硬盘守护者！详解IBM APS主动硬盘保护技术

合肥亮少

硬盘是笔记本电脑中最容易受损的部件，而它又装载了用户的系统和数据，意外的跌落、撞击乃至晃动都有可能造成笔记本电脑数据丢失或硬盘损毁。
　　各种冲击的威胁就像高悬在硬盘厂商和笔记本电脑厂商头上的达摩克利斯之剑，消除冲击的威胁成为他们共同的梦想。为提高笔记本硬盘的防震性能，硬盘厂商们开发了巨磁阻磁头、盘片防护膜等技术。同时，笔记本电脑厂商们也在各种外置的冲击吸收装置，如在防震胶垫上大做文章。
　　然而，笔记本跌落时，通常是处于工作状态的，其磁头很容易撞击盘片，而防震胶垫之类的技术却对工作中的笔记本的保护非常有限，所以一般的笔记本若跌落，很容易造成硬盘损毁，以及盘内数据丢失，让使用者蒙受巨大的灾难。
　　 针对这一问题，IBM研发了革命性的主动硬盘保护技术——APS（Active Protection System，主动保护系统），并于2003年11月把这项技术首先应用于ThinkPad T41、R50上，使其对硬盘的保护由过去的被动方式转化为主动方式。下面笔者就详解一下IBM APS技术。
APS的工作原理

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2011-5-25 11:22

实现主动硬盘保护技术的加速度感应芯片
　　 主动硬盘保护技术APS，是由内嵌于主板上的加速度感应芯片和内嵌于CPU和预装在系统中的震动预测管理软件所组成。通过对ThinkPad各角度、震动、撞击的监测即对横纵加速度变化的监测），来决定是否将硬盘磁头从工作状态收回到磁头停止区（Parking Zone），从而减小撞击对硬盘的损害，保护硬盘及硬盘内的数据。其中，硬件层用来监测笔记本的横纵加速度，而软件层则从加速感应芯片中接收到相应的信号，通过分析判断出哪些是对硬盘有害的，哪些是规律性的运动。震动预测管-理软件会忽略对硬盘不造成损坏的规律性的运动。而对-于可能对硬盘造成损害的移动，震动预测管理软件会立刻将信息传递给主硬盘，使其磁头迅速收回到停止区（Parking Zone）。当机器处于关机状态或系统处于启动状态时，APS并不会被启动。这也是IBM一再强调的APS，它可减少正处于读写状态下的硬盘因意外的碰撞而造成磁头划伤盘片的损坏。
为什么需要APS
　　 首先，在磁盘工作状态下，磁头在磁盘上方运动，进行数据读取，当撞击力在持续2毫秒内小于200克时，一般可以靠ThinkPad本身的外壳与防震设计来避免对硬盘造成损害。而当撞击力在持续2毫秒内超过200克后，损害将会随着撞击能量的加大而加大。

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2011-5-25 11:22

IBM硬盘抗摔函数图，图右显示的是让磁头安全归位的情况
　　 磁盘处于非工作状态时，磁头处于停止区（Parking Zone），硬盘在1秒内最大可以承受800克的冲击；当撞击超过800克/毫秒后，损害将会随着撞击能量的加大而加大，如图2右边的函数。也就是说，如果可以及时地将磁头归位到停止区，则硬盘可以承受比在工作状态下更大的冲击而不受损害。IBM APS技术就是基于上述原理，在预测到有可能发生的撞击后，及时地将磁头移动到停止区以保护磁盘。
　　 根据IBM实验室的大量实际调查显示，笔记本在工作状态下跌落的情况绝大部分是从桌面或膝盖上跌落，即从120厘米以下高度跌落（通常人的膝盖高度为50厘米，桌面高度为70厘米），如何能在Thinkpad发生撞击之前就将磁头归位，成为了关键问题所在。
1.磁头归位的时间问题
　　 经过评测，磁头的归位时间从接到控制信号到完成操作，根据磁头所处的磁道位置不同，大约为100到500毫秒。对于20厘米以内自由下落的情况，一般可以靠ThinkPad本身的外壳与防震设计就可以控制在200克以内，所以我们仅需要关注20厘米以上的跌落情况。而笔记本从20厘米至120厘米高度掉下来的时间分别是202毫秒至495毫秒（如图所示），再加上笔记本掉落之前的短暂延迟时间，试验数据表明，通常预兆发生的时间一般多于下跌时间，即基本上会多于300毫秒。因此，这就能保证磁头能在笔记本发生撞击之前及时归位，有效地保护磁盘。

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2011-5-25 11:22

磁头归位时间分析
　　 2.冲击力问题
　　 笔记本要承受怎样的撞击，硬盘才会受到超过800克的冲击力呢？
　　 我们知道，硬盘受到的冲击力是由多项因素决定的。首先是笔记本下落的相对高度与启动初速率，而一般笔记本在工作状态下跌落的情况绝大部分是从膝盖或桌面上跌落到地板上，相对高度不超过80厘米，垂直方向的初速率基本可以忽略不计；其次是笔记本撞击的表面，硬质无弹性的表面（如水泥地板）可以造成更大的冲击力，软质有弹性的表面（如木地板或铺着地毯的地板）可以略微缓冲碰撞，从而造成较小的冲击；再次是笔记本本身的外壳设计和防震设计，比如在设计精良的ThinkPad外壳以及冲击吸收垫保护下，硬盘遭受的冲击力进一步减小。
　　 相关实验数据显示，即使从膝盖高度（50厘米）倾落，或从桌面高度（70厘米）翻落到硬质无弹性的水泥地板上，由于有ThinkPad外壳以及冲击吸收垫保护，硬盘受到的冲击力超过200克的机会约为50%，而超过800克的机会也不过2%。因此ThinkPad在磁盘磁头归位的状态下，经受各种跌落均能最大限度地得到保护。
3.规律性颠簸问题
　　 APS一直在监测ThinkPad的运动。我们常常需要移动办公——在汽车、火车或飞机等交通工具上，颠簸是在所难免的。这些震动要老是触发APS使磁头归位，则用户在使用时就感觉机器运作断断续续的，影响了他们的工作效率。因此，APS的人性化设计——忽略重复震动，就能消除他们的顾虑。在交通工具中的颠簸造成的冲击力一般并不足以损害硬盘，所以根据算法，大多数的颠簸都不会触发APS使磁头归位，从而有效保证了ThinkPad用户使用机器的流畅度。
　　 消除震动与冲击的威胁一直是IBM的追求，而APS主动硬盘保护技术，使笔记本硬盘能有效规避冲击造成损失的风险，这也使得我们的笔记本电脑不再怕摔