Устройство и ремонт персонального компьютера (стр. 52 )

9.2.2. Резервирование секторов (компенсация дефектов)

На любом жестком диске существуют секторы, непригодные для использования. При форматировании накопителя дефектные секторы должны быть помечены и исключены из рассмотрения. Метод резервирования секторов позволяет сохранить на каждой дорожке то количество рабочих секторов, которое определено для нее в соответствии с принципом зонной записи. При так называемом последовательном резервировании один из секторов на каждой дорожке оставляется в качестве запасного. Он не включается в общий список секторов и ни BIOS, ни операционная система не знают о его существовании. Если в процессе форматирования диска на дорожке обнаруживается поврежденный сектор, то вместо него “подставляется” запасной, а нумерация последующих секторов сдвигается на единицу. Если на дорожке обнаруживается более одного дефектного сектора, то она целиком помечается как непригодная для записи. Последовательное резервирование, однако, не получило широкого распространения. Чаще всего используется пространственное резервирование, при котором запасные секторы на дорожках не выделяются. Если в процессе форматирования на дорожке обнаруживается хотя бы один поврежденный сектор, то она сразу помечается как неиспользуемая, а вместо нее “подставляется” запасная дорожка с одного из резервных цилиндров, специально выделенных для этих целей. Этот метод используется практически во всех EIDE и UDMA накопителях на жестких дисках. В них предусмотрены 16 резервных цилиндров — по одному для каждой зоны записи (часто их называют зоной компенсации дефектов).

Единственная область накопителя, где дефектные секторы абсолютно недопустимы, — это нулевая дорожка (с номером 00). Она используется для записи информации о разбиении жесткого диска и положении FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов). Если нулевая дорожка не читается или на нее невозможно что-либо записать, то накопитель перестает работать. Если в процессе эксплуатации повреждается сектор на этой дорожке, то даже низкоуровневое переформатирование диска с целью исключения плохого сектора не обязательно восстановит его работоспособность. К сожалению, при такой неисправности чаще всего приходится заменять накопитель.

9.2.3. Парковка головок

Головки записи/воспроизведения “парят” над поверхностями носителей на микроскопических расстояниях от них. Поддерживающая их воздушная подушка формируется воздушными потоками, возникающими при вращении магнитных дисков. Когда накопитель выключается, магнитные диски постепенно останавливаются. Интенсивность воздушных потоков быстро снижается, и головки “падают” на поверхности носителей. При таких “падениях” поверхности магнитных дисков изнашиваются, что, может привести к появлению поверхностных дефектов и безвозвратной потере данных. К тем же последствиям могут привести сотрясения работающих накопителей, при которых одна или несколько головок могут задеть рабочую поверхность. Хотя после таких аварий диск обычно удается переформатировать, поврежденные участки будут помечены как непригодные для использования, что может привести к снижению емкости накопителя (если исчерпан резерв запасных цилиндров). Кроме того, переформатирование жесткого диска чаще всего означает полную переустановку операционной системы и всех программ.

Чтобы избежать ударов головок о поверхности носителей при выключении накопителя и остановке дисков, выделяется специальный цилиндр (либо внутренний, ближайший к оси вращения, либо внешний), который играет роль посадочной полосы (LZ — landing, zone) для головок. Этот цилиндр не предназначен для хранения данных, поэтому соприкосновения головок с поверхностями дисков на этом участке вполне безопасны. Все современные накопители на жестких дисках имеют систему автоматической парковки — перевода головок на посадочную полосу по мере уменьшения частоты вращения магнитных дисков, а также их надежной фиксации до момента следующего включения накопителя. Фиксация головок необходима для того, чтобы они не смещались на рабочие дорожки при сотрясениях неработающего накопителя. Для старых накопителей в программах настройки BIOS предусматривалась специальная строка — “LZ” или ‘Landingzone”. Для современных дисков можно либо просто ввести “О” в строке “LZ”, либо позволить системе автоматически определить значение этого параметра.

9.2.4. Предварительная компенсация при записи

Магнитные диски накопителя вращаются с постоянной угловой скоростью. Это обстоятельство существенно упрощает схему питания шпиндельного электродвигателя, однако порождает определенные проблемы, связанные с качеством и надежностью записи данных на всей поверхности рабочего слоя. Дорожки, расположенные ближе к оси вращения дисков, короче, чем дорожки, расположенные около их краев. Чем меньше длина дорожки — тем короче дуга, отводимая под каждый из секторов (если в накопителе не используется метод зонной записи, то это утверждение справедливо для всей рабочей поверхности носителей; в противном случае геометрические размеры секторов сокращаются в пределах каждой зоны). Поскольку, информационная емкость секторов постоянна, на внутренних дорожках плотность записи будет существенно выше, чем на наружных, т. е. , количество зон смены знака остаточной намагниченности на единицу длины дорожки на внутренних цилиндрах будет больше, а размеры участков с постоянной остаточной намагниченностью — меньше. Из-за взаимного влияния этих участков происходит их частичное “саморазмагничивание”, зоны смены знака становятся более размытыми и, в результате, снижается уровень и возникают нежелательные фазовые сдвиги сигнала, поступающего с головки записи/воспроизведения при считывании данных.

Чтобы избежать этого неприятного явления, между импульсами тока записи, подаваемыми на головки записи/воспроизведения при работе на внутренних цилиндрах, вводятся небольшие паузы.

(Вводить задержки между токовыми импульсами записи на всей поверхности диска нельзя, поскольку во время паузы не происходит перемагничивания рабочего слоя носителя (ток через обмотку головки не протекает). В результате на внешних цилиндрах, где за время паузы головка успевает “пробежать” достаточно большое расстояние, будут оставаться участки с прежним уровнем остаточной намагниченности, не имеющим отношения к записываемым данным.)

Для различных последовательностей данных оптимальные длительности этих пауз могут быть разными, но их можно рассчитать и запрограммировать заранее и в итоге получить более явно выраженные переходы между зонами смены знака остаточной намагниченности рабочего слоя дисков.' В результате при считывании данных из внутренних секторов сигнал с головок записи/воспроизведения получаться более четким и хорошо различимым на фоне шумов. Описанный метод называется предварительной компенсацией при записи (WP — Write Precompensation). Дорожка, начиная с которой должны вводиться предварительная компенсация, указывается в таблице параметров жесткого диска при настройке BIOS. Предварительная компенсация при записи играла существенную роль в старых накопителях, в которых использовались носители с оксидным рабочим слоем. Переход к тонкопленочным рабочим слоям в сочетании с методикой зонной записи в современных накопителях устранл необходимость в предварительной компенсации (хотя соответствующий параметр в BIOS еще остался). В большинстве случаев при настройке BIOS следует просто ввести “О” в строке “WP” или позволить системе автоматически определить номер дорожки, начиная с которой должна вводиться предварительная компенсация.

9.2.5. Параметры дисководов и их преобразование

Для того чтобы компьютер мог взаимодействовать с установленным в нем жестким диском, он должен знать его основные параметры. Всего таких параметров шесть: количество цилиндров, головок и секторов, номер дорожки, начиная с которой должна вводиться предварительная компенсация при записи, номер дорожки, используемой в качестве посадочной полосы и, наконец, общая емкость отформатированного накопителя. Эти параметры хранятся в памяти CMOS компьютера и могут быть изменены в процессе настройки BIOS. При установке нового жесткого диска с помощью той же программы настройки BIOS можно просмотреть его параметры и, при необходимости, их скорректировать. Просмотрев параметры, определяемые в BIOS, вы можете получить достаточно полное представление о накопителе. Например, у жесткого диска 88400D8 фирмы Maxtor, 16 головок, 16278 дорожки (цилиндра), 63 сектора на каждой дорожке, а его емкость вычисляется как произведение указанных величин на размер сектора (512байт): 16278 х 16 х 63 х 512 = 8 401 010 688байт (т. е. примерно 7,8Гбайт).

У некоторых накопителей можно отметить две характерные черты. Во-первых, для них не надо указывать номера дорожек, начиная с которых должна вводиться предварительная компенсация при записи, и номера цилиндров, выполняющих роль посадочных полос. Как и в большинстве современных жестких дисков, парковка головок в этих накопителях осуществляется автоматически и является “внутренним делом” самих устройств. Вторая особенность перечисленных накопителей заключается в том, что их параметры являются логическими, а не физическими. Достаточно очевидно, что при 15 или 16 головках в них должно было бы быть установлено по 8 магнитных дисков носителей (каждая головка работает с одной из сторон диска). Поверить в это, глядя на современные миниатюрные модели накопителей, довольно трудно, поскольку “стопка” из 8 дисков оказалась бы достаточно высокой. Кроме того, практически во всех накопителях сейчас используется метод зонной записи, и количество секторов на дорожке является переменной величиной. Это означает, что те параметры диска, которые вводятся в BIOS, являются условными. Контроллер накопителя сам преобразует установленные параметры в реальные физические координаты расположения секторов.

9.2.6. Двоичные и десятичные мегабайты

Все знают, что емкость жесткого диска измеряется в мегабайтах (обозначаются как М, MB или Мбайт) или гигабайтах (Г, GB или Гбайт). Однако и начинающие, и опытные пользователи часто не понимают разницу между “двоичными” и “десятичными” мегабайтами и гигабайтами. Предположим, что вы установили в компьютер новый жесткий диск, в паспорте которого указана емкость 4 Гбайт. Вы тут же заметите, что некоторые программы — в частности, программа настройки BIOS, FDISK и Проводник Windows (Explorer) — выводят одно значение емкости накопителя (3,73Гбайт), а другие программы — например, CHKDSK — ее паспортную величину (4Гб). Такие разночтения могут сбить с толку кого угодно. Происходят они из-за того, что производители аппаратных средств и программного обеспечения по-разному подсчитывают емкости дисков. Формально емкость жесткого диска в байтах вычисляется как произведение количества цилиндров, секторов и головок, умноженное на количество байт в секторе 512, то есть: