Тема: Диагностика и эксплуатация устройств хранения данных HDD и SSD

  • Вид работы:
    Курсовая работа (т)
  • Предмет:
    Неопределено
  • Язык:
    Русский
  • Формат файла:
    MS Word
  • Размер файла:
Диагностика и эксплуатация устройств хранения данных HDD и SSD
Диагностика и эксплуатация устройств хранения данных HDD и SSD
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ    5

РАЗДЕЛ 1 ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ   6

1.1 История развития HDD и SSD   6

1.2Различия HDD и SSD   10

РАЗДЕЛ 2 ЭКСПЛУАТАЦИЯ HDD И SSD 14

2.1 Установка и настройка HDD и SSD в ПК 14

2.2 Правильная эксплуатация HDD, его форматирование,

дефрагментация и очистка   15

2.3 Правильная эксплуатация SSD 22

РАЗДЕЛ 3 ДИАГНОСТИКА УСТРОЙСТВ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ 25

3.1Диагностика работоспособности HDD   25

3.2 Программы для диагностики HDD и SSD   27

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 33

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 34

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Темой курсового проекта была выбрана «Диагностика и эксплуатация устройств хранения данных HDD и SSD».

Актуальность исследуемой темы заключается в том, что на сегодняшний момент развитие компьютерной техники привело к необходимости не только перевести большую нагрузку по оформлению документации и выполнению математических вычислений на компьютерную технику, но и провести разработку методик поддержания данной техники в работоспособном состоянии.

Довольно часто происходит ухудшение эксплуатационных характеристик жестких дисков в процессе использования. Это приводит к снижению производительности и появлению сбойных участков на поверхности устройств, что может стать причиной потери информации.

Цель проекта - исследовать технологию диагностики неисправностей и восстановления работоспособности HDD и SSD после отказа.

Объект исследования проекта - методы проведения технического обслуживания периферийных устройств.

Предметисследования проекта – устройства хранения данных HDDи SSD.

Для достижения поставленной цели необходимо рассмотреть сведения о характеристиках устройств хранения данных, способах диагностики, возможных проблемах устройств хранения данных, симптомах неисправностей и методах их устранения.

Пояснительная записка к курсовому проекту содержит: 34 страницы формата А4, 2 рисунка, 13 использованных источников.

РАЗДЕЛ 1 ОСНОВНЫЕ УСТРОЙСТВА ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ

 

1.1 История развития HDD и SSD

 

Жесткий диск (HDD) - основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Это не один диск, а группа соосных дисков, имеющих магнитное покрытие и вращающихся с высокой скоростью. Этот "диск" имеет не две поверхности, как должно быть у обычного плоского диска, а 2n поверхностей, где n - число отдельных дисков в группе Управление работой жесткого диска выполняет специальное аппаратно-логическое устройство - контроллер жесткого диска. В прошлом оно представляло собой отдельную дочернюю плату, которую подключали к одному из свободных слотов материнской платы. В настоящее время функции контроллеров дисков выполняют микросхемы, входящие в микропроцессорный комплект (чипсет), хотя некоторые виды высокопроизводительных контроллеров жестких дисков по-прежнему поставляются на отдельной плате.

Первый жесткий диск IBM 350 Disk Storage Unit был показан миру 4 сентября 1956 года. Он представлял собой громадный шкаф шириной 1,5 м, высотой 1,7 м, толщиной 0,74 м, весил почти тонну и стоил целое состояние. На его шпинделе было 50 дисков размером 24?. Изобретенный небольшой группой инженеров IBM 350 Disk Storage Unit был частью ламповой вычислительной системы IBM 305 RAMAC [7]. Такие системы в 50-х и 60-х годах использовались исключительно в больших корпорациях и правительственных организациях. Все идеи заложенные в самом первом жестком диске, появившемся еще в эпоху ламповых компьютеров, дожили до сегодняшних дней: в современных накопителях тот же набор из дисков, покрытых ферромагнитным слоем, на которые записываются дорожки с данными и блок головок чтения и записи, размещенный на “арме” с электромеханическим приводом. Практически с самого начала в компьютерах использовалось несколько различных видов памяти, но лишь потому, что совершенное запоминающее устройство так до сих пор и не придумано. Если представить себе, что нам удалось получить чипы, работающие так же быстро, как оперативная память, энергонезависимые, как флэш, но с большим ресурсом перезаписи и такого объема, как современные жесткие диски, то нам не нужно было бы делить эту память на отдельные устройства. Каждый же из существующих ныне видов запоминающих устройств несовершенен, причем в связи с тотальной миниатюризацией особенно несовершенными из-за своей механической природы оказываются жесткие диски. Они появились из идеи относительно недорого получить большой объем памяти, а следовательно, изначально требования по другим параметрам, таким, например, как скорость и надежность, так или иначе отходили на второй план. Поэтому неудивительно, что альтернативу HDD искали всегда.

Твердотельный накопитель (SSD) — компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти. Кроме них, SSD содержит управляющий контроллер. Наиболее распространенный вид твердотельных накопителей использует для хранения информации флеш-памяти типа NAND, однако существуют варианты, в которых накопитель создается на базе DRAM-памяти, снабженной дополнительным источником питания — аккумулятором [9].

В настоящее время твердотельные накопители используются не только в компактных устройствах — ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах, планшетах, но могут быть использованы и в стационарных компьютерах для повышения производительности.

По сравнению с традиционными жёсткими дисками (HDD), твердотельные накопители имеют меньший размер и вес, но в несколько раз (6—7) большую стоимость за гигабайт и значительно меньшую износостойкость (ресурс записи).

Небольшие твердотельные накопители могут встраиваться в один корпус с магнитными жёсткими дисками, образуя гибридные жёсткие диски (англ. SSHD, solid-state hybrid drive)[. Флеш-память в них может использоваться либо в качестве буфера (кэша) небольшого объёма (4—8 ГБ), либо, реже, быть доступной как отдельный накопитель (англ. dual-drive hybrid systems). Подобное объединение позволяет воспользоваться частью преимуществ флеш-памяти (быстрый произвольный доступ) при сохранении небольшой стоимости хранения больших объёмов данных.

В 70-80-х годах неоднократно предпринимались попытки создания твердотельных накопителей (Solid State Drive, SSD) на основе динамической памяти, которые оснащались специальным контроллером и аккумуляторной батареей на случай обесточивания. Тогда это были почти безумные проекты, стоившие огромных денег, и воплощение они получали исключительно в суперкомпьютерах (IBM, Cray) и в системах, используемых для обработки данных в реальном времени (например, на сейсмических станциях). Позже, когда объемы чипов оперативной памяти существенно увеличились и их стоимость снизилась, подобные накопители появились в качестве решений для персональных компьютеров (например, хорошо известный i-RAM производства Gigabyte), но все равно остались уделом гиков, так и не получив массового распространения из-за относительной дороговизны и малого объема.Другое направление SSD родилось из идеи создания чипа электрически перезаписываемого постоянного запоминающего устройства (EEPROM) большого объема. Проблема в том, что записываемые ячейки можно разместить на кристалле достаточно плотно, но если нужно не только записывать, но и стирать, а затем записывать вновь, то нужна цепь, отвечающая за стирание, которая сильно увеличивает размер ячейки памяти. Выход в начале 80-х нашел ученый, работавший в компании Toshiba – доктор Фудзио Масуока. Он предложил скрестить два способа стирания ячеек постоянной памяти, и вместо того чтобы очищать весь чип целиком или, напротив, только одну ячейку стирать память достаточно большими блоками. В 1984 году Масуока представил свою разработку на конференции IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), а в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference компания Toshiba показала разработанный концепт флэш-памяти NAND. Тогда даже в самых смелых мечтах вряд ли кто-то мог подумать, что чип небольшого объема со сложной схемой доступа к данным сможет конкурировать с жесткими дисками, которые уже вовсю набирали обороты.

Основанная в том же 1989 году израильская компания M-Systems первой начала работу над идеей флэш-диска, и в 1995 году выпустила DiskOnChip – накопитель на одном чипе. В нем была и флэш-память, и контроллер. Этот однокристальный диск объемом 8,16 и 32 Мб уже тогда содержал в своей микропрограмме алгоритмы контроля износа ячеек и обнаружения и перераспределения поврежденных блоков. Именно M-Systems в 1999 году первой выпустит USB флэш-накопители – DiskOnKey, a IBM подпишет с компанией контракт и будет продавать их на территории США под собственным брендом. Для того чтобы SSD-накопители на основе флэш-памяти стали массовым продуктом, понадобилось еще примерно 10 лет [10]. В 2006 году компания Samsung, к тому времени крупнейший производитель чипов памяти, выпустила первый в мире ноутбук с SSD-диском объемом 32 Гб. Через два года Apple показала MacBook Air, в котором опционально мог быть установлен SSD, а в 2010 году этот лэптоп стал выпускаться исключительно с твердотельными накопителями. Полупроводниковая промышленность развивается очень быстро, разрабатываются новые типы памяти, совершенствуются алгоритмы работы контроллеров, объемы быстро увеличиваются, и стоимость постепенно снижается. Собрать SSD – это то же самое, что собрать только плату контроллера для жесткого диска, и нужна для этого лишь сборочная линия плат с поверхностным монтажом. Это, очень упрощенно, но в целом верно. Сборка классического жесткого диска – процесс гораздо более сложный, а значит, дорогостоящий. Именно поэтому ни у кого не возникает сомнений, что до момента, когда SSD начнут активно вытеснять “винчестеры”, осталось совсем немного [13].

 

 

 

1.2 Различия HDD и SSD

 

Основные преимущества и недостатки SSD перед HDD.

Преимущества:

·   отсутствие движущихся частей, отсюда:

o практически полное отсутствие шума;

o высокая механическая стойкость;

·   стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации; более того, блоки, идущие подряд с точки зрения операционной системы, из-за выравнивания износа (wear leveling) будут расположены в случайном порядке;

·   скорость чтения/записи выше, чем у распространенных жёстких дисков, и, в ряде операций, может быть близка к пропускной способности интерфейсов (SAS/SATA II 300 МБайт/с, SAS/SATA III 600 МБайт/с). Твердотельные накопители могут реализовываться с более быстрыми интерфейсами: SATA III, PCI Express, NGFF (M.2, в вариантах с PCIe), SATA Express, NVM Express (стандарт на подключение SSD по шинам PCI Express), U.2;

·   количество произвольных операций ввода-вывода в секунду (IOPS) у SSD на порядок (на несколько порядков в случае записи) выше, чем у жёстких дисков, за счет возможности одновременного запуска множества операций и более низкой латентности каждой операции (нет необходимости ожидать оборота диска перед доступом);

·   низкое энергопотребление;

·   намного меньшая чувствительность к внешним электромагнитным полям;

·   малые габариты и вес. Для твердотельных накопителей были разработаны более компактные форм-факторы, например, mSATA, NGFF (M.2).

Недостатки:

·   главный недостаток NAND SSD — ограниченное количество циклов перезаписи. Обычная (MLC, Multi-level cell, многоуровневые ячейки памяти) флеш-память позволяет записывать данные примерно 3000—10000 раз (гарантированный ресурс); в самых дешевых накопителях (USB, SD, uSD) может использоваться еще более плотная память типа TLC (MLC-3) с ресурсом порядка единиц тысяч циклов или менее. Самые дорогостоящие виды памяти (SLC, Single-level cell, одноуровневые ячейки памяти) — имеют порядка сотен тысяч циклов перезаписи. Для борьбы с неравномерным износом в высокопроизводительных (SATA и PCIe) SSD применяются схемы балансирования нагрузки: контроллер хранит информацию о том, сколько раз какие блоки перезаписывались, и при необходимости производит запись в менее изношенные блоки. При выработке реального ресурса банков памяти накопитель может перейти в режим «только для чтения», что позволит скопировать данные. Данный недостаток отсутствует у RAM SSD, а также у нескольких перспективных технологий, которые к концу 2010-х могут заменить флеш-память, например, FRAM, где ресурс может составлять десятки лет в режиме непрерывной перезаписи. При ряде вариантов использования, в том числе в бытовых компьютерах, при корректно работающих алгоритмах выравнивания износа, ресурса накопителей обычно достаточно на многие годы, то есть срок службы превышает сроки морального устаревания;

·   цена гигабайта SSD-накопителей, несмотря на продолжающееся на протяжении многих лет быстрое снижение, все еще в несколько раз (6—7 для наиболее дешевой флеш-памяти) выше цены гигабайта HDD (в 2012—2015 годах: менее 0.1$ за ГБ в HDD, от 1 до 0.5-0.4 долларов за ГБ в SSD). Сравнение стоимости за единицу объема SSD и HDD прогнозируется приблизительно к 2019 году. К тому же стоимость SSD практически прямо пропорциональна их ёмкости, в то время как стоимость традиционных жёстких дисков зависит не только от количества пластин и медленнее растёт при увеличении объёма накопителя. В то же время небольшие по объёму SSD могут быть заметно дешевле, чем жёсткие диски наименьших объёмов, в которых всегда требуется использовать точные механические системы. Это позволяет удешевлять массовые ПК, дешевые ноутбуки и встраиваемые системы;

·   модели накопителей минимального объема обычно имеют немного более низкую производительность в ряде операций за счет меньшего параллелизма;

·   производительность накопителя зачастую может временно снижаться при записи больших объемов данных (и исчерпании быстрого буфера записи, например, участка памяти работающего в режиме псевдо-SLC), в процессе работы «сборщика мусора» или при обращении в более медленные страницы памяти;

·   применение в SSD-накопителях аппаратной команды TRIM для пометки удаленной информации может сильно осложнить или сделать невозможным восстановление удалённой информации соответствующими утилитами. С другой стороны, из-за выравнивания износа нет способа гарантированно удалять отдельные файлы с SSD: возможен лишь полный сброс всего накопителя при помощи «ATA Secure Erase». Команда TRIM помечает блоки как свободные, а решение о моменте физического стирания информации определяется прошивкой устройства;

·   возможен выход из строя электронных устройств, в том числе контроллера или отдельных чипов NAND-памяти либо пассивных компонентов. Среди некоторых моделей выходят из строя до 0.5-2 % SSD накопителей в течение первых лет эксплуатации. Как и в случае HDD выход из строя является внезапным;

·   высокая сложность или невозможность восстановления информации после электрических повреждений. Так как контроллер и носители информации в SSD находятся на одной плате, то при превышении или значительном перепаде напряжения могут повредиться несколько чипов, что приводит к безвозвратной потере информации. Вероятность восстановления данных существует, если поврежден лишь контроллер. В жёстких дисках восстановление информации с приемлемой трудоёмкостью также возможно только при выходе из строя платы контроллера, при сохранении целостности пластин, механики и считывающего оборудования;

·   низкая реальная помехозащищенность операций чтения из ячеек памяти и наличие сбойных ячеек, особенно при изготовлении по самым современным («тонким») техпроцессам, приводит к необходимости использования в контроллерах современных моделей все более сложных внутренних кодов исправления ошибок: ECC, Reed-Solomon, LDPC. В ряде дешевых SSD внутренние ошибки кодов коррекции могут приводить к значительном увеличению латентности отдельных операций.

РАЗДЕЛ 2 ЭКСПЛУАТАЦИЯ HDD И SSD

 

2.1 Установка и настройка HDD и SSD в ПК

 

В установке HDD и SSD нет ничего сложного. Если вы собираете компьютер или хотите заменить старый накопитель, то процедура его установки следующая. Важно отметить, что любые работы должны производиться при выключенном питании компьютера.

Открутите фиксирующие болты и снимите крышку с системного блока. Если вы устанавливаете новый накопитель, выберете его положение в отсеке. Наиболее оптимальное его положение – по центру, чтобы он хорошо проветривался. Итак, когда вы выбрали место его необходимо зафиксировать.

Теперь нам необходимо подключить питание, ориентируйтесь по Г-образному уголку на краю разъёма. Проверьте: до конца ли вставлен кабель питания. Далее подключается SATA кабель. Один конец кабеля подключается к разъёму на материнской плате, другой – к накопителю. Тут стоит отметить, что если ваш накопитель и материнская плата поддерживают SATA III, то подключать SATA кабель нужно именно к соответствующему разъёму материнской платы, как правило, возле этих разъёмов имеется соответствующая маркировка [4].

При установке старайтесь не просто подключить провода, а провести их таким образом, чтобы они не торчали или возможно завести вовнутрь, чтобы их не было видно. При необходимости скрепите провода пластиковыми стяжками, чтобы они не торчали.

2.2 Правильная эксплуатация HDD, его форматирование, дефрагментация и очистка

 

Преждевременный выход из строя накопителя может происходить по самым разным причинам. И это отнюдь не по причине его естественного старения, как считают многие пользователи. За какие-то полтора – два года жёсткий диск не может постареть настолько, чтоб полностью выйти из строя и даже не «заводиться». Для правильного использования жёсткого диска важно уяснить, что он далеко не самый мощный прибор в компьютере, который потребляет много энергии, но он наиболее требовательный к качеству поставляемого напряжения и силе тока. Накопитель очень чувствителен к перепадам напряжения и другим сетевым помехам.

Если у вас начинают пропадать файлы или записываемые файлы отображаются с ошибками или не отображаются вовсе, если на поверхности магнитного диска стремительно появляются битые сектора, в 90 процентов случаев это возникает по причине некачественного электрического питания накопителя [11].

Стабильная работа жёсткого диска напрямую зависит от качества поставляемой ему энергии. Поэтому важно подбирать качественный блок питания для вашего компьютера. Существует множество фирм, выпускающих дешёвые блоки питания для настольных компьютеров. Но их применение не даёт никаких гарантий качества и никаких гарантий стабильной работы всей системы. Дешёвый китайский ширпотреб выходит из строя примерно после года интенсивного использования. Но, пользователь не всегда может это заметить, как правило, неисправность заключается в появлении помех или скачков напряжения на материнскую плату или периферийные устройства, к которым и относится жёсткий диск [3].

При использовании жёсткого диска ежедневно, на нём возникают фрагментированные файлы. Это происходит из-за того, что что-то удаляется, что-то записывается. И жёсткий диск не переписывает все файлы самостоятельно, а просто использует свободное место для части файла, а остаток записывает дальше. В дальнейшем, из-за этого, магнитной головке придется работать в несколько раз интенсивней в попытках считать нужную информацию. Из-за перегрузок она быстро выйдет из строя. Чтобы этого избежать, важно своевременно производить дефрагментацию дискового пространства с помощью специальной утилиты, входящей в состав любой операционной системы.

Не допускать перегрева жесткого диска, так как при высокой температуре многократно увеличивается износ механики винчестера, а особенно его считывающих головок, вследствие чего чаще появляются сбои и отказы. Оптимальной для жесткого диска считается температура 30 — 40 градусов Цельсия. Предельно же допустимой температурой практически для всех видов современных винчестеров (HDD) считается температура около 65 градусов[5]. За температурой жесткого диска в системе можно следить с помощью различных утилит, к примеру HDDlife.

Согласно данным компании Google, которая исследовала работу своих винчестеров, механические воздействия на жесткий диск и его перегрев — самые основные и распространённые факторы, способствующие скорейшему выходу HDD из строя.

Форматирование - операция создания структуры хранения информации на жестком диске называется форматированием диска. После форматирования каждый файл, записанный на диск, может иметь собственный адрес, выраженный в числовой форме. Жесткий диск используется отнюдь не на 100%, а во многих случаях даже не на 70%. И дело не в том, что он не заполнен, а в том, что информация на него записывается неплотно. В этом виноваты кластеры.

Кластерэто минимальное адресуемое дисковое пространство. Ни один файл не может занимать меньше места, чем составляет кластер. Например, если имеется файл, имеющий размер 1 байт, то он займет все 32 Кбайт; а если размер файла 32,1 Кбайт – он займет 64 Кбайт [6].

Разбиение на разделы. Программа: FDisk (в Windows ). Операционная система Windows 2000/XP имеют встроенную программу разбиения жестких дисков на разделы.

Форматирование жёсткого диска включает в себя три этапа:

·   низкоуровневое форматирование. Это базовая разметка области хранения данных, которая выполняется на заводе-изготовителе в качестве одной из заключительных операций изготовления устройства хранения данных. При этом процессе в области хранения данных создаются физические структуры: треки — tracks (дорожки), секторы, при необходимости записывается программная управляющая информация. Впоследствии в подавляющем большинстве случаев эта разметка остаётся неизменной за все время существования носителя. Большинство программных утилит с заявленной авторами возможностью низкоуровневого форматирования на самом деле, в лучшем случае, перезаписывают только управляющую информацию;

·   разбиение на разделы. Этот процесс разбивает объём винчестера на логические диски (например, C:,D:…; sda1, sda2…; hda1, hda2…). Это осуществляется с помощью встроенных служб самой операционной системы или соответствующими утилитами сторонних производителей (см. Программы для работы с разделами); метод разбиения существенно зависит от типа операционной системы. Этот шаг принципиально необязателен (если его пропустить весь объем носителя будет состоять из одного раздела), но в виду очень больших объемов современных жестких дисков (до 4 000 Гб) их разбиение на логические разделы обычно осуществляется;

·   высокоуровневое форматирование. Этот процесс записывает (формирует) логические структуры, ответственные за правильное хранение файлов (файловые таблицы), а также, в некоторых случаях, загрузочные файлы для разделов, имеющих статус активных. Это форматирование можно разделить на два вида: быстрое и полное. При быстром форматировании перезаписывается лишь таблица файловой системы, при полном — сначала производится верификация (проверка) физической поверхности носителя, при необходимости исправляются поврежденные сектора, то есть участки оптической поверхности, имеющие физические повреждения (маркируются как неисправные, что исключает в последующем запись в них информации), а уже потом производится запись таблицы файловой системы.

Низкоуровневое форматирование — это процесс нанесения информации о позициитрековисекторов, а также запись служебной информации для сервосистемы. Этот процесс иногда называется «настоящим» форматированием, потому что он создает физический формат, который определяет дальнейшее расположение данных. Когда в первый раз запускается процесс низкоуровневого форматирования винчестера, пластины жесткого диска пусты, то есть не содержат абсолютно никакой информации о секторах, треках и так далее. Это последний момент, когда у жесткого диска абсолютно пустые пластины. Информация, записанная во время этого процесса, больше никогда не будет переписана.

Старые жёсткие диски имели одинаковое количество секторов на трек и не имели встроенных контроллеров, так что низкоуровневым форматированием занимался внешний контроллер жёсткого диска, и единственной нужной ему информацией было количество треков и количество секторов на трек. Используя эту информацию, внешний контроллер мог отформатировать жёсткий диск. Современные жёсткие диски имеют сложную внутреннюю структуру, включая изменение количества секторов на трек при движении от внешних треков к внутренним, а также встроенную информацию для контроля за приводом головок. Также современные накопители используют технологию «невидимых» плохих секторов, могут автоматически помечать повреждённые секторы как нерабочие, исключая последующую возможность запись в них информации. Вследствие такой сложной структуры данных, все современные жёсткие диски проходят низкоуровневое форматирование только один раз — на заводе-изготовителе. Нет никакого способа в домашних условиях произвести настоящее низкоуровневое форматирование любого современного жёсткого диска, будь это IDE/ATASATA или SCSI винчестер. Причём это невозможно сделать даже в условиях сервисного центра.

Дефрагментация — процесс обновления и оптимизации логической структуры раздела диска с целью обеспечения хранения файлов в непрерывной последовательности кластеров. После дефрагментации ускоряется чтение и запись файлов, а следовательно, и работа программ, ввиду того, что последовательные операции чтения и записи выполняются быстрее случайных обращений (например, дляжесткого диска при этом не требуется перемещение головки) [1]. Другое определение дефрагментации: перераспределение файлов на диске, при котором они располагаются в непрерывных областях.

Длинные файлы занимают несколько кластеров. Если запись производится на незаполненный диск, то кластеры, принадлежащие одному файлу, записываются подряд. Если диск переполнен, на нём может не быть цельной области, достаточной для размещения файла. Тем не менее, файл все-таки запишется, если на диске много мелких областей, суммарный размер которых достаточен для записи. В этом случае файл записывается в виде нескольких фрагментов.

Процесс разбиения файла на небольшие фрагменты при записи на диск называется фрагментацией. Если на диске много фрагментированных файлов, скорость чтения носителя уменьшается, поскольку поиск кластеров, в которых хранятся файлы, на жёстких дисках требует времени. На флеш-памяти, например, время поиска не зависит от расположения секторов, и практически равно нулю, поэтому для них дефрагментация не требуется.

Некоторое программное обеспечение (ПО) требует, чтобы определённые файлы в обязательном порядке хранились в последовательно расположенных секторах. Даже если в такой привод будет установлен твердотельный накопитель, очевидно, дефрагментация ему всё-таки понадобится.

Помимо замедления компьютера в работе с файловыми операциями (таких, как чтение и запись), фрагментация файлов негативно сказывается на «здоровье» жёсткого диска, так как заставляет постоянно перемещаться позиционирующие головки диска, которые осуществляют чтение и запись данных. Для устранения проблемы фрагментации существуют программы дефрагментаторы, принцип работы которых заключается в «сборе» каждого файла из его фрагментов. Общим недостатком таких программ является их медленная работа — процесс дефрагментации обычно занимает очень много времени (до нескольких часов).

Несмотря на то, что среди программ такого рода имеются довольно интеллектуальные, хорошую дефрагментацию можно провести своими силами. Для этого достаточно создать на диске новыйразделс файловой системой, после чего просто скопировать на этот логический диск те файлы, которые на нём будут храниться. Во время такого копирования на пустой диск запись данных осуществляется последовательно, без фрагментации. Кроме того, сам процесс записи файлов занимает в несколько раз меньше времени, чем дефрагментация с помощью программ.

Знание файловой структуры и принципов работы жёсткого диска помогает сильно уменьшить фрагментацию файлов благодаря правильной организации работы пользователя. Эта организация заключается в том, что на чистый диск сначала записываются те файлы, которые предполагается хранить долго: любимые фильмы, архивы, музыку. Те же файлы, которые не планируется долго хранить, лучше записывать в конец диска: их удаление не вызовет дробления других файлов.

При регулярной работе на компьютере иногда накапливается некоторый пользовательский и системный «мусор», который полезно периодически расчищать и ликвидировать. Для этого существует много различных программ, а в Windows существует утилита – Очистка дискаDiskCleanup.

 

DiskCleanup – интеллектуальный чистильщик дисков от засоряющих его ненужных файлов.

К таким относятся файлы с расширением *.tmp , резервные копии документов и системных файлов, а также лишние копии файлов.

После запуска программы предлагается указать имя диска, который будет подвергаться чистке, и выбрать метод чистки диска:

·   разыскивать временные файлы;

·   файлы из корзины.

Файлы иных типов, например, некоторые web-страницы, хранящиеся на диске для быстрого просмотра.

Аналогичные действия выполняет утилита SpaceWizard из пакета NortonUtilities.

Эта программа обеспечивает пересылку, удаление и архивирование файлов, являющихся кандидатами на удаление.

К ненужным файлам эта программа относит временные файлы, лишние файлы, редко используемые, большие файлы и файлы-дубликаты.

Временные файлы – это файлы с расширением tmp и все файлы, размещенные в папках  TEMP и TMP.

К лишним файлам относятся файлы резервных копий (*.bak), а также файлы других типов. При необходимости пользователь может уточнить расширения файлов, относящихся к лишним, а также задать папки, содержимое которых будет рассматриваться как лишние файлы.

Редко используемые файлы определяются по дате последнего доступа к ним, временные рамки при этом задаются пользователем.

К большим относятся файлы, превосходящие по размеру заданную, уточняемую пользователем величину.

К файлам-дубликатам относятся копии одного и того же файла, расположенные на одном диске. При этом файлы не обязательно должны иметь одинаковые имена.

Отыскание их может выполняться по таким характеристикам, как даты создания и модификации файлов и их длина.

Файлы с одинаковыми характеристиками сравниваются побитно во избежание ошибок.

 

2.3 Правильная эксплуатация SSD

 

Пользователи могут не совсем ясно понимать принципиальное отличие SSD от привычного магнитного жёсткого диска HDD, и зачастую новинка видится ими как тот же HDD, только быстрее, меньше, легче и дороже. Именно непонимание принципиальных различий в работе HDD и SSD может привести к некорректному использованию SSD, что в особо тяжёлых случаях сведёт все его преимущества к нулю. Да, твердотельный накопитель нужно правильно использовать, но не стоит бояться — от пользователя не требуется каких-то кропотливых ежедневных глубоко технических действий. Скорее от него требуется просто не делать несколько простых вещей, и сегодня мы представляем список «не» для любого, кто решил навернуть свою рабочую лошадку шустрым SSD.

Не нужно дефрагментировать SSD. Если в старой Windows с FAT32 вы по инерции и проводили дефрагментацию (хотя та же NTFS прекрасно себя чувствует и без неё), то с приобретением SSD о дефрагментации (самого SSD) можно и нужно забыть вообще.

SSD имеют ограниченное число циклов записи (как правило, чем дешевле диск, тем меньше у него ресурс), и такое перелопачивание его содержимого определённо не пойдёт на пользу сроку работы. Да, свежие модели SSD имеют очень большой запас циклов записи, и вы вряд ли дойдёте до того лимита, когда диск перестанет корректно работать, даже при частой записи, но тут дело скорее в том, что сама дефрагментация бессмысленна для SSD

В HDD используются механические детали. Головка, считывающая данные, бродит туда-сюда по поверхности магнитного диска. Соответственно, чем больше разбросаны конкретные данные по диску, тем больше ей нужно движений и времени для полного считывания этих данных. В SSD ничего не двигается, и доступ к любой ячейке памяти осуществляется одинаково быстро и никак не зависит от взаимного расположения этих данных.

Мы привыкли к тому, что для полного и окончательного удаления данных с HDD необходимо использовать дополнительные средства: форматирование, специальные утилиты наподобие DBAN или Wiper tool, входящей в состав CCleaner. Это делается для того, чтобы хитрый злоумышленник не смог восстановить удалённые вами данные с диска с помощью утилиты вроде Recuva.

В случае с SSD всё иначе. Дело тут даже не в самом накопителе, а в операционной системе. Если вы используете более-менее актуальную ОС, то окончательное удаление данных с диска система берёт на себя, причём делает автоматически с помощью функции TRIM.

TRIM реализует возможность для ОС «информировать» твердотельный накопитель о том, что файл совсем удалён и нужно очистить занятые им сектора. Некоторые из первых моделей SSD не поддерживали TRIM, но это было так давно (и эти SSD стоили так дорого), что вероятность попадания на такую модель накопителя стремится к нулю.

Для того, чтобы SSD работал на полной скорости, необходимо поддерживать на нём количество свободного места, равное приблизительно 25%. Звучит немного нечестно: покупаешь дорогой SSD, в нём и так мало места, система видит в нём меньше места, чем написано на коробке, а тут ещё и просят оставлять в резерве четверть объёма? К сожалению, да. Это особенность работы SSD, и пока лучших широкодоступных технологий у нас нет. Придётся принять правила ради наилучшей скорости.

С точки зрения внутренних процессов падение производительности при малом количестве свободного места объясняется так: много свободного места — много свободных блоков. При записи файла данные пишутся в свободные блоки. Мало свободного места — много частично заполненных блоков и мало полностью свободных блоков. При записи файла системе сначала придётся считать частично заполненный блок в кэш, добавить в него новые данные, а затем записать уже модифицированный блок обратно на диск. И так для каждого блока.

Предел в 25% взят не с потолка. К такому показателю пришли ребята из AnandTech, проводившие исследования зависимости производительности SSD от его наполненности.

На самом деле, если вы будете использовать SSD именно там, где он более всего силён, то необходимость оставлять четверть места свободным не будет вас беспокоить. Сейчас мы как раз будем говорить о том, в какой роли SSD наиболее эффективен.

Покупка SSD для хранения на нём библиотеки музыки и фильмов — плохая идея. Скоростей HDD вполне хватит, чтобы комфортно записать и смотреть с них и FullHD фильм, и слушать Losless музыку. SSD нужен там, где важнее всего скорость доступа и записи.

SSD должен использоваться как системный диск. На нём должна стоять операционная система, приложения и, при острой необходимости, современные игры. Больше ничего.

При понимании того, что SSD в идеале служит как катализатор наиболее требовательных для быстрой работы компьютера процессов (работа ОС — основа всего и вся, быстрая работа важных приложений, быстрое считывание данных из «тела» игры), потребность забивать его до отказа вообще отпадает. SSD — это выделенная быстрая полоса только для самого важного.

Если вы всё же хотите использовать быстрый SSD как хранилище, то просто посчитайте стоимость рублей за гигабайт памяти для него и для HDD.

 

РАЗДЕЛ 3 ДИАГНОСТИКА УСТРОЙСТВ ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ

 

3.1 Диагностика работоспособности HDD

 

Диагностикустоит начать с внешнего осмотра. Если на плате электроники есть сколотые или взорванные элементы, не стоит подключать диск к компьютеру. Нельзя также включать накопитель, когда нарушена его герметичность. В процессе ремонта винчестера большинство проблем, не связанных с платой электроники, решается программно, поэтому нет смысла вскрывать гермоблок и пытаться найти проблему там. Следует обратить внимание на разъем IDE: нередки случаи неправильного подключения шлейфа, в результате один или несколько контактов на разъеме отламываются или утапливаются внутрь.

Если визуально причину неисправности определить не удалось, нужно подключить жесткий диск к блоку питания. Исправный винчестер после подачи питания раскручивает шпиндель с дисками, при этом слышен звук набирающего обороты двигателя. HDD выводит магнитные головки из парковочной зоны и производит рекалибровку, при этом слышен один щелчок, а за ним - серия более тихих щелчков.

На этом этапе сразу же выявляются некоторые неисправности электроники. Если диск не издает никаких звуков, то, скорее всего, причина в неработоспособности контроллера. Обычно проблемы связаны с выходом из строя цепей питания, микросхемы управления позиционированием головок и шпиндельным двигателем, а также процессора и микросхемы ПЗУ.

Нужно сделать, чтобы они были нормальные (в кружках, например), а вся остальная часть фотографии блеклая. Или по-другому их выделить, чтобы было понятно, что это они.

Если же при включении винчестера слышен привычный гул запустившегося двигателя, но диск не распаковывает головки или же в цикле издает щелчки, то проблема может быть как в плате электроники, так и внутри гермоблока. На IBM DTLA и более поздних моделях это нередко происходит из-за плохого контакта платы электроники и разъема на гермоблоке. Похожая неисправность у Seagate связана с обгоранием контактов с обратной стороны платы.

На HDD Quantum FireBall CX, LCT08, LCT10, LCT15 обычно выходит из строя микросхема позиционирования головок, при этом винчестеры стучат блоком магнитных головок об упор ограничителя хода. Не стоит исключать случаи, когда на винчестер кем-либо была установлена неподходящая плата электроники. Это может привести к непредвиденным последствиям. Но чаще всего подозрительные звуки, издаваемые жестким диском, свидетельствуют о серьезных неисправностях гермоблока [2].

Если вышла из строя интерфейсная часть контроллера, то винчестер может некорректно определяться в BIOS или же не определяться совсем. Еще одной причиной некорректной работы жесткого диска может оказаться неправильная установка конфигурационных перемычек. Из-за этого некоторые винчестеры могут просто не запуститься. У продукции фирмы Western Digital есть одна особенность, из-за незнания которой диск может показаться неисправным. В отличие от других современных винчестеров здесь есть два различных положения перемычек для состояния Master. В одном случае подразумевается наличие второго устройства (Slave), а в другом - его отсутствие. Поэтому диск может быть неправильно сконфигурирован, хотя на первый взгляд положение перемычек не вызывает подозрений [12].

Также с неисправностью платы может быть связана нестабильная работа винчестера. Заводской дефект контроллера со временем проявляется на всех HDD Fujitsu и MPG. Причина заключается в неисправности микросхем производства Cirrus Logic. Похожие проблемы часто возникают с IBM Deskstar 120GXP, где выходит из строя микросхема канала чтения-записи.

Для ремонта платы электроники необходимы навыки работы с тестером и осциллографом. Неисправную плату электроники несложно заменить, но могут возникнуть трудности с поиском подходящего аналога. Дело в том, что жесткие диски одной модели могут иметь различия, а в некоторых случаях представляют собой совершенно разные устройства. Это в большой степени относится к HDD производства Western Digital, у которых каждая модель имеет множество модификаций. Отсутствие визуальных отличий не гарантирует совместимость плат электроники, возможны различные версии встроенного ПО (firmware). В таких случаях приходится перепаивать микросхему ПЗУ или перепрограммировать ее содержимое.

Если плата полностью исправна, но винчестер не определяется в BIOS, то причина - в некорректной работе микропрограммы, записанной на дисках внутри гермоблока. К примеру, нестабильная работа микросхем производства Cirrus Logic приводит к ошибкам в служебной зоне вышеупомянутых моделей винчестеров Fujitsu. А у HDD Samsung стуки, издаваемые блоком магнитных головок, нередко бывают вызваны разрушением отдельных модулей микропрограммы. При серьезных ошибках в служебной информации дисков Maxtor вместо названия модели выдается заводской псевдоним, а параметры винчестера определяются неверно.

 

3.2 Программы для диагностики HDD и SSD

 

Жесткие диски  частенько выходят из строя, бывает это происходит внезапно. К примеру после падения и удара. А бывают и по естественным причинам, например в виду изношенности. В этом случае жесткий диск обещает мучительно долгие предсмертные хрипы. Поэтому рекомендуется хотя бы раз в пол года проводить проверку всех винчестеров на ошибки и битые сектора.

Программа HDDScanпредназначена для проверки жестких дисков и SSD на битые сектора, просмотра S.M.A.R.T. атрибутов, изменения специальных настроек, таких как: управление питанием, старт/стоп шпинделя, регулировка акустического режима и др. Предусмотрен вывод значения температуры накопителя в панель задач [8].

Требования программы:

Intel-совместимый компьютер с процессором от 1.5 ГГц и памятью от 256 МБ.

Операционнаясистема: Windows 2000 SP4, Windows XP SP2 или SP3, Windows Vista, Windows 7, Windows 10, Windows Server 2003, Windows Server 2008.

Программа не должна запускаться с накопителя работающего в режиме «только для чтения».

Основной вид программы HDDScan при запуске приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 Основной вид программыHDDScan

Элементы управления главного окна:

Select Drive – выпадающий список, который содержит все поддерживаемые накопители в системе. Выводится модель накопителя и серийный номер. Рядом находится иконка, определяющая предположительный тип накопителя.

Кнопка S.M.A.R.T. – позволяет получить отчет о состоянии драйвера, сделанном на основе атрибутов S.M.A.R.T.

Кнопка New Task (в центре) – по нажатию на эту кнопку вызывается меню с основными задачами для программы.

Элемент меню Surface Tests – по нажатию на этот элемент вызывается окно с выбором тестов накопителя.

Элемент меню S.M.A.R.T. –аналогично нажатию кнопки S.M.A.R.T.

Элемент меню S.M.A.R.T. Offline tests – при активации этого элемента вызывается подменю S.M.A.R.T. тестовShort, Extended, Conveyance.

ЭлементменюTemperature Monitor – по нажатию на этот элемент будет запущена задача мониторинга температуры.

Элемент меню Features – при активации этого элемента вызывается подменю дополнительных возможностей программы.

Элемент меню Identity Info – при нажатии на этот элемент программа выведет отчет об идентификационной информации накопителя.

Элемент меню Skin Selection – при нажатии на этот элемент программа откроет окно выбора «скинов».

Элемент меню Build Command Line – при нажатии на этот элемент программа откроет окно построения командной строки.

Окно выбора тестовHDDScan приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 Окно тестов программы HDDScan

Элементы управления:

Поле Start LBA – начальный логический номер сектора для тестирования.

Поле End LBA – конечный логический номер сектора для тестирования.

Поле Block Size – размер блока в секторах для тестирования.

Блок радиокнопок Test – позволяет выбрать тип теста: верификация, чтение, стирание, чтение в режиме Butterfly.

Кнопка Add Test – добавляет тест в очередь задач.

Возможности и ограничения тестов:

Может быть запущен только один тест поверхности в одно время. Это связано с тем, что автору программы не удалось пока получить стабильных качественных результатов при запуске 2-х и более тестов одновременно (на разных накопителях).

Тест в режиме Verify может иметь ограничение на размер блока в 256, 16384 или 65536 секторов. Это связано с особенностями работы Windows.

Тест в режиме Verify может неправильно работать на USB/Flash накопителях.

При тестировании в режиме Verify накопитель считывает блок данных во внутренний буфер и проверяет их целостность, передача данных через интерфейс не происходит. Программа замеряет время готовности накопителя после выполнения этой операции после каждого блока и выводит результаты. Блоки тестируются последовательно - от минимального к максимальному.

При тестировании в режиме Read накопитель считывает данные во внутренний буфер, после чего данные передаются через интерфейс и сохраняются во временном буфере программы. Программа замеряет суммарное время готовности накопителя и передачи данных после каждого блока и выводит результаты. Блоки тестируются последовательно - от минимального к максимальному.

При тестировании в режиме Erase программа подготавливает блок данных заполненных специальным паттерном с номером сектора и передает данные накопителю, накопитель записывает полученный блок (информация в блоке безвозвратно теряется!). Программа замеряет суммарное время передачи и записи блока и готовности накопителя после каждого блока и выводит результаты. Блоки тестируются последовательно - от минимального к максимальному.

Тестирование в режиме Butterfly Read аналогично тестированию в режиме Read. Разница заключается в порядке тестирования блоков. Блоки обрабатываются парами. Первый блок в первой паре будет Блок 0. Второй блок в первой паре будет Блок N, где N это последний блок заданного участка. Следующая пара будет Блок 1, Блок N-1 и т.д. Завершается тестирование в середине заданного участка. Этот тест замеряет время чтения и позиционирования.

Окно управления тестами содержит очередь тестов. Сюда попадают все тесты, которые запускает программа, а также монитор температуры. Менеджер позволяет удалять тесты из очереди. Некоторые задачи можно ставить на паузу или останавливать.

Двойной клик на записи в очереди вызывает окно с информацией о текущей задаче.

Информационное окно тестов содержит информацию о тесте, позволяет ставить тест на паузу или останавливать, а также генерирует отчет.

Вкладка Graph содержит информацию зависимости скорости тестирования от номера блока, представлена в виде графа

Вкладка Map содержит информацию о зависимости времени тестирования от номера блока, представлена в виде карты.

По умолчанию динамическая прорисовка карты отключена, это связано с тем, что на слабых машинах прорисовка карты занимает очень многопроцессорного времени и может влиять на точность тестов. Чтобы уменьшить влияние прорисовки карты на точность тестирования, был введен специальный буфер Map Update Queue. Поток, который тестирует накопитель, складывает задачи для прорисовки карты в этот буфер. Другой поток забирает задачи и рисует карту. Если буфер заполнится полностью, то поток тестирования накопителя может работать неправильно и результаты тестирования будут менее точными. Если вы видите, что буфер Map Update Queue заполняется слишком быстро – отключите динамическую прорисовку карты. Вы можете просматривать карту, прокручивая ее мышкой, так как результаты все равно сохраняются на карте, независимо от динамической прорисовки.

Вкладка Report содержит информацию о тесте и всех блоках, время тестирования которых заняло более чем 50 мс.

Идентификационная информация содержит информацию об основных физических и логических параметрах накопителя. Отчет можно распечатывать и сохранять в файл MHT.

S.M.A.R.T. отчет содержит информацию производительности и «здоровье» накопителя в виде атрибутов. Если, по мнению программы, атрибут в норме, то рядом с ним стоит иконка зеленого цвета. Желтым обозначаются атрибуты, на которые следует обратить внимание особенно, как правило, они указывают на какую-либо неисправность накопителя. Красным обозначаются атрибуты, находящиеся за пределами нормы. Отчеты можно распечатывать или сохранять в файл типа MHT.

Монитор температуры позволяет оценивать температуру накопителя. Информация выводится в панель задач, а также в специальное окно информации о тесте.

Как видим, программа выполняет много полезных функций, являясь бесплатной. И таких программ в интернете не одна, если вас чем то не устраивает именно эта, можно найти на любой вкус.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Поставленная цель курсовой работы была достигнута,были приобретены навыки правильного обращения с накопителямиHDDиSSD,их диагностике с помощью программы,что позволяет вовремя спасти важные данные.Выявлены их основные различия для выбора устройства под нужды пользователя. Была подробно рассмотрена программа HDDScan для проведения диагностики накопителя информации.

Актуальнойданная курсовая работа будет оставаться долго, технологии ещё не скоро найдут замену накопителям информации SSDи HDD, также SSD ещё не скоровытеснят HDD. Используя методы проведения технического обслуживания накопителей,  можно предотвратить потерю важных данных и обеспечить устройству долговечность.

Достижение цели стало возможно благодаря реализации поставленных технических задач, а также изучению теоретического материала по теме исследования. Описаны основные характеристики. Приведены средства диагностики и обслуживания накопителей.

Можно сказать, что цель работы была достигнута посредством выявления особенностей методик диагностирования HDD и SSD на рабочем месте.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Восстановление данных // RLab: [сайт]. – [2015] - Режим доступа: http://rlab.ru

3. Леонов В. Сбои и ошибки компьютера. – Москва : «Эксмо» 2015 г. - 352 с

4. Модернизация и ремонт ПК - 17 издание: Скотт Мюллер – 460 с

5. Пахомов С.О., Асмаков С.В. Железо 2006. КомпьютерПресс рекомендует. – СПб.: Питер, 2006. – 397 с.: ил.

6. Проверка жесткого диска // Remontka.pro: [сайт]. – [2014] – Режим доступа: http://remontka.pro

7. Руденко В.Д. Макарчук А.Н. Патланжоглу Н.А. Практический курс информатики /Под ред. Мадзигон В.М. - К.: Феникс, 1997. - 304 с.

8. Тестирование накопителей информации // PCPro100: [сайт]. – [2015] – Режим доступа:http://pcpro100.info/

9. Технические средства информатизации: А.П. Артемов – 215 с

10. Сборка компьютера // MasterServis: [сайт]. – [2015] –Режим доступа: http://masterservis24.ru

11. Цилькер Б. Я., Орлов С.А. Организация ЭВМ и систем. СПб.: Питер, 2006. 668 с.

12. М. Д. Логинов, Т. А. Логинова. Техническое обслуживание средств вычислительной техники. 2010г – 420 с.

13. Л. Г. Гагарина, А. А. Петров. Современные проблемы информатики и вычислительной техники 2010г – 387 с.

 

Похожие работы

 

Не нашел материала для курсовой или диплома?
Пишем качественные работы
Без плагиата!