Shock protection HDD

Жесткий диск устройство чрезвычайно хрупкое, пожалуй, даже самое хрупкое из всей компьютерной начинки. И не смотря на старания производителей, они все еще подвержены повреждениям в результате ударов и встрясок, последствия которых могут быть весьма и весьма трагичными. О технологиях увеличения ударостойкости разработанных различными производителями и пойдет речь сегодня.

Наверное, все кто уже задался однажды целью оценить ударостойкость накопителей по информации из их спецификаций, столкнулись с тем, что измеряется оно в каких-то странных единицах G. И не понятно, совершенно, как же оно измеряется. Разберемся.

Ударное воздействие (shock) - механическое воздействие очень малой длительности. Его последствия в ряде случаев могут быть определенны косвенным образом по энергии (или связанному с ней ускорению) приобретенной предметом вообще и накопителем в частности в результате такого воздействия. Ударостойкость накопителей определяет способность без последствий переносить определенные ударные нагрузки, и по объясненной выше причине и из соображений удобства измеряется в единицах, кратных ускорению свободного падения - G. Время ударного воздействия при определении ударостойкости накопителей, значения которой обычно приводятся в спецификации на них, выбрано равным 2 мс. Это сделано потому, как все наиболее распространенные механические воздействия, которым подвергаются накопители, имеют эту или немного меньшую длительность. К таким воздействиям относятся: удар монтажного инструмента, удар о корпус компьютера и неаккуратная установка накопителя в него, падение винчестера при извлечении из заводской упаковки на стол и др. Ускорение приобретаемое винчестером в таких случаях обычно составляет порядка 50-250G. Уже установленный в корпус компьютера подвергается меньшим ударным нагрузкам при большей их длительности. Такие воздействия толчок, толчок в результате падения чего-либо на компьютер, падение самого компьютера сообщают диску ускорение порядка 20-50G при времени в 10-20 мс. Накопитель может быть подвержен ударному воздействию в выключенном состоянии, в компьютере или вне его, и во включенном, во время работы. Ударостойкость измеряется для обоих состояний, так как она очень сильно отличается (позже станет ясно почему).

Результат ударных воздействий может быть самым плачевным: даже несмотря на отсутствие внешних повреждений, он постепенно может умирать. Изнутри. Дело в том, накопители на жестких магнитных дисках - устройства чрезвычайно точные, с, пусть и небольшим, но числом подвижных частей. При ударе возможно их взаимодействие и повреждение. О различных видах таких повреждений и взаимодействий подробнее будем говорить по мере упоминания технологий, в которых реализована борьба с ними. Отметим сейчас лишь то, что подвергнуться ударам накопители могут в любой момент своей жизни (и после нее:-)): при неаккуратной погрузке, при транспортировке в результате резкого торможения, при передаче диска вам на фирме, при установке, при переносе диска пользователем самостоятельно (особенно велика вероятность таких повреждений, если диск используется в качестве переносного, что в последнее время приобрело широкие масштабы) и во множестве других случаев.

За давностию лет сложно уже сказать, какая технология была реализована раньше, какая позже. Придется вам довольствоваться лишь их описанием. Хотя, кажется, самой первой, во всяком случае из тех, которые были у всех на слуху стала технология Shock Protection System, разработанная и использовавшаяся фирмой Quan-tum. Ныне Quantum уже продал свое винчестерное подразделение компании Maxtor, вместе с потрохами в виде SPS, которой Maxtor теперь успешно пользуется. Всего было две версии Shock protection System: просто SPS и SPS II. Средства реализованные в первой были направлены на защиту диска в нерабочем состоянии, вторая обеспечивает надежность и во время работы. Сейчас Maxtor под SPS подразумевает именно SPS II, и дополнительных обозначений не делает. Итак…

Самым распространенным явлением при ударе является шлепок головок. Механизм возникновения следующий: под воздействием перпендикулярной к поверхности дисков составляющей приобретенного ускорения, происходит отрыв головок от поверхности.

Последующий возврат, обеспечиваемый упругой конструкцией держателей головки очень резкий, и головка при возврате ударяет по пластине, выбивая из поверхности микрочастицы (смотрим схему на рисунке).

В результате такого возврата может повредиться и сама головка. В зависимости от того, где находилась головка в момент удара, последствия могут быть разными. Если при выключенном накопителе в парковочной зоне - удар с ненулевой вероятностью может пройти безболезненно. Поверхность с выбитыми частицами не используется, если головка осталась цела и частицы не будут распространятся, а останутся локализованы в пределах нерабочей области - все в порядке (их удержанию там будут способствовать силы магнитного притяжения). Однако так на практике бывает не часто. Скорее всего, частицы будут распространяться по поверхности, выбивая все новые и новые, процесс пойдет лавинообразно. Понятно, что в рабочей области это приведет к возникновению плохих блоков. Кроме того, магниторезистивные головки очень чувствительны к температурному режиму, а взаимодействие с такими частицами (оно непременно будет, так как головки парят над диском на крайне малой высоте) будет вызывать нагрев головок, результатом которого станет искажение сигнала и ошибки чтения. Кроме того, толчок накопителя во время работы может сопровождаться уходом головки на недопустимую для нормального функционирования высоту, или ее колебанием. В первом случае все ограничиться ошибками чтения и записи для данной конкретной операции - скорее всего не пройдут. А во втором данные могут быть прочитаны не оттуда (таже самая, по сути, ошибка, что и предыдущие) или записаны не туда, что может привести не только к потере записываемых, но и к порче других важных данных (понятнее должно стать из нижеприведенной схемы).

Решить проблему призвана SPS. Она представляет собой комплекс улучшений направленных на поглощение и минимизацию энергии удара. Простым ужесточением и утолщением держателей головок обойтись было нельзя, так как вместе с ростом толщины возросла бы и масса держателей, и, следовательно, инерция при перемещении головок при выполнении операций поиска, что вылилось бы в увеличение необходимого для реализации операций времени. Сотрудникам Quantum пришлось решать сложную инженерную задачу. Выход был найден в оптимизации формы, толщины держателей и используемых для их производства материалов. Удалось добиться лишь незначительного колебания головок (смотрим на схему).

Для защиты записи требовалось реализовать мониторинг стабильности положения и высоты головок. Эта задача также была решена. Теперь при обнаружении невозможности выполнения операций записи, операция откладывалась до времени прихода накопителя в "нормальное" состояние (снова смотрим на схему и сравниваем с приведенной выше).