Współczesne dyski twarde typu HDD wykorzystują zjawisko indukcji magnetycznej. Jako nośnik wykorzystywane są talerze, na których znajdują się ścieżki ułożone pierścieniowo. Sam talerz wykonany jest ze szkła lub aluminium i pokryty cienką warstwą materiału magnetycznego. To rozwiązanie zastosowała firma IBM w swoich pierwszych dyskach twardych RAMAC w 1956 roku. Charakterystyczną cechą tego przełomowego rozwiązania był dostęp do danych na dowolnym miejscu na talerzu. Talerz ten obracał się z prędkością 1200 obrotów na minutę. We współczesnych HDD prędkość obrotowa talerzy wynosi od 5000 do nawet 15000 w rozwiązaniach serwerowych (SAS).
Dane zapisane na talerzach odczytuje głowica odczytująco-zapisująca, która unosi się nad powierzchnią talerza, za pomocą efektu poduszki powietrznej, na wysokość kilku nanometrów. Głowica może się unieść dzięki wirowaniu talerza, a także specjalnym elementom aerodynamicznym głowicy. Z uwagi na fakt, że głowice nie mają kontaktu fizycznego z powierzchnią magnetyczną nośnika , proces zapisu i odczytu przebiega z wyższą prędkością, a także zwiększa żywotność elementów współpracujących.
Powierzchnia talerza magnetycznego nie jest idealnie gładka, zawsze ma nierówności. Ze względu na niesłychanie małą odległość głowicy od talerza, stosuje się tzw zawieszenie, gdyż metalowe ramię głowicy nie jest w stanie utrzymać głowicy w jednakowej odległości nad powierzchnią talerza. Zawieszenie jest wykonane z cienkiego metalu o specyficznym kształcie. Wszystkie głowice zapisująco-odczytujące zamontowane są na jednym ramieniu, więc poruszają się nad talerzami, synchronicznie. Pozycjonowana jest jednak tylko jedna głowica. Wszystko to ze względu na szczególnie wysoką gęstość zapisu oraz zaawansowanie i precyzję współczesnych mechanizmów.
Na przeciwwadze ramienia znajduje się element o nazwie pozycjoner – Voice Coil Motor. Konstrukcyjnie jest to cewka, pracująca w stałym polu magnetycznym wytwarzanym przez parę magnesów stałych, zamocowanych do korpusu nośnika HDD. Taka konstrukcja pozycjonera może bardzo dokładnie i szybko przesuwać ramię, umieszczając błyskawicznie głowicę nad określonym obszarem talerza magnetycznego.
Wszystkie mechaniczno- magnetyczne komponenty znajdują się w metalowej obudowie dysku HDD, która ochroni te precyzyjne części nośnika przed kurzem, wilgocią oraz brudem. Trzeba tu wyraźnie zaznaczyć, że nawet najmniejsze cząsteczki kurzu, jeśli trafią do wnętrza obudowy, mogą znaleźć się między pracującymi głowicami a wirującymi talerzami. Biorąc pod uwagę, że dystans między głowicą a talerzem jest dużo mniejszy od drobiny kurzu, każdy pyłek może spowodować zaszlifowanie powierzchni magnetycznej. Oprócz tego uszkodzone głowice lub pozycjoner mogą zacząć dotykać powierzchni talerza, co spowoduje dalsze uszkodzenia i w konsekwencji doprowadzi do awarii dysku i bezpowrotnej utracie Danych.
Na zewnątrz pyłoszczelnej obudowy dysku typu HDD znajduje się moduł PCB (w skrócie płyta elektroniki) zwany także elektroniką dysku. Na płycie umieszczone są takie podzespoły jak: procesor, kontroler silnika, pamięć podręczna RAM, Pamięć ROM, interfejs komunikacyjny i inne. Współcześnie wygląda to tak, że taki system HDD jest tak jakby komputerem. Działa bardzo podobnie. Ma swój procesor, RAM i system firmware.
Płyta elektroniki umożliwia komunikowanie się komputera z dyskiem twardym. Przy czym PCB nie zapisuje przekazywanych z systemu operacyjnego danych bezpośrednio na dysk, lecz poddaje je odpowiedniemu kształtowaniu. To między innymi kodowanie i zamiana sygnałów cyfrowych na analogowe oraz algorytmy mające na celu minimalizację błędów zapisu i odczytu.
Przy odczytywaniu danych, układ PCB stosuje te same algorytmy, aczkolwiek w odwróconej kolejności.
Fabrycznie nowe dyski posiadają również defekty powierzchni, które zostały wykryte w fazie produkcji. Defekty te nie eliminują dysku ze sprzedaży. Znalezione defekty zostają zapisane w specjalnym pliku, którym posługuje się oprogramowanie dysku. Z upływem czasu defektów może przybywać, mogą również powstawać nowe obszary, na których występują uszkodzone sektory. Na takie obszary nie tylko nie można utrwalać nowych danych, ale również nie zawsze można odczytać wcześniej zapisanych danych. Takie miejsca na talerzu noszą potoczną nazwę „bad sektorów”. Współczesne dyski twarde posiadają swego rodzaju strefy zapasowe zlokalizowane w odrębnych obszarach talerzy (niedostępnych dla użytkownika). Jeżeli podczas pracy oprogramowanie dysku odnajduje bad sektor, jest on oznaczany i dodawany do G listy, a zamiast niego jest wyznaczany normalnie działający sektor w strefie zapasowej.
Taki mechanizm może powodować niemałe problemy przy odzyskiwaniu danych z dysków, które mają uszkodzone oprogramowanie lub strefę serwisową. To powoduje, że inżynier nie wie, na przykład, jaki jest adres fizyczny określonego pliku lub jego części, gdyż w rzeczywistości plik może się znajdować w różnych miejscach na powierzchni talerza magnetycznego.
System operacyjny posługuje się przy zapisywaniu danych adresacją logiczną, w skrócie LBA, ale fizyczny adres zapisywanym danym nadaje nie on, a układ sterowania dysku, czyli PCB.
Ważnym elementem determinującym pracę dysku twardego jest jego oprogramowanie. We współczesnych dyskach HDD fragmenty oprogramowania znajdziemy w układzie scalonym ROM, a także na wyłączonych obszarach na talerzach zwanych Strefą Serwisową..
Uszkodzenia dysku
Uszkodzenia dysku uniemożliwiające odczyt zapisanych na nim danych lub zakłócające jego normalne działanie dzielą się na dwie grupy: mogą to być uszkodzenia fizyczne bądź logiczne. Do fizycznych należą te, które uniemożliwiają dostęp do danych poprzez standardowy interfejs dysku twardego (SATA, PATA lub USB) ze względu na awarie spowodowane przeważnie czynnikami zewnętrznymi.
Do drugiej grupy można zaliczyć przypadki kasowania danych lub uszkodzenia struktury systemu plików.
Do najtrudniejszych, jeśli chodzi o możliwość odzyskania (odczytania) zapisanych na nośniku danych, należą przypadki celowego, fizycznego uszkodzenia talerza magnetycznego. Więcej informacji na https://wolainfo.pl/blog/
To powoduje, że nie można odczytać danych za pomocą środków standardowych, ponieważ
drobne fragmenty powierzchni magnetycznej pogłębiają destrukcję dysku. Niestety możliwość odczytania danych w podobnych sytuacjach jest praktycznie niemożliwa lub bardzo mało rentowna ze względu na czasochłonność i koszty.
Obecnie najbardziej skuteczną i rentowną metodą odzyskiwania danych z uszkodzonego HDD jest wymiana poszczególnych uszkodzonych jego elementów. Ta operacja wymaga jednak zachowania szczególnej ostrożności i może się odbywać wyłącznie w specjalnie przeznaczonym do tego czystym pomieszczeniu, przy czym należy zaznaczyć, że najważniejszym ze wszystkich elementów jest zachowany w całości talerz magnetyczny.
Na skutek uderzenia czy upadku z wysokości uszkodzeniu mogą ulec również inne, oprócz talerzy, elementy dysku twardego, takie jak płyta elektroniki, obudowa, zespół głowic odczytująco-zapisujących lub silnik. Te elementy mogą być zastąpione przez sprawne aczkolwiek takie operacje powinno wykonywać profesjonalne laboratorium. Odzyskiwanie danych z dysków tak uszkodzonych wymaga wiedzy i profesjonalnego sprzetu.
Bardzo ważnym również elementem dysku twardego jest jego oprogramowanie znajdujące się w ROMie oraz w Strefie Serwisowej.
Coraz większa precyzja mechanizmów i gęstość zapisu danych powoduje, że proces zapisu i odczytu musi przebiegać bardzo precyzyjnie ze względu coraz mniejsze ścieżki na talerzu, jak i same głowice odczytujące-zapisujące. Efektem ubocznym miniaturyzacji wrażliwość zespołu zapisująco odczytującego na czynniki zewnętrzne, takich jak wibracje obudowy, stan na przykład łożysk osi silnika, czy pozycjonera VCM, temperatura wewnątrz dysku (wpływa na rozszerzanie czy zmniejszanie głowicy i właściwości jej zawieszenia), ciśnienie atmosferyczne czy wilgotność powietrza powodujące zmiany w wysokości „lotu” głowicy. Znaczenie mogą mieć również mikroskopijne wady oraz różnice w budowie poszczególnych komponentów mechanicznych, których nie da się w pełni wyeliminować przy masowej produkcji.
By poszczególne komponenty dysku mogły wspólnie i efektywnie pracować w granicach deklarowanego przez producenta okresu trwałości, konieczna jest indywidualna kalibracja każdego egzemplarza. W procesie kalibrowania są ustalane takie parametry, jak unikatowe mikroskopijne różnice w wymiarach konkretnego kompletu głowic, charakterystyki wibracyjne zainstalowanego ramienia, defekty powierzchni magnetycznej talerza i wielu innych. Na tej podstawie wylicza się tzw. „parametry adopcyjne”, dzięki którym sterownik dysku będzie poprawnie kierował unikatowym kompletem komponentów fizycznych danego dysku, oraz przewidywał i kompensował wszelkie fluktuacje w ich pracy zapewniając stałe funkcjonowanie całego systemu. Fakt ten wpływa na to, że nie zawsze da się zamienić elementy nawet dwóch takich samych modelowo dysków. Wszystko przez to, że część opisanych wyżej unikatowych (dla każdego konkretnego dysku) parametrów znajduje się w module ROM, uszkodzenie tego elementu dysku może skutkować brakiem możliwości dostępu do danych, mimo wymiany poszczególnych niedziałających komponentów.