХНІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИЛАДУ

Накопичувач на жорстких магнітних дисках Western Digital Blue WD10EZEX.

Накопичувач на жорстких магнітних дисках або НЖМД (англ. Hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жорсткий диск, в комп’ютерному сленгу «вінчестер» - пристрій (пристрій зберігання інформації) довільного доступу, заснований на принципі магнітного запису. Є основним накопичувачем даних в більшості комп’ютерів.

На відміну від дискети, інформація в НЖМД записується на жорсткі (алюмінієві або скляні) пластини, покриті шаром феромагнітного матеріалу, найчастіше двоокису хрому - магнітні диски. У НЖМД використовується одна або кілька пластин на одній осі. Зчитувальні головки в робочому режимі не торкаються поверхні пластин завдяки прошарку набігаючого потоку повітря, що утворюється у поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою і диском складає декілька нанометрів (у сучасних дисках близько 10 нм), а відсутність механічного контакту забезпечує довгий термін служби пристрою. За відсутності обертання дисків головки знаходяться у шпінделя або за межами диска в безпечній («паркувальній») зоні, де виключений їх нештатний контакт з поверхнею дисків.

Також, на відміну від гнучкого диска, носій інформації зазвичай поєднують з накопичувачем, приводом і блоком електроніки. Такі жорсткі диски часто використовуються як незнімні носії інформації.

Жорсткий диск складається з гермозони і блоку електроніки:

1) Гермозона

Гермозона включає в себе корпус з міцного сплаву, диски (пластини) з магнітним покриттям, в деяких моделях розділені сепараторами, а також блок головок з пристроєм позиціонування, і електропривід шпинделя. Всупереч розхожій думці, в переважній більшості пристроїв всередині гермозони немає вакууму. Одні виробники роблять її герметичною і заповнюють очищеним і висушеним повітрям або нейтральними газами, зокрема, азотом, а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву або пластикову мембрану. Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір з фільтром, здатним затримувати дуже дрібні (кілька мікрометрів) частинки. Однак у цьому випадку вирівнюється і вологість, а також можуть проникнути шкідливі гази. Вирівнювання тиску необхідно, щоб запобігти деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску (наприклад, в літаку) і температури, а також при прогріванні пристрою під час роботи. Пилинки, які опинилися при складанні в гермозоні і потрапили на поверхню диска, при обертанні зносяться на ще один фільтр - пиловловлювач. Блок голівок - пакет кронштейнів (важелів) із сплавів на основі алюмінію, які суміщають в собі малу вагу і високу жорсткість (зазвичай по парі на кожен диск). Одним кінцем вони закріплені на осі поруч з краєм диска. На інших кінцях (над дисками) закріплені головки. Диски (пластини), як правило, виготовлені з металевого сплаву. Хоча були спроби робити їх з пластика і навіть скла (IBM), але такі пластини виявилися крихкими і недовговічними. Обидві площини пластин, подібно магнітофонній стрічці, покриті найтоншим пилом феромагнетика - оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад і технологія нанесення складають комерційну таємницю. Більшість бюджетних пристроїв містить одну або дві пластини, але існують моделі з великим числом пластин. Диски жорстко закріплені на шпинделі. Під час роботи шпиндель обертається зі швидкістю кілька тисяч обертів на хвилину (від 3600 до 15000). При такій швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, який піднімає голівки і змушує їх парити над поверхнею пластини. Форма голівок розраховується так, щоб при роботі забезпечити оптимальну відстань від пластини. Поки диски не розігналися до швидкості, необхідної для підняття голівок, паркувальний пристрій утримує голівки в зоні паркування. Це запобігає пошкодженню голівок і робочої поверхні пластин. Шпиндельний двигун жорсткого диска трифазний синхронний, що забезпечує стабільність обертання магнітних дисків, змонтованих на осі (шпинделі) двигуна. Статор двигуна містить три обмотки, включених «зіркою» з відведенням посередині, а ротор - постійний секційний неодимовий магніт. Сепаратор (роздільник) - пластина, виготовлена з пластику або алюмінію, що знаходиться між пластинами магнітних дисків і над верхньою пластиною магнітного диска. Використовується для вирівнювання потоків повітря всередині гермозони.

2) Пристрій позиціонування

Пристрій позиціонування голівок (актуатор) представляє з себе малоінерційний соленоїдний двигун. Він складається з нерухомої пари сильних неодімових постійних магнітів, а також котушки (соленоїду) на рухомому кронштейні блоку голівок. Двигун, спільно з системою зчитування й обробки записаної на диск сервоінформаціі і контролером (VCM controller) утворює сервопривід. Система позиціонування головок може бути і двухприводною. При цьому основний електромагнітний привід переміщує блок із звичайною точністю, а додатковий п’єзоелектричний механізм поєднує голівки з магнітною доріжкою з підвищеною точністю. Принцип роботи двигуна полягає в наступному: обмотка знаходиться всередині статора (зазвичай два нерухомих магніти), струм, що подається з різною силою і полярністю, змушує її точно позиціонувати кронштейн (коромисло) з голівками по радіальній траєкторії. Від швидкості роботи пристрою позиціонування залежить час пошуку даних на поверхні пластин. У кожному накопичувачі існує спеціальна зона, звана паркувальною, саме на ній зупиняються голівки в ті моменти, коли накопичувач вимкнений, або знаходиться в одному з режимів низького енергоспоживання. У стані парковки кронштейн (коромисло) блоку голівок знаходиться в крайньому положенні і впирається в обмежувач ходу. При операціях доступу до інформації (читання - запис) одним з джерел шуму є вібрація внаслідок ударів кронштейнів, що утримують магнітні голівки, об обмежувачі ходу в процесі повернення головок в нульову позицію. Для зниження шуму на обмежувачах ходу встановлені шайби з м’якої гуми. Значно зменшити шум жорсткого диска можна програмним шляхом, змінюючи параметри режимів прискорення і гальмування блоку голівок. Для цього розроблена спеціальна технологія - Automatic Acoustic Management. Офіційно можливість програмного керування рівнем шуму жорсткого диска з’явилася в стандарті ATA / ATAPI-6 (для цього потрібно змінювати значення керуючої змінної), хоча деякі виробники робили експериментальні реалізації й раніше.

3) Блок електроніки

У ранніх жорстких дисках керуюча логіка була винесена на MFM- або RLL-контролер комп’ютера, а плата електроніки містить тільки модулі аналогової обробки і управління двигуном шпинделя, позиціонер і комутатор голівок. Збільшення швидкостей передачі даних змусило розробників зменшити до межі довжину аналогового тракту, і в сучасних жорстких дисках блок електроніки зазвичай містить: керуючий блок, постійний запам’ятовуючий пристрій (ПЗУ), буферну пам’ять, інтерфейсний блок і блок цифрової обробки сигналу.

Інтерфейсний блок забезпечує сполучення електроніки жорсткого диска з рештою системи.

Блок управління являє собою систему управління, приймаючу електричні сигнали позиціонування голівок, і виконує управляючі дії приводом типу «звукова котушка», комутації інформаційних потоків з різних голівок, управління роботою всіх інших вузлів (наприклад, управління швидкістю обертання шпинделя), прийому і обробки сигналів з датчиків пристрою (система датчиків може включати в себе одновісний акселерометр, який використовується в якості датчика удару, тривісний акселерометр, який використовується в якості датчика вільного падіння, датчик тиску, датчик кутових прискорень, датчик температури). Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків управління і цифрової обробки сигналу, а також службову інформацію вінчестера. Буферна пам’ять згладжує різницю швидкостей інтерфейсної частини і накопичувача (використовується швидкодіюча статична пам’ять). Збільшення розміру буферної пам’яті в деяких випадках дозволяє збільшити швидкість роботи накопичувача. Блок цифрової обробки сигналу здійснює очищення ліченого аналогового сигналу і його декодування (витяг цифрової інформації). Для цифрової обробки застосовуються різні методи, наприклад, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальна правдоподібність при неповному відгуку). Здійснюється порівняння прийнятого сигналу із зразками. При цьому вибирається зразок, найбільш схожий за формою і тимчасовим характеристикам з декодуємим сигналом.

Технічні характеристики накопичувача інформації на жорстких магнітних дисках Western Digital Blue WD10EZEX вказані на рисунку 1.

Рисунок 1 - Технічні характеристики НЖМД Western Digital WD10EZEX

Інтерфейс (англ. Interface) - технічний засіб взаємодії 2-х різнорідних пристроїв, що у випадку з жорсткими дисками є сукупністю ліній зв’язку, сигналів, що посилаються по цих лініях, технічних засобів, що підтримують ці лінії (контролери інтерфейсів), і правил (протоколу) обміну. Сучасні внутрішні жорсткі диски можуть використовувати інтерфейси ATA (він же IDE і PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO і Fibre Channel.

Ємність (англ. Capacity) - кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем. З моменту створення перших жорстких дисків в результаті безперервного вдосконалення технології запису даних їх максимально можлива ємність безперервно збільшується. Ємність сучасних жорстких дисків (з форм-фактором 3,5 дюйма) на вересень 2011 року досягає 4000 Гб (4 терабайт) і наближається до 5 Тб. На відміну від прийнятої в інформатиці системи приставок, що позначають кратну 1024 величину, виробниками при позначенні ємності жорстких дисків використовуються величини, кратні 1000. Так, місткість жорсткого диска, маркованого як «200 ГБ», становить 186,2 Гб.

Фізичний розмір (форм-фактор; англ. Dimension) - майже всі накопичувачі 2001-2008 років для персональних комп’ютерів і серверів мають ширину або 3,5, або 2,5 дюйма - під розмір стандартних кріплень для них відповідно в настільних комп’ютерах і ноутбуках. Також набули поширення формати 1,8, 1,3, 1 і 0,85 дюйма. Припинено виробництво накопичувачів у форм-факторах 8 і 5,25 дюймів.

Час довільного доступу (англ. Random access time) - середній час, за який вінчестер виконує операцію позиціонування головки читання - запису на довільну ділянку магнітного диска. Діапазон цього параметра - від 2,5 до 16 мс. Як правило, мінімальним часом володіють диски для серверів (наприклад, у Hitachi Ultrastar 15K147 - це 3,7 мс), найбільшим з актуальних - диски для портативних пристроїв (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5 мс). Для порівняння, у SSD-накопичувачів цей параметр менше 1 мс.

Швидкість обертання шпинделя (англ. Spindle speed) - кількість обертів шпинделя в хвилину. Від цього параметра в значній мірі залежать час доступу і середня швидкість передачі даних. В даний час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200, 5400 і 7200 (ноутбуки); 5400, 5700, 5900, 7200 і 10 000 (персональні комп'ютери); 10000 і 15000 об / хв (сервери і високопродуктивні робочі станції). Збільшенню швидкості обертання шпинделя в вінчестерах для ноутбуків перешкоджає гіроскопічний ефект, вплив якого дуже малий в нерухомих комп’ютерах.

Надійність (англ. Reliability) - визначається як середній час напрацювання на відмову (MTBF). Також переважна більшість сучасних дисків підтримують технологію SMART.

Кількість операцій вводу-виводу в секунду (англ. IOPS) - у сучасних дисків це близько 50 оп./с при довільному доступі до накопичувача і близько 100 оп./с при послідовному доступі.

Опірність ударам (англ. G-shock rating) - опірність накопичувача різким стрибкам тиску або ударам, вимірюється в одиницях допустимого перевантаження у ввімкненому і вимкненому стані.

Обсяг буфера - буфером називається проміжна пам'ять, призначена для згладжування відмінностей швидкості читання - запису і передачі по інтерфейсу. У сучасних дисках він зазвичай варіюється від 8 до 128 Мб.

Рівень шуму - шум, який виробляє механіка накопичувача при його роботі. Вказується в децибелах. Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму близько 26 дБ і нижче. Шум складається з шуму обертання шпинделя (в тому числі аеродинамічного) і шуму позиціонування. Для зниження шуму від жорстких дисків застосовують такі методи.

Програмний, за допомогою налаштування, вбудованого в більшість сучасних дисків, системи AAM. Перемикання жорсткого диска в малошумний режим призводить до зниження продуктивності в середньому на 5-25%, але робить шум при роботі практично нечутним.

Використання шумопоглинаючих пристроїв, закріплення дисків на гумових або силіконових шайбах або навіть повна заміна кріплення на гнучку підвіску.

2 КЛАСИФІКАЦІЯ ПРИЛАДУ

Класифікація жорсткого диска за інтерфейсом підключення до комп’ютера.

IDE - в перекладі з англійської «Integrated Drive Electronics», що буквально означає – «вбудований контроллер». Його ще називають ATA (Advanced Technology Attachment). ATA - паралельний інтерфейс передачі даних, за що незабаром він був перейменований в PATA (Parallel ATA). IDE хоч і дуже повільний (пропускна здатність каналу передачі даних становила від 100 до 133 мегабайта в секунду в різних версіях IDE), однак дозволяє приєднувати одночасно відразу два пристрої до материнської плати, використовуючи при цьому один шлейф. Причому у випадку підключення відразу двох пристроїв, пропускна здатність лінії ділиться навпіл. Однак, це далеко не єдиний недолік IDE. Сам провід досить широкий і при підключенні займає левову частку вільного простору в системному блоці, що негативно позначається на охолодженні всієї системи в цілому. Загалом IDE вже застарів морально і фізично, з цієї причини роз’єм IDE уже не зустріти на багатьох сучасних материнських платах, хоча їх ще ставили (у кількості 1 шт.) на бюджетні плати і на деякі плати середнього цінового сегмента. Наступним, не менш популярним ніж IDE, інтерфейсом є SATA (Serial ATA), характерною особливістю якого є послідовна передача даних.

Існують 3 основних варіанти (ревізії) SATA, що відрізняються один від одного пропускною здатністю: rev. 1 (SATA I) - 150 Мб / с, rev. 2 (SATA II) - 300 Мб / с, rev. 3 (SATA III) - 600 Мб / с. На практиці, швидкість запису / читання жорстких дисків зазвичай не перевищує 100-150 Мб / с, а решта швидкості не застосована і впливає на швидкість взаємодії контролера і кеш-пам’яті HDD (підвищує швидкість доступу до диска). З нововведень можна відзначити - зворотну сумісність всіх версій SATA (диск з роз'ємом SATA rev. 2 можна підключити до мат. плати з роз’ємом SATA rev. 3 і т.п.), покращений зовнішній вигляд і зручність підключення / відключення кабелю, збільшена в порівнянні з IDE довжина кабелю (1 метр максимально, проти 46 см на IDE інтерфейсі), підтримка функції NCQ починаючи вже з першої ревізії. Існують перехідники з PATA на SATA, це вихід із ситуації, що дозволяє уникнути витрати грошей на купівлю нової материнської плати або нового жорсткого диска.Також, на відміну від PATA, інтерфейсом SATA передбачена «гаряча заміна» жорстких дисків, це означає, що при включеному живленні системного блоку комп’ютера, можна приєднувати / від’єднувати жорсткі диски. Для її реалізації необхідно буде в налаштуваннях BIOS включити режим AHCI.

eSATA (External SATA) - був створений в 2004 році, використовується для підключення зовнішніх жорстких дисків. Підтримує «гарячу заміну» дисків. Довжина кабелю збільшена в порівнянні з SATA - максимальна довжина становить два метри. eSATA фізично не сумісний з SATA, але володіє тією ж пропускною здатністю. Але eSATA - далеко не єдиний спосіб підключити зовнішні пристрої до комп’ютера. Наприклад FireWire - послідовний високошвидкісний інтерфейс для підключення зовнішніх пристроїв, у тому числі HDD. Підтримує «гарячу заміну» вінчестерів. FireWire здатний забезпечити ізохронну передачу даних, що сприяє його застосування в цифровому відео, так як він дозволяє передавати дані в режимі реального часу. Безсумнівно, FireWire популярний, але не настільки, як наприклад USB або eSATA. Для підключення жорстких дисків він використовується досить рідко, в більшості випадків за допомогою FireWire підключають різні мультимедійні пристрої.

USB (Universal Serial Bus), мабуть найпоширеніший інтерфейс, використовуваний для підключення зовнішніх жорстких дисків, флешок і твердотільних накопичувачів (SSD). Як і в попередньому випадку - є підтримка «гарячої заміни», досить велика максимальна довжина з’єднувального кабелю - до 5 метрів у випадку використання USB 2.0, і до 3 метрів - якщо використовується USB 3.0. Швидкість передачі даних USB 2.0 складає близько 40 Мб / с, що є низьким показником.

Є два різновиди контактів кабелю USB, це тип «A» і тип «B», розташовані на протилежних кінцях кабелю. Тип «A» - контролер (материнська плата), тип «B» - пристрій. USB 3.0 (тип «A») сумісний з USB 2.0 (тип «A»). Типи «B» не сумісні між собою.

SAS і SCSI. Схожість їх полягає в тому, що вони обидва застосовуються переважно в серверах, де потрібна висока продуктивність і якомога менший час доступу до жорсткого диска. Жорсткі диски, що підтримують SCSI або SAS коштують дорожче. SCSI (Small Computer System Interface) - паралельний інтерфейс для підключення різних зовнішніх пристроїв (не тільки жорстких дисків). Був розроблений і стандартизований раніше, ніж перша версія SATA. У свіжих версія SCSI є підтримка «гарячої заміни».

SAS (Serial Attached SCSI) прийшов на зміну SCSI, повинен був вирішити ряд недоліків останнього. Через свою «паралельність» SCSI використовував загальну шину, тому з контролером одночасно міг працювати тільки лише один з пристроїв, SAS - позбавлений цього недоліку.

3 АНАЛІЗ РОБОТИ СТРУКТУРНОЇ СХЕМИ ПРИЛАДУ

На рисунку 2 показана структурна схема накопичувача інформації на жорстких магнітних дисках WDB WD10EZEX.

Рисунок 2 - Структурна схема НЖМД WDB WD10EZEX

Аналізуємо роботу структурної схеми приладу НЖМД.

Гермоблок та механіка

Магнітні диски зібрані в пакет, що знаходиться на осі шпиндельного електродвигуна зі стабільною швидкістю обертання.

Стабілізація обертання виробляється контролером по сервометці.

Блок магнітних головок переміщається уздовж поверхні диска від краю до центру за допомогою сервоприводу. На перших вінчестерах сервопривід представляв собою кроковий двигун. Згодом стала застосовуватися електромагнітна котушка, подібна котушці магніто-електричного стрілочного приладу.

Для управління головками в вінчестері зберігаються так звані адаптиви - індивідуальні для кожного вінчестера дані про фізичні характеристики сервоприводу головок - необхідні амплітуди і час сигналів управління електромагнітом. Адаптиви забезпечують швидке і майже безпомилкове позиціонування головки і впевнене утримання її на треку. Усередині гермоблока разом на блоці магнітних головок або поруч з ним розташований комутатор, що забезпечує перемикання активних головок і попереднє посилення сигналу магнітного датчика. Якщо у жорсткого диска одна робоча поверхня, то комутатор виконує тільки функції підсилювача.

Контролер

Конструктивно контролер зазвичай виконаний у вигляді друкованої плати, монтуємої на одній стороні гермоблока.

На контролері розташовані вузли живлення, управління двигуном шпинделя, сервоприводом БМГ, читання і запису інформації на диски, обміну по зовнішньому інтерфейсу, роз'єми інтерфейсу, живлення, з’єднання з гермоблоком, а також технологічні виходи і елементи конфігурації (джампери).

Основні вузли контролера:

- схема управління живленням;

- модуль управління (мікропроцесорний);

- інтерфейсний модуль;

- канал читання-запису;

- контролер БМГ;

- контролер шпиндельного двигуна.

Функціонування вінчестера

Вмикання і вимикання

Після подачі живлення на вінчестер, процесор контролера починає виконання мікропрограми, що знаходиться у власному ПЗУ. Ця програма забезпечує елементарне самотестування контролера. Після чого включається і розкручується шпиндельний двигун. При досягненні достатньої швидкості обертання, коли головки відірвуться від поверхні дисків, відбувається розблокування сервоприводу головок і вони розпарковуются. Після розпаркування головок контролер зчитує необхідні для роботи дані, і якщо вони вважаються нормальними, вінчестер готовий до роботи.

При зникненні живлення здійснюється автоматична парковка головок. При зникненні напруги на котушці сервоприводу під дією електромагнітних сил головки самі переходять в запарковане становище. Вимкнення двигуна і парковка можливі також за допомогою команди через інтерфейс.

Обмін даними

В основі обміну даними з вінчестером лежать дві команди - читання і запис інформації.

При надходженні команди на запис жорсткий диск виробляє прийом даних по інтерфейсу, обчислює транслятором координати фізичної області, позиціонує головки і записує інформацію на поверхню, після чого проводить перевірку запису і, в разі необхідності, виробляє переміщення збійних секторів. За командою читання спочатку перевіряється наявність потрібних даних у внутрішньому кеші. У разі їх виявлення дані просто передаються по інтерфейсу з кеша.

Якщо дані в кеші не знайдені, як і при записі, проводиться трансляція номера сектора, після чого проводиться зчитування даних з поверхні, виправлення помилок і перевірка правильності зчитування. При неправильному зчитуванні як правило виробляються повторні спроби, а якщо і вони не вдалися, то контролер посилає по інтерфейсу сигнал відмови.

4 АНАЛІЗ РОБОТИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ СХЕМИ ПРИЛАДУ

На рисунку 3 показана електрична принципова схема приладу накопичення інформації на жорстких магнітних дисках WDB WD10EZEX.

Рисунок 3 - Електрична принципова схема НЖМД WDB WD10EZEX

5 ТЕХНІЧНЕ ОБСЛУГОВУВАННЯ ПРИЛАДУ

5.1 Профілактичне обслуговування приладу (частини приладу)

Основними заходами профілактики є наступні:

- перевірка логічного та фізичного стану диска за допомогою діагностичних утиліт типу scandisk. Така перевірка дозволяє не тільки виправити логічні помилки, звільнивши місце на жорсткому диску, але і дізнатися про появу збійних секторів, які утиліта позначає відповідним чином. У нас є можливість форматувати на низькому рівні жорсткі диски більшості моделей, дані зберігаються на іншому носії, а після знову завантажуються на ваш, це найбільш дієвий метод профілактики.

- дефрагментація файлів за допомогою стандартних утиліт або утиліт стороннього виробника. Фрагментація - це розбиття одного файлу на кілька фрагментів і розміщення їх на різних ділянках диска. Фрагментація відбувається не навмисно, а через специфіку запису інформації. Дефрагментація - відповідно, з'єднання фрагментів одного файлу. Якщо диск дефрагментірован, то швидкість доступу до інформації збільшується. З часом фрагментація нових файлів знову призводить до уповільнення роботи, в цьому випадку процес дефрагментації слід повторити.

- спостереження за температурою та споживаємою напругою диска за допомогою спеціалізованих утиліт. Температура як ніщо інше впливає на стан продуктивності жорсткого диска. В результаті підвищення температури можуть постраждати внутрішні компоненти контролера, що призведе до появи серйозних несправностей.

5.2 Розрахунок показників ТО приладу

Розраховуємо показники технічного обслуговування приладу.

Вихідні дані:

;

;

;

;

.

Порядок дій при розрахунку показників ТО приладу:

1) Визначаємо вірогідність безвідмовної роботи об’єкта в інтервалі часу (0, t₁) за формулою:

N(t₁) - кількість справно працюючих об’єктів на момент часу t₁;

N(0) - загальна кількість об’єктів.

2) Визначаємо вірогідність безвідмовної роботи накопичувача на жорстких магнітних дисках WDB WD10EZEX в інтервалі часу (0,t₁) за умовами його безвідмовної роботи до моменту часу:

3) Визначаємо вірогідність відмови HDD WDB WD10EZEX в інтервалі часу (0,t₁) за формулою:

4) Визначаємо вірогідність відмови HDD WDB WD10EZEX в інтервалі часу від t₁ до t₂, за умови, що до часу t₁ робота була безвідмовною за формулою:

5) Визначаємо густину розподілу відмов HDD WDB WD10EZEX в інтервалі за формулою:

6) Визначаємо інтенсивність відмов об’єкту за формулою:

5.3 Розрахунок показників надійності приладу (частини приладу)

1) Іввівівів

0.9838790561Результат вычисления:

6 ОПИС ОСНОВНИХ ПРИЧИН ВИХОДУ З ЛАДУ ПРИЛАДУ

Причини виходу з ладу накопичувача на жорстких магнітних дисках:

- пошкодження мікропрограми вінчестера;

- бед-блоки;

- вихід з ладу електроніки hdd;

- вигорання комутатора блоку магнітних головок;

- несправність блоку магнітних головок;

- падіння головок на поверхню пластини;

- клин вала двигуна.

Пошкодження мікропрограми вінчестера - дана проблема в сучасних вінчестерах зустрічається вкрай рідко, але все ж буває. Жорсткі диски з пошкодженою мікропрограмою, як правило, не визначаються системним BIOS, або визначаються неправильно.

Бед-блоки - за час ремонту жорсткий диск проходити декілька тестів робочої поверхні, після чого всі дефектні сектора заховуються або переназначаються!

Вихід з ладу електроніки HDD - причиною виходу з ладу електроніки HDD найчастіше є неякісний блок живлення або неправильне підключення HDD.

Вигорання комутатора блоку магнітних головок (БМГ) - мікросхема відповідає за роботу блоку магнітних головок, і знаходиться прямо на ньому. Вигорає він як правило разом з інтерфейсною платою, яка знаходиться позаду від гермоблока. При вигоранні тільки комутатора, жорсткий диск буде клацати, а при вигоранні інтерфейсної плати, не буде крутитися взагалі. При даній несправності жорсткий диск не буде визначатися в BIOS так як головками не вдасться прочитати службову інформацію з диска.

Несправність блоку магнітних головок - так само, як і при несправності комутатора БМГ, буде супроводжуватися клацанням, і не буде визначатися в BIOS. Але іноді, виходить з ладу тільки одна магнітна головка, тоді жорсткий диск буде визначатися в BIOS, але читання по несправній голівці не буде. Причиною виходу з ладу БМГ може бути технологічний брак або механічний вплив, наприклад падіння, удар, або струс під час роботи.

Падіння головок на поверхню пластини - дана проблема як правило зустрічається тільки на вінчестерах для ноутбуків, через те що у них, головки паркуються за пластинами, в спеціальні паркувальники - рампи. При даній проблемі диски не крутяться, а HDD видає тихе дзижчання - спроби розкрутити диски, але головки не дадуть цього зробити.

Клин вала двигуна - вал двигуна може клинити після грубого фізичного впливу - ударів. При цьому, диски не крутяться, а HDD видає дзижчання.

7 ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ПОШУКУ ТА УСУНЕННЯ НЕСПРАВНОСТЕЙ ПРИЛАДУ

Усунення основних причин виходу з ладу приладу НЖМД WD10EZEX:

1) Пошкодження мікропрограми вінчестера

Відновити мікропрограму можна за допомогою спеціального програмно-апаратного комплексу РС-3000.

2) Бед-блоки

Для ремонту застосовується програмно-апаратний комплекс PC-3000 Express за допомогою якого ремонтується жорсткий диск.

3) Вихід з ладу електроніки HDD

При поломці типу згорілого діода або резистора, їх можна без особливих зусиль замінити, але якщо вигорають мікросхеми, то подальший ремонт доцільний, тільки якщо на HDD мається цінна інформація.

4) Несправність блоку магнітних головок (БМГ)

Для відновлення даних, потрібно переставити БМГ з аналогічного HDD, і зробити посекторне копіювання даних. Після виконання даної операції по відновленню інформації обидва жорстких диска вважаються несправними.

5) Падіння головок на поверхню пластини

Для відновлення даних потрібно спеціальним інструментом відвести БМГ на рампу, та зробити заміну БМГ з аналогічного вінчестера. Після виконання даної операції по відновленню інформації обидва жорстких диска вважаються несправними.

6) Клин вала двигуна

Клинити вал може торцем, об стопорну шайбу, в такому випадку, шайбу слід витягти, що в свою чергу звільнить вал. Після цієї операції жорсткий диск буде повністю справний. Вал може клинити втулку підшипника, в такому випадку, доведеться переставляти магнітні пластини і решту начинки в інший гермоблок, ідентичного HDD. Складність другого методу полягає в тому, що пластини (якщо їх декілька), потрібно перенести без зміщення відносно один одного, інакше інформацію відновити не вийде, дану операцію краще виконувати за допомогою спеціального обладнання. Обидва HDD після цієї операції будуть несправні.

8 ІНСТРУМЕНТИ, ПРИСТРОЇ ТА ОБЛАДНАННЯ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ ПРИ РЕМОНТІ ТА ТЕХНІЧНОМУ ОБСЛУГОВУВАННІ ПРИЛАДУ

Програмно-апаратний комплекс PC-3000 Express

Програмно-апаратний комплекс PC-3000 Express призначений для діагностики і ремонту (відновлення працездатності) HDD з інтерфейсом SATA (Serial ATA) і PATA (IDE), ємністю: від 500 Мб до 6 Тб, 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.

Апаратура PC-3000 Express

Новий продуктивний контролер PC-3000 Express, це 6-ти портова тестова плата, що встановлюється в PCI-Express слот розширення керуючого комп’ютера. Шість діагностичних портів контролера розподілилися наступним чином: 4 порти SATA з максимальною швидкістю передачі даних 133 Мб / сек і 2 порти PATA зі швидкістю 100 Мб / сек. Два порти SATA (SATA0 і SATA1) є основними, два інших порти SATA (SATA2 і SATA3) є перемикаючимися з портами PATA (PATA0 і PATA1). Таким чином, одночасно до плати PC-3000 Express можна підключити чотири накопичувачі, два з яких SATA і два, залежно від обраної конфігурації, SATA або PATA.

Підтримувані режими:

- SATA x4 - UDMA133, UDMA100, UDMA66, UDMA33, PIO4, PIO3, PIO2, PIO1, PIO0;

- PATA x2 - UDMA100, UDMA66, UDMA33, PIO4, PIO3, PIO2, PIO1, PIO0;

Всі порти роздільні і незалежні. Зниження продуктивності мінімальне навіть при одночасній завантаженні всіх портів. Це стало можливим завдяки ефективному використанню апаратного буферування переданих даних від 4-х портів UDMA через 4-х канальну шину PCI-Express.

Для живлення діагностованих накопичувачів використовується 4-х канальний адаптер управління живленням, який забезпечує захист накопичувачів від перенапруги і перевантажень по струму. У разі виникнення аварійних ситуацій, харчування з HDD буде зніматися автоматично. Додатково, для кожного каналу організований зворотній зв’язок з керуючою програмою комплексу для відстеження стабільності живлять напруг + 5В, + 12В і інформування користувача у разі виникнення нештатних ситуацій по ланцюгах харчування.

Управління ресурсами плати PC-3000 Express

Принципово новою особливістю комплексу PC-3000 Express є можливість запуску утиліт PC-3000 і завдань Data Extractor - а у вигляді окремих процесів операційної системи. Для зручності роботи в складі комплексу є програма «Менеджер ресурсів плати PC-3000 Express», яка дозволяє: розподіляти порти плати між процесами, спостерігати за їх станом і при необхідності знімати завислий процес. Причому, при запуску процесу, йому може бути виділена будь-яка доступна кількість портів плати PC-3000 Express. Наприклад, можна запустити чотири процеси для кожного порту або два процеси: перший працює з трьома портами, а другий тільки з одним і т.д.

Комплект поставки PC-3000 Express:

- контролер PC-3000 Express - 1 шт;

- адаптер PC-USB-TERMINAL - 2 шт;

- адаптер PC-2 - 1 шт;

- адаптер SATA- micro SATA - 1 шт;

- перехідник MX-SAFE - 1 шт;

- перехідник PC-FUJ.SATA - 1 шт;

- перехідник PC-QUANTUM - 1 шт;

- перехідник PC-SAMSUNG - 2 шт;

- перехідник PC-SEAG.SATA - 2 шт;

- перехідник PC-SEAGATE - 2 шт;

- перехідник PC-TOSH.SATA - 2 шт;

- перехідник PC-WD3.5 - 1 шт;

- щуп ATCS, ATDA - 1 шт;

- кабель USB2.0 Defender - 2 шт;

- кабель SATA RAID edition (80 см) - 4 шт;

- кабель плоский UDMA80 (80 см) - 2 шт;

- кабель IDC10 (30 см) - 2 шт;

- кабель живлення для MX-SAFE - 1 шт;

- кабель живлення HDD SATA (80 см) - 2 шт;

- кабель живлення HDD PATA (70 см) - 2 шт;

- перехідник живлення PATA-SATA (10 см) - 2 шт;

- ПЗ комплексу, база даних ресурсів - 1 DVD;

- керівництво користувача - 1 книга.

Програмний комплекс Data Extractor Express

Програмний комплекс Data Extractor Express - це спеціалізоване програмне забезпечення, що працює спільно з програмно-апаратним комплексом PC-3000 Express і призначене для відновлення інформації з будь-яких носіїв SATA (Serial ATA) і ATA (IDE) HDD 3.5, 2.5, 1.8, 1.0, а також USB HDD, SSHD (Solid State Hybrid Drive) та ін.

- Data Extractor - професійна система для відновлення даних з пошкоджених HDD;

- підтримуються всі найбільш поширені, сучасні файлові системи: FAT, exFAT, NTFS, EXT2/3/4, HFS+, UFS1/2, XFS, ReiserFS, VMFS;

- підтримуються образи віртуальних машин: VMDK (VMWare);

- присутні режими, використовувані в криміналістичних експертизах.

Data Extractor Express може працювати одночасно з 4 HDD, підключеними безпосередньо до портів плати PC3000 Express (2xSATA, 2xSATA / PATA), з усіма накопичувачами, підключеними штатно до материнської плати (xSATA, xUSB та ін) і з файлами образами HDD.

З накопичувачами, підключеними до портів плати PC3000 Express, можна працювати в технологічному режимі, що дозволяє отримати доступ до даних у випадку фізичних пошкоджень HDD. Читання даних здійснюється в режимі UDMA133 для накопичувачів SATA і UDMA100 для накопичувачів PATA. Всі порти плати PC3000 Express роздільні і незалежні, зниження продуктивності мінімально навіть при одночасній завантаженні всіх портів.

Data Extractor Express дозволяє створювати повну (сектор в сектор) або часткову копію даних з несправного накопичувача на справні накопичувачі підключені до портів плати PC3000 Express або штатно підключеними до материнської плати, а також у файли-образи.

Принципи відновлення інформації за допомогою Data Extractor Express

Усі несправності HDD можна розділити на 3 основні групи: фізичні несправності HDD, логічні руйнування даних HDD, комбінація фізичних і логічних руйнувань.

Під фізичними несправностями HDD розуміються:

- пошкодження магнітних поверхонь;

- пошкодження блоку магнітних головок;

- руйнування «службової інформації»;

- порушення системи трансляції LBA у фізичну геометрію HDD;

- нестабільне читання в результаті перестановки блоку магнітних головок або пакета дисків;

- відновлення даних після операції HOT-SWAP.

Під логічними руйнуваннями розуміються руйнування логічної структури даних, що не дозволяють отримати доступ до інформації користувача засобами операційної системи. Вони можуть бути викликані:

- пошкодженням інформації про розділи (MBR, GPT, APS та ін);

- незначними пошкодження метаданих файлових систем, викликані збоями в роботі накопичувача або ОС;

- віддаленими каталогами і файлами;

- значним пошкодженням метаданих і даних, наприклад, після переформатування;

- логічними пошкодженнями, викликаними роботою шкідливого ПЗ.

Відновлення даних у разі фізичних пошкоджень

Для несправних HDD дуже важливо вираховувати максимальний обсяг даних користувача за мінімальний час, оскільки накопичувач може в будь-який момент вийти з ладу. Завдяки вбудованим засобам логічного аналізу файлових систем, Data Extractor Express дозволяє зчитувати з несправного накопичувача тільки необхідні дані. При цьому істотно зменшується обсяг зчитуємих даних, навантаження на несправний накопичувач і час, необхідний на відновлення даних.

Комплекс пропонує розширені можливості читання з HDD:

- читання в технологічному режимі HDD;

- читання по карті головок;

- вибір режиму читання (UDMA 133/100/66/33, PIO 4/3/2/1/0);

- читання вперед і назад;

- відключення випереджаючого читання (cash-off);

- відключення функції перепризначення секторів (autorelocation disable);

- читання з програмними і апаратними повторами;

- читання з ігноруванням ECC;

- читання по картах зайнятого і незайнятого простору;

- контроль живлення HDD;

- програмне і апаратне скидання.

Для відновлення даних у разі пошкодження транслятора HDD в Data Extractor Express реалізований режим «створення віртуального транслятора». Даний режим використовує метадані файлової системи і дані користувача.

Відновлення даних у разі логічних пошкоджень

Для вирішення завдання відновлення даних при логічних ушкоджень, до складу комплексу включено ряд спеціалізованих режимів:

- «Провідник» - призначений для доступу до пошкоджених розділів, каталогів і файлів;

- «Чорнове відновлення» - призначене для відновлення даних у разі катастрофічних руйнувань структури файлової системи;

- «Карта об’єкта» - призначена для роботи (вирахування, створення копії та ін.) з фрагментованими структурами;

- «Швидкий аналіз диска» - призначений для вирішення проблем з пошкодженою інформацією про розділи;

- «Аналіз даних розділу» та інші спеціалізовані режими для кожної файлової системи, призначені для відновлення даних (у тому числі віддалених користувачем) з пошкоджених ФС;

- режими перегляду і редагування метаданих файлових систем;

- побудова карт зайнятих і вільних просторів, метаданих і даних файлових систем.

Використання Data Extractor Express в криміналістичній експертизі

Комплекс містить режими використані фахівцями, що займаються криміналістичної експертизою:

- обчислення хеш сум MD5 і SHA1;

- експорт списку каталогів і файлів у формат csv;

- побудова різних карт: карти диска, карт зайнятого і вільного простору розділу, карти метаданих ФС та ін.;

- розблокування HDD (unlock);

- зміна, приведення до заводського значенням MaxLBA HDD;

- монтування накопичувача в операційну систему в режимі «тільки для читання»;

- створення копії даних накопичувача із записом на кілька приймачів.

ВИСНОВКИ ДО ПРОЕКТУ

Отримав навички самостійного рішення комплексних задач з розрахунку, технічного обслуговування та ремонту комп’ютерної та орг. техніки.

Навчився оформлювати конструкторську документацію (текстову і графічну) відповідно з ЕСКД.

Навчився користуватись при виконанні проекту технічною літературою, довідниками, стандартами.

Одержав навички розробки креслень електричних принципових схем, електричних структурних схем, визначення робочих характеристик приладу, окремих вузлів чи блоків.

При виконанні курсового проекту вирішив наступні задачі:

- систематизація, закріплення і поглиблення світогляду, теоретичних і практичних знань з принципу дії, розрахунку основних елементів електричних і механічних систем комп’ютерної та орг. техніки та методів проведення технічного обслуговування та ремонту;

- розвиток навичок самостійного рішення і вдосконалення конструкторської технологічної підготовки, електротехнічних і механічних вузлів периферійних пристроїв ПЕОМ;

- активізація роботи з довідковою і технічною літературою.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1 «Ремонт и восстановление HDD» - И. Нестеров;

2 «DVD/VCR/HDD рекордеры и проигрыватели. Устройство и ремонт» - Тюнин Н.А., Родин А.В.;

3 «Модернизация и ремонт ПК» - Мюллер С.;

4 «История магнитного складирования» - Евгений;

5 «Основные сведения о жестких дисках» - Андрианов С.;

6 «Устройство и принцип работы жесткого диска» - Вишнякова Н.;

7 «Взгляд на жесткий диск «изнутри». Основы хранения информации» - Коженевский С.Р.;

8 «Периферийные устройства» - Михаил Архипов;

9 «Секреты эксплуатации жестких дисков ПК» - Смирнов Ю. К.;

10 «Восстановление данных» - Алексей Гультяев.

Дата добавления: 2015-09-29