Въпреки бурното развитие на всички области на компютърните технологии, когато често остарелите и вече спъващи прогреса и работата на компютрите, технологии, отстъпват място на новите, понякога коренно различни. Почти във всеки компютър съществува устройство, имащо поне 40 - годишна история, което е претърпяло много изменения в конструкцията, технологиите, по които се изгражда и комуникира с останалите компоненти и системи, но все още продължава да заема едно от челните места по важност в една изчислителна система. Става дума за твърдия диск (или уинчестър, HDD (winchester).

Въпреки прогнозите, че твърдия диск ще отстъпи място на другите типове устройства за съхранение на информация, засега това не може да стане и не става, поради изключителната цена на 1 MB информация, съхранявана на HDD, огромните им капацитети, малкото време за достъп, лесното конфигуриране и администриране и постоянно усъвършенстващите се технологии за защита на информацията.

Малко история

Първият твърд диск е разработен и произведен не от кого и да е, а от концерна IBM през далечната 1956 г, и е носил наименованието RAMAC. Устройството се отличавало с огромните си размери, а капацитетът му от 5 MB е бил осигурен от 50 бр. 24 инчови (60,96 см) пластини. Това устройство по нищо не прилича на съвременните дискове, освен по общото заглавие (HDD) и някои основни принципи на работа. Устройството дори не е носило станалото популярно по - късно наименование "winchester - уинчестър", което бе дадено през 1973 г. пак на изделие на IBM, твърд диск модел 3340, с капацитет 60 MB, изграден от 4бр. 14 - инчови плочи.

Между другото, съществуват много теории, защо инженерите от IBM са нарекли своето творение Winchester. Най - разпространената версия е, че изобретателят на пушката Winchester е построил своя дом в Сан-Хосе, който се намира близо до лабораторията на IBM, където е бил изобретен Winchester. Друга теория свързва името на твърдия диск с лабораторията на IBM, намираща се в близост до местността Winchester, Англия. Но най - правдоподобна е следната теория:

Лабораторията на IBM в Сан-Хосе се намира на разстояние 16 км от Winchester House. Смята се, че твърдият диск е наречен така поради причината, че е съдържал две плочи с капацитет от 30 MB всяка (30-30), което напомняло на ръководителя на проекта Кен Хотон (Ken Haughton) оръжието Winchester (двойна цев с калибър .30). Тази последна теория е описана в книгата "Magnetic Recording: the First 100 Years", автори - Eric D. Daniel, C. Denis Mee, Mark H. Clark.

Следващият етап в еволюцията на твърдите дискове бе 6 години по - късно, през 1979 г. когато на преден план освен капацитета започва да излиза и физическия размер на устройството. Тогава, с модела си 3310, IBM преминава към 8 - инчови плочи, а през следващата година компанията Seagate произвежда първия 5.25 инчов твърд диск ST - 506 с капацитет 5 MB (4 плочи по 5.25 инча), физическите размери на който позволяват твърдите дискове да се вграждат и в персоналните компютри.

Размерът на плочите от 5.25" с успех се използва в течение на много години, почти до края на миналия век. Интересен е фактът, че когато през 1984 г. бе разработен 3.5" твърд диск RO - 352 с капацитет 10 MB, съставен от две 3.5" плочи, никой от действащите производители на твърди дискове (3.5" HDD бе разработен, произведен и патентован като технология от шотландската фирма Rodime) не му обърна внимание.

Интересна е историята на тази компания, на която днес всички производители на най - разпространените в момента 3.5" дискове плащат патентни такси. Фирмата е основана през 1979 г. в неголям град в Шотландия и се е занимавала с разработване на технологии от областта на запаметяващите устройства и производство на твърди дискове.

Както споменах по - рано, през 1984 г. бе произведен първия 3.5" диск, година по - рано от първия 3.5" модел на Seagate, който дълги години след това отказа да плаща лицензионни такси на Rodime. Тъй като по онова време все още е нямало търсена на устройства с 3.5" форм - фактор (все още няма 3.5" флопи, технологията е скъпа и др.), компанията Rodime, макар, че всички производители на HDD освен Seagate са закупили лиценз за 3.5" технология, не издържа на конкуренцията и през 1991 г. напуска пазара на твърдите дискове, съкрати персонала си (през 1998 г. фирмата се състоеше от 3 - ма човека!), но не бе закрита напълно, тъй като освен патента за 3.5" технология, владееше още няколко патента.

През 1991 г. Rodime започва съдебен процес срещу Seagate, отказваща да плаща патентни такси за модела си ST157. От своя страна Seagate сформира група от фирми - производители (IBM, Maxtor, Quantum, Fujitsu, Hitachi и др), опитвайки се да докаже, че патентите, засягащи този сектор технологии, имащ вличние върху развитие на ИТ въобще, трябва да бъдат освободени от плащания. По време на няколко години, през които са се водили съдебни битки, компанията Rodime бе докарана до фалит, докато в края на века исканията й бяха удолетворени, правата - признати, а съдът отсъди изплащането на $45 000 000 обезщетение, след което, разбира се, започна нов етап от развитието на компанията.

Конструкция на твърдия диск

Съвременния твърд диск, най - общо погледнато е съставен от две части:

• прахо - ударо - устойчив основен блок
• платка с електроника

Основният блок съдържа всички механични части на твърдия диск (например двигатели, магнитни плочи, глави и т.н.) и предусилвателите на сигналите от главите, а платката с електроника - цялата електроника, включително управляващата програма на HDD, вградения му кеш и интерфейсните схеми.

По - голямата част от пространството на основния блок, изработен в повечето случаи от алуминиева сплав, е заета от специален (шпинделов) двигател с монтирани върху оста му един или няколко магнитни диска (плочи). Оста на двигателя е възможно да лагерува в основния блок, за лагер могат да се използват кристали (като в часовниците, например), и в капака на основния блок.

Магнитните плочи са изработени от алуминий или керамика (стъкло), с нанесено върху тях специално покритие от хром (CrO2), преди няколко години е използвано лесно корозиращо покритие от Fe2O3. При въртене на дисковия пакет със скорости от порядъка на 5 400 или 7 200 об/мин създалият се въздушен поток циркулира във вътрешността на основния блок с голяма скорост, приповдигайки главите над повърхността на плочите и издухвайки дребните частици, улавяни от специален филтър.

Четящите/записващи глави са разположени на края на специални държави, имащи вида на подемен кран и чиито основи се намират извън дисковия пакет и позволяващ на главите спомощтана специален задвижващ механизъм (преди се е използвал стъпков двигател) да извършват позициониране над повърхността на магнитните плочи, движейки се от периферията към центъра на плочата и обратно.

Във старите модели дискове позиционирането на главите върху пътечките се е извършвало, както споменах, спомощтана стъпков двигател, което, при наличието на някаква неточност, е довеждало до невъзможност за прочитане на данните. Новите твърди дискове използват линеен двигател с обратна логическа връзка, като главите в този случай се позиционират, след като блокът за обработка на събитието от платката за електроника дешифрира информацията, прочетена от специални служебни маркери, записани върху диска, и по този начин определя положението на главата.

Блокът с глави има специална зона близо до центъра на диска, в която той се "паркира", в тази зона на магнитното покритие данни не се записват, а целият блок глави се фиксира механично, например, при спирането на компютъра.

Предусилвателите на сигнала от главите, разположени вътре в основния блок, са свързани с тях обикновено с лентов кабел и служат за предварително усилване и филтриране на сигналите от главите. Главите в един твърд диск не са 128 или 256, както пише в BIOS, това са логически глави, а са разположени в блокове от едната или двете страни на магнитните плочи (дискове) в зависимост от конструкцията, плътността ма запис и необходимия капацитет (например при плътност на запис от 40 GB на плоча и необходим търговски капацитет от 20 GB главите се монтират само от едната страна на плочата).

Основният блок се запечатва обикновено херметично, запълнен с атмосферен въздух, изчистен от прах и други частици, при нормално атмосферно налягане. В някои модели твърди дискове се правят специални отвори в основния блок, залепени с метално фолио, поддаващо се на деформация, служещи за изравняване на налягането.

Платката с електроника обикновено се свързва с основния блок спомощтана един или няколко куплунга с различна при различните производители конструкция, и съдържа:

• централен специализиран процесор
• постоянна памет с firmware на устройството
• оперативна памет на HDD, която се използва като кеш за входно - изходните данни
• специализиран цифров сигнелен процесор (DSP), служещ за обработка на прочетените и подготовка на записваните сигнали
• набор от схеми на интерфейса

Някои модели твърди дискове имат на платката специален конектор за сервизни нужди, позволяващ в заводски условия детайлна диагностика на устройството върху специален стенд.

Технологията S.M.A.R.T.

Технологията S.M.A.R.T. - Self Monitoring Analysis And Reporting Technology (технология за самостоятелно следене, анализиране иуведомяване) бе разработена от група производители на запаметяващи устройства и служи за следене състоянието на твърдия диск с цел, ако някой от следните параметри излезе от зададените граници, ползвателя на устройството да бъде уведомен от самия носител на информация (HDD) за предаварийното му състояние.

Тази технология се вгражда в изделията на всички производители на твърди дискове (например IBM, Seagate, Western Digital, LaCie, Maxtor (Quantum), Fujitsu, Samsung, Hitachi), а поддръжка за нея е осигурена на ниво BIOS (например, Award, AMI, Phoenix).

Оценката на състоянието на твърдия диск се извършва чрез сравняване на текущите показания на няколко параметъра, носещи името атрибути (attributes), характеризиращи работата на устройство, със записаните в енергонезависимата памет на твърдия диск граничните им значения. Различните производители на твърди дискове могат да се използват различни набори следени от S.M.A.R.T. атрибути с гранични стойности. Всеки атрибут има собствен индентификационен номер - ID, като не е задължително при различните производители атрибутът с един и същ ID да се отнася за едно и също събитие. Ето някои от контролираните параметри:

• rear error rate
• throughput performance
• start/stop count
• spin - up time
• drive calibration retry count
• relocated sector count
• spin - up retry count
• multizone error rate
• number of times the spindle motor is activated
• drive calibration retry count
• ultra DMA crc error rate
• number of alternative sectors
• seek error rate
• seek the performance
• power - on time
• write error rate

Повечето твърди дискове следят между 5 и 15 атрибута, като граничните стойности могат силно да варират (например в зависимост от това, за кой пореден сегмент е предназначен конкретния модел твърд диск), максималния брой атрибути може да достигне 30.

Граничната стойност на атрибута носи наименованието Treshold и се определя от производителя (разработчика) на съответното устройство. Ако моментното, прочетено от S.M.A.R.T. системата значение е по - малко от съответното гранично (treshold) значение на параметъра, дискът не бива повече да се използва за съхраняване на информация и потребетилят (администраторът) следва да вземе мерки и да архивира информацията, намираща се върху носителя. Разбира се, същото устройство теоретично би могло да работи още достатъчно дълъг период от време, но "сработването" на S.M.A.R.T. показва, че от този момент нататък гаранция за данните ви няма.

Освен с граничната стойност на атрибута, за същия се определя и друг параметър, носещ наименованието Pre - failure/Advizory, който има само три стойности, съответстващи на три условни състояния на твърдия диск:

• HDD има висок показател за надежност
• HDD има нисък показател на надежност
• HDD е в предаварийно състояние

Съвкупността на цитираните по - горе параметри (атрибути на надежността) дава възможност своевременно да бъде генериран сигнал за наближаване възможност за отказ на някоя от системите на твърдия диск.

За съжаление, липсва официална информация от производителите (или поне аз не можах да се добера в Интернет до нея) относно това, кои точно атрибути и с какви гранични стойности са включени в конкретните, предлагани сега на пазара на твърди дискове. Възнамеряван да направя писмено запитване за това при представителите на всички големи фирми - производители на твърди дискове, всички нови данни ще бъдат публикувани допълнително.