ハードディスクの分解 2.5. ノートパソコンのハードディスクを自己修復します。 ハードドライブの自己分解

昨日、容量 500 GB の故障した Seagate Barracuda 7200.12 ハード ドライブ (HDD) を見つけました。 Seagate Barracuda 7200.12 は 2011 年に市場に投入され、当時最も人気のある最新のドライブの 1 つだったと言えるでしょう。 価格と品質の比率は比類のないものでした。

この記事では、ハードドライブの構造、つまりそれが何で構成されているかについて簡単に説明したいと思います。 これは私だけでなく、あなたにとっても興味深いものになると確信しています。 以前は、そのような（故障した）ハードドライブを見つけたとき、分解せずに単に捨てていました。 今では少し後悔しています。

しかし、なぜ今この記事を書くのでしょうか？ すべては非常に単純です。現時点（2018年）では、このタイプのハードドライブ（またはさらに最新のもの）はどこにでもあり、ハードドライブ（HDD）が何であるかを知らない人はほとんどいません。 しかし時が経ち、より高速な最新の SSD ドライブに置き換えられています。 従来の HDD は徐々にその地位を失い、SSD に取って代わられています。 しかし、SSD ドライブは小型のものであっても非常に高価ですが、すぐに HDD に完全に置き換わるわけではありません。 SSDドライブについては次回の記事でお話します。 それまでに、正常に動作しないものを入手して、分解できるようにしたいと思っています。

まず、HDD を定義して分析を始めましょう。

ハードディスクドライブ (ハード（磁気）ディスクドライブ、HDD）は、磁気記録の原理に基づいて情報を保存するための記憶装置です。 これは、ほとんどのコンピュータの主記憶装置です。

ハードドライブの分解

外観的には次のようになります。

上から見た図

底面図

これについては長くは説明しませんが、1 つだけ言っておきます。目視検査すると、黒いアルミニウムのケースとコネクタ付きのプリント基板が見えます。

初日、プリント基板を取り外します。

ここがさらに興味深いところですよね。

フレームに少し入ったカバーにはゴム製のガスケットが付いています（ 1 ）、ディスクケースへの埃の侵入を防ぎます。

もちろん、すぐに目を引くのは剛性の高いアルミニウムプレートです（ 2 ）、酸化マグネシウムの層で覆われており、その上にすべての情報が保存されます。 ボリューム（500 GB、1000 GB）に応じて、複数の磁気プレートを使用できます。 私たちのハードドライブには、そのようなプレートが 1 つだけあります。

プレートの上には読み取りヘッドがあります ( 3 ）、プレートの回転が非常に速いため、ディスクには触れません。 これだけの速度ではエアギャップが形成され、読み取りヘッドがディスクに接触することが妨げられるためです。

動作中、スピンドル ( 4 ）はプレートが固定されており、毎分3600〜15000回転の速度で回転します。 まさにクレイジースピード。

読み取りヘッドは 2 つの非常に強力なネオジム磁石の間に配置されています ( 5 ).

ネオジム磁石– 減磁に対する高い耐性を備えた非常に強力な永久磁石。 このような磁石は 10 年経っても磁化が 0.1 ～ 2% しか失われません。 腐食しやすいため、金属光沢を与えるニッケルメッキが施されることがよくあります。

ここでは他に何も見えないので、先に進みます。 ハードドライブのすべての要素を削除します。

こっちのほうがわかりやすいですね

ここには、プレート、スピンドル、一対の磁石、コイル付きのヘッドがあります。 残念ながら、写真の品質にはまだ改善の余地がたくさんありますが、どうすればよいでしょうか?

おそらくそれだけです。 ご清覧ありがとうございました。

ハードドライブにハードウェアの問題が発生した場合、適切な経験があれば、専門家の助けを借りずに自分でデバイスを検査するのが合理的です。 また、組み立てに関する知識や内部の全体像を知りたいだけの人は、自分でディスクを分解することになります。 通常、動作していない HDD または不要な HDD がこの目的に使用されます。

まず、カバーの下にぶつかるなど、問題が発生した場合にハードドライブを自分で修理しようとしている初心者に警告したいと思います。 間違った不注意な操作はドライブを簡単に損傷し、永久的な損傷やドライブに保存されているすべてのデータの損失につながる可能性があります。 したがって、専門家のサービスにお金を節約したいので、リスクを冒すべきではありません。 可能であれば、すべての重要な情報のバックアップ コピーを作成してください。

ハードドライブのプレートにゴミが入らないようにしてください。 小さな塵でも、ディスク ヘッドの飛行高さよりも大きくなります。 プレート上の読み取りヘッドの動きを妨げるほこり、髪の毛、指紋、その他の障害物によってデバイスが損傷する可能性があり、データが失われ回復不可能になります。 特殊な手袋を着用し、清潔で無菌の環境で分析を実行します。

コンピューターまたはラップトップの標準的なハード ドライブは次のようになります。

背面は通常、トルクスネジで固定されているコントローラーの背面です。 これらと同じネジがケースの前面にもあります。 場合によっては、追加のネジが工場出荷時のステッカーの下に隠れている場合があるため、目に見えるネジを外した後、突然動かさずに非常にスムーズにカバーを開けます。

カバーの下には、データの書き込みと読み取りを担当するハード ドライブのコンポーネント、つまりヘッドとディスク プラッター自体があります。

デバイスのボリュームとその価格カテゴリに応じて、1 つから 4 つまでの複数のディスクとヘッドが存在する場合があります。 このような各プレートはモーターのスピンドル上に配置され、「階数」の原則に従って配置され、スリーブと隔壁によって他のプレートから分離されます。 各プラッタには書き込みと読み取りの両面があるため、ディスクの 2 倍のヘッドが存在する可能性があります。

ディスクは、ループを介してコントローラーによって制御されるモーターの動作によって回転します。 ヘッドの動作原理はシンプルです。ディスクに触れずにディスクに沿って回転し、磁化された領域を読み取ります。 したがって、ディスクのこれらの部分のすべての相互作用は電磁石の原理に基づいています。

ヘッドの裏側にはコイルがあり、そこに電流が流れます。 このコイルは 2 つの永久磁石の中央に配置されています。 電流の強さは電磁場の強さに影響を与え、その結果としてバーは1つまたは別の傾斜角度を選択します。 この設計は別のコントローラーに依存します。

コントローラーには次の要素が含まれています。

この記事では、ハードドライブを分解する方法とそれがどのような部品で構成されているかについて説明しました。 この情報は、HDD の動作原理と、デバイスの動作中に発生する可能性のある問題を理解するのに役立ちます。 この情報は情報提供のみを目的としており、使用できないドライブを分解する方法を示していることを再度お知らせします。 ディスクが正常に機能している場合は、自分で分解することはできません。損傷する危険性が高くなります。

楽しい一日をお過ごしください、友達！ この記事を読むと、ハード ドライブのジオメトリが違反されたときにハード ドライブで発生するプロセスの理解が少し進むでしょう。

この問題を調査しているときに、「ハード ドライブの仕組み」というクエリの下で出てきた YouTube の一連のビデオを見ました。 著者は最初の 50 本のビデオをどこかで調べ、そのうちのいくつかで 1 つの現象の説明に遭遇しました。 つまり、しばらく操作した後にディスクを開くと、「不良品で覆われた」状態になるのはなぜでしょうか。 彼らはそれを塵のせいだと考えた。 ディスクにとってホコリは間違いなく悪影響ですが、よく見てみると、悪いものはランダムな場所に現れるのではなく、厳密に定義された場所に現れます。 このタイプの最も一般的な故障のもう 1 つは、ハードドライブには触れていないのに、動作を停止してしまうというものです。 つまり、最初に説明したケースと同様、どこでも「悪いもので覆われていた」のではなく、厳密に特定のパターンに従っていたのです。最も頻繁に記録されている領域は部分的に読み取れなくなり、残りの領域は読み取れなくなりました。ディスクスペースには欠陥がひとつもありませんでした。 そして、そのようなディスクの表面を完全に記録して「修復」しようとすると、ほとんどすべての問題が発生します。 この状況は、塵埃の侵入とその結果としての傷の発生では説明できません。

機械的な外乱を導入する前と後のハードドライブの動作の変化、つまりカバーの取り外しと取り付けの関係を示す詳細な実験を実行するのが良いと考えました。 近い将来、著者はすでにそのような一連の実験を計画していますが、今のところ、実験室での実験の正当性なしで、一般的な言葉で主人公の運命を説明します。

では、ヘッドアセンブリ（ロッカーアーム）を固定しているネジを緩めたり締めたりするとどうなるでしょうか？ 回転軸がずれます。 このような変位により、トラックのビートが発生します。 結果として得られる状況の幾何学を描いてみましょう。

古いディスクでは、トラック追跡プログラムの計算速度が遅く、ビートが一定値を超えると、ヘッドの下から逃げるトラックに反応する時間がなく、ディスクがノックし始めました。

しかし！ 私たちのハードドライブは平面ではなく、ボリュームにあります。 回転軸も傾きます。

その結果、一部のヘッドでは元の位置からの変位が小さくなりますが、他のヘッドでは変位が大きくなります。 そして、下のヘッドはより強く押し付けられ、上のヘッドはより弱くなります。 その結果、磁面上での低い方の飛行高度は下がり、上の方の飛行高度は高くなります。 私たちはいつも同じ距離で文章を読むことに慣れているのですが、今度は距離が離れてしまったので、もう一度文章をうまく読むためには焦点を変える必要があるようなものです。 フォーカスがすでに最大になっているのに、テキストがまだ読めない場合はどうすればよいでしょうか? BADセクタが見つかりました！

好奇心旺盛な読者が次に抱く疑問は、実際、なぜ回転軸の位置の変化が何らかの影響を与えるのかということです。 実際のところ、トラックのマーキング (物理フォーマットと論理フォーマットの違いについてはここで詳しく説明できますが、この話は将来に譲ります) は、完全に組み立てられたディスク上ですでに行われています。 したがって、円トラックと回転中心の相対位置はいわば固定されており、トラックがヘッドの下から「逃げる」ことはありません。 軸間の距離を変更すると、上図 (図 1) に示すように、ビートが表示されます。

以前は、ハードディスク制御プログラムは回転軸の変位を考慮できませんでした。これは、無傷のディスクの場合、ロッカー アームのベアリングとスピンドル モーターのベアリングのビートの合計がサイズよりも小さかったためです。トラックの。 ビートの合計が大きくなるとすぐに、ソフトウェアでビートを予測し、ヘッドがトラックから離れるのと反対の方向にボイスコイルを備えたヘッドを移動してその補正を実行する必要がありました。

ビート予測システムが故障し、ディスクが読み取れなくなる状況もあります...しかし、それについてはまた別の機会に説明します。なぜなら、ほとんどのディスクでは、占星術師と占い師の色が暗くなり、読み取り速度が遅くなり、書き込み速度はさらに遅くなりますが、読み取り能力が完全に失われるわけではありません。

データが同じヘッドで記録されている限り、すべて問題ありませんでした。 しかし、約 1 ギガバイトのディスクから、片面に読み書き用の別々のヘッドが使用されるようになりました。 そして、すでに 2 つのアークがあります。

読み取りヘッドは一方の円弧に沿って移動し、書き込みヘッドはもう一方の円弧に沿って移動します。 回転中心間を移動するとき、記録ヘッドは以前に落ちたトラック上に落ちなくなります。 つまり、プログラムではトラック 10 を録音していると思っていますが、実際にはトラック 9 を録音しているということです。 また、隣接するトラック上のデータが相互にわずかに回転したり、セクターのチェックサムの計算にセクター番号が使用されたりするため、ディスクはそのようなセクターを正常なセクターとして認識できなくなります。

回転軸間の距離を変更した結果、データを書き込むと、データを書き込むべき場所が古いままになり、隣接するデータが破損するという結論が得られます。

しかし、正直に言うと、この結論は理想的すぎます。 実際には、データはジグザグに書き込まれるため、書き込んでいるトラックと隣接するトラックの両方が損傷します。 ただし、これらはジグザグに読み取られるため (両方または 2 つのベアリングの振れから)、全体像が得られます。読み取りを複数回繰り返すことで、セクターの一部を差し引くことができます。

しかし、表面あたりの容量が 250 ギガバイトを超えるディスクでは、抵抗器でスプリングを加熱することでヘッドの飛行高さを制御するシステムの出現により、状況はさらに複雑になっています。このシステムは、抵抗器でこの高さを測定します。表面からの信号の品質。 したがって、オリエンテーション ポイントの一部が損傷すると、飛行高度が正しく計算されず、頭全体が地表に食い込むか、高く飛びすぎてデータが表示されなくなります (焦点距離とテキストの読み取りに関する例を上に示しました)。

そして今、以前とは異なり、ピエゾポジショナには軸の変位の場合の独自の動作も追加されました - 暗闇です！

好奇心旺盛な読者は、すべてがどれほど複雑に相互接続されているか、ハードドライブ上で呼吸しないほうがよいことをすでに理解していると思います...いいえ、閉じたドライブでも呼吸できます:) いずれにせよ、私たちは控えめな試みをしました。将来的には、著者はさまざまなディスクで十分に確認された実験を実施し、このメモの結論を確認および補足する予定です。

皆さん楽しい時間を過ごしてください！ この記事は、SATA インターフェイスを介して動作する HDD ハード ドライブ デバイスのトピックに特化しており、情報提供のみを目的としています。 HDDを分解する方法をわかりやすく説明します。 簡単に分解して構造を視覚的に調べます。

したがってすぐに

警告: コンピュータのハードドライブを分解しないでください。 いかなる状況でも、この記事で説明されているようなことはハード ドライブに対して絶対に行わないでください。 次に、「正常に動作している」ハードドライブを分解できない理由を見て理解します。 この記事では、完全に故障し、もはや復元できない HDD を分析します。

まずは外部検査から始めましょう。 金属製のカバーとステッカーが貼られた表側は非常に見栄えがします。 このカバーは特殊な星型ネジで固定されていることに注意してください。 ただし、すべてのハードドライブコンポーネントはそのようなネジで固定されています。

しかし、あなたや私が裏側（下側）から見たものは、アマチュア無線家、そしてエレクトロニクスに関係のあるすべての人に衝撃を与えるでしょう。 制御基板に深い傷がはっきりと見え、モーター制御コントローラーからのケーブルが欠落しています。

したがって、結論は明らかです。私たちの「ハード」は破壊者、またはおそらく小さな子供の手に渡っており、100% の確率で動作しません。

2 番目の結論は、ハードドライブは壊れやすいものであり、特別な取り扱いが必要であるということです。 そのため、落としたり、投げたり、投げたり、分解したり、ましてや小さなお子様を放置したりすることはできません。

そこで、星型ドライバーを使って、カバーのネジをすべて外します。 何らかの理由で彼女は行動したくないのです！ 工場出荷時のステッカーの下に別のネジが隠されていることがわかりました。 私たちはネジを緩め、カバーを取り外し、このエンジニアリングの奇跡の美しさに感嘆します。 美しいですね。 なんだか高級なレコードプレーヤーみたいですね。 一般的に、本質的にはそうですが。

私たちの「ハード」の基礎は、強磁性層でコーティングされた 2 枚のアルミニウム ディスクで構成されています (ディスクは、耐久性のあるガラスなど、他の非磁性材料で作ることもできますが、重要なのはコーティングだけです)。 2 番目に重要な部分は、書き込み/読み取りヘッドを備えた可動ロッドです。

動作原理は従来のビニール ディスク プレーヤーと似ています。ディスクが回転し、ヘッドがディスクに沿って移動し、磁化された領域を読み取ります。 記録はまったく同じ方法で行われ、ヘッド自体が特定の領域を磁化/消磁するだけです。 ただし、プレーヤーのヘッドにレコードから音を読み取るための針が装備されており、いわばそれに沿って這い、引っ掻く場合、ハードドライブではヘッドはディスクの表面に触れません。すべてが電磁的に起こります。 。

ディスクの回転は、ボード上のコントローラー (この場合はケーブルが切れています) によって制御される小さなモーターによって制御されます。 ヘッドとロッドの動きは電磁石の原理に従って行われます。 背面には電流が供給されるコイルがあります。 コイル自体は 2 つの永久磁石の間に配置されています。 電流の強さに応じて電磁場の強さが変化し、ロッドは一定の角度に偏位します。 このメカニズムは別のコントローラーによって制御されます。 上の写真のバーの右側に電車があるのが見えますか？ それを通じて制御が行われ、またヘッドとボード (ハードドライブの頭脳) の間のデータ交換も行われます。

すでに述べたように、ハード設計ではモーター スピンドルに取り付けられた 2 つのディスクがあり、ブッシングと特別な隔壁によって分離されています。 ディスクが 2 枚あるので、ヘッドも 2 つあるはずです。 いいえ！ 書き込み/読み取りは各ディスクの両面で行われるため、実際には 4 つのヘッドがあります。

残念ながら、ボードに取り付けられている「星」がはるかに小さいため、ボードを慎重に取り外すことはできませんでした。 なので、できるだけ慎重に分解してみました。

ボードには次のようなものがあります。

• メーカー、モデル、容量、その他の工場パラメータを記録する BIOS のようなチップ
• 機械部品を制御するためのいくつかのコントローラー
• データ交換用のキャッシュ (小さな RAM)
• SATA インターフェース経由を含むデータ転送モジュールへの直接接続 (ボードの底部に接点が表示されます)
• すべてのモジュールの動作を制御し、同期させるマイクロプロセッサ
• その他の補助チップ

役に立つ：

要約すると、2つのことを言いたいと思います。

まず最初に、この記事は情報提供のみを目的としています。 理論的にハードドライブを分解する方法を明確に示し、その内部構造を示します。 正常に動作しているハードドライブを分解することはできません。

2点目最初のものに関連します。 ハードドライブの構造を理解し、それがどのような部品で構成されているかを明確に理解した読者が、（どのような方法であっても）ドライブを別のコンピュータに接続しようとしているとき、または制作中にもう一度理解してほしいと思います。ハードドライブというデバイスは電子的であると同時に電気機械的であるということです。 小さくて壊れやすい部品が多数あり、回路基板が開いており、可動機械部品が多数あります。 しかし、この「装置」は決して安いものではありません。 したがって、私の友人たち、あなたの「難しい」ことに優しくしてください、それを愛してください）））

ただし、ハードドライブの耐用年数をできるだけ長く保つために、ハードドライブの接続や輸送には細心の注意を払ってください。

追伸 このハードドライブがどのように分解されたかを示す完全な写真レポートをご覧ください。

ハードドライブを分解する方法— ディスクドライブを内側から見ると、全体的な設計に関して興味深い発見があり、いくつかの詳細で私たちを困惑させました。 私は 2 つの外付け Samsung 1.8 インチ USB ドライブを持っており、すべての作業のバックアップに使用していました。 容量は250GBです。

そのうちの 1 つを金庫に保管し、もう 1 つを使用して、月に 1 回ディスクを交換しました。 しかし、今は1TBのSSDを持っています。 最近、Samsung ドライブがまだ動作することを確認するために引き出しから取り出しました。 そのうちの 1 つは機能しましたが、1 回だけでした。 大量の音楽ファイルをディスクにコピーした後、それは数日間生きていましたが、その後 Windows 7 ラップトップでハングアップしました。これはエンジニアにとって、それを分解する絶好の口実でした (図 1)。

このドライブについてすぐに気に入ったのは、そのサイズです (図 2)。

図 2. Samsung 1.8 インチ ドライブには USB コントローラが内蔵されており、USB コネクタからのみ電力供給されます

ディスク分解の原理

それはトランプよりも小さかったが、同時に私のすべての仕事の結果が保存されていた。 USB のおかげで、古いファイルが必要な場合にドライブを使用して作業することができました。 引き出しから取り出した理由の 1 つは、新しい Joying Android カー ステレオに音楽を供給できるかどうかを確認するためでした。 ハードドライブを分解する方法.

Joyingは原則としてディスクを見て音楽を再生することがわかりましたが、数年前にNTFSにフォーマットしたため、そのためにドライブを壊してしまいました。 フォーラムでは、ほとんどのカーステレオでは外部ストレージとして FAT32 ファイル システムが必要であると説明されました。

図 3. プラスチック製ハウジング内のドライブは、ゴム製ショックアブソーバーによって緩衝されています。

ドライブは、2 つのゴム製ショックアブソーバーが埋め込まれたプラスチック ハウジングに取り付けられました (図 3)。 USB コネクタのハウジングに小さな破片が付着していることからもわかるように、消費者製品メーカーはポリイミド フィルムを愛用しているようです。

エレガントな内装

図 4. ディスク ドライブの拡張部分は、大規模な生産環境での消費者向け製品の高精度製造を示しています。

ドライブの内部はエレガントで非常によく設計されています (図 4)。 ハードドライブの分解方法と分解手順を写真で示します。 左側は射出成形された上部ハウジング カバーで、中央に黒いダンピング パッドが付いています。 写真ではガスケットといくつかのネジが8か所に散らばっています。 蓋の上にラベルが見えます。 次はゴム製のショックアブソーバーの1つです。 次に、スピンドル ナットとその上にある「パンケーキ」の 1 つを備えたドライブ ハウジングの板金打ち抜き上部が表示されます。

これらに磁石とヘッドブロックが続きます。 上は 2 つの「パンケーキ」を分離する洗浄機です。 次に、スピンドル モーターが取り付けられたプレス加工されたボディの下部を示します。 これらの右側には、オレンジ色のヘッドパーキング機構と別のゴム製ショックアブソーバーがあります。 さらに右側には、すべての電子機器が取り付けられているプリント基板があります。 一般的に理解するには、 ハードドライブを分解する方法- 何も複雑なことはありません

ドライブをできるだけ薄くするために、ボードに大きな穴とコーナーの凹みが作られています。 プリント基板の上には、USB コネクタ本体に電気的に接続され、USB ブリッジ チップを覆う金属プレートがあります。 一番右には、回路基板をドライブから分離する絶縁ガスケットが付いた底部カバーがあります。 黒いダンピングパッドは元の位置に残ります。

ドライブプリント基板

図 5. ディスク ドライブのプリント基板の形状は、すべての内部構造に準拠しています。

プリント基板の全周にわたって縫い付けられたビアホールが、基板の端からの電磁干渉の放射を防ぎます (図 5)。 こちらはPCBの裏側です。 左側はフローティングヘッドを接続するためのコネクタです。 水晶振動子とUSB-ATAブリッジチップJM20335はメタライズドガスケットで覆われていました。

図b. ドライブのプリント基板の背面にもコンポーネントとコネクタがあります。

Texas Instruments の TLS2309 コントローラ チップは、プリント基板の内側に取​​り付けられています (図 6)。 このチップはスピンドル モーターを制御し、ボードの上隅にあるコネクタで接続されます。 近くにある大きなタンタル コンデンサがモーターにパルス電流を供給します。 以下に、Marvell 88i8038 チップ、つまり PATA (パラレル ATA) インターフェイス コントローラーと読み取りヘッド インターフェイスを示します。 右隅にUSBコネクタがあります。 その下には青色の LED があり、ドライブが接続されているときに点灯します。 LED の下には電圧レギュレータ チップがあります。

図 7: 4 ピンのスピンドル モーター コネクタは、ハウジングに取り付けられたフレキシブル回路に結合された洗練されたデザインです。

リボンケーブルコネクタ

スピンドル モーターのフラット ケーブル コネクタは非常に巧妙に設計されています (図 7)。 コネクタの中央を通るネジにより、コンタクトに一定の圧力が維持されます。 すべての接点は金メッキされているようです。 黒い絶縁スペーサーは設計上の位置にあります。 おそらく吸音材の役割も果たしているのでしょう。 さらに、動作中に電磁干渉を発するスピンドル モーターをシールドするのに十分な導電性を持たせることができます。

スピンドル モーターは金属ハウジングにエポキシ接着され、所定の位置に残されます (図 8)。 ロッカーアームとフローティングヘッドコネクターは別組立ユニットとして作られています。 これにより、最終組み立て前にチェックすることができます。 磁石の間にワイヤーのループがあり、ヘッドを動かすことができます。 磁石は希土類化合物から作られており、非常に強力です。 ロッカーアームは3本のネジでボディに固定されていました。

図9. ケースの右上隅にある小さな黒いプラスチック部品の機能は謎です

円盤の中には謎の黒いプラスチック片がありました (図 9)。 下側は大気圏へ出た。 しかし、内部空洞は円盤内から密閉されているようでした。 おそらく、上部の白いフィルムは、ドライブの内部と外部の気圧を均一にするための透過膜であると思われます。 もう一つの謎のディテールは、小さな白いトリムです。 黒いプラスチックで覆われていましたが、何に使うのか分かりません。