Винчестер - одно из самых ненадежных устройств в компьютере. Ведь кроме сложной электроники он содержит непрерывно работающие механические части. Со временем они изнашиваются, и начинаются различные проблемы, самая распространенная из которых - появление BAD-блоков. Особенно это относится к старым моделям жестких дисков, которые все еще могут использоваться (в частности на предприятиях, где на компьютерах фильмы, игры и другой "тяжелый" контент не держат) и которые уже изрядно поизносились.

BAD-секторы (от англ. - плохой, негодный) есть на любых винчестерах. Как бы тщательно не были изготовлены их диски, на каждом из них найдется несколько мест, запись или чтение которых сопровождается ошибками. Кроме того, встречаются и просто нестабильные участки поверхности, которые могут со временем перерасти в дефекты, что для пользователя недопустимо. Поэтому каждый накопитель после изготовления на заводе, проходит тщательное тестирование, в процессе которого выявляются испорченные секторы. Они помечаются как негодные и заносятся в специальную таблицу - дефект-лист.

Самые первые жесткие диски имели дефект-лист в виде бумажной наклейки, в которую на заводе вписывали адреса нестабильных участков. Эти устройства, представляющие собой слегка измененную копию обычного флоппи-дисковода, могли работать только под своими физическими параметрами: число дорожек, секторов и головок, указанное в их паспорте, точно совпадало с их реальным количеством. Приобретая такое устройство, пользователь читал наклейку и сам заносил адреса нерабочих участков в FAT. После этого операционная система переставала замечать эти дефекты, точно так же, как она не замечает бэд-блоки на дискетах, если они были убраны утилитой Scandisk. Вероятно, в те далекие времена и появился термин "бэд-блок": блоком называли кластер - минимальную единицу логического дискового пространства. На физическом уровне кластер состоит из нескольких секторов, и при повреждении одного сектора ОС объявляет негодным весь кластер. Никаких других методов скрытия дефектов в то время не существовало. А когда появились способы скрывать отдельные секторы, люди не стали выдумывать новые понятия, и до сих пор успешно продолжают пользоваться словом "блок".

Прошло совсем немного времени, прежде чем изготовители додумались до очень интересной вещи: если пользователь все равно помечает bad-блоки, как ненужные, рассудили они, то почему бы не пометить их прямо на заводе? Но как это сделать, если на винчестере нет никакой файловой системы, и неизвестно какая будет? Вот тогда и придумали хитрую штуку, называемую "транслятор": на "блины" стали записывать специальную таблицу, в которой отмечалось, какие секторы следует спрятать от пользователя, а какие - оставить ему. Транслятор стал своеобразным промежуточным звеном, соединяющим физическую систему "диски-головки" с интерфейсом накопителя.

Предполагалось, что при включении жесткий диск сначала прочитает свои внутренние таблицы, скрывая отмеченные в них адреса дефектов, а уже затем допустит к себе BIOS, ОС и прикладные программы. А чтобы пользователь случайно не затер транслятор во время работы, он был помещен в специальную область диска, недоступную обычным программам. Только контроллер мог получить доступ к ней. Это событие произвело настоящий переворот в винчестеростроении, и ознаменовало появление нового поколения накопителей - со служебной зоной.

Для того, чтобы все диски одной модели, но с разным количеством дефектов, имели одинаковую емкость, на каждом из них стали оставлять запасные дорожки - резерв, специально предусмотренный для выравнивания емкости однотипных накопителей до стандартной заявленной величины. Его стали располагать в конце диска, возле его центра, и он тоже был недоступен пользователю. Такие винчестеры при выходе с завода не имели не одного видимого bad-сектора. Если в процессе эксплуатации появлялись новые дефекты, пользователь мог сделать низкоуровневое форматирование универсальной утилитой из BIOS материнской платы, и попытаться их скрыть. Иногда, как и на дискетах, это удавалось. Но если повреждения были физическими, то это не помогало: добавить новые дефекты в таблицу и переписать транслятор без специальных программ было невозможно. Поэтому bad-блоки на многих старых дисках (до 1995 года), приходилось скрывать все тем же, устаревшим способом - через FAT. И лишь фирмы Seagate, Maxtor и Western Digital выпустили утилиты для скрытия дефектов с замещением их из резерва.

Прошло время, и винчестеры еще больше изменились. Стремясь увеличить плотность записи, разработчики стали применять различные нестандартные ухищрения: на пластины стали наносить сервометки, предназначенные для более точного попадания головок на дорожки. Появилась технология зонно-секционной записи (ZBR), смысл которой заключался в разном количестве секторов на внешних и внутренних дорожках. Изменился привод головок - вместо шагового двигателя стали применять позиционер в виде подвижной катушки. Да и сами головки и диски изменились настолько, что каждая фирма разработала свою структуру формата нижнего уровня, пригодную только под их технологии. Это сделало невозможным применение универсальных утилит низкоуровневого форматирования из-за того, что транслятор таких винчестеров научился скрывать физический формат накопителей, переводя его в виртуальный.

Написанное на корпусе винчестера число цилиндров, секторов и головок, перестало соответствовать своим истинным значениям, и попытки отформатировать такой винт старыми утилитами, как правило, заканчивались неудачно: его контроллер отвергал стандартную ATA-команду 50h, или просто имитировал форматирование, заполняя винт нулями. Это было специально оставлено для совместимости со старыми программами. По этой же причине процедура Low-Level Format была исключена из BIOS современных материнских плат. А чтобы сделать таким жестким дискам настоящее низкоуровневое форматирование, нужно было обойти транслятор, получив прямой доступ к физическим дорожкам и головкам. Для этого стали использовать технологическую утилиту, запускающую специальный микрокод, записанный в ПЗУ накопителя. Команда вызова этого микрокода - уникальна для каждой модели, и относится к технологическим командам, которые фирмой не разглашаются. Часто такое форматирование нельзя было сделать через стандартный IDE-интерфейс: многие модели HDD выпуска 90-х годов - Conner, Teac и др., а также все современные Seagate, требуют подключения отдельного разъема к терминалу через COM-порт.

Что касается технологических утилит, то они никогда широко не распространялись и обычному пользователю были недоступны. Для широкого применения были написаны "программы-дурилки", осуществляющие псевдо-форматирование через интерфейс: заполнение диска нулями для очистки его от информации. Это видно даже из названий этих утилит, которые можно найти на сайтах производителей жестких дисков: wdclear, fjerase, zerofill и т.д. Естественно, никаких технологических команд в этих программах нет, и поэтому их можно применять к любым винчестерам. Такие утилиты часто оказываются полезны, помогая избавиться от некоторых видов BAD'ов.

Подготовка винчестера на заводе.

На заре развития ПК жесткие диски подключались к достаточно сложным и дорогим контроллерам (данные от диска поступали в аналоговом виде), часто диск и контроллер "понимали" только друг друга. Покупка жесткого диска требовала покупки, установки и настройки контроллера (у которого даже был свой BIOS). В целях исправления такой ситуации было решено (в 1986 году) перенести управляющую логику на плату, непосредственно прикрепляемую к жесткому диску (т.е. "встроить электронику"), а со стороны компьютера оставить достаточно простой хост-контроллер. Благодаря этому система не должна знать ничего о реальных физических параметрах (геометрии, кодировании информации и пр.) диска, подключенного к ней, чтобы успешно с ним работать. Кроме того, производитель диска может спокойно расширять существующие и встраивать новые технологии, не опасаясь потерять совместимость с немного устаревшими системами (в случае с UltraDMA дело в изменении протокола обмена с хост-контроллером, так что это - исключение). К последним относится технология S. M. A. R. T.

S. M. A. R. T. - открытая технология, разработанная фирмой Compaq не для жестких дисков, а для "интеллектуальных" компьютерных устройств. В применении к жестким дискам S. M. A. R. T. была реализована фирмой Quantum в 1995 году, в дальнейшем была поддержана в разработках крупнейшими мировыми производителями жестких дисков - Seagate Technology, IBM, Conner Peripherials, Western Digital и Quantum. Суть S. M. A. R. T. технологии заключается в том, что винчестер сам аппаратно отслеживает состояние своей работоспособности и способен заранее предупредить пользователя о своем предаварийном состоянии.

Предложенная IBM технология предсказания надежности называется PFA (Predictive Failure Analysis). Она заключается в измерении нескольких параметров, включая высоту полета головок над поверхностью дисковых пластин, чтобы предсказать приближающийся сбой. Дисковые накопители, почувствовав ухудшение (деградацию) параметров своей работы, таких как упомянутая высота полета головок, изменяют технологические параметры доступные для считывания и анализа программой SMART HDD, которая в свою очередь уведомляет пользователя о надвигающемся сбое. Измерялось несколько ключевых параметров, и их оценка велась непосредственно в firmware диска. Результат был ограничен одним битом: либо хорошо, либо значение тестируемого параметра сомнительное и может скоро привести диск к выходу из строя. После получения предупреждения пользователи получают возможность предпринять действия, необходимые для обеспечения безопасности своих данных. Немногим позже корпорация Compaq сообщила о революционной разработке в области диагностики, названной IntelliSafe. Эта технология, разработанная при участии Seagate, Quantum и Conner, отслеживает множество показателей и посылает управляющей программе информацию о пороге опасности. Дисковый накопитель затем решает, насколько вероятен сбой и в свою очередь передает сообщение системе вместе с вызвавшим тревогу показателем и пороговым значением. Показатели и пороговые значения, реализованные в

IntelliSafe, варьируются для жестких дисков каждого производителя, но интерфейс и способ, которым сообщения передаются хост-системе, общие для всех.compaq постаралась сделать IntelliSafe общедоступной, представив свои спецификации для вычислительной среды IDE/АТА (документ SFF-8035) в мае 1995 года комитету Small Form Factor Commitee. Компания Seagate быстро определила, что технология предсказания надежности сулит громадные выгоды пользователям, и исследовала возможность сделать версию, доступную другим системным ОЕМ - производителям, интеграторам и независимым производителям программного обеспечения. В разработке этой новой версии она объединилась с фирмами Conner, IBM, Quantum и Western Digital. В результате их сотрудничества и появилась технология S. M. A. R. T., в которой сочетаются концептуальные элементы IntelliSafe от Compaq и PFA от IBM. Возможности S. M. A. R. T. охватывают целые серии показателей, или атрибутов диагностики, подбираемые специально для каждой модели накопителя. Индивидуальный подход при выборе атрибутов очень важен, поскольку архитектура жестких дисков изменяется от модели к модели. Показатели и пороговые значения, которые определяют предсбойное состояние для одной модели, могут ничего не означать для другого винчестера. Другими словами, архитектура привода определяет, какие показатели надлежит измерять и при переходе какого порогового значения стоит бить тревогу. Хотя не все сбои можно предсказать, следует ожидать развития S. M. A. R. T. как технологии по мере накопления опыта в точном предсказании надежности. Постоянные изменения показателей и их значений, связанные с развитием дисковых технологий, также приводят к необходимости индивидуальной настройки и могут послужить основой для улучшения самой технологии предсказания.

Дисковые накопители должны быть способны отслеживать множество

показателей, чтобы обеспечить исчерпывающее предсказание надежности. Один из важнейших элементов в этом деле - понять, что такое сбой. Условно сбои можно разделить на предсказуемые и непредсказуемые.

Непредсказуемые сбои происходят быстро, как в случае проблем с электроникой или механикой привода, таких, например, как бросок напряжения питания, который может повредить чипы или даже схему в целом. Повышение качества, совершенствование конструкции, технологии и производства могут уменьшить вероятность непредсказуемых аварий. Предсказуемые сбои характеризуются деградацией того или иного параметра с течением времени, прежде чем диск выйдет из строя. Это создает возможность выбора показателей, которые можно отслеживать, чтобы на базе их анализа предсказать сбои. Многие механические сбои обычно расцениваются как предсказуемые, такие, например, как деградация высоты полета головок, которая говорит о возможности повреждения поверхности дисков. Некоторые электронные сбои можно отследить по деградации атрибутов, прежде чем они наступят, но чаще именно механические проблемы являются постепенно нарастающими и предсказуемыми. S. M. A. R. T. предупреждает, что стоит заняться процедурой резервирования, и сохраняет в целости пользовательские данные. Механические сбои, которые в основном являются предсказуемыми, составляют около 60 процентов от всех дисковых сбоев. Это число важно, поскольку показывает большие возможности использования технологий предсказания надежности. С развитием технологии S. M. A. R. T. все большее число сбоев становится предсказуемым и попадает в поле ее ответственности, а вероятность потери данных уменьшается.

1.4 Спецификации S. M. A. R. T.