Особенности жестких дисков с форм-фактором 2.5" (HDD для применения в мобильной аппаратуре).

"Не губите, мужики, не губите!"
(с) группа "Любэ"

Двухдюймовые винчестеры, о которых пойдет речь в данном обзоре, Вы наверняка уже видели или являетесь счастливым его обладателем. Как и любое другое высокотехнологичное изделие, эти винчестеры имеют свои особенности, которые мы постараемся здесь рассмотреть, так как залог долгой и безотказной работы любого изделия - правильная его эксплуатация. Освещеность темы HDD на приемлемом уровне практически отсутствует в электронных СМИ, и, как следствие, наш сервис-центр уже имеет статистику, согласно которой довольно весомая доля неисправностей HDD возникала из-за неумелых действий пользователя. Мы будем рады, если в этом обзоре Вы найдете для себя хотя бы небольшую часть информации, которая до этого была Вам, возможно, неизвестна.

1. Введение.

На настоящий момент существует довольно много разновидностей и моделей жестких дисков с форм-фактором 2.5". Выпускают их следующие фирмы-производители:

IBM (наиболее часто втречающийся, широкий спектр моделей)
Seagate (в настоящий момент диски 2.5" не производит)
Quantum (в настоящий момент не существует, куплена Maxtor-ом)
Maxtor (в настоящий момент диски 2.5" не производит)
Fujitsu (на настоящий момент покинула рынок IDE HDD 3.5")

Все вышеперечисленные фирмы, как нетрудно заметить, специализируются также и на массовом выпуске 3.5" дисков. Также, диски 2.5" производили в свое время и такие фирмы, как WD и Conner, и множество других мелких фирм, но все это кануло в лету. Однако, довольно большую часть рынка 2.5" HDD составляют и другие производители brand-техники, которые на выпуске 3.5" дисков не специализируются:

Toshiba (ведущий производитель Notebook)
Hitachi (ведущий производитель электронных компонентов)
Integral (известен своей моделью "Platinum" на 1 GB)

Самая маленькая емкость дисков, известная нам - это 20 MB. Самая большая емкость дисков, с которой мы встречались - это 80 GB.

В настоящее время мобильные диски выпускаются только четырьмя фирмами - это IBM, Toshiba, Hitachi и Fujitsu. (добавление от 29.01.2007 - ситуация на "мобильном" рынке немного поменялась - теперь 2.5" диски с успехом производят также фирмы Seagate, Samsung и Western Digital)

Также, на рынке существует еще и так называемый MicroDrive. Это точно такой же винчестер, только длина его еще меньше - порядка 30-40 мм. Внутри все то-же самое, такие же головки, но очень миниатюрный диск и микросхемы выполнены в бескорпусном исполнении. Толщина у него, как у карты PCMCIA, туда же он и вставляется. Контактные штырьки разной длины - это позволяет подключать такой диск "на ходу", не опасаясь, что питание на диск подастся позже, чем подключатся остальные контакты.

2. Основные отличия от 3.5" дисков.

Для начала - краткий перечень по пунктам, ниже - детальное рассмотрение каждого из них.

1. Небольшие, компактные габариты :)
2. Отсутствие 12-вольтового питания (5V only)
3. Унифицированный сигнальный разъем
4. Пониженное энергопотребление
5. Повышенная стойкость к механическим перегрузкам
6. Развитая система Security

1. Мы полагаем, что этот пункт не нуждается в детальном рассмотрении. Производители Notebook бьются за каждый кубический сантиметр свободного пространства и каждый грамм веса, и разумеется, что при разработке конструкторы стараются уменьшить габариты настолько, насколько это выозможно. Сам форм-фактор дисков не меняется, варьируется лишь их высота (ну или толщина, кому как удобнее). Минимальная высота диска, которая нам встречалась - 7 мм (Toshiba 0803MAT, 2 физических головки).

2. Отсутствие питания 12в связано с особенностями схемотехники большинства моделей Notebook, а также, низким общим энерго- потреблением. Никаких выигрышей для электроники HDD, его схемы позиционирования или схемы управления шпиндельным двигателем такой шаг не дает.

3. Важной особенностью дисков для Notebook считается отсутствие отдельного разъема питания. Линия питания 5В выведена в общую группу контактов (в этой же группе, в небольшом отдалении находятся перемычки Master/Slave). В следствие этого диски имеют довольно уязвимое место, связанное с переходником для подключения к Desktop системе, который представляет из себя небольшую текстолитовую плату с разъемом, контактными штырьками и отдельно припаянной питающей шиной. Неприятная особенность такого переходника - отсутствие специального ключа (залитого отверстия вместо 20 контакта разъема), что позволяет его подключить неправильно. При этом шина питания оказывается подключенной к интерфейсной шине данных контроллера и при включении питания диск выходит из строя в подавляющем большинстве случаев - для этого достаточно долей секунды (об этом - ниже).

Сам питающий интерфейс в 2.5" дисках разделен на два канала. Это "+5V logic" и "+5V Motor". От последнего питаются только схема управления позиционированием блока головок и генератор для шпиндельного двигателя. От первого - все остальное (цифровая часть, процессор, буферное ОЗУ, канал чтения-записи). Напряжение на "+5V Motor" пристутствует только тогда, когда это действительно необходимо, т.е., когда происходит работа с диском, в отличие от режимов наподобие sleep-mode или suspend-mode. Сделано это для понижения (пусть и незначительного) потребления энергии (об этом ниже), а также, для повышения помехоустойчивости электронных схем контроллера. При использовании диска через переходник оба канала питания оказываются соединены на плате переходника.

Более подробно распайку контактов 2.5" дисков можно посмотреть здесь.

4. Пониженное энергопотребление опять же связано исключительно с особенностями "среды обитания", т.е. оно играет немалую роль при питании Notebook от встроенных аккумуляторов. Добиться этого позволили различные схемные решения в электронике HDD, например, пониженные обороты шпиндельного двигателя, причем настолько, что популярные программы, которые замеряют скорость вращения путем опроса метки INDEX в регистре статуса работают крайне нестабильно, каждый раз выдавая результат, значительно отличающийся от предыдущего замера в большую или меньшую сторону. Обычно, у дисков 2.5" частота вращения составляет 3500 или 4200 RPM, а на современных дисках встречаются и стандартные 5400 RPM. Но главную лепту внес механизм SLEEP-режима, который довольно развито организован на микропрограммном уровне. Суть его такова, что при отсутствии обращения к диску даже в течении 2-х секунд (у разных накопителей по-разному) накопитель запарковывает головки и отключает сервосистему (подобный ход также положительно сказывается на сроке службы пластин - уменьшается износ от воздушного трения). При последующем обращении диск выходит в готовность довольно быстро, так как не требуется дополнительное раскручивание двигателя, на которое нужен ток существенно больший, чем при поддержании стабильного вращения. Ну и, разумеется, предусмотрено полное усыпление накопителя с остановкой двигателя, которое реализовано как на уровне операционной системы так и на уровне BIOS. В этом режиме накопитель практически не потребляет энергии.

5. Так как в большинстве своем эксплуатация диска происходит в мобильной аппаратуре, к диску предьявляются соответствующие требования в плане надежности работы, прежде всего его механической части. Например, нам известен случай, когда специализированный Notebook, предназначенный для работы в сфере банковского учета (его стоимость примерно 5000$) упал на пол с высоты 2 метра, находясь при этом во включенном состоянии. После этого на нем можно было продолжать полноценно работать, а накопитель оказался надежным настолько, что позволил без проблем списать с себя все пользовательские данные и вышел из строя только через 7 месяцев. Повышенная надежность достигается рядом решений и факторов. Прежде всего это помещение головок в парковочную зону, если не производится обращение к диску. У подавляющего большинства моделей дисков головки паркуются вне магнитных поверхностей, на специальный пластиковый замок. Таким образом, головки не могут повредиться, так как не ударяются о магнитную пластину. На случай, если удар "застает врасплох" - в каждом накопителе предусмотрен так называемый SHOCK-sensor. Это небольшая электронная схема с пьезодатчиком, которая интегрирована в контроллер HDD. Сам датчик внешним видом похож на прямоугольный кварцевый резонатор в SMT исполнении и расположен под углом 45 градусов к осям проекции накопителя, что позволяет фиксировать перегрузки в обеих координатах, другими словами - одинаково хорошо зафиксируется даже встряска или незначительный удар по любой из четырех сторон корпуса накопителя. Сигнал усиливается электронной схемой и подается на управляющий микропроцессор контроллера HDD. При этом немедленно срабатывает аварийная схема парковки, делая все возможное, чтобы обезопасить магнитные пластины и головки к моменту удара. Одновременно, при первой возможности (если таковая будет) факт удара с некоторыми его параметрами (распределенность по времени и величина перегрузки) записываются в служебную область SMART накопителя, в так называемый Error Log, предназначенный для изучения специалистами из сервисных центров для более полной картины эксплуатации диска и выноса решения о возможности гарантийного обслуживания.

Подобные решения, связанные с применением SHOCK-сенсора реализованы и в некоторых моделях 3.5" дисков. Но там эти решения полноценно не работают, т.к., во-первых, перерузка 3.5" диска в рабочем состоянии практически гарантированно приводит к его неисправности, а во-вторых, абсолютное большинство таких перегрузок происходит тогда, когда накопитель находится отдельно от системного блока (например, в сумке или неосторожных руках пользователя). Разумеется, в этом случае анализ Error Log на предмет ударов не имеет смысла, так как зафиксировать его в служебной области диска невозможно - накопитель выключен. Именно поэтому схема сенсора предусмотрена практически во всех современных 3.5" дисках, но сам пьезодатчик на них распаян далеко не всегда. Иногда встречаются "брэндовые" версии дисков, например Fujitsu MPG с наклейкой IBM - на нем схема сенсора присутствует в полном комплекте, с датчиком.

Также некоторый фактор надежности добавляют низкие обороты двигателя и сам двигатель в следствие своей миниатюрности. Еще, в гермоблок подавляющего большинства дисков встроена адсорбирующая упаковка, тем самым поддерживая в накопителе требуемый безопасный диапазон влажности воздуха. (К слову сказать, такая упаковка встраивается с недавнего времени и во все 3.5" диски)

Не пугайтесь, если при повороте диска в руках Вы услышите странные звуки, навроде попавшего в гермоблок инородного предмета. Это болтается антишоковый пластиковый парковщик-замок - штатная ситуация, т.е., ничего страшного.

Ну и, наконец - температура 2.5" дисков во время работы существенно ниже, чем у своих 3.5" собратьев. А перегрев любого жесткого диска влияет на долговечность как электронных компонентов так и головок чтения-записи.

6. Оговоримся, что непосредственно система безопасности на дисках 2.5" точно такая же, как и на дисках 3.5" и присутствует в АТА стандарте, начиная с ATA/ATAPI - 5. Просто реализована она там довольно давно, так как была более необходима, чем в desktop компьютерах - на дисках 3.5" Security стала реализовываться сравнительно недавно, начиная примерно с дисков объема 8.4 Гб (у разных моделей по-разному, например, в Quantum она появилась, начиная с модели LCT-08, а у Seagate - с модели U4). Под безопасностью в данном случае понимается не безопасность самого диска, а безопасность данных на нем. Осуществляется это возможностью поставить на диск введенный пользователем пароль, который можно вводить в последствии, например, при каждой загрузке операционной системы. Таким образом, человек, к которому несанкционированно попал, например, ваш Notebook, не сможет прочитать информацию с вашего диска, не зная пароль. При этом сам диск выглядит в работе совершенно исправным и корректно определяется в BIOS, но на любое чтение с диска отвечает ошибкой. Также в системе есть особенности, например, если при попытке разблокирования ввести неверный пароль - накопитель может "замерзнуть" (freeze), т.е., вообще перестанет реагировать на какие-либо команды, и придется выключать-включать питание HDD, т.е. делать полный рестарт.

Более подробно о системе безопасности можно почитать в последнем АТА-стандарте, который можно скачать здесь.

Таким образом, мы видим, что наличие системы Security несет в себе не только плюсы, но и определенные минусы. Сам ввод пароля предусмотрен, обычно, в BIOS-setup вашего Notebook. При этом есть вероятность случайной блокировки неумелым пользователем или некорректный ввод пароля, который, к тому же, в последствии можно еще и забыть.

В desktop системах, где применяются 3.5" накопители, система безопасности реализована только на малом числе брэндовых компьютеров, поэтому ввести пароль и заблокировать накопитель в стандартной системе не очень удобно, так как поддержка не реализована в BIOS и возможности ввода пароля на загрузочный HDD нет. Блокировка (а также и снятие пароля) в данном случае производится, при необходимости, через АТА интерфейс HDD с помощью специальных утилит, одну из которых Вы можете скачать в разделе "ссылки". Но, в широкую практику это еще не вошло и не войдет еще долго.

3. Особенности эксплуатации.

Исходя из особенностей дисков форм-фактора 2.5" и перечисленных выше отличий их от стандартных дисков 3.5" можно смело утверждать, что эти диски, по многочисленным причинам, НЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНЫ для эксплуатации в desktop системах, но, не смотря на это, специалисты нашего центра регулярно наблюдают противоположное явление. Большинство плюсов дисков становится при этом просто не нужны, а по техническим характеристикам такие диски обычно отстают от своих 3.5" коллег. Более того, эти диски очень чувствительны к качеству питания, которое в большинстве desktop систем несколько ниже, чем в Notebook. Немалый минус имеет и упомянутый выше переходник для подключения питания и шлейфа IDE. Контакт переходника с диском при этом ненадежный и постоянно барахлит, что может послужить причиной сбоев. Также, постоянный SLEEP-режим на ПК просто мешает работать из-за пауз на запарковку и распарковку (на Notebook этот момент простителен, так как продолжительная работа от аккумуляторов там важнее).

Но главную неприятность таит в себе сам переходник. Как мы уже упоминали выше, его можно случайно подключить наоборот, и при этом после включения питания диск выходит из строя с практически 100% вероятностью. При этом обычно выгорает интерфейсная микросхема, часто заодно и другие компоненты. Восстановить при этом диск можно только полностью заменив плату электроники, с учетом настроек конкретной платы на гермоблок. К сожалению, подобные платы - большой дефицит, поэтому после неправильного подключения переходника Вы, с большой вероятностью, останетесь без диска и данных. Подумайте, нужно ли вам это и не лучше ли эксплуатировать диск 2.5" там, где он предназначен ?

По поводу переходников можем заметить, что их бывает, как минимум ТРИ разных типа и подключаются они все по-разному. В любом случае, производя подключение диска через переходник, Вы делаете это на свой страх и риск. Питающая шина находится на стороне, ПРОТИВОПОЛОЖНОЙ перемычкам Master/Slave. Поэтому, для пущей уверенности необходимо проследить печатную дорожку на плате переходника, которая соединена с проводом +5В. Для полноты картины предлагаем еще раз изучить распайку разъема здесь. Если Вы не уверены в своих действиях - ни в коем случае не включайте накопитель через переходник сами. А если у Вас есть возможность, лучше покажите диск нам. Тем самым Вы предотвратите выход вашего диска из строя из-за неумелых действий, так как мы подключим переходник заведомо правильно (вероятность неверного подключения будет исключена), причем сделаем это бесплатно.

Не хотелось бы, чтобы перечисленные выше советы были оставлены без должного внимания. Ибо статистика честно и неумолимо говорит свое. А именно - что по-прежнему попадаются 2.5" диски в ремонте с диагнозом "выход электроники из строя, неремонтопригодно" , который, в свою очередь, происходит из-за неверно подключенного переходника. Попробуйте догадаться, почему ни на одной модификации переходника нет ключа (залитого 20-го контакта), в то время, как на разъемах для подключения внутри Notebook ключ присутствует во всех моделях?

Еще одна область применения мобильных HDD навеяна новыми технологиями и возросшими потребностями пользователей в переносе информации между компьютерами. Постепенно входят в моду переносные USB диски. Они представляют из себя коробочку, в которой расположен обыкновенный 2.5" диск и контроллер для подключения IDE устройства к USB шине. Иногда коробочка снабжена декоративной веревочкой для переноски на шее. Питание диска производится непосредственно от USB шины, но можно подключить и внешнее. Неисправности дисков при такой эксплуатации уже не связаны с неправильной подачей питания и прочих необратимых факторов, а составляют штатный спектр, который встречается и на 3.5" винчестерах.

В заключение мы хотим призвать пользователей не эксплуатировать диски 2.5" в настольных ПК, а использовать их только там, где они предназначены, например, в Notebook или в музыкальных центрах с MP3-плэйером. Именно там эти диски чувствуют себя, как рыба в воде и работают долго и безотказно.

Казаков Я.А.
Эксперт-инженер
центра жестких дисков.
10 Декабря 2002 года.
Источник: hddr.ru, 25.IV.2010