Усовершенствование системы регулировки температуры жесткого диска

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

Введение

1. Жесткий диск

1.1 Винчестер

1.2 Характеристики жесткого диска

1.3 Производители жесткого диска

1.4 История жестких накопителей

1.5 Классификация жестких дисков

1.6 Технологии записи данных на жесткие диски

1.7 Размещение данных на жестком диске

1.8 Файловые системы жестких дисков

2. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖЕСТКОГО ДИСКА

2.1 Термометр жесткого диска

2.2 Определение температуры дисков

2.3 Опасности перегрева жестких дисков

2.4 Охлаждение жесткого диска

2.5 Датчик температур с интерфейсом RS-485 PTC-095

2.5.1 Технические данные

2.5.2 Общее устройство и система управления

2.5.3 Конструкция

2.6 Модернизация датчика

3. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СТОИМОСТИ АНАЛИЗА ОБЬЕКТА

3.1 Расчет затрат на создание проекта выбора жесткого диска

3.2 Расчет материальных затрат

3.3 Использование ЭВМ

3.4 Расчет технологической себестоимости датчика для жесткого диска

3.5 Расчет капитальных затрат на создание датчика для жесткого диска

3.6 Затраты при эксплуатации датчика жесткого диска

4. ОХРАНА ТРУДА

4.1 Требования к производственным помещениям

4.2 Эргономические требования к рабочему месту

4.3 Режим труда

4.4 Расчет освещенности рабочего места

4.5 Расчет вентиляции

ВыводЫ

Перечень ссылок

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

БМГ – блок магнитных головок

ЖД – жесткий диск

КМОП – комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник

МНК – метод наименьших квадратов

МПС – микропроцессорная система

ПК – персональный компьютер

ЦПУ – центральное процессорное устройство

ШИМ – широтно импульсная модуляция

Введение

Тема дипломной работы – "Усовершенствование системы регулировки температуры жесткого диска", которая является предметом исследования.

Объектом исследования является "Северодонецкое производственное объединение компьютерных технологий".

Предметом исследования является жесткий диск.

Целью дипломного проекта является модернизация датчика системы температур жесткого диска.

Для достижения поставленных целей и задач необходимо выполнить следующие этапы работы:

­ подбор литературы и изучение материалов по данной тематике;

­ характеристики жестких дисков;

­ классификация жестких дисков;

­ обзор современных жестких дисков;

­ рассмотрение программных и технических характеристик;

­ модернизация жесткого диска;

­ выполнение расчета экономического эффекта на создание и эксплуатацию жесткого диска;

­ анализ плана помещения предприятия и расчет отопления, вентиляции, природного и искусственного предприятия.

Теоретическая значимость состоит в анализе существующих технологий и применений одной из них для реализации на практике.

Практическая значимость состоит в анализе реализованного на практике проекта по модернизации жесткого диска.

1. Жесткий диск

1.1 Винчестер

Накопитель на жёстких магнитных дисках, НЖМД, жёсткий диск, винт, хард, харддиск, HDD, HMDD или винчестер, (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, чаще всего двуокиси хрома. 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.

Название "Винчестер"

По одной из версий название "винчестер" накопитель получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название "30-30", что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 Мб каждый. Кеннет Хотон, руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья "Winchester 30-30" предложил назвать этот диск "винчестером".

В Европе и США название "винчестер" вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус, а в компьютерном сленге сократилось до слов "винт" (наиболее употребимый вариант), "винч" и "веник".

1.2 Характеристики жесткого диска

Интерфейс (англ. interface) — набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена. Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 Гб. (2 Тб) В отличие от принятой в информатике (случайно) системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину (кило=1024, мега=1 048 576 и т. д.; позже для этого были не очень успешно введены двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются кратные 1000 величины. Так, напр., "настоящая" ёмкость жёсткого диска, маркированного как "200 Гб", составляет 186,2 ГиБ.

Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension) — почти все современные (2001—2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Так же получили распространение форматы — 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в формфакторах 8 и 5,25 дюймов.

Время произвольного доступа (англ. random access time) — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик от 2,5 до 16 мс, как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5).

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). См. также: Технология SMART (S.M.A.R.T. (англ. Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) — технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя).

Количество операций ввода-вывода в секунду — у современных дисков это около 50 оп./сек при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate):

Внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с

Внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/с

Объём буфера: Буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных (2008 год) HDD он обычно варьируется от 8 до 32 Мб.

1.3 Производители жесткого диска

Большая часть всех винчестеров производятся всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi. Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок в 2001 году. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годов существовала компания Conner, которую купила Seagate. В первой половине 90-х была еще фирма Micropolice, производившая очень дорогие диски premium-класса. Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об/мин ею были использованы некачественные подшипники главного вала, поставленные фирмой Nidek, и Micropolice понес фатальные убытки на возвратах, разорился и был на корню куплен тем же Seagate.

Устройство

Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники. Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Блок головок — пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство устройств содержит 1 или 2 пластины.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4200, 5400, 7200, 10 000, 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для "взлёта" головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило, неодимовых, постоянных магнитов и катушки на подвижном блоке головок.

Вопреки расхожему мнению, внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом; а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. (В таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации). Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а так же при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.

1.4 История жестких накопителей

По мере развития жестких дисков их максимальная емкость изменялась. Основным лимитирующим фактором являлись доступные на тот момент технологии, но помимо них возникали и другие препятствия, такие как ограничения используемых способов адресации, а также характеристики ПО.

Программное обеспечение времен начала 1990х, такое, как MS-DOS, для работы с жестким диском использовало вызов int 13h, ведущий в ПЗУ BIOS.

Адресация блоков диска в вызове int 13h выглядела как номера цилиндра/головки/сектора — C/H/S. При этом на номер C отводилось 10 бит, на номер H — 8 бит, на номер S — 6 бит (в одном 16-битном слове с C).

Обработчик int 13h в BIOS вписывал эти номера в управляющие регистры контроллера IDE. В этих регистрах на номер C отводилось 16 бит, на номер H — 4 бита (в одном байте с номером устройства на IDE шине и флажком LBA), на номер S — 8 бит.

Совокупность того и другого ограничения приводила к ограничению C/H/S = 10/4/6 бит, то есть 20 бит. Это позволяло адресовать 1М секторов по 512 байт каждый, то есть не более 512МБ.

Это ограничение стало ощутимым во времена 1994—1995, примерно время первых микропроцессоров Pentium.

Для его разрешения была изобретена трансляция значений CHS в коде обработчика int 13h в BIOS. Одним из популярных алгоритмов трансляции был LBA — Linear Block Addressing, в котором C понималось, как старшие биты линейного, обычного целочисленного номера сектора, H — как следующие 8, S — как младшие 6. Несложно догадаться, что в этой трансляции число условных секторов на дорожке понималось как строго 64, число условных головок — как строго 256, а число условных цилиндров — как размер диска, деленный на 8МБ.

Трансляция значений имела некие проблемы, а именно — диск, раз использованный (хотя бы разбитый на разделы, хотя бы с единственным созданным разделом) в какой-то трансляции, мог быть далее использован только в ней. Для смены режима трансляции диска было необходимо повторить создание таблицы разделов, что означало удаление всего содержимого диска.

В подавляющем большинстве случаев для всех дисков устанавливали трансляцию LBA и о ней забывали.

Аппаратный интерфейс регистров стандартного IDE контроллера использует 16 бит для номера C, 4 бита для номера H, и 8 бит для номера S. Всего 28 бит, что позволяет адресовать 256 М секторов по 512 байт — то есть 128 ГБ.

Решение проблемы возможно только на уровне аппаратуры (и обновления драйвера для использования новых возможностей аппаратуры). Оно было разработано в виде отправки адреса в контроллер дважды в определенной последовательности.

Это ограничение было снято достаточно давно в IDE контроллерах, а также в пакетах обновления для ОС Windows 2000 и в пакете обновления 2 для Windows XP. В Windows 2000 также требуется явно разрешить эту поддержку редактированием реестра вручную, кроме того, эта устаревшая ОС не способна разбивать на разделы диски емкостью свыше 128 ГБ ни в каком случае.

1.5 Классификация жестких дисков

Отличительная и неустранимая особенность жёстких дисков как класса оборудования – разброс индивидуальных характеристик. Не существует двух абсолютно одинаковых накопителей. Сошедшие с одного и того же конвейера экземпляры могут заметно различаться по шуму, нагреву и даже производительности, что обусловлено случайными отклонениями в качестве комплектующих и сборки.

В первую очередь влияет механика: магнитные головки, пластины, двигатели и т.п. на сборочную фабрику поступают уже со значительным разбросом параметров. В ходе технологического процесса (а сборка преимущественно ручная, с многоступенчатым контролем) одни разбросы нивелируются, зато другие добавляются, и всё это дает в итоге довольно пёструю картину. Таковы издержки массового производства сложной продукции.

Чтобы сделать состав партий ЖД более однородным, все готовые накопители после выходного тестирования подразделяются на три класса (grade) – A, B и C. Можно сказать, что это высший, первый и второй сорт по принятой ранее классификации.

В класс А включаются отборные экземпляры со стабильными и наиболее высокими характеристиками, порой превосходящими заявленные в спецификации. Производительность у них максимальная, уровень отказов низок, а заводская гарантия может быть продлённой. Цена же сравнительно высока.

Такие диски, как правило, не поступают в свободную продажу, а передаются в рамках долгосрочных контрактов наиболее крупным компьютерным фирмам, для комплектации "брэндовых" машин. Нередко эти фирмы проводят собственное расширенное тестирование, после чего даже перемаркируют диски в своей номенклатуре (для серверного сегмента это вообще обычное дело, равно как и модификация микропрограммы).

Класс В предназначен для рынков развитых стран (Северная Америка, Западная Европа, Япония и некоторые страны Юго-Восточной Азии). Диски этого класса не имеют замечаний при тестировании, однородны по качеству и часто продаются в коробочной упаковке наподобие видеокарт. Помимо самого накопителя, в комплект входят руководство по установке, CD с фирменными утилитами и крепёж. Для дисков справедливы все спецификации, заявленные производителем, а продажная цена близка к рекомендованной.

В класс С включены, как легко понять, все остальные диски. Они поступают на развивающиеся рынки, не имеющие пока большого значения в мировом масштабе, и чувствительные к цене. Таковым является и российский рынок: практически все ЖД, которые можно встретить у нас в продаже, относятся к классу С.

Покупателя такие изделия радуют дешевизной, однако их качество менее стабильное, в частности, сюда включаются урезанные экземпляры (если при тестировании выявляются дефекты по той или иной головке, то она программно отключается с уменьшением ёмкости). Также в класс C попадают ЖД, которые прошли технологический контроль "на троечку" – с теми или иными отклонениями (в их числе замедленное позиционирование, меньшая температурная стабильность, повышенный уровень внутренней коррекции данных и т.п.).

Понятно, что уровень сбоев и отказов в классе С несколько выше, а средний срок жизни – меньше. Ряд второстепенных характеристик, прежде всего шум и нагрев, могут быть хуже заявленных; наблюдается и повышенная чувствительность к условиям эксплуатации. Вместе с тем, эти диски вполне пригодны для эксплуатации, и на них действует стандартная гарантия производителя (впрочем, нередко уменьшаемая неавторизованными продавцами).

Низкоуровневое форматирование

На заключительном этапе сборки устройства поверхности пластин форматируются — на них формируются дорожки и секторы.

Ранние "винчестеры" (подобно дискетам) содержали одинаковое количество секторов на всех дорожках. На пластинах современных "винчестеров" дорожки сгруппированы в несколько зон. Все дорожки одной зоны имеют одинаковое количество секторов. Однако, на каждой дорожке внешней зоны секторов больше, и чем зона ближе к центру, тем меньше секторов приходится на каждую дорожку зоны. Это позволяет добиться более равномерной плотности записи и, как следствие, увеличения ёмкости пластины без изменения технологии производства.

Границы зон и количество секторов на дорожку для каждой зоны хранятся в ПЗУ блока электроники.

Кроме того, в действительности на каждой дорожке есть дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remaping). Конечно, данные, хранившиеся в нём, скорее всего, будут потеряны, но ёмкость диска не уменьшится. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая в процессе эксплуатации.

Таблицы переназначения секторов также хранятся в ПЗУ блока электроники.

Во время операций обращения к "винчестеру" блок электроники самостоятельно определяет, к какому физическому сектору следует обращаться и где он находится (с учётом зон и переназначений). Поэтому со стороны внешнего интерфейса "винчестер" выглядит однородным.

Блок электроники

В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управление шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа "звуковая катушка", коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию винчестера.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти в некоторых случаях позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнении принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

1.6 Технологии записи данных на жесткие диски

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод параллельной записи.

На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая проходя над поверхностью вращающегося диска намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 15-23 Гбит/см², в дальнейшем планируется довести плотность до 60—75 Гбит/см².

Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность "закрепляется". На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, но их плотность уже превышает 150 Гбит/см². Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носители до 7,75 Тбит/см².[6] Широкого распространения данной технологии следует ожидать после 2010 года.

1.7 Размещение данных на жестком диске

О том, что конфигурация диска задается через количество цилиндров, головок и секторов на дорожке, все знают с начала эпохи PC. Хотя еще несколько лет тому назад точное указание в программе SETUP всех этих параметров диска было обязательным, сейчас это не так. Строго говоря, те параметры диска, которые вы видите в разделе SETUP Standard CMOS Setup, как правило, ничего общего не имеют с реальными параметрами диска, причем вы можете заметить, что эти параметры меняются в зависимости от вида трансляции геометрии диска - Normal, LBA и Large. Normal - геометрия в соответствии с данной производителем в документации на диск и не позволяет DOS увидеть более чем 504 Mb (1 Mb - 1048576 байт). LBA - Logical Block Address - эта установка позволяет видеть DOS диски объемом до 4 Gb. Large используется такой операционной системой, как Unix. Параметры, установленные в SETUP, преобразуются в реальные логикой управления жестким диском. Многие современные операционные системы работают с диском через LBA, минуя BIOS.

Существует несколько способов физического сохранения данных на жестком диске. Определить способ отображения данных на диске можно, только используя различные программы определения быстродействия диска (benchmark). В программу Winbench 98/99 включен High-end тест жесткого диска, где оцениваются не достаточно отвлеченные в настоящее время 2 параметра - скорость передачи данных и время доступа, а проверяется, для каких задач и для каких наиболее популярных программ, активно работающих с диском, диск наиболее пригоден.

Рисунок 1.1 - Вертикальное отображение размещения данных на жестком диске

Обычные жесткие диски используют "вертикальное" отображение. Данные записываются сначала на одном цилиндре сверху вниз, затем головки переходят на другой цилиндр и т.д.

Рисунок 1.2 - Горизонтальное отображение размещения данных на жестком диске

При "горизонтальном" отображении сначала данные записываются последовательно от цилиндра к цилиндру на поверхности одного диска, затем также на поверхности следующего диска и т.д. Такой способ лучше подходит для записи непрерывного высокоскоростного потока данных, например, при записи "живого" видео.

Комбинированный способ отображения, использующий как "вертикальный" так и "горизонтальный" способ.

При тестировании таких дисков видно, что чем дальше от начальных цилиндров, тем хуже параметры диска. Это связано с тем, что на внешних дорожках размещается больше секторов и считывание/запись выполняется быстрее.

В справедливости этого легко убедиться, запустив Winbench 97/98/99, выбрав сначала диск C для теста диска, а затем последний логический диск (желателен диск объемом не менее 2.5 Gb). Разница в оценке быстродействия диска для модели WD AC32500 составила 15%.

Реально диск разделен на зоны, в каждую из которых входит обычно от 20 до 30 цилиндров с одинаковым количеством секторов. Эти зоны также называются "notches".

Чем выше плотность записи на диск, тем выше будет скорость считывания с него. Именно поэтому при оценке параметров диска следует внимательно смотреть на внутреннюю скорость передачи данных. Внутренняя скорость передачи данных прямо пропорциональна плотности записи на диск и скорости вращения шпинделя. Так как увеличивать скорость вращения диска достаточно сложно - увеличивается энергопотребление, шум, возникают проблемы с теплоотводом, то наиболее оптимальный путь повышения производительности - это увеличение плотности записи на диск. Именно поэтому современный жесткий диск со скоростью вращения 5400 об/мин легко опережает по производительности диск с 7200 об/мин, выпущенный двумя годами ранее. Все производители жестких дисков в первую очередь и заняты проблемой повышения плотности записи. При прочих равных условиях, из двух накопителей равной емкости быстрее будет работать накопитель с меньшим количеством дисков, т.е. с большей плотностью записи.

1.8 Файловые системы жестких дисков

Все программы так называемого низкоуровнего форматирования на самом деле не выполняют физического форматирования жесткого диска, а только полностью уничтожают содержимое диска. Различные операционные системы же своими программами форматирования создают лишь ЛОГИЧЕСКУЮ структуру диска. В настоящее время наиболее распространены 4 файловые системы - FAT (MS-DOS, Windows 3.X, Windows 95/98), NTFS (Windows NT/2000), FAT32 (Windows 95/98) и HPFS (OS/2).

FAT16

DOS, DOS 7.0 из Windows95 использует FAT для сохранения данных как на жестких дисках, так и гибких. В качестве одного элемента адресации на диске используется кластер, объединяющий несколько секторов. FAT исторически сама старая файловая система с 16-ти разрядной адресацией и максимально возможное количество кластеров на одном логическом диске не превышает 65536. Соответственно максимальный размер одного кластера 32 Kb, так как максимальный размер логического диска 2 Gb. Поэтому один из главных недостатков FAT - большой размер кластера. Дело в том, что при кластере 32 Kb файл с информацией в 1 байт займет на диске 32 Kb. Теоретически можно заполнить логический диск в 2 Gb 65536 файлами по 1 байту, хотя физически диск будет практически пустой. Поэтому при работе с DOS, Windows 95 или Windows NT под FAT рекомендуется разбивать диск на разделы, не превышающие 1 GBytes. Для разбиения/переразбиения диска можно воспользоваться известной программой Partition Magic.

FAT32

Попытка отказаться от ограничений классической FAT и видоизменить ее была тихо предпринята фирмой Microsoft в версии Windows 95 OEM service Release 2 (v.4.00.1111&DOS 7.1 - также 950b). В этом варианте Windows 95 FAT стала 32-х разрядной. Из 32 бит 4 были зарезервированы. Таким образом, максимальный размер раздела в этом варианте становится 2 Tb (2048 Gb), а раздел в 8 Gb получает кластер размером всего 4 Kb. Кроме этого, корневая директория диска не имеет фиксированного размера, что снимает ограничения на количество файлов и директорий в корневом каталоге. При этом приложения DOS не могут работать с файлами более 2 Gb, а 32-x разрядные приложения Windows могут работать с файлами до 4 Gb.

Все это было бы замечательно, если бы не некоторые но, существенные на момент появления FAT32:- кроме как DOS 7.1 и Windows 95 v.950b или Windows 98 (даже NT 4.0!) эту прекрасную систему никто не видит;- любые дисковые утилиты, не написанные специально под FAT32, будут "творить чудеса" с ней;- попытка работы с FAT32 программами, которые ее не понимают, может привести к гибели данных на диске;- утилиты для работы со SCSI дисками также должны быть разработаны под FAT32;- производительность дисковой подсистемы по Winbench 97 чуть меньше с FAT32 по сравнению с FAT16.

Но те преимущества, которые дает FAT32, как правило, перевешивают недостатки. В команде format OSR2 есть недокументированный ключ z, с помощью которого можно создать логический диск с кластером от 1024 байт. Синтаксис команды: размер кластера 512 format диск: /z:n, где n - множитель для 512 (собственно 512 байт и параметр n=1 запрещены), поэтому n может быть равен 2, 4, 6 и т.д. Желательно только понимать, что при кластере в 1 Kb на диске объемом 3000 Mb будет 3 миллиона кластеров и процесс, скажем, дефрагментации диска может занять часы... Разумно уменьшить размер кластера на том логическом диске, который используется для хранения программ и оставить его 4 Kb (размер кластера по умолчанию для Windows 95 OSR2) на остальных. В Windows 98 появилась возможность конвертировать разделы FAT16 в FAT32. С появлением Windows NT 5.0 (или Windows NT 2000, как ее теперь называют) FAT32 стала новым фактическим стандартом файловой системы для приложений, не требующих высокой степени защиты информации, а FAT16 уйдет с рынка за ненадобностью.

NTFS (NT File System)

После выхода Windows 2000 NTFS постепенно становится все более и более популярной. Основные отличия от FAT32 - неограниченный размер файлов (до 12 TBytes) и возможность управлять правами доступа к файлам и каталогам.

2. УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖЕСТКОГО ДИСКА

Все знают, если у человека повышается температура выше 36.6 градусов, значит он заболел. То же можно сказать и о дисках. Если температура дисков повышается, значит, что-то не так. Результатом может служить потеря всех Ваших данных. А это влечет за собой нервные срывы, дополнительные затраты на попытки восстановить данные, на покупку нового диска и многое другое.

Самое главное - оптимальная температура работы жесткого диска. Посмотрев на таблицу 2.1, сразу станет все понятно.

Таблица 2.1 – Работа жесткого диска в зависимости от температуры

Cамые распространенные причины перегрева дисков

Я считаю, что их всего может быть две: неправильная вентиляция корпуса компьютера и неполадки жесткого диска. Со вторым бороться можно только ремонтом или заменой диска. С первым проще – достаточно приобрести нормальный корпус или создать самому хорошо вентилируемый корпус из того, что уже есть в наличии. Если самому сделать сложно, то можно отдать специалистам. Но лучше всего сразу купить хорошо вентилируемый корпус. Основная особенность такого корпуса в том, что в нем создается воздушный поток, который входит через переднюю панель, и выходит через заднюю. Справляются с этим, обычно, два больших вентилятора, расположенных на панелях (фронтальной и задней). Вентилятор на передней панели должен быть направлен на блок с установленными жесткими дисками, охлаждая их прямо на входе воздушного потока. При этом желательно, чтобы на передней панели перед вентилятором был установлен фильтр, который не даст пыли забить вентилятор. Периодически этот фильтр необходимо чистить. Вентилятор на задней панели собирает весь нагретый воздух внутри корпуса и с силой выдувает его наружу.

Очень часто встречаю самые простые корпуса, в которых установлены мощные комплектующие и не организовано совершенно никакой вентиляции. Все охлаждения – это вентилятор процессора и видео карты. Никаких вентиляторов на стенках корпуса нет, только вентиляционные отверстия. В таких корпусах воздух "застаивается", гоняется по кругу и нагревается еще больше. В жаркую погоду в таких корпусах температура значительно повышается. Если корпус стоит закрытый со всех сторон компьютерным столом (вентиляционные отверстия, единственное место, откуда может поступать свежий холодный воздух) закрыты, то это еще хуже.

2.1 Термометр жесткого диска

Прежде всего, необходимо выяснить, какая рабочая температура Вашего диска. Для этого необходимо просто понаблюдать за температурой. Со временем Вы поймете, какова средняя температура дисков. Затем можно проверить, как нагревается диск при сильной загрузке (чтобы Вы не пугались, когда во время работы температура начнет повышаться). После этих простейших манипуляций Вам будет понятна общая картина, и Вы сразу сможете заметить какие-либо отклонения.

Далее я бы порекомендовал (я бы поставил этот пункт первым) разобраться с вентиляцией: купить новый хороший корпус или установить дополнительную вентиляцию. В свое время я делал несколько установок для охлаждения дисков. Потом просто взял и купил хороший корпус, где все уже было сделано. Сегодня в магазинах продается множество приспособлений для дополнительного охлаждения дисков. Некоторые я испробовал на себе, некоторые не стал. Те, что пробовал, не удовлетворили моим запросам (температура практически не понизилась). Поэтому, я сделал свой агрегат из пары заглушек и вентилятора блока питания от фирмы ZALMAN. Это дало очень ощутимый результат.

Со временем, Вы будете знать рабочую температуру Ваших дисков и сможете легко заметить неполадку, даже еще до того, когда программа поднимет тревогу.

Если без особой на то причины вдруг начала подниматься температура дисков, значит что-то пошло не так. Первое, что следует посмотреть – не засорился ли фильтр на фронтальной панели. Если он сильно загрязнен, то поступление воздуха стало значительно хуже, следовательно, и охлаждение ухудшилось. Его следует почистить.

Далее, если фильтр чист (все вентиляционные отверстия не забиты), но температура повышается, необходимо проверить, все ли вентиляторы работают в корпусе (если самим разбирать страшно, то лучше пригласить специалиста). Если какие-то из них вышли из строя, то их стоит заменить или отремонтировать. Не стоит откладывать это на потом, потому что могут пострадать важные данные на Вашем диске! Часто вентиляторы начинают шуметь. Это значит, что пора готовиться к чистке или замене вентилятора. Чаще к чистке и смазке. Делается это очень просто.

Если все фильтра и вентиляторы в полном порядке, значит, готовимся к худшему – проблема в жестком диске. В данном случае, настоятельно рекомендую сразу обратиться к специалисту, чтобы тот сделать копию данных и выявил и устранил проблему (ремонтом или заменой диска). Что-то делать самому тут бессмысленно и крайне опасно.

2.2 Определение температуры дисков

Я делаю это при помощи утилиты HDDlife Pro (HDDlife for Notebooks, если у Вас ноутбук). Это очень простая в использовании утилита. Она на столько проста, что ее, по сути, и не надо никак использовать. Поставил и продолжай работать, как раньше. В случае чего, она сообщит о приближающейся беде.

Новая программа, которую я рекомендую для контроля за жесткими дисками.

Температура дисков под контролем - новая версия HDDlife

Вышла новая версия популярной утилиты HDDlife для контроля температуры жестких дисков. Как обычно, программа в двух вариантах: для обычного ПК и ноутбуков. Включает в себя такие функции как: контроль за температурой, контроль за здоровьем дисков (совокупность нескольких показателей системы S.M.A.R.T.), контроль свободного места на диске и его производительность.

Как я уже писал, программа на деле зарекомендовала себя с лучшей стороны, благодаря HDDlife я узнал о том, что мои диски перегреваются, и мой старый корпус мне не подходит. В результате сменил корпус на более современный, с правильной вентиляцией. Теперь все ОК, радуюсь.

Рисунок 2.1 - Интерфейс программы HDDlife

2.3 Опасности перегрева жестких дисков

Проблема нагрева, и соответственно, отвода тепла – одна из самых острых для современных жёстких дисков. Высокооборотный шпиндель, быстродействующий привод головок, и, наконец, плотный поток данных при операциях чтения и записи (до 100 Мбайт/с) требуют значительных затрат энергии. Типовые ЖД среднего класса (напомним, это форм-фактор 3.5″; скорость вращения 7200 об./мин и интерфейс PATA/SATA) потребляют 4-9 Вт в режиме простоя, и 8-18 Вт при активной работе – пересылке данных и поиске. Стартовая мощность при раскрутке шпинделя значительно выше (16-35 Вт), но такой режим кратковременен, до 10-15 сек, и на общий нагрев диска практически не влияет.

Вся эта мощность (с точностью до 1%) в конечном счете, выделяется в виде тепла, чем и объясняется значительный нагрев ЖД. А ведь он очень вреден для механики, и особенно для читающих головок – ключевого элемента всей конструкции. Многослойные тонкоплёночные магнитные резисторы реагируют как на магнитное поле, так и на температуру.

При длительном перегреве головки деградируют, их отдача (степень изменения сопротивления в зависимости от намагниченности) уменьшается, и, в конце концов, микропрограмма при всех математических ухищрениях не может распознать, что именно записано на пластине – 0 или 1. Это касается не только и не столько пользовательских данных: критически важные для работы сервометки и модули служебной зоны точно так же считываются всё хуже. Диск начинает стучать, неуверенно опознаётся и в итоге полностью выходит из строя.

Поэтому производители отмеряют нынешним ЖД сравнительно узкий диапазон рабочих температур: нагрев корпуса, измеренный в центре крышки, не должен превышать 60º, при температуре окружающей среды +5…55º, реже 0…60º(к примеру, обычные микросхемы выдерживают до 125º, а в сложнейших процессорах Intel Core 2 Duo встроенная термозащита срабатывает при 81º). Причём верхняя граница нагрева означает лишь то, что диск не выйдет из строя сразу и какое-то время проработает в таком тепловом режиме. Однако его ресурс будет расходоваться катастрофически быстро, и о сколько-нибудь приемлемой надёжности говорить не приходится.

Скажем пару слов об измерении температуры ЖД. Внешние термодатчики (как на материнских платах) здесь не прижились, и обычно все пользуются данными SMART, доступными через многочисленные прикладные программы. Атрибут #194 TemperatureTemperature" имеется у всех дисков, он практически в реальном времени отражает нагрев системной головки (обычно нижней в банке). Ведь всякий магнитный резистор является еще и терморезистором, так, что отдельный датчик излишен.

Впрочем, современные модели Western Digital уже обзавелись вторым сенсором, встроенным прямо в корпус банки (это потребовалось для более точного учета градиента температур). Его показания отражаются в новом атрибуте SMART #190 HDA Temperature. У WD есть ещё и своеобразная нормировка: приводится не само значение температуры, а результат его вычитания из условного числа 125. Например, значение атрибута 93 соответствует нагреву в 32º, а при 70 и меньше пора бить тревогу.

У дисков Seagate (в частности, популярных линеек 7200.9 и 7200.10) термоатрибутов тоже два, но они имеют другой смысл: #190 – это Airflow Temperature, а #194 – HDA Temperature, причем наиболее интересный первый атрибут выдается в нормировке 100º-значение (тем самым критический нагрев соответствует значению 45).

В силу аэродинамических эффектов, головка всегда нагревается сильнее, чем весь корпус. В зависимости от конструкции ЖД, разница может достигать 5-15º. Поэтому температура по SMART часто не совпадает с нагревом верхней крышки, и это следует учитывать при оценке ситуации.

Практика показала, что устойчивее всего диски работают при температуре по SMART 35-40º, это соответствует крышке, слегка теплой на ощупь. Именно в таких условиях проводится на заводе первичная разметка пластин и формируются адаптивы, поэтому для механики и микропрограммы ЖД подобный нагрев особенно благоприятен. Магнитный слой ведёт себя наиболее стабильно, отдача головок максимальна, а рекалибровки и другие настройки в связи с дрейфом температур можно проводить реже.

В реальных условиях столь узкий интервал соблюдать сложно, да и необязательно: отказоустойчивость современных дисков практически не страдает, если диапазон рабочих температур расширить до 25-45º. Данных, легко достижимых цифр и следует придерживаться как границ эксплуатационной надёжности ЖД.

Плата электроники может нагреваться значительно сильнее, до 60º и выше, рука такое переносит с трудом. Однако микросхемы сравнительно устойчивы к таким температурам, а от банки плата всегда отделена пористой прокладкой, служащей электро- и теплоизолятором. Один из слоев металлизации на плате занимает почти всю её площадь, обеспечивая теплоотвод от нагруженных деталей и удовлетворительное пассивное охлаждение. Поэтому тепловой режим платы – это её внутреннее дело, мало влияющее на долговечность всего диска (конечно, при условии качественного питания и хотя бы минимальной конвекции).

Нагрев по SMART выше 45º крайне нежелателен: он осложняет функционирование механики ЖД (требуются лишние рекалибровки), повышает вероятность ошибок в данных, а главное – резко усиливает износ головок чтения. По некоторым данным, каждые добавочные 5º ускоряют их деградацию вдвое. Так что даже непродолжительный, но сильный перегрев (вызванный, например, пиковыми нагрузками, неисправным вентилятором или просто жаркой погодой) рискует ощутимо сократить жизнь диска, не говоря о страшном – аварии.

Пожалуй, наихудший исход – заклиненный шпиндель. Гидродинамические подшипники современных ЖД, при всех своих преимуществах (меньший шум и нагрев, способность гасить вибрации и т.п.) оказались склонны к заклиниванию в условиях повышенных температур. Видимо, погрешности в изготовлении перечёркивают теоретические достоинства конструкции. В некоторых горячих (и, заметим, популярных) семействах "клин" стал прямо-таки бедствием.

В этой связи стоит отслеживать худшее (worst) значение температурного атрибута SMART, которое показывает максимальный нагрев за всё время жизни диска. Если оно превышает 55º, то необходимо принять меры к охлаждению ЖД. Формально такой показатель можно расценить как нарушение правил эксплуатации, и даже отказать в гарантии. К счастью, наши сервисы к SMART не придираются.

Кроме того, ЖД массовых серий не рассчитаны на непрерывную работу. Из глубин фирменных спецификаций можно выудить рекомендуемый для них режим – 8*5, что означает пять дней в неделю по восемь часов в день (расписание типичного офиса). Иногда в документации фигурирует суммарная наработка 2400 часов в год. Ограничение вызвано именно недостаточной стойкостью дисков к длительному нагреву: износ механики и деградация головок существенно сокращают их ресурс.

В режиме пониженного энергопотребления (головки запаркованы, привод БМГ обесточен, шпиндель замедлен или остановлен) современные диски практически не греются, и их ресурс не расходуется. Вполне допустимо и даже предпочтительно в плане общей надёжности, если компьютеры по окончании рабочего дня не выключаются, а переводятся в дежурный режим с указанным состоянием ЖД. Тем более это справедливо для ноутбуков (но диски 2.5" засыпают и без дополнительной настройки, это заложено в их микропрограмму).

Накопители, относящиеся к корпоративному классу (Enterprise Storage), значительно более выносливы и допускают круглосуточную эксплуатацию (режим 24*7). Другими словами, не только сильный, но и продолжительный нагрев им не страшен. Этому способствует система термозащиты, сходная с троттлингом современных процессоров: при критической температуре (обычно 56º) микропрограмма принудительно снижает производительность ЖД, что не даёт ему перегреваться дальше. К примеру, Seagate Barracuda ES на 20 секунд переходит в тихий режим с замедленным на 40% позиционированием БМГ.

В новейших ES-дисках firmware заботится и о таких тонких моментах, как динамическое управление высотой полёта головок (набегающий воздух подогревается крошечным резистором), периодическое отряхивание головок записи от налипших магнитных частиц или компенсация вибрации от соседних ЖД (актуально для RAID-массивов и прочих многодисковых систем). При "некомфортном" перегреве или переохлаждении активируется режим проверки записи, когда диск вычитывает только что записанные данные, сравнивая их с оригиналом. Все эти технологии обеспечивают повышенную надёжность записи данных в условиях перепадов температуры. Свой вклад вносит и более строгий производственный контроль, начиная с подбора термостабильных компонентов и кончая выходным тестированием в термокамере. Различие стоит иметь в виду пользователям, планирующим покупку диска: если предполагается высокая и длительная нагрузка, что не редкость ныне даже в домашних машинах, то можно присмотреться к корпоративным моделям. Повышенные затраты (ES-диски на 40-50% дороже) в данном случае окупятся надёжностью и большим ресурсом.

Не слишком благоприятно для ЖД и его переохлаждение, когда рабочая температура не превышает 25º. Это случается при пониженных температурах среды и/или слишком интенсивном обдуве. От холода, как ни парадоксально, страдает надёжность диска: как показало недавнее исследование Google, у таких накопителей растёт вероятность сбоев и снижается ресурс. Кроме того, в связи с замедленным позиционированием ухудшается производительность.

Если же воздух охлаждается почти до нуля (не редкость в плохо отапливаемых помещениях типа складов), то это уже небезопасно и диску, строго говоря, нужен прогрев перед работой. В противном случае он может не только не запуститься, но и повредиться при подаче питания

2.4 Охлаждение жесткого диска

С появлением жестких дисков со скоростями вращения магнитных дисков 7200 оборотов в минуту пользователи на практике смогли ощутить сильное тепловыделение во время их работы. В основном, источником нагрева служат не микросхемы на плате контроллера, а система позиционирования магнитных головок и шпиндельный двигатель, находящиеся в герметичном блоке. К повышенной температуре наиболее чувствительны магнитные диски, т.к. размагничивание и, следовательно, потеря информации при нагревании происходит быстрее. Выражается это в прямой зависимости количества часов наработки на отказ.

Рисунок 2.2 – Работа SMARTHDD

Датчик температуры не был включен в обязательный минимум атрибутов SMART, вследствие чего производители стали использовать различные номера атрибутов SMART, содержащих информацию о температуре, и системы отсчета температуры (шкала Цельсия или Фаренгейта). "SMARTHDD" умеет автоматически обнаруживать различия в реализации устройств и приводить к единому формату значения температуры.

Для лучшего охлаждения жесткий диск не должен быть прижат к корпусу сверху или снизу, т.к. это затрудняет циркуляцию воздуха, необходимую для эффективного охлаждения. По этой же причине не стоит располагать переплетения проводов вблизи накопителя. Снижению температуры способствует уменьшение уровня AAM и APM. С точки зрения надежности эксплуатировать жесткий диск при температуре выше 55°C не рекомендуется. При высокой температуре необходимо установить в компьютере дополнительный вентилятор, обеспечивающий активное (принудительное) охлаждение жесткого диска. Причина, по которой пользователь может отказаться от дополнительного охлаждения - шум от некачественного вентилятора или высокая стоимость качественной системы охлаждения, хотя обычно шум от дополнительного вентилятора, особенно на фоне других вентиляторов (процессор, видео, блок питания), практически не слышен.

Варианты охлаждения

Основным методом охлаждения современных ЖД 3.5″ остаётся принудительный обдув с помощью вентилятора. Другие варианты теплоотвода – пассивные радиаторы, тепловые трубки, жидкостные системы и др. – не получили распространения, хотя ряд фирм (в частности, Zalman и Scythe) в разное время предлагал подобные решения. Они были бесшумны, долговечны, но отличались громоздкостью и высокой ценой, что предопределило узкую нишу на рынке (сборка особо тихих компьютеров и т.п.).

Подбор кулера для дисков имеет свою специфику. Прежде всего, общее тепловыделение ЖД и особенно его плотность сравнительно малы, поэтому достаточно легкого ветерка, чтобы снять перегрев. Вспомним также, что оптимальная температура диска под нагрузкой составляет 35-40º (примерно на 10º выше окружающей среды) и что все его поверхности следует охлаждать равномерно.

В подобных условиях лучшим выбором станет тихоходный крупногабаритный вентилятор, дующий в торец корзины с ЖД, но не касающийся её во избежание вибраций. Именно так устроен обдув корзины в современных качественных корпусах. Вентилятор крепится к вырезу передней панели, а декоративная крышка снабжена воздухозаборниками. Вытяжка через заднюю панель, которая часто встречается в корпусах среднего класса, также достаточно эффективна (конечно, при должной герметизации остальных мест).

Практика показала, что 120-мм вентилятор способен охлаждать до пяти ЖД, так что нужды обычных пользователей покрываются полностью. Для одного-двух дисков обдув даже избыточен, так что в целях снижения шума можно уменьшить скорость вращения до 600-1000 об./мин. Не лишним будет защититься от вездесущей пыли, поставив воздушный фильтр из тонкого поролона.

Значительная часть тепла ЖД может рассеиваться на корзине, которая служит пассивным радиатором. Здесь важна толщина металла и плотный равномерный прижим боковин (качественные корпуса имеют преимущество, также хорошо себя зарекомендовало крепление ЖД шестью винтами). При эффективном теплоотводе всё шасси во время работы ощутимо нагревается. Если же диск крепится на салазках или через амортизирующие элементы (силиконовые, хуже резиновые втулки), то этот путь охлаждения практически блокируется, и вся надежда остаётся на обдув.

Ситуация осложняется, когда штатное гнездо под вентилятор отсутствует. Можно заняться моддингом, сменить корпус на более подходящий или переставить ЖД в более прохладное место. Неплохо себя зарекомендовало размещение в пятидюймовом отсеке: его габариты позволяют установить вентилятор среднего размера (40-60 мм), а крепящие диск скобы не препятствуют обдуву и конвекции. Советуем использовать готовый монтажный комплект – в продаже есть как простые, так и улучшенные модели (с виброшумоизоляцией, пассивными радиаторами, индикацией температуры).

Выпускаются также недорогие (5-10$) кулеры, крепящиеся прямо на корпус ЖД. Следует предостеречь от их использования: мало того, что высокооборотный вентилятор, или даже два, обдувает практически одну только плату, покрывая её при этом пылью, растёт риск замыканий, так ещё диску передаются все вибрации крыльчатки. Особенно они возрастают через несколько месяцев эксплуатации, когда разбалтывается некачественный подшипник скольжения (других там и не ставят). В этом состоянии кулер приносит больше вреда, чем пользы и обязателен к замене.

В заключение напомним, что все обсуждение этого раздела касалось дисков для настольных компьютеров. Ноутбучные и серверные накопители имеют свою специфику, отражающуюся и на подходе к охлаждению.

Первые потребляют всего 0.4-0.9 Вт в покое и 2-3.2 Вт при активной работе, греются сравнительно слабо и не нуждаются в особых мерах. Максимум, что встречается в ноутбуках – П-образная пластина, привинченная к боковинам для лучшего теплоотвода. Для еще более миниатюрных дисков (типоразмеры 1.8″, 1.3″, 1″ и даже 0.85″) нагрев и вовсе можно не учитывать: энергопотребление у них даже в пике не превышает одного ватта.

Вторые, напротив, очень горячи из-за высокооборотного шпинделя (чаще всего 15000 об./мин) и постоянной нагрузки, и для них обязателен активный обдув. Продуманная система охлаждения в серверах включает массивные салазки и корзины, раздельные воздуховоды, дублированные вентиляторы горячей замены и т.п. Благодаря этому серверные диски работают в стабильном тепловом режиме и служат заметно дольше бытовых сородичей.

2.5 Датчик температур с интерфейсом RS-485 PTC-095

Датчик температуры с интерфейсом RS-485 (шифр PTC-095) предназначен для измерения температуры и передачи измеренного значения по сети RS-485.

Устройство состоит из блока интерфейса RS-485 и подсоединенного к нему выносного измерителя температуры.

2.5.1 Технические данные

- измеритель температуры;

- диапазон измеряемых температур: от –55 до +85 о С;

- кабель для подключения выносного измерителя температуры к блоку интерфейса RS -485 – не более 30 м;

- габаритные размеры: длина – 30 мм; диаметр – 14 мм;

- блок интерфейса RS-485;

- линия управления внутренней локальной сети – последовательный двунаправленный канал стандарта RS-485;

- скорость передачи - 9600 бит/сек;

- формат данных - 11 бит (1 - стартовый, 8 - информационных, 1 - программируемый, 1 - стоповый) в режиме полудуплекса;

- длина линии управления – не более 100 м;

- количество передатчиков на линии – не более 31;

- питание блока – 9В постоянного тока;

- потребляемая мощность – не более 1 Вт;

- диапазон рабочих температур – от 0 до +45 о С;

- габаритные размеры: 27х81х93 мм;

- масса (с сетевым адаптером) – не более 1 кг.

2.5.2 Общее устройство и система управления

Датчик температуры представляет собой блок интерфейса RS-485, используемый в настольном варианте, к которому при помощи кабеля подключен измеритель температуры. Измеритель температуры реализован на основе полупроводникового прибора DS 1820 с 1- WIRE интерфейсом.

На лицевой панели блока интерфейса расположены органы управления и индикации.

Рисунок 2.3 - Лицевая панель датчика

­ разъем " t о SENSOR " для подключения выносного измерителя температуры;

­ светодиод - для индикации получения данных от измерителя температуры;

­ переключатель " OPTION " для определения адреса интерфейса в локальной сети "RS-485".

На задней панели блока интерфейса расположены:

Рисунок 2.4 - Задняя панель датчика

­ разъем питания "9V DC";

­ два разъема "RS-485" локальной сети управления;

­ светодиод - для индикации работы интерфейса в сети RS -485;

­ кнопка " RESET " для аварийного сброса процессора.

Передача измеренного значения температуры осуществляется по последовательному двунаправленному каналу стандарта RS-485. Если суммарная длина линии управления достаточно велика, на оконечных устройствах сети можно включить терминатор 120 Ом.

Все устройства объединяются в сеть RS-485 на основе описанной выше линии управления. Каждое устройство в сети имеет свой уникальный системный адрес. Общение между устройствами в этой системе осуществляется по разработанному фирмой "ПРОФИТТ" протоколу.

Кроме того, если в этой сети необходимо также осуществлять управление от ЭВМ или какого-либо другого устройства по последовательному каналу стандарта RS-232, то в составе сети необходимо иметь блок преобразования интерфейсов (PIC-094), который передает команды управления от ЭВМ или другого источника команд в сеть RS-485.

Рисунок 2.5 - Схема объединения устройств в сеть (расположение устройств в сети произвольное)

2.5.3 Конструкция

Конструктивно датчик температуры выполнен в виде переносного прибора с размерами 27х81х93 мм. Для доступа к плате необходимо снять верхнюю крышку блока.

Выносной измеритель температуры смонтирован в корпусе разъема PC 4 TB. Конструкция измерителя обеспечивает его эксплуатацию вне помещений на открытом воздухе при температурах от –50 о С до +50 о С. Кабель подключения снабжен фланцем, упрощающим крепление измерителя.

2.6 Модернизация датчика

Я модернизировал датчик добавив к нему блок управления вентиляторами.

Алгоритм работы устройств, управляющих охлаждением элементов системного блока компьютера, описания которых были опубликованы за последние несколько лет, приблизительно одинаков. Пока температура не выше допустимой, на вентиляторы поступает уменьшенное до 6,5...7 В напряжение питания. При этом система охлаждения, хотя и работает менее эффективно, но значительно меньше шумит. Напряжение обычно снижают, включая последовательно в цепь питания вентилятора резистор или работающий в активном режиме биполярный транзистор. К сожалению, кроме своего основного назначения, этот элемент ограничивает пусковой ток двигателя вентилятора. В результате уменьшается его механический пусковой момент и, не преодолев трения покоя, крыльчатка вентилятора при включении компьютера может остаться неподвижной. Если температура превысила заданную (обычно 50 °С), срабатывает пороговое устройство и напряжение питания вентиляторов увеличивается до номинального (12 В). Пока температура не снизится, система охлаждения работает интенсивнее. Однако ее максимально возможная эффективность все-таки не достигается, так как заметная часть напряжения питания падает на коммутирующем элементе - биполярном транзисторе.

В предлагаемом блоке регулирование напряжения, питающего двигатели, ведется импульсным методом. В качестве коммутирующих элементов использованы полевые транзисторы с очень низким (доли ома) сопротивлением каналов в открытом состоянии. Они не ограничивают пусковой токи практически не уменьшают питающее напряжение на работающих на полную мощность вентиляторах.

Схема блока управления вентиляторами компьютера изображена на рис.2.5. В нем два независимых канала управления. Выход первого канала, собранного на микросхемах DA1 и DA2 и транзисторах VT1, VT2, вилка ХР1, к которой подключают вентилятор, обдувающий теплоотвод процессора. Второй канал на микросхеме DA3 и транзисторе VT3 обслуживает другие вентиляторы системного блока, которые подключают к вилке ХР2.

Рисунок 2.6 Схема б