Жесткие магнитные диски
Принцип работы винчестера напоминает принцип действия обычного магнитофона, с той лишь разницей, что вместо магнитной ленты используются поверхности дисков, а вместо звуковых сигналов он записывает и воспроизводит цифровые.
Любой винт состоит из двух основных частей: банки и контроллера. Банка, называемая также гермоблоком, служит корпусом для размещения всех механических частей винта. Контроллер представляет собой плату электроники винчестера и размещается за пределами банки, как правило, в ее нижней части. В некоторых винчестерах, например, в известной серии Seagate Barracuda, контроллер закрыт дополнительной металлической крышкой, защищающей электронику от повреждений, а заодно служащей радиатором для отвода тепла от микросхем.
Основу всей конструкции составляет прочный герметичный корпус, предохраняющий точную внутреннюю механику от внешних воздействий. Внутри корпуса размещается собственно диск или набор из нескольких дисков, вращаемый электродвигателем; магнитные головки с механизмом их перемещения, а также предварительный усилитель сигнала. Корпус заполнен очищенным от пыли воздухом.
Для выравнивания давления внутри и снаружи корпус снабжен фильтром или имеет отверстия, заклеенные пленкой, хотя иногда встречаются и полностью герметичные винчестеры. При вращении дисков создается сильный поток воздуха, который циркулирует внутри корпуса и постоянно очищается еще одним, внутренним фильтром от пыли, сумевшей каким-то образом попасть внутрь.
Современные винчестеры устроены очень сложно. До 90% стоимости девайса составляет прецизионная механика. Рассмотрим более подробно каждую ее часть. Магнитный диск (в просторечии – "блин") представляет собой круглую пластину из алюминия (в редких случаях из специального стекла, как, например, у многострадальных "дятлов"), поверхность которой обработана по высочайшему классу точности.
В быту такой полировки не встретишь. Чтобы придать пластинам магнитные свойства, их поверхность покрывают сплавом на основе хрома или вакуумно напыляемым слоем кобальта. Такое покрытие имеет высокую твердость, что хорошо, ведь еще несколько лет назад диски были покрыты слоем мягкого лака на основе окиси железа, и он, в отличие от современных покрытий, легко повреждался.
Для вращения дисков применяется специальный электродвигатель, чем-то похожий на двигатель флоппи-дисковода: неподвижный якорь с обмотками и вращающийся постоянный магнит. Основное отличие его состоит в более высокой точности изготовления и наличии специальных подшипников, которые могут быть как обычными шариковыми, так и более совершенными – жидкостными (вместо шариков в них используется специальное масло, поглощающее ударные нагрузки, что увеличивает долговечность двигателя). Жидкостные подшипники имеют более низкий уровень шума и почти не выделяют тепло во время работы. Кроме того, некоторые современные винчестеры имеют двигатель, целиком погруженный в герметичный сосуд с маслом, что способствует эффективному отводу тепла от обмоток.
Магнитная головка также представляет собой сложную конструкцию, состоящую из десятков деталей. Эти детали настолько малы, что изготавливаются методом фотолитографии так же, как и современные микросхемы. Рабочая поверхность керамического корпуса головки отполирована с такой же высокой точностью, как и диск. Привод головок представляет собой плоскую катушку-соленоид из медной проволоки, помещенную между полюсами постоянного магнита и закрепленную на конце рычага, вращающегося на подшипнике.
На другом его конце находится легкая стрелка с магнитными головками. Катушка способна перемещаться в магнитном поле под действием проходящего через нее тока, перемещая одновременно все головки в радиальном направлении. Чтобы катушка с головками не болталась из стороны в сторону в нерабочем состоянии, имеется магнитный фиксатор, удерживающий головки выключенного винчестера на месте.
В нерабочем состоянии накопителя головки находятся вблизи центра дисков, в "зоне парковки" и прижаты к сторонам пластин легкими пружинами. Но стоит дискам начать вращение – и поток воздуха приподнимает головки над поверхностью блинов, преодолевая усилие пружин. Головки "всплывают" и с этого момента находятся над диском, совершенно не касаясь его.
Толщина воздушной прослойки между диском и головкой у современных винчестеров – всего 0,1 мкм, что в 500 раз меньше толщины человеческого волоса. Так как механический контакт головки с диском отсутствует, износа дисков и головок не происходит. Как уже говорилось, внутри гермоблока также находится усилитель сигнала, помещенный поближе к головкам, чтобы уменьшить наводки от внешних помех. Он соединен с головками гибким ленточным кабелем. Таким же кабелем подводиться питание к подвижной катушке привода головок, а иногда и к двигателю. Через небольшой разъем все это хозяйство соединено с платой контроллера.
Поверхность диска никогда не используется для записи произвольным образом. Данные всегда записываются в виде концентрических окружностей, называемых дорожками, состоящих из нескольких меньших отрезков – секторов. Каждой дорожке и каждому сектору на каждой из сторон диска присваивается свой порядковый номер. Расположенные одна над другой несколько дорожек с одинаковыми номерами называются цилиндрами. Например, винчестер Fujitsu MPG 3409 имеет 2 диска и все четыре стороны рабочие, следовательно, каждый его цилиндр состоит из четырех дорожек.
Такое деление дискового пространства на участки называется форматом нижнего уровня и выполняется на заводе – изготовителе винчестера. В процессе низкоуровневого форматирования дисков может выясниться, что на поверхности пластин имеется один или несколько маленьких участков, чтение или запись в которые сопровождается ошибками (так называемые сбойные секторы, или бэд-блоки).
Однако из-за этого диск не выбрасывают и не считают его испорченным, а всего лишь помечают эти секторы особым образом, и они в дальнейшем игнорируются. Чтобы пользователь не видел этого безобразия, винчестер содержит некоторое количество запасных дорожек, которыми электроника накопителя "на лету" подменяет дефектные участки поверхности, делая их абсолютно прозрачными для операционной системы и таких программ, как, например, дисковые редакторы, ScanDisk и Norton Disk Doctor.
Но не вся область диска отведена для записи данных. Часть информационной поверхности используется накопителем для собственных нужд. Это область служебной, как ее еще иногда называют, инженерной информации. Она скрыта от пользователей и становится доступной при переводе винчестера в специальный технологический режим, осуществляемый при помощи стендового оборудования и особых утилит.
Служебную информацию можно разделить на несколько типов:
таблица дефектных секторов, служащая для аппаратной подмены сбойных участков поверхности из резерва. Эта информация используется электроникой винчестера в процессе работы и является важнейшей его частью, без которой физически полностью исправный накопитель был бы бесполезным куском железа.
Что же из себя представляет плата электроники винчестера, называемая контроллером? Что скрывается в корпусах тех многочисленных микросхем, которыми усеяна плата? В состав контроллера входят следующие функциональные узлы: схема управления двигателем, схема управления позиционированием головок, канал чтения-записи, цифровой сигнальный процессор, микропроцессор управления, буфер памяти накопителя и интерфейсная логика.
Микропроцессор управления представляет собой очень быструю специализированную микро-ЭВМ, имеющую свою оперативную память, постоянную энергонезависимую память и программное обеспечение, состоящее из нескольких модулей. Оно образует специализированную операционную систему. Некоторые из ее компонентов могут располагаться в микросхеме ПЗУ на плате электроники, а другие записаны непосредственно на диск в служебной области.
При включении питания первым "просыпается" микропроцессор управления и тестирует электронику винчестера. Если все в порядке, подается команда на включение электродвигателя. Это самый сложный момент в работе накопителя, так как при этом головки соприкасаются с диском в зоне парковки и изнашиваются. Кроме того, двигатель в момент разгона работает в форсированном режиме, что сопровождается большим потреблением тока и повышенной нагрузкой на электронику.
После "всплытия" головок осуществляется процесс их распарковки: в обмотку соленоида подается импульс тока, перемещающий головки в информационную зону дисков. Начинается поиск сервометок, которые, в данном случае, используются для определения скорости вращения. Убедившись в том, что блины крутятся с нужной скоростью, микропроцессор перемещает головки в зону, где записана служебная информация, и считывает с диска в свою память микропрограмму, которая анализирует конфигурационные параметры и таблицу дефектных секторов.
Затем выполняется еще несколько внутренних тестов, термокалибровка, чтение таблицы S.M.A.R.T.-параметров (о которой мы поговорим чуть ниже), тестирование правильности позиционирования головок путем чтения нескольких дорожек, расположенных в разных местах диска (при этом слышен характерный треск, а иногда писк, вызываемый работой катушки перемещения головок).
В процессе работы винчестера через обмотки двигателя и катушку позиционирования текут очень большие импульсные токи, поэтому процессор управляет ими не напрямую, а через микросхемы усилителей тока. В современных накопителях данные читаются и записываются на диск не в цифровой, а в аналоговой форме методом частотной модуляции, поэтому в канале чтения-записи применяется цифровой сигнальный процессор, включающий в себя АЦП и ЦАП, преобразующие прочитанные головками ультразвуковые сигналы в "цифру" и наоборот.
Микропроцессор винчестера функционирует все время, пока на него подано питание. Под его контролем все системы накопителя работают дружно, образуя несколько замкнутых систем авторегулирования, поддерживающих постоянную скорость вращения дисков и обеспечивающих точное попадание головок на дорожки и доступ к любому сектору независимо от физического износа механики и внешних ударных или тепловых воздействий. Именно поэтому так трудно умышленно "убить" современный винт.
Для питания накопителей настольных компьютеров обычно используется два напряжения: +5 В (для схем усиления и обработки сигналов) и +12 В (для силовых цепей). Это позволяет уменьшить помехи от двигателей и упростить схему. Обычно требования к стабильности источника +5 В гораздо выше, чем к +12 В. Это справедливо и для многих других устройств.
При внезапном выключении питания, электроника винчестера продолжает некоторое время работать, получая энергию от двигателя, который, вращаясь по инерции, вырабатывает электрический ток, достаточный для успешной парковки головок. Некоторые накопители умеют сами скрывать вновь образующиеся дефекты поверхности. Например, очень популярная серия Quantum Fireball оборудована по этому поводу запасными секторами в каждой дорожке.
В связи с тем, что длина внешних и внутренних дорожек на дисках отличается, то и секторов на них помещается разное количество. Когда винчестер работает, его микропроцессор производит пересчет физических параметров о числе головок, числе секторов в дорожке и количестве цилиндров в вид, воспринимаемый внешними устройствами. Этот параметр называется геометрией накопителя, а процесс пересчета – трансляцией, и служит для удобства работы внешних устройств.
Именно эти "стандартные" параметры и указываются на корпусе винчестера (например, 16 головок и 63 сектора в дорожке, хотя на самом деле головок может быть всего 2). Емкость винчестера в байтах можно подсчитать, перемножив число головок, число секторов в дорожке, число цилиндров и размер сектора, который равен 512 байт. Например, 16*63*39714*512=20,4 Гб (конечно, имеются в виду "неправильные" гигабайты производителей – по миллиарду байт).
После успешного завершения всех внутренних тестов микропроцессор производит разблокировку интерфейса, сообщая об этом материнской плате компьютера. Все, теперь винт готов воспринимать команды из внешнего мира и служить вам.
Ничто не вечно под луной, а тем более жесткие диски. С течением времени изнашиваются головки, подшипники, стареют фильтры, магнитная поверхность дисков и электронные компоненты. И хотя инженеры, разрабатывающие накопители делают все возможное для того, чтобы их изделие служило верой и правдой своему хозяину многие годы, когда-нибудь может случиться, что винт сдохнет.
Хорошо, если на диске были только программы и игрушки, которые можно легко восстановить с дистрибутивов. Но чаще всего бывает так, что поломка накопителя застает пользователя врасплох, после чего выясняется, что там было что-нибудь важное и уникальное.
Именно так и было несколько лет назад, когда пользователь мог только догадываться о том, что ждет его винт в недалеком будущем, ориентируясь на возраст накопителя, появление новых плохих секторов и собственную интуицию. Этот способ был весьма неточным, так как возраст накопителя лишь косвенно характеризует его износ, гораздо большее значение имеют такие факторы, как количество включений, высокая рабочая температура, механические удары и табачный дым в воздухе.
Поэтому ведущими производителями жестких дисков была разработана технология, позволяющая объективно оценить состояние всех систем винчестера и достаточно точно спрогнозировать время его гибели. Эта технология получила название S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Reporting Technology) и присутствует во всех современных винчестерах. Несмотря на кажущуюся сложность названия, принцип ее действия довольно прост.
Когда работает накопитель, его микропроцессор ведет подсчет циклов включения-выключения, количество отработанных часов, фиксируется время раскрутки двигателя до номинальной скорости, число ошибок чтения, число вновь появившихся сбойных секторов и многое другое. Кроме того, с помощью специальных датчиков определяется температура устройства, количество полученных ударов и т. д.
Все данные автоматически, без участия пользователя, заносятся в специальную таблицу на диске и периодически обновляются. Еще они постоянно сравниваются с предельно допустимыми значениями, превышение (или наоборот) которых указывает на серьезные неполадки накопителя. Эта таблица называется таблицей SMART-параметров и может быть просмотрена пользователем в любое время, для чего существует специальная утилита. Например, HDD Speed или SMARTUDM (http://argon.com.ru/goto/www.sysinfolab.com/files/smartudm.zip)
Эти программы бесплатны и имеют описание на русском языке. Запускать их следует из MS-DOS, воспользовавшись системной дискетой, загрузочным CD-ROM или нажав F5 при загрузке Windows 98. Следует обратить особое внимание на то, что некоторые значения приведены в шестнадцатеричной системе и, чтобы определить, например число включений, нужно перевести их в десятичную (это можно сделать калькулятором Windows).
Существуют подобные программы и для Windows, например S.M.A.R.T. Vision, однако многие из них работают неправильно с некоторыми накопителями и внешними контроллерами, поэтому всерьез воспринимать их не стоит.
Исправный винчестер в среднем способен проработать 5-7 лет, что в несколько раз больше гарантийного срока, да и морально он устареет намного раньше. Но бывают случаи выхода из строя новых накопителей, не проработавших и года. При этом S.M.A.R.T. сообщает о катастрофическом увеличении числа сбойных секторов, что приводит к нехватке места в резервной области. Отчего это происходит?
Первая причина – накопитель ударили при транспортировке, как, например, часто случается при их продаже на рынке. Из-за удара головки пробили магнитное покрытие в зоне парковки, и образовались микроскопические частицы магнитной пыли. Из-за своих магнитных свойств осколки прочно удерживаются на поверхности, хотя могут медленно перемещаться по ней под действием центробежных сил и попасть в информационную зону дисков
. Во время прохода головки над такой частицей происходит микроудар, порождающий новые осколки, и, соответственно, новые дефекты. Кроме того, при этом головка нагревается от трения, что искажает считанную ей информацию.Вторая причина – курение за компьютером. Табачные смолы, проникая через защитный фильтр винчестера, оседают на дисках, что приводит к нарушению процесса считывания информации из-за увеличения расстояния между магнитным покрытием и головкой, а иногда и к прилипанию головок со всеми вытекающими
последствиями.Третья причина – неисправность платы электроники или ошибки при ее разработке, в результате чего винт становится очень чувствительным к изменению питающих напряжений, повышению частоты шины и помехам, наводимым на шлейф IDE-интерфейса. Даже у исправного винчестера из-за помех и некачественного питания могут происходить сбои в работе микропроцессора. При этом сброс процессора приводит к многократной переинициализации винта с остановкой и раскруткой двигателя, а зависание – к выполнению случайных и непредсказуемых действий, например, перезаписи служебной информации, стиранию сервометок и т. д.
Испорченные сервометки винчестер сам восстановить не в состоянии, это можно сделать только на стенде, поэтому при таком дефекте не поможет даже низкоуровневое форматирование. (Лично на моей памяти сгорели два винчестера Quantum серий CX и CR. Первый выгорел из-за всплеска напряжения, который не смог переварить некачественный блок питания китайского тазика, а второй погиб смертью храбрых при слишком высокой
температуре эксплуатации. – Прим. ред.)Есть еще одна причина преждевременной гибели винта, о которой не предупредит даже самый умный S.M.A.R.T. И встречается она довольно часто. Это – внезапное разрушение микросхем контроллера из-за их перегрева. Многие фирмы, стремясь сэкономить, не устанавливают радиаторы на сильно нагревающиеся чипы, хотя их температура порой превышает 100оС. Пример тому – относительно новая серия Fujitsu MPG.
Для борьбы с перегревом можно воспользоваться корпусным вентилятором, обдувающим плату электроники, но гораздо лучшим решением будет установка на эти микросхемы пассивного охлаждения, то есть радиаторов, которые можно купить на радиорынке или, в крайнем случае, изготовить самому из полоски листового алюминия, согнув ее буквой П и приклеив к пластмассовому корпусу чипа термоклеем АлСил-5. После такой доработки надежность винчестера очень сильно возрастет.
Несколько слов о низкоуровневом форматировании. Когда мы говорили о форматировании диска на низком уровне, мы имели в виду разметку его поверхности на секторы, дорожки и цилиндры. Именно так происходит при изготовлении винчестера. Следует отметить тот факт, что у всех современных винчестеров внутренний формат не стандартизирован.
Каждая компания считает за честь придумать свой собственный метод форматирования, ведь контроллеры и методы хранения информации для каждого диска хоть немного, но отличаются. Это породило массу слухов о том, что при неправильном низкоуровневом форматировании накопителей, например, через утилиту в BIOS материнской платы, можно безвозвратно испортить драйв.
На самом деле форматирование производит не сама утилита, как многие привыкли думать, а контроллер винчестера и только он, потому что внутренняя микропрограмма скрывает его истинный формат. Поэтому нельзя с помощью внешних команд испортить сервометки, стереть микропрограммы и записать неправильный формат дорожек. Худшее, что может случиться при низкоуровневом форматировании накопителя, – он потребует переформатирования "фирменной" утилитой.
Ни о какой "безвозвратной порче" не может быть и речи, так как в современные накопители аппаратно заложена функция "защиты от дурака", препятствующая разрушению сервометок и служебной информации программным путем. И наглядный пример тому – до сих пор так и не появившиеся компьютерные вирусы, способные физически вывести из строя жесткий диск, хотя подобные попытки были. Безуспешные.
Получить доступ к служебной информации можно только при переводе накопителя в технологический режим, осуществляемый с помощью дополнительных аппаратных средств – например, подключением специального технологического разъема на плате накопителя к COM-порту компьютера или к специальному стенду. При этом становится доступно для записи все имеющееся дисковое пространство, кроме сервометок, для работы с которыми требуется гораздо более сложное устройство, называемое серворайтером, имеющееся только у производителей или у компаний, специализирующихся на ремонте и диагностике неисправностей жестких дисков.
Что делать, когда винчестер не работает? Прежде всего – не паниковать, ведь проблема может быть и не в нем, а, например, в неисправном шлейфе. Вынув винчестер из корпуса, внимательно осмотрите его при ярком свете, обратив особое внимание на плату электроники.
Если на ней нет видимых повреждений, таких как вздутые и треснувшие микросхемы, оторванные элементы и перегоревшие дорожки, подключите к накопителю разъем питания, оставив интерфейсный шлейф неподключенным, и, положив накопитель на ровную, непроводящую ток поверхность, попробуйте подать питание.
Если накопитель исправен, он должен вести себя примерно так: сначала будет слышен шум раскрутки электродвигателя, затем звук распарковки и позиционирования головок, который вскоре затихнет. Двигатель останавливаться не должен. Если это так, подключите винчестер к материнской плате (не забыв во время этой процедуры выключить питание), зайдите в BIOS и попытайтесь его определить. Если он определяется, но операционная система его не видит, придется воспользоваться одной из утилит диагностики, например, от производителя винчестера или универсальными, типа HDD Speed. При удачном прохождении всех тестов можете вздохнуть свободно, физических проблем нет.
Если же накопитель с самого начала ведет себя ненормально, например, диски не раскручиваются вообще, скорее всего, неисправна плата электроники. Если раскручиваются и останавливаются, или слышен непрерывный стук головок, причиной может быть их обрыв, повреждение сервометок (очень редко) или неисправность канала чтения (очень часто). Если диск крутится
, но BIOS его не определяет, скорее всего, зависает микропроцессор винчестера из-за помех, неисправности или разрушения рабочих микропрограмм на диске (бывает очень редко, так как микропрограмма обычно дублируется).В любом случае можно попробовать переставить плату электроники с точно такого же винчестера и прочитать информацию.
Громкий металлический звук во время работы говорит о том, что внутри "банки", возможно, находится посторонний предмет, например, выпавший маленький винтик. Даже непродолжительная работа в таком состоянии может очень сильно повредить накопитель, поэтому, если гарантийный срок давно кончился, сервисных служб поблизости нет, а навыки работы с точной механикой имеются, можно попробовать вскрыть банку самостоятельно, извлечь блины и вернуть их на место.
Не волнуйтесь, пыль, попавшая внутрь при разборке, вреда не принесет, она будет сброшена с дисков центробежными силами при первом же запуске и задержана внутренним фильтром (главное: не прикасайтесь к поверхностям дисков и не оставляйте разобранный гермоблок открытым на длительное время).
Конечно, возможны и другие причины отказов, устранение которых требует индивидуального и квалифицированного подхода.
Поэтому, если у вас начались проблемы с винчестером и вы не можете точно установить их причину, лучше доверить ремонт специалистам. Автор желает вам удачи и чтобы ни одна из вышеперечисленных проблем никогда не коснулась вашего железного друга.
Процесс разборки старенького жесткого диска с интерфейсом SCSI от Seagate (нерабочего) показан ниже на фотографиях.
2. Самое простое – это снять плату управления. Крепится она всего тремя маленькими болтиками под внутренний шестигранник. Смотрите, что получилось после ее снятия:
3. Дальше, сверху еще 7 болтиков, кстати, тоже под шестигранник. После снятия этой "крышки":
4. Фильтр выпадает как-то сам собой.
5. На очереди головки. Их 16 штук, так как у этого винта 8 дисков. Но снять их было не так то просто. Пришлось опять взяться за достойный инструмент. Болты крепления открутились довольно быстро, но дело в том, что в шаговом двигателе, что приводит в действие головки чтения/записи, используются очень сильные магниты. Вот они, эти головки:
6 Диски снялись очень легко. Действительно, покрытие крайне не прочное и теперь понятно, что нужно осторожно обращаться c жесткими дисками.
7. А вот так выглядят головки с приводом и диски в сборе.
8. В общем, после полной разборки винта остались вот эти вот запчасти. Не так уж и много. Следует отметить, что вся разборка проводилась хоть и несколько грубоватым способом, но ни одна деталь жесткого диска не была повреждена.
Спешу предупредить читателей: этот жесткий диск нельзя было где-либо применить, ввиду того, что он уже устарел физически и морально. Рабочие же винты разбирать ни в коем случае нельзя – это убьет их.
Принцип считывания информации с оптического диска можно приближенно разбить на четыре этапа.
1 Луч слабого лазера испускается лазер-диодом привода CD-ROM. Проходя через систему линз, он фокусируется на областях спирали данных компакт-диска, двигаясь по траекториям, задаваемым сервоприводом. Сервопривод служит для перемещения направляющей линзы.
2. Луч производит считывание, отражаясь с различной интенсивностью от pit-слоя компакт-диска.
3. Отраженный луч возвращается, попадая в группу призм. Там происходит его преломление и отражение на фотодетектор.
4. Фотодетектор определяет интенсивность светового потока и переправляет эту информацию к микропроцессору дисковода, который завершает ее анализ, преобразуя в цифровую последовательность.
Основу компакт-диска диаметром 12 см и толщиной 1,2 мм составляет слой оптически чистой поликарбонатной пластмассы – это нижняя сторона подложка (back layer). На нее нанесен тонкий слои алюминия, придающий диску необходимые отражающие свойства. От окисления и механических повреждении его защищает лакировка. Поверх лакового слоя печатается этикетка диска.
Главное характеристикой привода CD-ROM является скорость чтения данных, поднять которую можно только единственным способом – увеличением частоты вращения диска. Поскольку для CD-ROM изначально принята постоянная линейная скорость чтения (Constant Linear Velocity – CLV), то частота вращения диска является переменной величиной, обратно пропорциональной расстоянию от считывающей головки до центра. Для первого поколения устройств со скоростью чтения 150 Кб/с (односкоростные, или 1Х) она лежит в диапазоне от 200 об/мин для внешней части дорожки диска до 530 об/мин для внутренней. В следующих поколениях частоты вращения, а с ними скорость чтения, просто увеличивались в целое число раз (двухскоростные – 2 X, четырехскоростные – 4Х и т. д.).
Так продолжалось довольно длительное время, пока скорость высококлассных моделей не достигла 12Х (1800 Кб/с), а массовых – 8Х (1200 Кб/с). Для 12-скоростных моделей диапазон частот вращения составляет от 2400 до 6360 об/мин. Понятно, что 6360 об/мин – это очень большая скорость для сменного носителя, которую технически трудно поддерживать. Еще труднее быстро раскрутить диск до этой скорости, если головка для считывания очередной порции информации перескакивает, например, с внешней части диска на внутреннюю. Время раскрутки накладывается на время перемещения и для быстрого доступа должно быть минимальным. Трудности многократно возрастают при попытке еще больше повысить частоту вращения, поэтому 12-кратная скорость является предельной для режима CLV.
Дальнейшее увеличение скорости чтения возможно только при отказе от режима
CLV, поэтому в последующих моделях приводов CD-ROM все ведущие производители вместо “чистого” CLV начали использовать в той или иной мере режим с постоянной угловой скоростью (Constant Angular Velocity – CAV), в котором частота вращения постоянна (и близка к максимально возможной), а скорость чтения пропорциональна радиусу. Режим CAV используется либо для всей поверхности диска, либо комбинируется с CLV. Комбинированный режим, когда для центральной части диска используется CAV, для периферийной CLV, называют CAVlCLV, Partial CAV или P-CAV.Новые модели приводов
CD-ROM позиционируются по максимальному значению скорости чтения как 32-50-ти скоростные, что не дает, однако, адекватного представления о реальном быстродействии.Что касается расположения информации на диске, то следует учитывать, что, во-первых, заполнение диска начинается от центра, и, во-вторых, большинство дисков заполнены не полностью (в среднем только наполовину). То есть решающей для общего быстродействия является скорость чтения на внутренней части диска. Например, популярный тест
CD-TACH при оценке скорости учитывает внутреннюю часть (0-215 Мб) диска с весовым коэффициентом 60%, среднюю (1215-430 Мб) -30% и внешнюю (430-615 Мб) – 10%.Приводы
CD-ROM высшего класса имеют скорость чтения для внутренней части диска 12Х, массовые модели – 8-10Х. Скорость чтения внешней части достигает в некоторых моделях 50Х.Переход от режима
CLV к режимам P-CAV и CAV не потребовал от производителей особых затрат, так как максимальная частота вращения не увеличилась, и механическая часть, включая двигатель, не подверглась существенным изменениям. Поэтому цены на новые устройства, несмотря на значительно улучшенные параметры, остались на прежнем, весьма невысоком уровне.Причем покупать лучше новые высокоскоростные устройства (начиная от 24х). Несмотря на незначительный прирост реального быстродействия, только они поддерживают стандарт
MultiRead, дающий возможность чтения перезаписываемых дисков CD-RW.Появившиеся на рынке в 1997 году 24-скоростные
CD-ROM работали по полной CAV-технологии при частоте вращения диска 5000 об/мин., и скорость считывания данных у них лежала в пределах от 1,8 до 3,6 Мбайт/с. При 50-ти кратной скорости, как у самых новых накопителей, частота вращения достигает 12 тыс. об./мин., что пока не используется даже в самых современных жестких дисках. Поток данных при этом составляет 7,2 Мб/с.Дисководы
CD-ROM могут иметь различные интерфейсы. Подавляющее большинство подключаются к обычному IDE выходу на материнской плате. Другие подключаются к стандартному адаптеру интерфейса SCSI, который устанавливается в гнездо расширения ПК. Такие адаптеры для CD-ROM имеются на немногих звуковых платах. Некоторые старые модели CD-ROM выпускались с собственным интерфейсом. Существовали три стандарта: PANASONIC, SONY, MITSUMI.Несмотря на то что процесс установки привода
CD-ROM с интерфейсом IDE весьма прост, стоит обратить внимание на следующие моменты. Как известно, любой адаптер Enhanced IDE имеет два 40-контактных разъема, к которым подключаются по два устройства: Primary Master и Slave и Secondary Master и Slave. По понятным причинам Primary Master – это всегда загрузочный жесткий диск (С:). Таким образом, привод CD-ROM может быть либо Primary Slave, либо Secondary Slave, либо даже Secondary Master. Итак, перед подключением кабелей питания, интерфейса и аудио на задней стенке накопителя следует соответствующим образом установить перемычки MAster и SLave (но лучше всё же, подключить CD-ROM ко второму IDE, отдельным шлейфом).Новые технологии для чтения
CD-ROM.Компания
Kenwood (www. kenwoodtech. сом) выпустила новый CD-ROM Kenwood 72Х TrueX с интерфейсом AT API. Он стал первым из числа доступных на рынке устройств этого класса с максимальной скоростью передачи данных 10800 байт/ с (72Х).В
Kenwood 72X TrueX так же как и в других накопителях серии Kenwood TrueX используется технология частично постоянной угловой скорости вращения диска (Partial Constant Angular Velocity) разработанная фирмой Zen Research N. V. и носящая название TrueX. Эта технология подразумевает параллельное чтение данных с семи треков, что позволяет уменьшить до 5100 об/мин максимальную скорость вращения диска в дисководе и, как следствие, снизить вибрацию и шум привода во время работы.Специалисты высоко оценивают эффективность дисководов
Kenwood TrueX. Параллельное чтение треков – элегантный путь увеличения скорости передачи данных без ускорения вращения диска. С этой технологией Kenwood поднимает вверх планку производительности CD и DVD-дисководов. CD-ROM и лазерных дисков.Любая грязь и пыль на линзе или поверхности компакт-диска может привести к таким проблемам, как, например посвистывание и позванивание привода
CD-ROM (особенно высокоскоростного), капризные отказы читать диски (если они сомнительного производства), перескакивание с дорожки на дорожку при проигрывании музыкальных дисков, снижение кадровой частоты или появление дефектов изображения у видеодисков. Столкнувшись с этим, рано нести привод CD-ROM или проигрыватель музыкальных компакт-дисков в ремонт или выбрасывать (не выбрасывайте и нечитающиеся диски).Все это не должно пугать, если под рукой есть аксессуары для чистки компакт-дисков и приводов
CD-ROM.Чистящие диски по методу активизации очистительного процесса делятся на так называемые музыкальные и компьютерные. Первые предназначены в основном для очищения проигрывателей компакт-дисков, поэтому чистка производится посредством проигрывания определенной дорожки (что не понравится пользователям ПК, если на их приводе
CD-ROM нет кнопок для управления проигрыванием, а программа-проигрыватель недоступна).У компьютерных чистящих дисков есть поддержка приводов
CD-ROM, они читаются как обычные компакт-диски с данными, и для процедуры очищения нужно просто запустить какую-то программу (которая самостоятельно проигрывает определенную дорожку диска).В плохом чтении дисков привод
CD-ROM виноват только наполовину. Чистота самого диска в такой же степени влияет на качество его воспроизведения. Диск не украшают многочисленные царапины, отпечатки рук. Всякие отметины сказываются негативно не только на достоверности информации, хранящейся на диске, но способны даже повредить привод CD-ROM.Существует единственный надежный способ очистить диск, будь то
CD-ROM, аудио-, видео- или лазерный диск – провести по его поверхности от центра к краю (ни в коем случае по окружности) салфеткой из специальной ткани, предварительно смочив диск специальным чистящим составом. Салфетки в большинстве своем делают из микрофибры, а жидкость – на основе изопропилового спирта.Обычно набор для обновления диска состоит из чистящего состава, специальной “платформы”, выполненной часто в виде обычной коробки для
CD, с приклеенным материалом, не позволяющим диску скользить, и круглой чистящей пластины с микрофибровой поверхностью с одной стороны и ручкой – с другой. Диск помещается в коробку (картинкой вниз), сбрызгивается или смачивается составом (при этом советуют держать аэрозоль на расстоянии 10-15 см от диска, а если вам нужна “серьезная чистка”, подождать 20-30 секунд после распыления) и протирается чистящей пластинкой (разумеется, стороной с микрофибровой поверхностью).Назначение устройства
CD-R – запись данных на компакт-диски CD-R, которые потом можно читать на накопителях CD-R, CD-ROM и CD-RW. До недавнего времени они использовались в основном для создания и тиражирования аудио-, видеодисков и дистрибутивов программного обеспечения. Однако, если посмотреть на эти устройства с иной точки зрения, то оказывается, что накопители CD-R – хороший выбор в качестве устройства для архивирования данных.Если говорить о скорости чтения/записи, то накопители
CD-R сильно проигрывают традиционным накопителям на жестких магнитных дисках, имеют примерно одинаковые возможности с JomegaZip с интерфейсом SCSI и значительно превосходят JomegaZip с интерфейсом LPT.Скорость записи для недорогих моделей составляет 32Х, скорость чтения – 42-50Х. Не слишком высокие скорости записи связаны с определенными техническими трудностями. В моделях более высокого класса скорость записи доведена до 40 -50Х. Получение более высоких скоростей сопряжено со значительными трудностями, так как резко возрастают требования к стабильности механического тракта.
Скорость чтения/записи, безусловно, важный, но не единственный показатель, который определяет выбор накопителя для архивации данных. Не менее важна удельная стоимость одного мегабайта хранимых данных. И носители
CD-R здесь вне конкуренции – при объеме в 650 Мбайт эти диски стоят в розницу около 0,3$ за штуку, что дает рекордно низкую удельную стоимость одного мегабайта хранимых данных. Следует также отметить, что компакт-диски более надежны при длительном хранении информации, чем магнитные носители: последние весьма чувствительны к электромагнитным полям и ударным нагрузкам.В любом компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и неотражающих участков. При записи
CD-R сфокусированным мощным лазерным лучом нагреваются небольшие области слоя красителя. Краситель передает тепло смежной с ним подложке, под действием которого она изменяет свои свойства и начинает рассеивать свет. В областях, не нагревающихся лазером, подложка остается прозрачной и при считывании данных пропускает луч. Последний проходит до металлического слоя, отражается от него и через подложку попадает на светочувствительный датчик.Хотя способы записи информации на обычные компакт-диски и на диски
CD-R различны, результат мы имеем один и тот же – последовательность отражающих и неотражающих участков, которую может прочесть любой дисковод CD-ROM. При чтении диска на него направляется маломощный лазерный луч, и светочувствительный датчик воспринимает последовательность отраженных сигналов.Еще один фактор, который необходимо учитывать, – режим записи. Существуют два режима: односеансный и многосеансный. В односеансном режиме запись всего диска должна осуществляться за один проход без перерывов. В многосеансном режиме данные записываются за несколько сеансов, в результате чего информация на диске представляется в виде нескольких отдельных томов. Не все накопители
CD-ROM способны читать диски, записанные подобным способом. Режим мно-госеансной записи позволяет записать часть данных, остановиться, а затем продолжить запись.Одно из достижений технологии записи
CD-дисков — способ "записи пакетами" (Packet Writing). При использовании пакетной записи у пользователя создается полная иллюзия работы с обычным жестким диском: вы можете скопировать файл на диск, отредактировать или удалить его, создать еще несколько файлов на диске и т. д.Для записи данных в пакетном режиме необходимо установить дополнительное программное обеспечение —например, один из программных пакетов –
Adaptec DirectCD или CeQuadrat PacketCD. При этом форматы пакетной записи Adaptec DirectCD и CeQuadrat PacketCD совместимы друг с другом — то есть диски, записанные с помощью одного пакета, могут быть прочитаны и дописаны с помощью другого.При использовании этого режима, часть объёма лазерного диска становится недоступной (остаётся около 550 Мб).
Данные, записанные в режиме
Packet Writing на одном дисководе, не всегда будут читаться на другом. Так что об универсальности этого способа записи пока говорить не приходится.Одной из наиболее острых проблем, стоявших до недавнего времени перед разработчиками накопителей
CD-R и CD-RW, была проблема возможной нехватки данных в буфере, приводящей к ошибке, именуемой Buffer Underrun. Причиной этой ошибки могут быть недостаточная мощность компьютера или одновременное выполнение нескольких задач, из-за чего он не успевает доставлять в буфер такое количество данных, которое необходимо для обеспечения гладкой непрерывной записи. Ну а результат хорошо известен тем, кто с Buffer Underrun сталкивался не понаслышке, —диск становится непригодным для записи.Указанная ошибка по определению не может возникать, если объем записываемых данных не превышает емкости буфера. Однако вряд ли разумно увеличивать объем буфера до 650 Мбайт. Другое решение проблемы — технология
BURN-Proof, которая становится все более популярной у производителей устройств CD-R и CD-RW. Суть ее заключается в том, что, постоянно контролируя содержимоебуфера,
CD-рекордер может останавливать процесс записи, если объем данных в буфере резко падает (в типичном случае — до отметки 10% от максимальной емкости буфера). При этом устройство продолжает запрашивать данные от компьютера и буфер может заполняться. Тем временем контроллер BURN-Proof определяет, где находится последний записанный сектор. Оптическая головка перемещается в нужное место, и после заполнения буфера запись информации на диск возобновляется. Естественно, учитывается в технологии BURN-Proof и ограничение на расстояние между последним записанным и новым секторами. В соответствии со спецификациями "Оранжевой книги" оно не должно превышать 100 мкм.Торговая марка
BURN-Proof принадлежит японской компании Sanyo Electric. Она же заправляет и процессом авторизации накопителей других фирм, в которых реализована эта технология. Кроме того, Sanyo предпринимает усилия, чтобы BURN-Proof была включена в качестве стандарта в “Оранжевую книгу”. Сегодня, уже все пишущие дисководы выпускаются по этой технологии.Помимо уже перечисленных способов использования дисководов
CD R/RW, последние позволяют также копировать CD носители, записывать аудио диски в формате CD-DA, а также CD-диски в других форматах: Hybrid CD, CD Extra, CD Text, Video CD и т. д. Естественно, все устройства CD-R/CD-RW могут работать и как обычные дисководы CD-ROM — то есть читать CD диски.Здесь упоминаются
CD-RW, т. к. все описанное выше (включая “запись пакетами”) относится и к ним.Вообще, накопители
CD-RW отличаются от накопителей CD-R лишь дополнительной возможностью (кроме записи на диски CD-R) записывать многократно перезаписываемые диски CD-RW. Подробнее о них мы поговорим далее. Причем необходимо отметить, что сегодня накопители только CD-R (без возможности RW) уже практически не выпускаются. накопители на перезаписываемых CD-дискахCD-RW
выпускаются и для IDE/ATAPI-интерфейса, и для SCSI. Все устройства обеспечивают режимы записи Track at Once и Disc at Once, многосеансовую запись (MultiSession), фиксированный и переменный пакетные режимы записи, а также все стандартные форматы записи компакт-дисков (в том числе и музыкальных).Запись
CD-R основана на "выжигании" лазером каждого бита информации на записывающем слое. Соответственно изменяются отражающая способность диска, которую лазерный луч фиксирует при считывании.Уровень записи (отражающая способность) в
CD-RW определяется специальным комбинированным слоем, который реверсивно изменяет свои характеристики. Запись производится при изменении состояния вещества записывающего слоя, когда вещество под нагревом переходит из кристаллического состояния в аморфное. Такой процесс называется фазовым переходом и широко применяется в магнитооптических устройствах. Но в отличие от магнитооптики запись на CD-RW определяется изменением отражающей способности поверхности. В связи с этим CD-RW-диски более "капризны", при чтении, так как изменение отражательных свойств у них намного меньше, чем у CD-R.Совсем недавно дисководы
CD-RW были очень дорогими, сегодня их цена значительно снизилась.Причинами популярности данных носителей информации можно считать единый стандарт, совместимость с
CD-ROM, доступность дисководов и соответствующего ПО, доступность компакт-дисков, длительный срок (до 10 лет) и низкая себестоимость хранения информации.В приводах
CD-RW указывается три числа, как правило, в следующем порядке: первое – скорость записи, второе – перезаписи, третье – чтения. Но встречается и другой порядок. В этом случае руководствуйтесь следующим: самое маленькое значение соответствует скорости перезаписи, среднее – скорости первоначальной записи, а самое большое – скорости чтения.Серьезными конкурентами записываемых и перезаписываемых компакт-дисков могут стать пишущие устройства
DVD, однако их широкое применение сдерживается несколько высокими ценами и отсутствием единых стандартов.Пока же, как вариант, пользователям предлагаются пишущие
CD-R/RW приводы, с возможностью чтения как CD, так и DVD дисков. Стоят они лишь немного дороже, так что есть смысл, по крайней мере, если вы планируете просматривать на мониторе или телевизоре DVD-фильмы (а все современные видеокарты имеют выход и на TV), именно такой привод.