Jak funguje pevný disk
Jestliže jste někdy přemýšleli o tom, co znamená opravdu precizní zpracování, určitě jste uvažovali o švýcarských hodinkách. Musím vás ale zklamat, ty jsou proti pevným diskům hrubá mechanika.
Základ pevného disku tvoří plotna(y), jakési kotouče otáčející se konstantní rychlostí - u IDE disků dnes obvykle 5400 nebo 7200 otáček za minutu. Samotný kotouč může být vyroben z prakticky jakéhokoliv materiálu... obvykle je jím hliník, ale např. nové disky od IBM používají sklo. Důležité ale je, že plotny na sobě mají vrstvu zmagnetizovatelné látky. Právě tato látka určuje, jestli jsou na disku jedničky nebo nuly.
Setiny milimetrů nad povrchem plotny se "vznáší" výsuvné rameno s čtecí / zapisovací hlavou. Vzdálenost mezi plotnou a hlavou je tak mikroskopická, že jakákoliv nečistota by znamenala ohromné nebezpečí. Proto jsou plotny a hlavy ve vzduchotěsném, zcela čistém prostředí naplněném speciálním plynem. Jestliže disk otevřete, už ho nikdy nedáte dohromady.
Hlava se vznáší nad točící se plotnou a přitom buďto magnetizuje povrch (zapisuje) nebo se nechává povrchem magnetizovat (čte). Data jsou zapisována v kruzích (stopách) postupně od vnější až po vnitřní stopu. Při přejíždění hlavy po různých stopách je možné slyšet charakteristický "chrastící" zvuk. Zajímavostí je, že při tomto "chrastění" je hlava vystavena přetížení v řádu desítek G (pro srovnání - nejlepší stíhací letouny snesou přetížení 8G).
Možné zdroje poruchy
Protože je pevný disk takto precizní mechanické zařízení, samozřejmě vyžaduje patřičnou péči. Nejobávanějším problémem je, když se hlava dotkne plotny. Toto se dá přirovnat k pádu meteoritu - při vysokých rychlostech otáčení a preciznosti mechaniky jsou následky obvykle katastrofální. Tyto situace při běžném operaci nemohou nastat (za předpokladu, že nedojde k únavě materiálu, nemlátíte do disku kladivem atp.).
Nejlépe je disk chráněn, když je vypnut. V té době se totiž hlavy nevznáší nad plotnami, ale jsou zaparkovány mimo ně, takže se jich nemohou dotknout. Mám-li být konkrétní, tak nový disk IBM Deskstar 120GXP snese při 2ms nárazu přetížení až 400G, zatímco v zapnutém stavu "jen" 55G. Ovšem pozor, tento údaj platí pro nárazovou půl sinovou vlnu, při vibracích disk přežije přetížení pouze 1,04G ve vypnutém stavu a kolem půl G ve stavu činnosti.
Druhým nepřítelem moderních disků je teplota. Problém přebytečného tepla začal být aktuální u disků o kapacitách kolem 4 GB a výše, starší generace takové problémy neměly. Dnes nejsou neobvyklé teploty téměř 50 stupňů Celsia, což životnosti rozhodně neprospívá (tato teplota je na hranici provozních specifikací). Co je největším zdrojem tepla v pevném disku? Jednoznačně motory. Čím rychleji se otáčejí plotny disku a čím kratší je přístupová doba, tím výkonnější musí mít disk motory a s výkonnějšími motory roste spotřeba.
S teplotou souvisí další, neméně důležitý problém - teplotní přetížení. Jestliže běžná pokojová teplota se pohybuje kolem 20 až 25 stupňů a teplota disku během několika minut provozu vzroste z této hodnoty na dvojnásobek, znamená to značné zatížení pro mechaniku. Náhlé změny teploty a případné změny polohy disku vedou k tomu, že čtecí / zapisovací hlavy postupně ztrácejí svou přesnost, nejsou schopny dobře zaměřit hledanou stopu. Po nějaké době se na disku mohou objevit chybné sektory, tj. takové oblasti, které není možné přečíst. Většinou "odejde" víc sektorů najednou a vzhledem k tomu, že každý uchovává 512 byte informací, může to pro uživatele znamenat ztrátu cenných dat.
Naštvaný uživatel se ve většině případů pokusí ze zbylých dat zachránit, co se dá, a disk odnese reklamovat, pokud je ještě v záruce. Pokud není, většinou se smíří s tím, že disku končí životnost a začne se poohlížet po novém. Přitom většinou lze chybu speciálním postupem opravit...
S.M.A.R.T.
Lidé znalí angličtiny jistě znají význam slova smart - chytrý, bystrý. V oblasti pevných disků znamená tato zkratka Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology. Zkratka se téměř přesně trefuje do svého nezkratkovitého významu. Technologie S.M.A.R.T., kterou jsou vybaveny všechny novější pevné disky (slovem novější rozumím stáří pět let a méně), znamenala revoluci při odhalování chyb pevných disků.
Jak již název napovídá, S.M.A.R.T. je technologie automatického monitorování pevného disku a jeho testování. Disk během běžné operace kontroluje pomocí firmware (software sloužící k ovládání zařízení) svůj chod a jakmile se vyskytne nějaký problém, automaticky si uloží do EEPROM paměti, co se stalo. Takto se dá snadno zjistit, v čem byl problém. Vlastní analýza spočívá v proceduře samotestování. Firmware je schopen vyzkoušet základní funkce přímo na úrovni pevného disku, bez vlivu operačního systému. Test je možné pomocí speciálních programů spouštět i z prostředí Windows.
Low Level Formátování
Protože i mně se bohužel několikrát stala nepříjemná situace, že disk po nějaké době používání nahlásil chybné sektory, byl jsem postaven před nelehký úkol, jak problém vyřešit.
Po několikanásobném zkoušení jsem dospěl k názoru, že běžným přeformátováním v DOSu se chybných sektorů nezbavím. Protože tehdy 540MB disk značky Western Digital nebyl ochoten za žádných okolností "změnit názor" a o speciálních programech, které bych stáhnul z Internetu jsem si mohl nechat zdát (tehdy jsem měl přístup tak maximálně na Infima BBS a slovo Internet téměř nikdo neznal), čekal disk proces nízkoúrovňového formátování.
O co jde? Tento režim formátování probíhá přímo na úrovni pevného disku a disk při něm znovu určuje pozici sektorů a zaměřuje hlavy. Starší generace počítačů třídy Pentium je často vybavena BIOSy, které jsou schopné toto nízkoúrovňové formátování spustit.
Moderní počítače již příslušnou položku nemívají, výrobci spoléhají na to, že uživatel si příslušné programy stáhne z Internetu.
Tímto způsobem je disk totálně přemazán a je možné tak vyřešit i kuriózní problémy... dobře si vzpomínám na příhodu, kdy se mi vymazala logická jednotka pevného disku (350 MB z 850MB disku) a přestože jsem se velmi snažil pomocí FDISKu vytvořit novou logickou jednotku, program stále tvrdil, že disk má kapacitu 500 MB! Nepomohlo ani spustění Norton Utilites. Vše vyřešilo až nízkoúrovňové formátování.
IBM Drive Fitness Test
Protože se mi nyní objevil problém chybných sektorů u relativně nového IBM Deskstar 75GXP a protože můj BIOS neumožňuje nízkoúrovňové formátování, musel jsem se podívat na stránky výrobce po nějaké speciální utilitě.
Poměrně rychle jsem nalezl program IBM Drive Fitness Test. Po vytvoření bootovací diskety a resetu se program automaticky spustil.
Nechci zde rozebírat, čeho všeho je DFT schopen, ale rovnou řeknu, že po spuštění Quick testu si program z EEPROM paměti přečetl, kde nastala chyba, které sektory nešlo přečíst. Po vyzkoušení komunikace řadiče s diskem a základních funkcí elektroniky program vyzkoušel čtení z chybných sektorů. Samozřejmě že mě čekal velmi nepříjemný zvuk (ten obzvláště neradi slyšíte, máte-li na disku data).
Naštěstí jsem měl k dispozici ještě jeden pevný disk, na který jsem si všechny data (cca 20 GB) překopíroval. Toto je nutné, protože...
... volba Erase Disk začne formátovat disk a smaže úplně vše. V mém případě (30 GB disk) tato operace trvala zhruba tři čtvrtě hodiny. Po skončení jsem ještě spustil Advanced Test, který zjišťuje, zda každý sektor disku lze bez problémů přečíst. To trvalo dalších asi půl hodiny a na konci mě čekala příjemná zpráva - disk je v pořádku.
Shrnutí
Moderní pevné disky jsou natolik složitá, ale zároveň vyspělá zařízení, že ne každý chybný sektor musí automaticky znamenat končící životnost disku. Dalo by se říct, že většina poruch pevných disků je dána špatným zacházením při transportu nebo provozováním v nevyhovujících podmínkách. Low level formátování dokáže v případě, že nedošlo k mechanickému poškození, ale pouze ke ztrátě přesnosti vlivem náhlých teplotních změn, disk uvést do původního stavu jeho znovuseřízením. Nepomůže vždy, ale často ano. S klidným svědomím můžu říct, že můj starý 540MB disk WD, ačkoliv se nyní již povaluje na poličce a slouží pro účely přenosu dat z místa na místo, pracuje zcela bez problémů. Vůbec tomu nebrání fakt, že byl vyroben v roce 1994 a cestuje Prahou bez ohledu na to, jestli mrzne nebo je pětatřicet stupňů nad nulou.
IBM Drive Fitness Test naleznete zde.
Eagle