Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках, НЖМД, жёсткий диск, винт, хард, харддиск, HDD, HMDD или винче́стер, (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD) — энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных практически во всех современных компьютерах.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала. В некоторых НЖМД используется одна пластина, в других — несколько на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Физические дефекты

Дефекты поверхности. Возникают при механическом повреждении магнитного покрытия внутри пространства сектора, например из-за царапин, вызванных пылью, старением блинов или небрежным обращением с винтом. Такой сектор должен быть помечен как негодный и исключен из обращения.

Серво-ошибки. У всех современных накопителей для перемещение головок используется система, получившая название «voice coil» (звуковая катушка), которая в отличие от шагового двигателя старых винтов, не имеет какой-либо дискретности перемещения. Для точного попадания головок на дорожки в винтах используется система с обратной связью, которая ориентируются по специальным магнитным сервометкам, нанесенным на диск. Сервометки имеются на каждой стороне каждого диска. Они расположены равномерно вдоль всех дорожек, и строго радиально, как спицы в колесе, образуя сервоформат. Он не относится к формату нижнего уровня и на рисунке не показан, но имеется абсолютно у всех современных винчестеров, и играет важнейшую роль. По сервометкам происходит стабилизация скорости вращения двигателя и удержание головки на заданном треке, независимо от внешних воздействий и тепловой деформации элементов.

Однако в процессе эксплуатации винта, некоторые сервометки могут оказаться разрушены. Если дохлых сервометок станет слишком много, в этом месте начнут происходить сбои при обращении к информационной дорожке: головка, вместо того, чтобы занять нужное ей положение и прочитать данные, начнет шарахаться из стороны в сторону. Это будет выглядеть как жирный и особо наглый BAD, или даже как группа BAD'ов. Их присутствие часто сопровождается стуком головок, зависанием накопителя и невозможностью исправить его обычными утилитами. Устранение таких дефектов возможно только специальными программами, путем отключения дефектных дорожек, а иногда и всей дисковой поверхности. Для этих целей в некоторых накопителях имеется серводефект-лист, хранящий информацию о плохих сервометках. В отличие от P- и G-листа, серводефект-лист используется не транслятором, а всей микропрограммой винта. К секторам, имеющим дефектные сервометки, блокируется доступ даже по физическим параметрам, что позволяет избежать стуков и срывов при обращении к ним. Самостоятельно винт восстановить сервоформат не может, это делается только на заводе.

Аппаратные BAD'ы. Возникают из-за неисправности механики или электроники накопителя. К таким неполадкам относятся: обрыв головок, смещение дисков или погнутый вал в результате удара, запыление гермозоны, а также различные глюки в работе электроники. Ошибки такого типа обычно имеют катастрофический характер и не подлежат исправлению программным путем.

Логические дефекты

Эти ошибки возникают не из-за повреждения поверхности, а из-за нарушений логики работы сектора. Их можно разделить на исправимые и неисправимые. Логические дефекты имеют такие же внешние проявления, как и физические, и отличить их можно только косвенно, по результатам различных тестов.

Исправимые логические дефекты (софт-бэды): появляются, если контрольная сумма сектора не совпадает с контрольной суммой записанных в него данных. Например из-за помех или отключения питания во время записи, когда винт уже записал в сектор данные, а контрольную сумму записать не успел. При последующем чтении такого «недописанного» сектора произойдет сбой: винт сначала прочитает поле данных, потом вычислит их контрольную сумму и сравнит полученное с записанным. Если они не совпадут, контроллер накопителя решит, что произошла ошибка и сделает несколько попыток перечитать сектор. Если и это не поможет (а оно не поможет, так как контрольная сумма заведомо неверна), то он, используя избыточность кода, попытается скорректировать ошибку, и если это не получится - винт выдаст ошибку внешнему устройству. Со стороны операционной системы это будет выглядеть как BAD. Некоторые винты имели повышенную склонность к образованию софт-бэдов из-за ошибок в микропрограмме - при определенных условиях контрольные суммы вычислялись неправильно; у других это происходило из-за дефектов механики. Например, у IBM DTLA периодически нарушался контакт между платой и гермоблоком, что приводило к пропаданию питания гермоблока в самое неподходящее время, в том числе и при записи.

Операционная система или BIOS не могут исправить логический дефект самостоятельно, так как прежде чем писать в сектор, они проверяют его на целостность, нарываются на ошибку и отказываются писать. При этом контроллер винта эту ошибку скорректировать тоже не может: он тщетно пытается прочитать этот сектор со второй, с третьей попытки, и когда это не получается - он всеми силами пытается себе помочь, на ходу подстраивая канал чтения и сервосистему. При этом и раздается тот самый душераздирающий скрежет, так хорошо знакомый владельцам бэдастых «дятлов». Этот скрип производят не «головки по поверхности», как многие привыкли думать, а всего лишь катушка позиционера, из-за специфической формы тока, протекающего через нее, и он абсолютно безопасен. Адрес непрочитанного сектора попадает во временный дефект-лист, изменяя значение атрибута Current Pending Sector в SMART, и сохраняется в нем. Ремапа при чтении не происходит.

И только принудительная низкоуровневая перезапись этого сектора специальной программой в обход BIOS приводит к автоматическому перерасчету и перезаписи контрольной суммы, т.е. бэд бесследно исчезает. Переписать его можно дисковым редактором, способным работать с винтом непосредственно через порты, но обычно «переписывают» весь диск, заполняя его секторы нулями. Утилиты, делающие это, свободно распространяются производителями хардов, и часто неправильно называются «программами для низкоуровневого форматирования». На самом деле это - простые «обнулители», что нисколько не мешает им избавлять винт от бэдов: при удачной записи софт-бэды исчезают, а при неудачной - бэд считается физическим, и происходит авторемап.

Неисправимые логические ошибки. Это ошибки внутреннего формата винчестера, приводящие к такому же эффекту, как и дефекты поверхности. Возникают при разрушении заголовков секторов, например из-за действия на винт сильного магнитного поля. Но в отличие от физических дефектов, они поддаются исправлению программным путем. А неисправимыми они названы только потому, что для их исправления необходимо сделать «правильное» низкоуровневое форматирование, что обычным пользователям затруднительно из-за отсутствия специализированных утилит. Поэтому в быту такой сектор отключается так же, как и физический - с помощью ремапа. В настоящее время все большее количество винтов выпускается по технологии ID-less (сектора без заголовков), поэтому скоро этот вид ошибок станет неактуальным.

«Адаптивные» бэды. Несмотря на то, что винты является очень точными устройствами, при их массовом производстве неизбежно возникает разброс параметров механики, радиодеталей, магнитных покрытий и головок. Старым накопителям это не мешало, но у современных винтов с их огромной плотностью записи, малейшие отклонения в размерах деталей или в амплитудах сигналов, могут привести к ухудшению свойств изделия, появлению ошибок, вплоть до полной потери его работоспособности. Поэтому все современные винты при изготовлении проходят индивидуальную настройку, в процессе которой подбираются такие параметры электрических сигналов, при которых устройству работается лучше. Эта настройка осуществляется программой ПЗУ при технологическом сканировании поверхности. При этом генерируются так называемые адаптивы - переменные, в которых содержится информация об особенностях конкретного гермоблока. Адаптивы сохраняются на блинах в служебной зоне, а иногда во Flash-памяти на плате контроллера.

Если в процессе эксплуатации винта адаптивы окажутся разрушены (это может случиться в результате ошибок в самом винте, статического электричества или из-за некачественного питания), то последствия могут быть непредсказуемы: от банальной кучи бэдов до полной неработоспособности девайса, с отказом выходить на готовность по интерфейсу. «Адаптивные>» бэды отличаются от обычных тем, что они «плавающие»: сегодня они есть, а завтра могут исчезнуть и появиться совсем в другом месте. Ремапить такой винт бесполезно - дефекты-призраки будут появляться снова и снова. И при этом дисковая поверхность может быть в безупречном состоянии! Лечатся адаптивные бэды прогоном selfscan'а - внутренней программы тестирования, аналогичной той, что применяется на заводе при изготовлении винтов. При этом создаются новые адаптивы, и винт возвращается к нормальному состоянию. Это делается в условиях фирменных сервис-центров.

Программа MHDD

Сканирование поверхности

Сканирование любого устройства возможно только если оно может быть определено командами ID или EID (или по нажатию F2). 

Инициализировав выбранный накопитель нажатием F2 получаем исчерпывающую о нем информацию:
- название модели; логические геометрию диска (логическое число цилиндров/головок/секторов на дорожке);
- серийный номер; версию микрокода;
- число адресуемых через LBA блоков;
- поддерживаемые функции ATA и максимальный поддерживаемый режим; состояние SMART (включена ли);
- состояние системы защиты (включен/выключен аппаратный пароль);
- полный размер винчестера; результат прохождения основных тестов.

Часть этой информации отображается во второй сверху строке на экране и видна при работе.

Для того, чтобы выполнить сканирование, наберите SCAN и нажмите ENTER, или используйте F4. Вы увидите меню, где сможете изменить некоторые настройки. По умолчанию, начальный сектор равен нулю (стартовый сектор). Конечный сектор равен максимально возможному (конец диска). Все деструктивные по отношению к пользовательским данным функции (Remap, Erase Delays) по умолчанию выключены.

Нажмите F4 снова для запуска сканирования. MHDD сканирует накопители блоками. Для накопителей IDE/SATA один блок равен 255 секторам (130560 байт).

Как работает сканирование

 1. MHDD посылает команду VERIFY SECTORS с номером LBA (номер сектора) 
 и номером секторов в качестве параметров
 2. Накопитель поднимает флаг BUSY
 3. MHDD запускает таймер
 4. После того, как накопитель выполнил команду, он опускает флаг BUSY
 5. MHDD вычисляет затраченное накопителем время и выводит соответствующий
 блок на экран. Если встретилась ошибка (bad block), программа выводит 
 соответствующую букву, которая описывает ошибку.

MHDD повторяет шаги 1—5 до конечного сектора. Если вам нужен протокол сканирования — вы всегда можете найти его в файле log/mhdd.log.

Если сканирование выявило ошибки, первое, что необходимо сделать — это скопировать все данные с накопителя. Затем необходимо выполнить полное стирание поверхности при помощи команды ERASE, которая стирает каждый сектор на вашем накопителе. Накопитель пересчитает поля ECC для каждого сектора. Это помогает избавиться от так называемых «soft-bad» блоков. Если стирание не помогло, запускайте сканирование с включенной опцией REMAP.

Если вы видите, что каждый блок содержит ошибку, не пытайтесь стирать накопитель либо производить сканирование с включенной опцией REMAP. Скорее всего, у накопителя повреждена служебная область, и это не может быть исправлено стандартными командами MHDD.

Просмотр атрибутов SMART

Пожалуй, самый главный атрибут для современного накопителя — это «Reallocated Sectors Count» (значение Raw). Это значение сообщает, сколько на диске переназначенных секторов. Нормальный накопитель имеет raw-значение, равное нулю. Если вы видите значение более 50 — у накопителя проблемы. Это может означать брак блока питания, вибрация, перегрев, или же просто бракованный накопитель.

Взгляните на атрибут 194 — температура. Хорошие значения лежат в промежутке между 20 и 40 градусами. Некоторые накопители не сообщают температуру.

Атрибут UDMA CRC error rate означает количество ошибок, которые возникают при передаче данных по IDE/SATA кабелю. Нормальное raw-значение этого атрибута равняется нулю. Если вы видите другое значение, вам нужно срочно заменить кабель. Также, разгон очень влияет на количество ошибок такого типа.

Другие атрибуты, обычно, не так важны.

Стирание групп секторов или целого диска

Вы можете использовать команду ERASE. Если ваш накопитель был опознан в BIOS Setup (или же при тесте POST), MHDD попытается использовать функции BIOS для стирания накопителя в режиме UDMA. Если вы не хотите, чтобы MHDD пыталась использовать BIOS, используйте параметр /DISABLEBIOS.

Уменьшение объёма накопителя

Используйте команду HPA для ограничения объёма накопителя. Программа спросит новое количество доступных секторов. Для того, чтобы снять установленные ограничения, используйте команду NHPA. Производите цикл «выключение-включение» накопителя перед использованием команды NHPA. В соответствии с ATA/ATAPI standard, вы можете изменять объём накопителя только один раз за один цикл работы накопителя.

Управление парольной защитой

Используйте команду PWD для блокировки накопителя при помощи пользовательского (USER) пароля. В соответствии с ATA/ATAPI standard, вам необходимо произвести выключение и включение накопителя для того, чтобы изменения вступили в силу.

В MHDD есть две команды для разблокировки накопителей: UNLOCK и DISPWD. UNLOCK производит разблокировку накопителя до первого выключения. Для того, чтобы отключить парольную систему, вам необходимо использовать сначала команду UNLOCK, а замем команду DISPWD (пароль должен быть известен).

Мастер-пароль устанавливается производителем и может быть использован для разблокировки.

Чтение секторов в файл

Вы можете считать всего несколько секторов или целый диск в файл или в набор файлов. Попробуйте команду TOF. Программа пропускает дефектные сектора. Если вы планируете создавать образ размером более 1 гигабайт, лучше использовать команду ATOF, так как она умеет автоматически «нарезать» образы.

Запись секторов из файла на диск

Используйте команду FF для записи секторов на диск. Вас попросят ввести номер первого сектора для записи и количество записываемых подряд секторов.

Управление шумовыми характеристиками накопителя

Почти все современные накопители поддерживают Acoustic Management. Вы можете уменьшить уровень шума, издаваемого при перемещении головок, путём уменьшения скорости их перемещения. Используйте команду AAM для настройки.

Конфигурация накопителя

При помощи команды CONFIG вы можете просматривать и изменять конфигурацию накопителя, например, максимальный режим UDMA, поддержка систем Security, SMART, AAM, HPA, поддержка режима LBA48. Также возможно изменение размера диска. Некоторые производители

Другие команды

Интересны худшие значения Read error rate, Current pending sectors и Write error rate. По прогреву пишущая головка начинает глючить (Write error rate) и садить софт-бэды, которые и отобразились в Write error rate и Current pending sectors. После довольно продолжительного бездействия головка на время восстанавливает  работоспособность и прекрасно убирает дефекты записью, но с нагревом всё начинается снова.

Или пример разгерметизированного WD. Целостность уплотнителя была восстановлена, но нормальной работы под нагрузкой, разумеется, достичь не удалось.

Worst Read error rate говорит нам, что винт одно время пребывал просто в ауте, когда его дырявого пытались мучить. Плюс к тому, подваленный worst Spin up time говорит об эксплуатации на плохом блоке питания. Worst Reallocated sectors count поведал нам о том, что бэды от разгерметизации наличествовали, но ушли после записи. Seek error rate показал проблемы с позиционированием - грязные головы либо плохо видят сервометки, либо некоторые сервометки повреждены. Worst Current pending sectors зафиксировал бывшие в очереди дефекты, которые убрались записью. В целом, текущее значение Read error rate означает, что чтение не нормализовалось (что неудивительно на такой плотности) и винт не жилец.

На закуску однозначный пример полудохлого Quantum AS, совершенно непригодного к эксплуатации.

431 сремапленный сектор (Reallocated sectors count), 94 в очереди (Current pending sectors). А проблема в практически нечитающих головах. Мусор, который поступает с них, контроллер пока еще в состоянии исправить, но возможности его уже исчерпаны (Hardware ECC recovered) - винчестер находится в коматозном состоянии.