Чем определяется надежность hdd
Выбирая при покупке компьютера жесткий диск, люди чаще всего не задумываются о его надежности. Емкость, цена и скорости записи – этим характеристикам придают значение, а срок службы устройства меряют лишь длительностью гарантии. Как оказалось, зря. Отказоустройчивость жестких дисков сильно отличается в зависимости от производителя. При похожих цене и емкости накопители одной фирмы могут исправно прослужить более 3,5 лет, а другой — с высокой вероятностью выйдут из строя в первые 1,5 года. И если для домашнего компьютера это не так болезненно – максимум «сгорит» архив фотографий с прошлогодней турпоездки, то мертвый винчестер корпоративного сервера парализует работу всей компании и «подарит» проблемы на несколько месяцев вперед.
Мера долговечности
Большую часть жестких дисков выпускают 6 поставщиков: Fujitsu/Toshiba, Hitachi, Samsung, Seagate и Western Digital. Чтобы определить, кто же производит самые надежные устройства, мы проанализировали статистику поступлений вышедших из строя винчестеров. Было рассмотрено более 4000 устройств: от персональных компьютеров (формата 3,5”) до ноутбуков (2,5”).
Данные проведенного анализа сравнили с рыночными долями компаний. Очевидно, что чем больше жестких дисков определенной марки было продано, тем больше процент вышедших из строя. Популярные модели поступают в лабораторию восстановления информации чаще, чем редкие. И только существенное отличие в объемах поступлений и рыночной доли может указать на сравнительно высокий или низкий уровень надежности.
Оказалось, что две группы данных коррелируют лишь частично. Главное отличие — процент отказавших девайсов у лидера рынка Seagate почти в 2 раза превышает его долю: 56,1% против 31%. Можно сделать поправку на российскую специфику: по собственным данным Seagate, ее доля на отечественном рынке – более 40%. Но кардинально этот факт ситуацию не меняет: процент поступлений «мертвых» дисков значительно выше доли рынка. Это говорит о более низкой надежности винчестеров Seagate по сравнению с другими производителями. У всех остальных поставщиков доля поступлений ниже доли рынка, причем у Western Digital и Hitachi разница составляет почти 11%. Таким образом, устройства этих компаний отличаются более высокой отказоустойчивостью.
Второй важный показатель – средний возраст жестких дисков на момент выхода из строя. Он, опять же, отличается в зависимости от производителя дисков и часто зависит от «удачности» модели. На этапе разработки определить долговечность винчестера сложно. Разработав устройство, компания может провести только лабораторные тесты: на температуру, давление, вибрацию и т.д. Но это исследование, как правило, показывает не все дефекты конструкции. Реальным испытанием на износостойкость остается время. Недоработки становятся явными в течение года-полутора. Если большинство жестких дисков производителя пережили этот рубеж, продукцию можно считать надежной.
Как видно из таблицы, лидером по продолжительности жизни винчестеров стала компания Hitachi. Ее устройства в среднем продержались 5 лет, на полтора года больше, чем следующие по надежности Western Digital емкостью до 500 Гб.
Типичные неисправности жестких дисков
Это удивительно, учитывая качество винчестеров Seagate других серий. Старые винчестеры Seagate намного надежнее. Поступившие в лабораторию устройства до 7200,10 серии включительно (35% от общего числа) проработали по 3 года и больше.
Клин шпинделя двигателя
Другая часто встречающаяся проблема — клин шпинделя двигателя. Жесткие диски всех производителей регулярно выходят из строя по этой причине. Заклинивает чаще всего устройства с увеличенной емкостью, в которых используется 3 или более магнитных пластин (или «блинов»). Дополнительные «блины» увеличивают нагрузку на ось винчестера, и, чтобы она слегка погнулась, а затем перестала вращаться, достаточно уронить устройство с высоты 20 см. Клин шпинделя можно определить по повышенной вибрации жесткого диска и резкому шуму, похожему на визг.
В серии 7200,12 Seagate использует новую технологию и новые комплектующие, но пока неясно, будет ли она надежнее предыдущей – статистика поломок еще не накоплена.
Деликатно прикрытые Western Digital
Среди неработающих винчестеров Western Digital 59% имели емкость до 500 Гб и средний возраст 3,5 года. Оставшиеся 41% — это диски с емкостью более 500 Гб. Из-за дополнительных «блинов» они менее надежны и в большинстве своем прослужили менее 1,5 лет.
Для дисков WD характерен выход из строя блока магнитных головок (БМГ). Это происходит при перегреве (головки WD капризны при температуре выше 45 градусов Цельсия), а также из-за физического воздействия. Особенность конструкции WD делает эти винчестеры особенно чувствительными к ударам и давлению. В отличие от других поставщиков, WD фиксирует ось с блоком магнитных головок не отдельным винтом, а крышкой устройства. Поэтому если сильно надавить на корпус жесткого диска, крышка может сдвинуться и поменять угол наклона, тогда магнитные головки выйдут к «блинам» под неверным углом. Этого достаточно, чтобы вывести девайс из строя. Кстати, из-за крепления оси двигателя крышкой винчестера WD разобрать и собрать такое устройство в домашних условиях практически невозможно. Чуть меняется зажим болтов крышки – и диск уже не вращается.
За исключением этой уязвимости диски WD достаточно надежны в плане как механики, так и электроники.
Запилы «блинов» у Toshiba/Fujitsu и Samsung
Поступившие от Toshiba/Fujitsu нерабочие жесткие диски были исключительно формата 2,5 дюйма, для ноутбуков. Средний срок службы такого устройства составил 2 года.
Специфическая болезнь Toshiba – заклинивание оси двигателя из-за неисправности жидкостного подшипника. Самая частая причина поломок — разрушительное воздействие времени. Крышка, которая закрывает ось в HDD от Toshiba, тонкая и часто деформируется. Через мелкие зазоры в ней испаряется смазка подшипника. Постепенно трение усиливается, во втулке появляются заусенцы, и, наконец, в один прекрасный день ось перестает вращаться. Вот тут винчестеру можно помахать рукой на прощание. Клин двигателя – одна из самых серьезных неисправностей, даже восстановить данные после клина удается не всегда.
Кроме того, жесткие диски ноутбуков часто выходят из строя от падений, во время удара случается так называемое залипание блока магнитных головок. Дело в том, что магнитные пластины в винчестере очень точно отшлифованы, настолько точно, что если соединить их вместе, то рассоединить, потянув в разные стороны, уже не получится. Молекулярное притяжение достаточно сильно, чтобы взрослый человек мог только протянуть диски вдоль. Это же притяжение склеивает пластины и считывающие с них информацию магнитные головки. При нормальной работе жесткого диска головки парят над поверхностью «блинов». Их, как крыло, приподнимает воздушный поток от вращения дисков.
Но при сильном ударе силы воздуха уже не хватает, чтобы предотвратить контакт. Стоит БМГ прикоснуться к «блинам», и двигатель винчестера уже не сможет разъединить их и вернуть в рабочее положение.
Когда начинается вращение дисков, головки царапают их до полного выхода из строя и потери информации. Пользователь при этом слышит лишь тихое жужжание, винчестер определяется в BIOS, но не работает.
В жёстких дисках Samsung контакт блока магнитных головок и «блинов», бывает, происходит и без «помощи» пользователя. Головка винчестера этого производителя устроена так, что иногда самопроизвольно чиркает по поверхности магнитной пластины. Поэтому повреждение БМГ – самая частая причина выхода из строя дисков Samsung.
Заключение
Лидер рынка по продажам Seagate, наоборот, по долговечности устройств уступает остальным производителям, в основном, из-за винчестеров серии 7200.11. Сбор данных о надежности новой серии жестких дисков продолжается.
[note] P.P.S. Если у Вас есть вопросы, желание прокомментировать или поделиться опытом, напишите, пожалуйста, в комментариях ниже.[/note]
Как оценить состояние накопителей на жестких дисках? Предлагаем один из наглядных и доступных каждому способов - при помощи измерения скорости чтения. Способ этот не претендует на полноту анализа, но позволяет сделать полезные выводы.
Вместительность современных накопителей на жестких дисках и их скорости постоянно растут. Все больше данных может вместиться на одном диске, а вместе с объемом возрастает и ценность сохраняемой информации. Теперь, в случае технических проблем с накопителем, вы рискуете потерять гораздо больше данных. Контроль за состоянием HDD приобретает все более существенное значение.
Обычно проверка винчестеров возлагается на программные средства — тестовые утилиты, определяющие всевозможные характеристики HDD. Кроме того, все современные винчестеры обладают системой самодиагностики — S.M.A.R.T., постоянно контролирующей многие параметры накопителя в автономном режиме. Атрибуты параметров S.M.A.R.T. могут быть отображены с помощью специальных утилит.
Программы для тестирования жестких дисков, на мой взгляд, можно разделить на две категории. Одни способны просто выдавать результат в числовой форме, обычно для скоростных показателей и целостности поверхности; или же результат отражается в виде ответа — исправен/не исправен. Другая категория программ, это те средства, с помощью которых можно получить более объективное представление о самом процессе проверки — отобразить тесты в виде наглядных графиков.
Далеко не всегда простая констатация программой проверки факта рабочего состояния винчестера отображает его действительное состояние. Если накопитель не имеет явных поврежденных секторов, то это еще не значит, что он находится в нормальном состоянии. К существенному нарушению работы накопителя могут привести и другие причины. Даже находящиеся в рамках допустимых значений атрибуты S.M.A.R.T., не всегда являются гарантом надежности HDD. Простой отчет о пригодности винчестера может быть и правдой на момент проведения теста, но программа такого рода умолчит о том, что накопитель уже давно «дышит на ладан» и жить ему осталось от силы-то — ничего… Особенно же будет неприятно, если вам подсунут такой в виде покупки.
Графическое представление процессов в работе HDD, на мой взгляд, является одним из наиболее объективных критериев при суждении об их качестве. Программы, просто измеряющие среднюю скорость чтения с поверхности всего диска без графика, могут давать вполне правдоподобный результат. При этом резкие, но кратковременные спады в скорости будут усредняться с общим результатом, не слишком влияя на конечные показатели. И присутствие провалов в скорости попросту окажется незамечено. Хотя именно они должны настораживать в первую очередь. Тем более, что кто знает, какой та средняя скорость должна быть на самом деле? От графика же никуда не денешься, — он всегда покажет то, что есть, какими бы причинами это не было вызвано. Существует ряд утилит, с помощью которых проверка винчестеров может быть представлена в графическом виде.
Пожалуй, следуя исторической хронологии, начнем наш обзор с популярной в свое время DOS-утилиты для диагностики винчестеров — HDDSpeed. Многим, несомненно, известна проверенная временем версия 2,1 этой программы — функциональная и неприхотливая, однако лишенная возможности корректно работать с дисками объемом более 8,4 Гб, считай всеми современными дисками. Хотя, наверное, все же немногие знают, что после длительного перерыва, появилась версия 2,24 у которой проблема с дисками большого объема решена, и ее можно использовать для проверки самых современных винчестеров. Отменной чертой этой утилиты является возможность отображать процессы чтения и записи в графическом виде. Причем, при тесте на запись информация на диске не теряется. При своей немалой функциональности HDDSpeed отличается небольшим объемом (в архиве около 200 кб), что, впрочем, свойственно программам работающим под DOS’ом. HDDSpeed 2,24 бывает доступна по этому адресу, хотя этот сервер страдает частыми реорганизациями.
Обе доступные на сегодняшний день версии HDDSpeed — v.2,1 и v.2,24 работают из-под DOS’а, при необходимости запустить ее можно и воспользовавшись загрузочной дискетой или перезагрузившись в Win9X в режиме эмуляции DOS. Однозадачная среда DOS’a характерна, прежде всего, своей стабильностью. Однако существуют и ограничения, насчет которых следует оговориться. В режиме DOS скорость современного винчестера сильно ограничена, так как не будут задействованы режимы DMA (UDMA) на которые современные накопители как раз и оптимизированы.
При запуске и выборе винчестера программа сразу же определяет модель, серийный номер и рад других характеристик накопителя. Можно узнать частоту вращения диска и эффективный размер буфера и т.д. Есть возможность считать информацию об атрибутах S.M.A.R.T. Для нас же наиболее интересна возможность HDDSpeed представлять процессы считывания и записи с поверхности диска в графическом виде. Для запуска этих тестов нужно зайти на вкладку Performance/Graphs и выбрать соответствующий режим. Хотя для быстрого запуска графических тестов можно воспользоваться и функциональными клавишами.
Среди графических тестов доступны: проверка на скорость линейного чтения/записи, скорость поблочного чтения из кеш-буфера винчестера, тест на скорость линейной верификации «Linear verify speed». Скорость линейной верификации примерно соответствует скорости чтения с поверхности диска в его кеш-буфер, без влияния передачи данных в оперативную память.
Наиболее показательным здесь является тест «Linear read speed» (F7) — отображается на графике скорость линейного чтения (мегабайт в секунду). В режиме DOS (PIO) для новых HDD эта скорость будет в несколько раз меньше от ее типичного рабочего значения в режиме DMA (UDMA). Скорость чтения из кеш-буфера в DOS довольно мало показательна, так как ее значение очень сильно ограничено возможностями этой ОС. А вот на скорость верификации следует обратить более пристальное внимание. График этого теста и в DOS будет отображать высокие, вполне реальные показатели скорости для проверяемого накопителя.
Для устаревших винчестеров нормальный вид графика «Linear read speed» должен иметь ступенчатый, с постепенно понижающейся скоростью, характер (рис.1).
Снижение скорости вызвано тем, что на внутренних дорожках реальное количество секторов меньше, значит меньше и скорость, потому график и должен опускаться вниз. То же самое справедливо и для новых накопителей, однако, максимальная скорость их работы на всей поверхности дисков гораздо выше, чем тот предел, который может позволить среда DOS.
Поэтому график скорее всего будет представлять из себя почти прямую линию (рис.2) — тот максимум, который достигается винчестером в DOS’e. Хотя в некоторых случаях графики могут иметь и нетипичный вид — по возрастающей или изогнутой линии, — здесь могут сказываться конфликты и особенности отдельных контроллеров IDE. Конечно, ограничение скорости современных накопителей делает их графики менее чувствительными, однако в случае серьезных проблем — те обязательно отразятся на кривой скорости.
По горизонтальной оси графика объем винчестера представлен в виде треков — равных количеству логических цилиндров накопителя. По вертикальной оси идет скорость Мб/с. В процессе проверки линия скорости обычно немного дрожит, слегка флуктуируя около текущего среднего значения. После завершения теста изображение графика HDDSpeed всегда можно сохранить в виде графического файла, воспользовавшись клавишей F2. Рисунок будет сохранен в каталоге программы.
На что следует обращать особое внимание? В принципе не так уж важно — соответствует ли снимаемая скорость максимально возможной для вашего винчестера, или нет. Важен сам вид графика скорости. Если на поверхности диска есть проблемные области, то все это неизбежно станет явным на изображении графика. Когда на графике присутствуют резкие спады скорости, это говорит о проблемах чтения или записи именно в этом месте. Вполне возможно, что там находятся множество замещенных секторов, и на них головка должна уходить в сторону резервной области, на что тратится дополнительное время, либо же наблюдаются проблемы с сервомеханикой. Если же линия графика окрашивается в красный цвет, то это явный признак уже не замещаемых сбойных секторов — пресловутых бед-блоков. Далеко не всегда можно понять причину некоторых спадов скорости, однако сам факт такого поведения винчестера указывает на его проблемное состояние.
В качестве примера можно привести график скорости линейного чтения довольно старого диска Fujitsu 1,2 Gb (рис.3) у которого 65536 байт находилось в поврежденных секторах. Объем сбойных секторов в данном случае не так уж велик, всего-то два кластера как для файловой системы диска — FAT16. В атрибутах S.M.A.R.T. накопителя, кроме отображения присутствия бед-блоков, все остальные показатели находятся в пределах нормы. Казалось бы, существенных проблем, учитывая возраст диска, нет, и он еще может прослужить долго. И, тем не менее, график чтения выглядит просто таки ужасно на большей части поверхности. При этом на проблемных участках слышится явное постукивание внутри накопителя. Вскоре этот винчестер начал быстро сыпаться, а потом и сдох вовсе. Вот и получается, что лишь графический тест дал наиболее объективное представление о состоянии этого накопителя.
Графические тесты для винчестеров небольшой емкости лучше проводить с помощью версии HDDSpeed 2,1. На мой взгляд, более старая версия утилиты дает более качественные графики. В HDDSpeed 2,24 кривая графика более ощутимо дрожит, однако этого не избежать, если исследуется накопитель большого объема. Во вкладке «Options/Configuration» можно включить более подробное представление изображение графика — «Detailed read/write graphs». В этом режиме на координатной сетке экрана за один проход будет отображаться только 500 треков, чем увеличивается масштаб изображения. Продолжение для следующих пятисот будет рисоваться здесь же, но уже в следующий проход, другим цветом, опять с начала экрана. И так далее, пока не будет исследован весь объем жесткого диска. Такой режим удобнее применять для винчестеров небольшого объема. Потому как для дисков типичных как на сегодняшний день объемов, исчисляемых десятками и сотнями гигабайт, в детальном режиме на экране получится слишком много кривых, — в их плотном скоплении потом будет непросто разобраться.
В HDDSpeed можно запустить и тесты общего характера, измеряющие основные скоростные показатели винчестера. В этом случае будет отработан набор тестов, которые отмечены во вкладке «Options/Configuration». Можно выяснить состояние системы самодиагностики — атрибуты S.M.A.R.T., добравшись до них через вкладку «Diagnostics/S.M.A.R.T».
Хорошее впечатление оставляет о себе утилита System Speed Test, предоставляющая скоростные характеристики жестких и CD-дисков в графической форме. Программа отличается информативным, собранным в одном экране интерфейсом, выдает некоторую полезную информацию о системе, вплоть до проверки BIOS на проблему совместимости «2000». System Speed Test может запускаться из под Windows, при работе она переходит в окно DOS. В случае работы в среде Windows недоступными оказываются некоторые тесты для винчестера, такие как определение среднего/максимального времени поиска и случайного времени доступа. Ряд же основных тестов, среди которых скорость линейного чтения, скорость чтения из буфера, скорость верификации остаются на месте (рис.4). Кроме того, только с помощью этой утилиты можно сравнить в режиме UDMA (из Windows) на одном экране скорости линейного чтения и верификации — «Linear verify speed». Считается наилучшим результатом, если графики обоих тестов имеют почти сходную форму, в этом случае возможности HDD используются по максимуму.
При запуске этой утилиты из-под DOS, количество тестов будет несколько большим. Появятся три дополнительных теста для дисков, а также окажется возможным графический тест скорости памяти, куда входит так же кеш всех уровней. Тест памяти расположится в области нижнего правого угла окна программы. Однако режим DOS’a имеет и свои недостатки в случае с жесткими дисками. Дело в том, что здесь не будет работать режим DMA, а значит, скорость чтения современного винчестера окажется в несколько раз ниже, чем ее типичное значение в штатных режимах UDMA. График в этом случае получится менее информативным, хотя в случае серьезных проблем, и они не преминут отразиться в его форме. Кроме того, для нормальной работы программы в DOS’e возможно понадобиться модификация системных файлов, на что указывается в файле описания на русском языке, прилагаемом к программе.
При проверке дисков, возможен выбор полного или ускоренного режимов тестирования. Лучше указывать режим полной проверки, он займет больше времени, но зато результаты окажутся более объективными. System Speed Test строит довольно качественные графики, дающие правдоподобное представление о поверхности диска. Если в процессе чтения с диска появятся ошибки, то тесты не прекращаются и график строится до конца. Слева, посередине экрана программы находится небольшое окно, где указываются те клавиши клавиатуры, с помощью которых можно управлять процессом. Для проверки можно выбрать любой винчестер или CD-привод. Результаты тестирования можно сохранить в файле отчета.
Кроме проверки дисков, что нас в данный момент больше всего интересует, с помощью System Speed Test, воспользовавшись клавишами управления, можно получить так же краткую информацию о модулях памяти — производители, частоты, основные тайминги, если те обладают чипом с SPD (рис.5).
В обзорах компьютерных изданий и на страницах интернет-сайтов, когда речь заходит о характеристиках новых дисковых накопителей, бывает, упоминается известная утилита — ZD WinBench 99. В принципе это один из многих универсальных тестеровщиков, способных проверять как винчестеры, так и функциональность DirectDraw, к примеру. Эта программа всегда хорошо совместима с новым оборудованием, так как ее версии обновляются на сайте разработчика. К тому же, и эта программа способна изображать процесс чтения с поверхности дисков в графическом представлении. Обо всех преимуществах такого способа диагностики говорилось выше.
Однако при использовании ZD WinBench 99 следует учитывать некоторую специфику работы из-под Windows. Сам Windows занимает под себя немало ресурсов. Кроме того, в результате многозадачности ОС, кроме процесса, собственно, тестирования жесткого диска здесь присутствуют и другие процессы, обусловленные ее работой. Хуже всего если в ПК мало памяти, и ее не хватает даже для нужд самого Windows. Тогда винчестер может свопиться во время теста, что, конечно же, исказит результаты проверки. Кроме того, чаще всего пользователь проверяет винчестер в среде с уже проинсталлированными программами, и некоторые из них будут висеть в фоновом режиме. Поэтому некоторые спады скорости на графике чтения здесь могут быть связаны не с аппаратными причинами накопителя, а с программными причинами и состоянием Windows. Кратковременные спады скорости, имеющие амплитуду до 15-25% от текущего среднего показателя, скорее всего, будут обусловлены спецификой работы программной среды. Для большей достоверности графический тест лучше запустить несколько раз подряд. Настораживать должно понижение скорости на одном и том же участке в два и более прохода, — здесь уже, скорее всего, вступают в силу причины связанные именно с накопителем.
Для повышения объективности результата следует закрыть все приложения убрать с автозагрузки все запускаемые в фоновом режиме программы, перезагрузить компьютер. Рекомендуется дефрагментировать проверяемый диск. В идеале же все это лучше делать под свежеустановленным Windows на заново отформатированном винчестере, без проинсталлированных приложений, с минимумом установленных устройств и плат расширения и драйверов под них. В последнем случае результат проверки накопителя окажется максимально достоверным.
Прежде чем запустить тест, следует зайти в меню по пути «Edit/Test Settings». Так мы попадаем в окно установок (рис.6). Здесь во вкладке «Common», прежде всего, следует указать логический диск для предстоящей проверки, а так же проверить другие установки. Во вкладке «Disc Inspection» можно переопределить размер блоков, которыми будет считываться информация. Здесь же имеет смысл включить возможность сохранения изображения графика в графическом файле, указав каталог и имя файла.
На первый взгляд кажется, что рынок жёстких дисков не так динамичен, как рынок процессоров или видеокарт. Большинство потребителей считают, что жёсткие диски не развиваются так быстро, как другие комплектующие современного персонального компьютера. Однако на практике всё далеко не так.
Жёсткий диск Western Digital
Жёсткий диск Western Digital
Производительность жёстких дисков
На производительность жёсткого диска влияют несколько параметров: скорость вращения шпинделя, время доступа, плотность записи, интерфейс, формфактор, объём кэш-памяти, диаметр и количество пластин – некоторые сильно, некоторые не очень (например, интерфейс).
Скорость вращения шпинделя является одним из ключевых параметров, определяющих быстродействие накопителя на жёстких дисках. Данный параметр измеряется в оборотах в минуту (RPM или RotatePerMinute) и напрямую связан с линейной скоростью головок чтения/записи. Говоря простым языком, чем быстрее крутится шпиндель, тем больше данных могут считать/записать головки на магнитные пластины. Большинство жёстких дисков, рассчитанных на установку в настольные ПК, имеют скорость вращения шпинделя 7200 об./мин., ноутбучные накопители – 5400 об./мин., старые мобильные накопители – 4200 об./мин. Серверные решения имеют более внушительные характеристики – 10000 или 15000 об./мин. У десктопных решений есть приятные исключения в виде жёстких дисков Western Digital Raptor, у которых скорость вращения пластин составляет внушительные 10000 об./мин.
Western Digital Raptor X WD1500AHFD
Western Digital Raptor X WD1500AHFD
Другой параметр – время доступа представляет собой временной промежуток, который требуется на ожидание подхода требуемого сектора, когда головки встанут на нужную дорожку. Очевидно, что время доступа напрямую связано со скоростью вращения шпинделя: чем быстрее пластина докрутится до необходимого ожидаемого сектора, тем быстрее головка считает его.
Диаметр пластин также влияет на производительность накопителя на жёстких дисках. Дело в том, что винчестеры с одинаковой скоростью вращения шпинделя имеют и одинаковую угловую скорость. Расстояние, которое за секунду проходят головки на внешних и внутренних дорожках, разное, в последнем случае оно меньше. Соответственно, линейная скорость на внутренних дорожках, которые ближе к центру пластины, гораздо меньше, чем на внешних, расположенных ближе к её краям. Из всех этих фактов несложно вывести логическое заключение, что жёсткие диски с пластинами диаметром 2,5 дюйма не смогут на равных тягаться с 3,5-дюймовыми собратьями.
Количество пластин играет косвенную роль в производительности жёстких дисков. Для того чтобы понять, в чем суть, достаточно представить современную линейку жёстких дисков от какого-либо производителя. Допустим, данная линейка жёстких дисков использует пластины плотностью 200 Гбайт. Производитель не может выпускать жёсткие диски только 200, 400 и 600 Гбайт, потому что рынок диктует другие условия, потребители хотят видеть на прилавках магазинов доступные модели объёмом 250 и 320 Гбайт. Соответственно, такие модели винчестеров используют не полную доступную ёмкость магнитной пластины, а определённую её часть. Как правило, не используется та самая медленная часть внутренних дорожек. Несложно сделать вывод, что у жёстких дисков, использующих «обрезанные» магнитные пластины, минимальные скорости передачи оказываются несколько выше, чем у винчестеров, использующих полную доступную ёмкость.
Производительность обусловлена рядом параметров винчестера, однако если трезво взглянуть на вопрос быстродействия, то на практике в большинстве случаев нереально будет заметить «на глаз» разницу между жёсткими дисками последних поколений со скоростью вращения шпинделя 7200 об./мин. производства Seagate, Hitachi, Samsung или Western Digital. Разница ощутима при использовании двух накопителей на 7200 об./мин. для массового рынка в конфигурации RAID 0 или в случае использования скоростных жёстких дисков – например, того же Western Digital Raptor со скоростью вращения шпинделя 10000 об./мин.
Надёжность жёстких дисков
Жёсткий диск – достаточно сложный элемент компьютера, так как является электронно-механическим изделием и ко всему прочему работает при больших физических нагрузках. Механические элементы не вечны, и стоит чётко понимать, что винчестер рано или поздно выйдет из строя. Поэтому, чтобы не потерять важные данные, мы настоятельно рекомендуем делать резервную копию информации. Если жёсткий диск выйдет из строя, вы сможете купить новый и записать данные из back-up. Всегда стоит помнить один важный момент: с ростом ёмкости жёсткого диска и, соответственно, объёма информации на нём возрастают требования к резервированию данных, back-up попросту становится больше.
Надёжность жёстких дисков измеряется временем наработки на отказ (Mean Time Between Failures). Параметр MTBF для каждой модели винчестера можно найти на сайтах производителей. Как правило, большинство жёстких дисков имеют сопоставимый уровень MTBF, исключение составляют серьёзные Enterprise и серверные решения.
Контролировать состояние жёсткого диска можно при помощи технологии самотестирования, которую разработали производители винчестеров. S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technolodgy) заключается в том, что жёсткий диск самостоятельно мониторит состояние своей работоспособности и заранее предупреждает пользователя о возможных ошибках и серьёзных последствиях.
Для того чтобы правильно выбрать жёсткий диск, нужно определиться, что для вас критично в первую очередь: производительность, ёмкость или и то и другое вместе. Если вы хотите приобрести недорогой и шустрый винчестер, который будет использоваться для Windows, так называемый системный жёсткий диск для операционной системы, тогда стоит присмотреться к моделям небольшой ёмкости, которые обладают приличными скоростными характеристиками. Для примера можно взять 160-гигабайтные модели производства Western Digital и Hitachi, Caviar SE WD1600AAJS и DeskStar 7K160. Последнюю мы уже рассматривали в одном из материалов.
Выбирая при покупке компьютера жесткий диск, люди чаще всего не задумываются о его надежности. Емкость, цена и скорость записи являются основными характеристикам, которым в большинстве случаев придается значение. А срок службы устройства измеряют лишь длительностью гарантии. Это конечно же, зря. Компания Storelab выяснила, что отказоустойчивость жестких дисков сильно отличается в зависимости от производителя. При похожих ценах и емкости, накопители одной фирмы могут исправно прослужить более 3,5 лет, а другой с высокой вероятностью выйдут из строя в первые 1,5 года. И если для домашнего компьютера это не так болезненно – максимум «сгорит» архив фотографий с прошлогодней турпоездки, то мертвый винчестер корпоративного сервера может парализовать работу всей компании и создать проблемы на несколько месяцев вперед. Даже если фирма защищается резервным копированием данных, все равно, покупая недолговечные жесткие диски, она понесет убытки, связанные с частой их заменой и простоями на ремонт. В лаборатории восстановления информации Storelab решили определить, винчестеры каких производителей служат дольше всего.
Выводы
Производитель самых надежных жестких дисков – корпорация Hitachi. Из более 2000 поступивших в лабораторию Storelab не работающих устройств этой фирмы не было ни одного с заводским браком или слабыми узлами. Все неисправности вызваны физическими воздействиями пользователей. Это надежный жесткий диск для хранения информации больших объемов 1ТБ, 2ТБ или 4ТБ. Вкупе с самым длительным сроком службы и лучшим соотношением рыночной доли и доли отказов жесткие диски Hitachi могут по праву считаться лидером по отказоустойчивости.
Лидер рынка по продажам Seagate, наоборот, по долговечности устройств уступает остальным производителям, в основном, из-за винчестеров серии 7200.11.
Большую часть жестких дисков выпускают 6 поставщиков: Fujitsu/Toshiba, Hitachi, Samsung, Seagate и Western Digital. Чтобы определить, кто же производит самые надежные устройства, мы проанализировали статистику поступлений вышедших из строя винчестеров. Было рассмотрено более 4000 устройств: от персональных компьютеров (формата 3,5”) до ноутбуков (2,5”).
реклама
Данные проведенного анализа сравнили с рыночными долями компаний. Очевидно, что чем больше жестких дисков определенной марки было продано, тем больше процент вышедших из строя. Популярные модели поступают в лабораторию восстановления информации чаще, чем редкие. И только существенное отличие в объемах поступлений и рыночной доли может указать на сравнительно высокий или низкий уровень надежности.
Оказалось, что две группы данных коррелируют лишь частично. Главное отличие - процент отказавших девайсов у лидера рынка Seagate почти в 2 раза превышает его долю: 56,1% против 31%. Можно сделать поправку на российскую специфику: по собственным данным Seagate, ее доля на отечественном рынке – более 40%. Но кардинально этот факт ситуацию не меняет: процент поступлений «мертвых» дисков значительно выше доли рынка. Это говорит о более низкой надежности винчестеров Seagate по сравнению с другими производителями. У всех остальных поставщиков доля поступлений ниже доли рынка, причем у Western Digital и Hitachi разница составляет почти 11%. Таким образом, устройства этих компаний отличаются более высокой отказоустойчивостью.
Второй важный показатель – средний возраст жестких дисков на момент выхода из строя. Он, опять же, отличается в зависимости от производителя дисков и часто зависит от «удачности» модели. На этапе разработки определить долговечность винчестера сложно. Разработав устройство, компания может провести только лабораторные тесты: на температуру, давление, вибрацию и т.д. Но это исследование, как правило, показывает не все дефекты конструкции. Реальным испытанием на износостойкость остается время. Недоработки становятся явными в течение года-полутора. Если большинство жестких дисков производителя пережили этот рубеж, продукцию можно считать надежной.
Немного теории
Жёсткий диск представляет собой сложное устройство для хранения данных, в основу которого положен принцип магнитной записи электрических сигналов.
Винчестеры используют одну или несколько магнитных пластин, на которые нанесены концентрические дорожки. Запись и хранение информации на этих пластинах происходит за счёт преобразования электрических сигналов в определённые изменения магнитного поля с последующим воздействием этим полем на магнитную пластину. Благодаря явлению остаточного магнетизма следы от этих воздействий сохраняются в магнитном материале на длительный срок. Считывание информации, то есть воспроизведение электрических сигналов, происходит точно так же, только в обратном направлении.
Магнитные домены или битовые ячейки представляют собой чередующиеся участки с различным направлением намагниченности. Плотность магнитной пластины определяется размерами ячеек: чем они меньше, тем выше плотность записи информации.
Битовые ячейки формируют секторы, которые впоследствии определяют минимальную логическую единицу хранения данных – кластер. Размер кластера меняется в зависимости от использования файловой системы – NTFS или FAT32. В конечном итоге кластеры образуют те самые пресловутые мегабайты, которые определяют ёмкость жёсткого диска.
Для считывания и записи информации используются так называемые головки, которые собраны на механическом перемещающемся приводе, предназначенном для позиционирования. Количество головок зависит от количества пластин. Для каждой магнитной пластины применяется по две головки – при условии, что используются обе её стороны. Визуально процесс позиционирования головок напоминает виниловый проигрыватель.
Ёмкость жёсткого диска напрямую связана с плотностью и количеством пластин. Всё достаточно просто: чем больше плотность и количество пластин – тем больше объём жёсткого диска. Однако повышать ёмкость исключительно за счёт увеличения количества пластин бессмысленно. Во-первых, корпус обыкновенного 3,5-дюймового винчестера способен уместить максимум 5 пластин и 10 головок. Во-вторых, большое количество пластин и головок увеличивает энергопотребление и тепловыделение, что повышает риск аппаратного сбоя из-за большого числа подвижных элементов.
Таким образом, для развития жёстких дисков производителю очень важно работать над увеличением плотности применяемых пластин. Для увеличения линейной плотности записи информации необходимо максимально уменьшать длину битовых ячеек и делать переходы между ними максимально резкими. На первый взгляд в теории кажется, что всё достаточно просто: уменьшай себе длину битовых ячеек и клепай пластины. Однако на практике всё немного иначе, и с уменьшением длины у битовой ячейки снижается устойчивость к внешним магнитным полям, в результате чего возникает так называемый супермагнитизм. Длина битовой ячейки уменьшается до критической отметки, и размагничивающиеся поля становятся настолько большими, что ячейка саморазмагничивается и исчезает. Говоря простым языком, происходит самопроизвольное стирание данных.
Основные игроки рынка винчестеров смогли решить эту проблему. Благодаря технологии перпендикулярной магнитной записи PMR (Perpendicular Magnetic Recording) производителям жёстких дисков удалось получить плотность в 200 Гбайт для одной пластины. Перпендикулярное расположение магнитных доменов позволило достигнуть высокой плотности без проявления суперпарамагнитного эффекта.
Деликатно прикрытые Western Digital
Среди неработающих винчестеров Western Digital 59% имели емкость до 500 Гб и средний возраст 3,5 года. Оставшиеся 41% - это диски с емкостью более 500 Гб. Из за особенностей строения конструкции и дополнительных блинов они менее надежны и в большинстве своем прослужили менее 1,5 лет.
ля дисков WD характерен выход из строя блока магнитных головок (БМГ). Это происходит при перегреве (головки WD капризны при температуре выше 45 градусов Цельсия), а также из-за физического воздействия. Особенность конструкции WD делает эти винчестеры особенно чувствительными к ударам и давлению. В отличие от других поставщиков, WD фиксирует ось с блоком магнитных головок не отдельным винтом, а крышкой устройства. Поэтому если сильно надавить на корпус жесткого диска, крышка может сдвинуться и поменять угол наклона, тогда магнитные головки выйдут к «блинам» под неверным углом. Этого достаточно, чтобы вывести девайс из строя. Кстати, из-за крепления оси двигателя крышкой винчестера WD разобрать и собрать такое устройство вне стен лаборатории условиях практически невозможно. Чуть меняется зажим болтов крышки – и диск уже не может вращается.
За исключением этой уязвимости диски WD достаточно надежны в плане как механики, так и электроники.
Формфактор, интерфейс и кэш-память жёстких дисков
Винчестеры получили очень широкое применение в различных устройствах: персональные компьютеры, ноутбуки, КПК, MP3-плееры и пр. Одним из основополагающих моментов типа жёсткого диска является его формфактор, который, в свою очередь, определяется диаметром пластин. Обычные десктопные жёсткие диски используют 3,5-дюймовые пластины и предназначены для установки в соответствующие отсеки корпусов настольных ПК.
Магнитные пластины диаметром 2,5 дюйма используются в мобильных жёстких дисках, которые широко применяются в ноутбуках и внешних портативных накопителях.
Есть и устройства, использующие пластины диаметром 1,8", 1" и 0,8". Как правило, такие жёсткие диски используются в ультрапортативных ноутбуках, MP3-плеерах и других ультрамобильных девайсах.
Большинство жёстких дисков выпускается для двух интерфейсов – SATA и PATA. Их пропускная способность составляет 300 Мбит/с (Serial ATA II) и 133 Мбит/с соотвественно. На первый взгляд Serial ATA выглядит куда привлекательнее. Как говорится, многомегабайтная разница налицо, однако где преимущество от использования интерфейса с пропускной способностью 300 Мб/с, если стандартный жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 7 200 об./мин. имеет скорость чтения с пластин до 90 Мбит/с. Очередной маркетинг с точки зрения производительности. И всё же Serial ATA имеет конструктивное преимущество в виде тонкого шлейфа, который удобнее прокладывать в корпусе, чтобы он не мешал циркуляции воздушных потоков.
Serial ATA – интерфейс
Serial ATA – интерфейс
Объем кэш-памяти большинства современных жёстких дисков составляет 8 и 16 Мбайт, хотя встречаются на рынке и модели с большим объёмом кэша. Для примера можно взять жёсткие диски Hitachi DeskStar 7K1000 HDS721075KLA330 и DeskStar 7K1000 HDS721010KLA330, объём кэша у которых составляет 32 Мбайт. В теории больший объём кэш-памяти – это хорошо, жёсткие диски хранят в кэше входящие команды и алгоритмы для предварительного кэширования данных, да и очередь команд NCQ (Native Command Queuing) тоже требует некоторого количества памяти. Однако на практике оказывается, что жёсткий диск с 16 Мбайт кэш-памяти не имеет какой-либо существенной прибавки в скорости по сравнению с аналогичной моделью, оснащённой 8 Мбайт.
Печатная плата жёсткого диска
Печатная плата жёсткого диска
Мера долговечности
Большую часть жестких дисков выпускают 6 поставщиков: Fujitsu/Toshiba, Hitachi, Samsung, Seagate и Western Digital. Чтобы определить, кто же производит самые надежные устройства, сотрудники Storelab проанализировали статистику поступлений вышедших из строя винчестеров. Было рассмотрено более 4000 устройств от персональных компьютеров (формата 3,5”) и ноутбуков (2,5”).
Данные Storelab сравнили с рыночными долями компаний. Очевидно, что чем больше жестких дисков определенной марки было продано, тем больше выйдет из строя. Популярные модели поступают в лабораторию восстановления информации чаще, чем редкие. Только существенное отличие в объемах поступлений и рыночной доли может указать на сравнительно высокий или низкий уровень надежности.
Оказалось, что две группы данных коррелируют лишь частично. Главное отличие - процент отказавших девайсов у лидера рынка Seagate почти в 2 раза превышает его долю: 56,1% против 31%. Можно сделать поправку на российскую специфику: по собственным данным Seagate, ее доля на отечественном рынке – более 40%, но кардинально это ситуацию не меняет - процент поступлений «мертвых» дисков значительно выше доли рынка. Это говорит о более низкой надежности винчестеров Seagate по сравнению с другими производителями. У всех остальных поставщиков доля поступлений ниже доли рынка, причем у Western Digital и Hitachi почти на 11%. Таким образом, устройства этих компаний отличаются более высокой отказоустойчивостью.
Второй важный показатель – средний возраст жестких дисков на момент выхода из строя. Он, опять же, отличается в зависимости от производителя дисков и часто зависит от «удачности» модели. При разработке определить долговечность винчестера сложно. Разработав устройство, компания может провести только лабораторные тесты: на температуру, давление, вибрацию и т.д. Но это исследование, как правило, показывает не все дефекты конструкции. Реальным испытанием на износостойкость остается время. Недоработки становятся явными в течение года-полутора. Если большинство жестких дисков производителя пережили этот рубеж, продукцию можно считать надежной.
Как видно из таблицы, лидером по продолжительности жизни винчестеров стала компания Hitachi. Ее устройства в среднем продержались 5 лет, на полтора года больше, чем следующие по надежности Western Digital емкостью до 500 Гб.
Запилы блинов у Toshiba/Fujitsu и Samsung
оступившие от Toshiba/Fujitsu нерабочие жесткие диски были исключительно формата 2,5 дюйма, для ноутбуков. Средний срок службы такого устройства составил 2 года.
Специфическая болезнь Toshiba – заклинивание оси двигателя из-за неисправности жидкостного подшипника. Самая частая причина поломок - разрушительное воздействие времени. Крышка, которая закрывает ось в HDD от Toshiba, тонкая и часто деформируется. Со временем испаряется смазка подшипника. Постепенно трение усиливается, во втулке появляются заусенцы и наконец, в один прекрасный день ось перестает вращаться. Клин двигателя – одна из самых серьезных неисправностей. После клина восстановить данные не всегда представляется возможным.
[фото – запилы на поверхности диска]
Кроме того, жесткие диски ноутбуков часто выходят из строя от падений, во время удара случается так называемое залипание блока магнитных головок. Дело в том, что магнитные пластины в винчестере очень точно отшлифованы, настолько точно, что если соединить их вместе, то разъединить, потянув в разные стороны, уже не получится. Молекулярное притяжение достаточно сильно, чтобы взрослый человек мог только протянуть диски вдоль. Это же притяжение склеивает пластины и считывающие с них информацию магнитные головки. При нормальной работе жесткого диска головки парят над поверхностью блинов. Их, как крыло, приподнимает воздушный поток от вращения дисков. Но при сильном ударе силы воздуха уже не хватает, чтобы предотвратить контакт. Стоит БМГ прикоснуться к блинам, и двигатель винчестера уже не сможет разъединить их и вернуть в рабочее положение. Когда начинается вращение дисков, головки царапают их до полного выхода из строя и потери информации. Пользователь при этом слышит лишь тихое жужжание. А винчестер определяется в BIOS, но уже не работает.
[фото – залипание магнитных головок на поверхности диска]
В жестких дисках Samsung контакт блока магнитных головок и блинов, бывает, происходит и без «помощи» пользователя. Головка винчестера этого производителя устроена так, что иногда самопроизвольно чиркает по поверхности магнитной пластины. Поэтому повреждение БМГ – самая частая причина выхода из строя дисков Samsung.
Типичные неисправности жестких дисков
«Муха CC» кусает Seagate
[фото – жесткий диск с четырмя магнитными пластинами]
Другая часто встречающаяся проблема - клин шпинделя двигателя. Жесткие диски всех производителей регулярно выходят из строя по этой причине. Заклинивает чаще всего устройства с увеличенной емкостью, в которых используется 3 или более магнитных пластин (или «блинов»). Дополнительные блины увеличивают нагрузку на ось винчестера, и, чтобы она слегка погнулась, а затем перестала вращаться, достаточно уронить устройство с высоты 20 см. Клин шпинделя можно определить по повышенной вибрации жесткого диска и резкому шуму, похожему на визг.
[фото – восстановление данных после клина двигателя]
В серии 7200.12 Seagate использует новую технологию и новые комплектующие, но пока неясно, будет ли она надежнее предыдущей – статистика поломок еще не накоплена.
Читайте также: