Многих пользователей интересует устройство жесткого диска. И неспроста, ведь на сегодняшний день самым распространенным накопителем информации на компьютере является HDD. Далее будут разобраны принципы его работы и структура.

Винчестер по своей сути напоминает проигрыватель на пластинках. В нем также содержатся пластинки и считывающие головки. Однако устройство HDD сложнее. Если мы разберем жесткий диск, то увидим, что в основном пластины металлические и покрыты магнитным слоем. Именно на него производится запись данных. В зависимости от объема винчестера пластин от 4 до 9. Они крепятся на валу, который называется «шпиндель» и имеет высокую скорость вращения от 3600 до 10000 оборотов/мин для изделий массового потребления.

Рядом с блоком пластин находится блок считывающих головок. Количество головок определяется количеством магнитных дисков, а именно по одной на каждую поверхность диска. В отличие от проигрывателя на жестких дисках головка не касается поверхности пластин, а зависает над ней. Это позволяет исключить механический износ. Поскольку пластины имеют высокую скорость вращения, а головки должны находиться на крайне малом постоянном расстоянии над ними, очень важно, чтобы во внутрь корпуса ничего не смогло попасть. Ведь малейшая пылинка может нанести физические повреждения. Именно поэтому механическую часть герметично закрывают кожухом, а электронную выносят на наружу.

Некоторые пользователи интересуются тем, как разобрать жесткий диск. Нужно понимать, что разбор рабочего накопителя предусматривает нарушение его герметичности. А это, в свою очередь, приведет его в негодность. Поэтому не стоит этого делать, если вы не готовы потерять все данные на носителе информации. Если у вас нет острой необходимости открывать накопитель, а всего лишь мучает любопытство, из чего состоит жесткий диск, вы можете посмотреть фото разобранного HDD.

Именно поэтому жесткие диски на магнитных дисках при ремонте разбирают и собирают в специальном ламинарном боксе. В нем при помощи системы подачи воздуха высокой очистки и герметичности поддерживается необходимая для проведения таких работ окружающая среда. Разобрав свой диск в домашних условиях Вы однозначно его приведете в неработоспособное состояние.

Считывающие головки в нерабочем состоянии находятся рядом с блоком пластин. Еще это называется «парковочное положение». Специальное устройство выносит головки в рабочую зону только тогда, когда диск разогнался до необходимой скорости. Все они перемещаются вместе, а не каждая отдельно. Это позволяет иметь быстрый доступ ко всем данным.

Электронная плата, или контроллер, как правило, крепится снизу винчестера. Ее ничего не защищает, и от этого она достаточно уязвима для механических и термических повреждений. Именно она осуществляет управление механикой. Винчестер от ноутбука отличается от стандартного 3,5-дюймового только размером. Принцип работы жесткого диска точно такой же. Отличаться они могут только количеством магнитных блинов и емкостью накопителя.

Как можно проследить, устройство жесткого диска подвержено ударам, встряскам, царапинам, значительным изменениям температур и скачкам напряжения. А это делает его не совсем надежным носителем информации. Именно из-за этого жесткий диск на ноутбуке выходит из строя чаще, чем на стационарном ПК. Ведь портативные устройства постоянно подвергают встряскам, порой падениям, выносят на холод или ставят на солнце. А это, в свою очередь, негативно сказывается на винчестере.

Чтобы продлить срок работы HDD, не подвергайте его падениям и ударам, следите за тем, чтобы была достаточная вентиляция корпуса, любые манипуляции с диском производите только при отключенном питании. Эти недостатки привели к появлению нового типа винчестеров SSD. Постепенно они теснят HDD, когда-то выглядевших великолепными носителями.

Логическое устройство

Мы узнали, как выглядит жесткий диск внутри. Теперь будем разбирать его логическое структурирование. Данные пишутся на жесткий диск компьютера на дорожки, которые делятся на определенные сектора. Объем каждого сектора составляет 512 байт. Последовательные сектора объединяются в кластер.

При установке нового HDD нужно произвести форматирование, иначе компьютер попросту не увидит свободное место на накопителе. Форматирование бывает физическое и логическое. Первое подразумевает разбивку диска на сектора. Некоторые из них могут определиться как «плохие», то есть непригодные к записи данных. В большинстве случаев накопитель уже имеет такое форматирование перед продажей.

Логическое форматирование подразумевает создание логического раздела жесткого диска. Это позволяет значительно упростить и оптимизировать работу с информацией. Под логический раздел (или, как еще называют, «логический диск») отводится определенная область накопителя. С ней можно работать как с отдельным винчестером. Чтобы понять, как работает жесткий диск со своими разделами, достаточно визуально разделить винчестер на 2-4 части в зависимости от количества логических томов. К каждому тому можно применить свою систему форматирования: FAT32, NTFS или exFAT.

Технические данные

Друг от друга HDD отличаются по таким данным:

• объемом;
• скоростью вращения шпинделя;
• интерфейсом.

На сегодняшний день средний объем винчестера 500-1000 Гб. Он определяет количество информации, которое вы можете записать на носитель. От скорости вращения шпинделя будет зависеть, как быстро вы сможете иметь доступ к данным, то есть чтение и запись информации. Самым распространенным интерфейсом является SATA, который пришел на смену уже морально устаревшему и медленному IDE. Друг от друга они отличаются пропускной способностью и типом разъема подключения к материнской плате. Отметим, что диск современного ноутбука может иметь только интерфейс SATA или SATA2.

В данной статье было рассмотрено, как устроен жесткий диск, его принципы работы, техданные и логическая структура.

Жёсткий диск состоит из двух основных частей: гермоблока и контроллера.

Рисунок 1 – блок – схема жесткого диска

Рисунок 2 – Основные элементы конструкции жесткого диска

1.2. Устройство жесткого диска

Весь винчестер, как устройство, делится, как мы отметили, на две крупные составляющие: плату электроники и гермозону или «банку», внутри которой уже находятся магнитные диски, блок магнитных головок, шпиндельный двигатель.

Рисунок 3- Внешний вид жесткого диска фирмы MAXTOR

1.3. Плата электроники (контроллер)

Плата электроники или контроллер на жестком диске, по сути, маленький компьютер.

Рисунок 4 - Внешний вид платы электроники (контроллера) жесткого диска фирмы MAXTOR

На плате у современных винчестеров можно найти процессор, память (ОЗУ), ПЗУ. Процессор занимается обработкой полученных с головок данных и преобразованием их в понятный компьютеру «язык» - ATA стандарт. Делает он это, как и компьютер в оперативной памяти ОЗУ. ПЗУ нужно для старта, как БИОС на материнской плате. Чем занимается микросхема управления двигателем понятно из её названия. При включении плата контроллера считывает служебную информацию и если она корректна, то жесткий диск начинает работу. Но что делать, если плата электроники выходит из строя и, как следствие, нет доступа к документам, фотографиям и пр., ведь жесткий диск сломался?

Конечно же, появляется желание поменять эту злополучную плату на аналогичную от жесткого диска «донора», ведь они так похожи, и считать свою информацию. Но не все так просто, как кажется на первый взгляд. Как известно прогресс не стоит на месте, и производители жестких дисков постоянно усовершенствуют свою продукцию, вносят изменения в технологию изготовления жестких дисков и, как следствие, появляются новые линейки моделей винчестеров, которые отличаются плотностью записи, прошивкой, конструкцией отдельных узлов, схемотехникой платы электроники. Именно по этой причине на большинстве жестких дисках контроллеры имеют тонкие настроечные параметры и не взаимозаменяемы.

Следовательно, вывод: не обладая полной информацией о взаимозаменяемости контроллеров на жестких дисках, неквалифицированные самостоятельные попытки восстановления данных в случае замены платы электроники могут не только усугубить причину поломки, но и значительно снизить шансы на успешное восстановление информации с НЖМД.

Сноска:

Контроллеры жестких дисков

Рисунк 5 - Контроллер

Собственно контроллер накопителя физически расположен на плате электроники и предназначен для обеспечения операций преобразования и пересылке информации от головок чтения/записи к интерфейсу накопителя. Часто, контроллером называют интерфейс накопителя или интерфейс ПК с накопителем, что, в общем, не верно.

Контроллер жестких дисков представляет собой сложнейшее устройство - микрокомпьютер, со своим процессором, ОЗУ и ПЗУ, схемами и системой ввода/вывода и т.п. Однако, в большинстве случаев, производители размещают их в одном или двух микрочипах.

Контроллер занимается множеством операций преобразования потока данных. Так как длина дорожек неравна, данные на различные дорожки необходимо записывать неравномерно. Это становится проблемой, по сравнению с гибкими дисками, для носителей с высокой плотностью записи (число дорожек более 1000). Простые контроллеры, как правило, записывают одно и тоже количество информации на каждую дорожку, независимо от ее длины. Для этого контроллер упаковывает данные более плотно, начиная с определенной по счету дорожки. Цилиндр (в случае большего, чем один диск, все дорожки, находящиеся одна под другой, называются цилиндром), с которого начинается более плотная упаковка данных, называется цилиндром начальной прекомпенсации (Starting Cylinder for Precompensation - SCP). Для компенсации искажения информации при чтении, запись данных производится с предварительным смещением битов, которое учитывает искажения.

Наиболее частая причина поломки HDD - это выход из строя платы электроники.

Виды неисправностей плат можно поделить на 2 вида: электромеханические и логические. Электромеханические поломки в основном включают в себя выгорание защитных элементов в цепи питания. Происходит это, из-за так называемым тиристорного эффекта БП - при включении\выключении питания отпираются верхние и нижние ключи, и происходит резкий рост тока потребления, что приводит к “пробою” защитных элементов жесткого диска. Такие элементы либо находятся в коротком замыкании, или уходят “в обрыв”.

Симптомы проявляются следующим образом:

• При включении компьютера с подключенным к нему “сгоревшим” HDD, компьютер не включается, либо совсем не реагируя на нажатие кнопки питания
• Компьютер при включении кратковременно включается и сразу выключается. То же верно и при подключении к таком диску отдельно разъема питания от внешнего БП
• При подаче питания на жесткий диск, винчестер не подает признаков работы: не вращается шпиндельный двигатель, не слышно никаких шумов, писков и т.п.

Найти неисправность не трудно, даже если Вы впервые видели данный тип платы - они все устроены аналогично и TVS-диоды, как и защитные SMD предохранители, будут расположены недалеко от разъема питания. С помощью мультиметра проверяем эти элементы и обнаруживаем неисправный.

TVS-защитные диоды: при попадании на них импульса больше заданного, спекают анод и катод и тёмная сторона силы уходит на массу.

Для замены TVS-защитных диодов, лучше использовать заведомо исправный с донорской платы. Например, берем любую плату от Seagate 3,5 7200.7-12, WD 3,5” (любой SATA) или Samsung 3,5” SATA\IDE и находим в нужной цепи (+5 или +12 V) внешне похожий, и выпаиваем его.

Но в на самом деле жесткий диск заработает и без этих элементов. Выпаиваем, тем самым устраняем короткое замыкание и все, диск работает. Однако делать это не рекомендуем, особенно если Вы хотите сохранить информацию на HDD и не хотите полностью спалить накопитель. Без защиты на входе, винчестеру получит серьезные повреждения и простой заменой 1-2 элементов тут уже не обойтись.

После замены нужных элементов вместо сгоревших, перед тем как устанавливать плату на гермоблок и подключать питание, рекомендуется проверить по цепи питания "+5 - земля" и "+12 - земля", и внимательно осмотреть другие детали на плате HDD на предмет подгорелостей. В противном случае есть шанс спалить свежевпаянные детали при включении, а как максимум - прогорит процессор или коммутатор в гермозоне.

Проверяем не только защитные диоды около разъема питания (вверху), но и остальные элементы

П р имер платы от HDD Samsung, где пользователь решил самостоятельно устранить поломку, впаяв перемычку, и сжег процессор на PCB.

Если без диодов накопитель на свой страх и риск запустить можно, то без SMD предохранителей диск работать не будет. Замену можно найти на другой плате, и для этих целей отлично подходят WD. Такой тип защиты часто встречается на платах накопителей ноутбуков формата 2,5":

Конвертер

Конвертер можно купить (в продаже есть USB-TTL и COM-TTL) или сделать самому (привожу несколько схем ниже).

Для тех, у кого есть Arduino: соединяем GND и RESET , используем контакты RX и TX .

Для проверки схемы можно замкнуть RX и TX , - в результате все, что мы введем, должно вернуться.

Подключение

Подключаем RX и TX , как на рисунке ниже, отключаем SATA-кабель, подключаем питание.

Для работы с COM-портом я использовал PuTTY , с задачей также отлично справится ваша любимая программа. Итак, открываем PuTTY, выбираем тип подключения Serial , вводим порт и остальные настройки:

Speed	38400
Data Bits	8
Stop Bits	1
Parity	None
Flow Control	None

Открываем окно терминала, нажимаем Ctrl+Z и видим приглашение:
F3 T>
Чтобы увидеть список команд и описание к ним для вашего жесткого диска, необходимо ввести /C , а затем Q .

Восстановление

Пришло время приступить к восстановлению.

Важно : соблюдайте регистр при вводе команд!

1. Перейдем на уровень 1, введя /1
2. Очистим S.M.A.R.T. командой N1
3. Выключаем питанием и ждем, когда остановится двигатель (~10 сек)
4. Включаем питание и снова нажимаем Ctrl+Z
5. Очищаем список bad-блоков: вводим i4,1,22
6. Повторяем пункты 3-4
7. Вводим в консоли: m0,2,2,0,0,0,0,22 (для жестких дисков «Made in China» - m0,2,2,22 )
8. Переходим на уровень 2: /2
9. Останавливаем двигатель: вводим Z
10. Выключаем питание

После всех манипуляций жесткий диск стал определяться в BIOS. Чтобы не столкнуться с проблемой снова, обновите ПО у винчестера. Эта процедура совсем проста: с сайта производителя скачивается загрузочный образ, который записывается на болванку. Далее - загрузка и обновление прошивки в пошаговом режиме, просто следуйте инструкциям на экране.

Сейчас я описал ситуацию, когда все работает, как надо, но так получается редко. В процессе восстановления возникло несколько трудностей, с которыми, я уверен, вам тоже предстоит столкнуться. Поэтому, все у кого что-то не получилось, ищите решение в последнем разделе этой статьи.

О том, что осталось за кадром

Поскольку эта статья - результат собственных экспериментов, основаных на различных материалах по восстановлению HDD, далее я опишу те проблемы, с которыми столкнулся сам.

Проблема	Решение
Шум в консоли	Подключите контакт GND к «земле» на блоке питания. Я использовал провод от клавиши включения. Также вытяните джампер SATA I из жесткого диска.
На экране после нажатия Ctrl+Z ничего не появляется	Скорее всего, неправильно подключены RX и TX .
При первом включении появляется ошибка LED:000000CC FAddr:0025BF67 или LED:000000CC FAddr:0024A7E5	Сначала попробуем отключить головки. Для этого откручиваем плату (заодно можно и почистить контакты ластиком: у меня там было очень много грязи), подкладываем изолятор (бумага, изолента и т.д.) на контакты, ведущие к головкам, и обратно прикручиваем плату (не всеми винтами, а так, чтобы было питание на мотор). Включаем питание, нажимаем Ctrl+Z , вводим /2 , потом Z . Ждем сообщение об успешной остановке. Spin Down Complete Elapsed Time 0.138 msecs Не отключая питания, откручиваем плату, достаем наш изолятор и прикручиваем обратно плату, вводим команду запуска двигателя: U . Если не помог метод отключения головок, нужно замкнуть контакты на плате острым пинцетом или тонким проводком. На фото (доступны по ссылкам ниже) показаны точки замыкания на разных жестких дисках.

. Тема безусловна интересная особенно для начинающих радио-"мучителей", но на мой взгляд раскрыта далеко не полностью. Нет логического завершения, а именно какую схему использовал много уважаемый, TwIsTeR для своего решения, предложенную ли (моим коллегой по журналистскому труду) S anyaav на М/С TDA5145, МК или какую то другую. Этой статьёй я хочу дополнить некоторые пробелы форума и расскажу, на мой взгляд, о вполне достойной хоть по современным меркам и старенькой микросхеме LB 11880. И так приступим и начнём с общих сведений, что же такое двигатель от HDD, CD-ROM, DVD-ROM

Двигатель, вращающий шпиндель жесткого диска (или CD/DVD-ROM)- это синхронный трёхфазный мотор постоянного тока.

Раскрутить такой двигатель можно подключив его к трём полу мостовым каскадам, которые управляются трёхфазным генератором, частота которого при включении очень мала, а затем плавно повысится до номинальной. Это не лучшее решение задачи, такая схема не имеет обратной связи и следовательно частота генератора будет повышаться в надежде, что двигатель успевает набрать обороты, даже если на самом деле его вал неподвижен. Создание схемы с обратной связью потребовало бы применения датчиков положения ротора и несколько корпусов ИМС не считая выходных транзисторов. CD/DVD-ROM уже содержат датчики холла, по сигналам которых можно определить положение ротора двигателя, но иногда, совсем не важно точное положение и не хочется впустую тянуть "лишние провода".

К счастью, промышленность выпускает готовые однокристальные драйверы управления, которым к тому же им не требуются датчики положения ротора, в роли таких датчиков выступают обмотки двигателя. Микросхемы управления трёхфазными двигателями постоянного тока, которым не требуются дополнительные датчики (датчиками являются сами обмотки двигателя): TDA 5140; TDA 5141; TDA 5142; TDA 5144; TDA 5145 и конечно же LB 11880. (Есть и некоторые другие, но в другой раз.)

Принципиальная схема подключения двигателя к микросхеме LB11880.

Изначально, эта микросхема предназначена для управления двигателем БВГ видеомагнитофонов, в ключевых каскадах у неё биполярные транзисторы а не MOSFET. В своих конструкциях, я использовал именно эту микросхему, она во-первых, оказалась в наличии в ближайшем магазине, во-вторых, её стоимость была ниже (хоть и не на много), чем у прочих микросхем из выше приведенного списка.

Собственно, схема включения двигателя:

Если ваш двигатель вдруг имеет не 3 а 4 вывода, то подключать его следует согласно схеме:

И ещё одна более наглядная схема, адаптированная для использования в автомобиле.

Немного дополнительной информации об LB11880 и не только

Двигатель, подключенный по указанным схемам будет разгоняться до тех пор, пока либо не наступит предел по частоте генерации VCO микросхемы, которая определяется номиналами конденсатора подключенного к выводу 27 (чем его ёмкость меньше, тем выше частота), либо двигатель не будет разрушен механически. Не следует слишком уменьшать ёмкость конденсатора подключенного к выводу 27, так как это может затруднить пуск двигателя.

Как регулировать скорость вращения?

Регулировка скорости вращения производится изменением напряжения на выводе 2 микросхемы, соответственно: Vпит - максимальная скорость; 0 - двигатель остановлен.

Однако, необходимо отметить, что плавно регулировать частоту просто применив переменный резистор не удастся, так как регулировка не линейна и происходит в меньших пределах чем Vпит - 0, по этому лучшим вариантом будет подключение к этому выводу конденсатора на который через резистор, например от микроконтроллера подаётся ШИМ сигнал ну или ШИМ регулятор на всемирно известном таймере NE 555(таких схем в инете полно)

Для определения текущей частоты вращения следует использовать вывод 8 микросхемы, на котором при вращении вала двигателя присутствуют импульсы, по 3 импульса на 1 оборот вала.

Как задать максимальный ток в обмотках?

Известно, что трёхфазные двигатели постоянного тока потребляют значительный ток вне своих рабочих режимов (при питании их обмоток импульсами заниженный частоты). Для выставления максимального тока в данной схеме служит резистор R1. Как только падение напряжения на R1 и следовательно на выводе 20 станет более 0.95 вольта, то выходной драйвер микросхемы прерывает импульс. Выбирая значение R1, учитывайте, что для данной микросхемы максимальный ток не более 1.2 ампера, номинальный 0.4 ампера.

Параметры микросхемы LB11880

Напряжение питания выходного каскада (вывод 21): 8 ... 13 вольт (максимально 14.5);

Напряжение питания ядра (вывод 3): 4 ... 6 вольт (максимально 7);

Максимальная рассеиваемая микросхемой мощность: 2.8 ватта;

Диапазон рабочих температур: -20 ... +75 градусов.

Вот этот диск (правда когда на нём ещё не было медных болтов), казалось бы мелкий и чахлый двигатель от старенького винчестера на 40Гб, рассчитанный на 7200 оборотов/мин (RPM) умудрялся разгоняться примерно до 15000 ... 17000 оборотов/мин, если не ограничивать его скорость. Так что область применения двигателей от завалящих винчестеров, думаю весьма обширна. Точило/дрель/болгарку конечно не сделать, даже не думайте, но без особой нагрузки, двигатели способны на многое.

Ф айловый архив для самостоятельной сборка качаем

УДАЧИ!!