Сбой головки жёсткого диска

Жёсткий диск работает благодаря пластинам и приводным головкам. На пластинах хранятся данные, а аппаратное обеспечение, которое записывает и считывает данные, является исполнительным механизмом^[1].

Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении.

Некоторые диски, произведённые компанией Conner Peripherals в середине 1990-х годов, использовали вместо воздуха тонкий слой жидкости — Connor был единственным производителем, который применял такую технологию^[3].

Расстояние между головкой и пластиной называется воздушным зазором. Головка летит настолько близко к пластине, что для того, чтобы увидеть, что она не касается пластины, требуется микроскоп. Верхний слой пластины выполнен из материала, похожего на тефлон, который действует как смазка. Под ним находится слой напылённого углерода. Эти два слоя защищают магнитный слой (область хранения данных) от большинства случайных касаний головки чтения/записи^[4].

Головка чтения/записи диска изготовлена с использованием тонкоплёночных технологий (тонкоплёночные головки чтения/записи производились до 1991 года, после чего их заменили магниторезистивные головки^[5]) и содержит материалы, достаточно твёрдые, чтобы поцарапать защитные слои. Головки не должны касаться пластин, за исключением парковочной зоны, однако современные жёсткие диски используют загрузочные рампы/пандусы (заметным исключением являются более дешёвые диски Seagate, которые всё ещё используют зоны посадки), поэтому головки вообще никогда не касаются пластин. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Авария головки может быть вызвана силой, которая оказывает достаточное давление на пластины со стороны головок, чтобы поцарапать защитные слои и повредить магнитный слой хранения данных. Малейшая частица грязи или другого мусора, чрезмерный удар или вибрация (например, случайное падение работающего диска) могут привести к тому, что головка отскочит от диска и ударится о пластину, разрушая тонкое магнитное покрытие в месте контакта, а часто при этом повреждая и сами головки.

После первоначальной аварии огромное количество мелких частиц с повреждённого участка может осесть на другие области, вызывая сбои в работе других головок (при прохождении головок над этими частицами). Это быстро приводит к значительным повреждениям и потере данных, делая диск непригодным для использования. Некоторые современные жёсткие диски оснащены датчиками свободного падения (в основном в 2,5-дюймовых дисках, но очень редко в 3,5-дюймовых) для защиты от аварий головки, вызванных случайным падением диска.

Наиболее распространённые причины аварий головок жёстких дисков^[1]:

• Электронная проблема приводит к физическому смещению головки привода.
• Неаккуратное обращение (падение жёсткого диска) приводит к структурным повреждениям головок привода.
• Шпиндель перестаёт вращаться с достаточной силой, что приводит к снижению оптимального воздушного потока внутри накопителя и повышает риск прямого контакта головок привода с пластинами.

Поскольку большинство современных дисков вращаются со скоростью от 5400 до 15 000 оборотов в минуту, повреждения магнитного покрытия могут быть значительными. При скорости 7200 оборотов в минуту край 3,5-дюймовой пластины движется со скоростью более 120 километров в час, и когда повреждённая головка тянется по поверхности пластины, головка чтения/записи обычно перегревается, из-за чего весь диск или по крайней мере его части становятся непригодными для использования до тех пор, пока головка не остынет.

Первоначально (до начала 1990-х годов) жёсткие диски вращались медленнее и имели более крупные головки, «летавшие» выше над поверхностью носителя. Однако, поскольку во многих случаях носитель находился в сменном картридже или блоке, а фильтрация воздуха была сравнительно примитивной, аварии головки случались довольно часто, а восстановление было дорогостоящим.

С тех пор, как в ноутбуках впервые начали устанавливать жёсткие диски, авария головки стала в них частой проблемой, поскольку ноутбук гораздо более подвержен падениям и толчкам, чем стационарный компьютер.

Поэтому большие усилия были сосредоточены на разработку защитных технологий, в которых применялась «парковка» головки на безопасном расстоянии от диска при обнаружении резкого движения, например при падении компьютера.

Программное обеспечение и датчики Active Hard Disk Protection начали появляться в ноутбуках в 2003 году, когда IBM внедрила их в свою линейку ноутбуков ThinkPad^[6], а к 2009 году, с выходом Windows 7, такие технологии стали широко распространены^[7]. Эти диски были спроектированы таким образом, чтобы «самостоятельно парковаться» при внезапном отключении питания, что снизило количество аварий головки. С распространением твердотельных накопителей, у которых отсутствуют головка и диск, проблема аварий головки практически исчезла в современных ноутбуках.