Переход на форм-фактор 3,5" состоялся в 1983 году, когда небольшая шотландская компания Rodime представила устройство RO351 с объемом 6,38 Мбайт. А первый девайс с форм-фактором 2,5" был выпущен американской компанией PrairieTek в 1988 году. В том же году появился и 63-мегабайтный 2,5" винчестер Toshiba Tanba-1 , предназначенный для установки в ноутбуки .
В то время у человечества был некоторый опыт работы с магнитной записью, поэтому было трудно решить проблемы с жестким диском. Компьютеры меняли огромные катушки с сотнями килобайт данных. Один из первых домашних жестких дисков. Вы можете найти их и на этом сайте.
Количество графиков Фотографии всего рабочего места. Этот вакуум в последний раз использовался в этой машине. Цель этой статьи - не описывать историческое развитие жестких дисков. Описывать некоторые шаги развития не имеет большого смысла - все прошло через процесс миниатюризации. Важные изменения в конструкции жесткого диска упоминаются в соответствующих разделах статьи.
В 90-х годах на развитие жёстких дисков оказали влияние две новые технологии, разработанные компанией IBM. Первая из них – это магнитные головки на гигантском магниторезистивном эффекте. Эта технология позволила достичь более высоких показателей плотности записи – до 2,7 Гбит на квадратный дюйм. Второй инновационной технологией был новый способ форматирования пластин под названием No-ID. Его суть заключается в том, что идентификационная информация сектора хранится не на поверхности диска, а в постоянной памяти жёсткого диска. Это позволило повысить плотность записи еще примерно на 10%.
Магнитная запись, типы заголовков
Для других нужд статьи, давайте посмотрим, как работает магнитная запись. Основой всего, конечно, является материал, на котором мы записываем данные. Это пластиковый материал, на который наносится слой ферромагнетика. Такие записывающие ленты известны из аудио - и видеокассет, жесткий диск наиболее близко приближается к слою гибкого диска. Таким образом, ферромагнитный слой выполнен из оксида железа, возможно, смешанного с оксидами марганца или бария. Благодаря этому относительная проницаемость этих веществ составляет около 10 3.
Не забывали производители и об увеличении скорости работы жёстких дисков. Долгое время стандартной скоростью вращения шпинделя являлся показатель 5400 оборотов в минуту, затем он несколько увеличился и равнялся уже 7200 об/мин. Периодически на рынке появлялись устройства, которые обладали более внушительными показателями. Так, в 1999 году компания Seagate представила линейку быстрых жёстких дисков Cheetah . Их высокая производительность обеспечивалась скоростью вращения шпинделя, равной 15000 об/мин, что более чем в 2 раза превышало стандартный показатель. Объем такого устройства составлял 36 Гбайт.
Вещества напоминают классические ферромагнитные вещества и усиливают магнитное поле и могут его сохранить - они используются в качестве постоянных магнитов. Немного наивное искусство и схема простейшей записывающей головки. Стрелки указывают направление тока и индукцию.
Ферромагнитный слой затем постоянно намагничивается записывающей головкой. Первоначальная основана на принципе тороида - это катушка, сердечник которой состоит из небольших пластин, расположенных в форме кольца. Магнитное поле, создаваемое катушечным проводом, является самым сильным в центре кольца, его верхней части. Это делается для предотвращения несанкционированного вмешательства нежелательных частей слоя записи в неподходящий момент. Ток, протекающий через проводник, индуцирует переменное магнитное поле в сердечнике катушки.
Намного более популярной стала серия винчестеров под названием Raptor компании Western Digital . Изначально эти жёсткие диски разрабатывались для использования в серверных системах, однако затем прочно закрепились в сегменте игровых компьютеров. Пластины модели Western Digital Raptor вращались несколько медленнее, чем в Seagate Cheetah. Скорость вращения шпинделя составляла «всего» 10000 об/мин, однако этого было более чем достаточно, чтобы оставлять обычные жёсткие диски в плане производительности далеко позади. К сожалению, линейка WD Raptor не отличалась надежностью.
Размер магнитной индукции затем прямо пропорционален величине тока, проходящего через проводник. Однако само магнитное поле, протекающее через сердечник катушки, очень слабое и не может намагнитить записывающий слой. Поэтому ядро находится в самой близкой к записывающему слою части, прерванной узкой щелью, заполненной немагнитным веществом. Такие вещества имеют низкую проницаемость и, следовательно, на месте этой щели происходит магнитное экранирование сердечника и последующее отклонение линий индукции от сердечника катушки в ферромагнитный слой на записывающей ленте.
В конце 2005 года был освоен метод перпендикулярной записи. До этого момента абсолютно все жёсткие диски работали по методу параллельной записи. В чем же была суть новой технологии? При использовании параллельной записи магнитные частицы располагаются таким образом, что вектор магнитной направленности проходит параллельно плоскости пластины. Такой подход наиболее простой, однако у него есть один недостаток: между доменами (минимальными ячейками информации) требуется наличие довольно больших буферных зон для снижения сил взаимодействия между ними.
Как миниатюризация и технологические достижения, катушки выглядят несколько иначе, но их принцип остается тем же. Как выглядят похожие катушки, вы увидите на одной из схем, используемых в статье. В зависимости от тока, протекающего через катушку, происходит различная намагниченность записывающего слоя, который проходит вблизи магнитной головки с постоянной скоростью. Слой записи создает секции с различной индукцией направления и величины. Перед записью важно удалить информацию с уровня записи. Это может быть сделано либо большим ударом, либо ремагнитной индукцией.
Напротив, при использовании метода перпендикулярной записи вектор магнитной направленности располагается уже перпендикулярно поверхности диска, что значительно снижает силы взаимодействия. Следовательно, уменьшается и необходимый размер буферных зон. Это позволяет увеличить плотность записи.
Благодаря методу перпендикулярной записи индустрии жёстких дисков покорился терабайтный рубеж: в 2007 году компания Hitachi представила первую в мире модель The Deskstar 7K1000 объемом 1 Тбайт.
На слое записи наблюдается насыщение магнитного поля и его уменьшение. Как стирание, так и запись могут характеризоваться кривой гистерезиса, которая имеет большую площадь для ферромагнитных веществ. Это прямо пропорционально энергии, необходимой для намагничивания.
Растеризовать секунду, указывая разные индукции в отдельных частях слоя записи. График такой намагниченности выглядит точно так же, как график соответствующей звуковой дорожки - положительный и отрицательный ток, разные амплитуды и разные длины волн. Для жестких дисков мы имеем такую же величину индукции величины, что и для двоичной системы, достаточно разных направлений индукции.
Несмотря на то что твердотельные накопители занимают все большую и большую часть рынка хранилищ данных, технологии жёстких дисков вовсе не уходят на второй план и продолжают совершенствоваться. Так, очень перспективно выглядит технология компании Western Digital под названием HelioSeal , которая предусматривает использование гелия вместо воздуха внутри корпуса винчестера. Благодаря тому что гелий легче воздуха, внутри HDD создается идеальная среда для движущихся с высокой скоростью пластин. Кроме этого, снижаются вибрации между пластинами и считывающей головкой.
Чтение слоя записи является такой записью внутрь. Магнитная запись на записывающем слое вызывает магнитную индукцию на сердечнике катушки считывателя. Этот размер и направление влияют на другой компонент, который соответствующим образом преобразует сигнал.
Впервые для чтения были использованы отдельные заголовки. Головка может считывать данные как разницу в собранных значениях сопротивления. Индукция в записывающем слое вызывает изменение магнитного поля катушки. Вы видите детали в слоте в ядре этой главы на картинке. Их первое практическое использование имело место в течение года.
Первые «гелиевые» жёсткие диски были представлены в конце 2013 года под названием Ultrastar He6 . А в начале декабря компания Western Digital объявила о выпуске обновленной линейки устройств Ultrastar He10 . Эти девайсы используют метод перпендикулярной записи, а их плотность составляет 816 Гбит на квадратный дюйм. Ёмкость модели Ultrastar He10 составляет 10 Тбайт.
Вы можете найти комментарии в конце последней главы. Этот диск уже работал на тех же принципах, что и сегодняшние жесткие диски - данные, таким образом, были сохранены в виде следов на магнитной поверхности диска, который вращается, и над которым перемещалась поверхность чтения и записи.
Эти диски были громоздкими и требовали большого количества физического пространства. Современные дисковые плоттеры имеют диаметр 3, 5 дюйма, но, например, в ноутбуках есть более компактные диски с 2, 5-дюймовыми дисками. Современные диски работают по аналогичному принципу, как и первые модели. Внутри каждого диска есть металлические или стеклянные пластины, покрытые тонким, магнитно-мягким слоем. Над каждой пластиной находится магнитная считывающая головка, которая обеспечивает чтение и запись с самого жесткого диска.
Ещё одной интересной технологией является Seagate SMR (shingled magnetic recording ) – метод перпендикулярной записи с перекрытием дорожек. В отличие от обыкновенного перпендикулярного подхода, где дорожки информации расположены бок о бок, в технологии SMR дорожки перекрывают друг друга, образуя что-то, напоминающее черепичную крышу. Применение SMR позволяет повысить плотность записи примерно на 25%. Кстати, Seagate и Western Digital уже взяли на вооружение данную технологию.
Данные сохраняются на диске путем намагничивания мест, которые выполняются считывающей головкой и катушкой электрического тока. Многие технологии используются для записи и кодирования данных. Чтение также выполняется с использованием катушки. В этом случае электрический ток индуцируется для перемещения по различным магнитоориентированным местоположениям, и дисковод преобразуется обратно в 0, а записанные данные сохраняются в магнитном слое, даже когда диск отсоединен от источника питания. Поэтому операционная система, программное обеспечение и данные хранятся на жестких дисках вашего компьютера.
Также в ближайшем будущем планируется наладить производство жёстких дисков с применением технологии HAMR (Heat-assisted magnetic recording), которая сочетает в себе магнитное чтение и магнитооптическую запись. Принцип ее работы заключается в том, что запись информации осуществляется путем нагревания домена
Жёсткий диск (привод жёсткого диска, накопитель на жёстких магнитных дисках, НЖМД) - энергонезависимое механическое устройство хранения цифровых данных, которой можно найти практически в любом современном компьютере. Для хранения данных используется принцип магнитной записи. Жёсткие диски так же называют: винчестер или просто "винт", хард, харддиск.
Количество чтения и записи на диск почти неограниченно при обычном использовании. Поверхность магнитного диска разделена на дорожки, сектора и цилиндры. Эта физическая конфигурация жесткого диска называется термином геометрии диска. Треки - это концентрические круги, которые нумеруются от нулевой трассы на внешнем краю. Каждый трек делится на сектора, которые также имеют размер самого маленького адресуемого диска.
Из-за различных следов длины на периферии пластины и ближе к ее центру, не может быть все следы разделены на одинаковое число секторов, и, следовательно, использует. Это метод разделения дорожки на диске секторов в зависимости от их длины, но доступ к данным трудно. С другой стороны, он использует максимальную периферийную скорость крайних дорожек до максимума.
Жесткие диски так же называют "постоянной памятью". В отличии от оперативной памяти, данные, хранящиеся на жестком диске, не теряются при выключении компьютера. Это свойство, как и высокая надёжность хранения больших объёмов информации стали решающими для повсеместного распространения винчестеров.
Состоит из одной или нескольких вращающихся с постоянной скоростью пластин (стеклянных либо алюминиевых), покрытых слоем ферромагнитного материала, преимущественно двуокисью хрома. Все пластины находятся на одном шпинделе в гермозоне, а скорость их вращения может доходить до 15000 оборотов в минуту, хотя, чаще можно встретить 7500 или 5400. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне парковки головок (Landing Zone, L-Zone), где исключён их контакт с поверхностью дисков. Кроме гермозоны жёсткий диск имеет блок электроники.
Цилиндр является обозначением для всех дорожек пластин, которые расположены выше друг друга и образуют мнимый полый цилиндр. Благодаря этому головки жесткого диска используются равномерно, а диск имеет более высокую производительность. Поэтому диск не заполняет пластины, а на цилиндрах, так что все головки, которые расположены на одном общем плече, используются непрерывно.
Операционные системы работают с блоком, называемым кластером. Отдельные кластеры объединяют несколько секторов, число которых может варьироваться в зависимости от используемой файловой системы. Размер кластера не является обязательным, поэтому, если вы часто работаете с небольшими файлами, кластеры меньшего размера более подходят, большие кластеры более подходят для хранения больших файлов.
Производители жёстких дисков идут на хитрость, указывая ёмкость в системе СИ. То есть по их спецификации 1 терабайт это 1000 Гб, а гигабайт это 1000 Мб. Поэтому операционная система, знающая, что 1 Гб это 1024 Мб всегда укажет меньшую ёмкость диска.
Старые винчестеры могли похвастаться сроком службы всего в 1000-5000 часов, кроме того, у них всегда имелись испорченные кластеры, о чем информировала наклейка на корпусе. Современные винчестеры могут безотказно работать более 100000 часов, а система S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology) незаметно для пользователя заменяет плохие кластеры на резервные.
Раньше каждый сектор на доске имел одинаковый размер, и это не имело значения в его физическом местоположении на поверхности диска. Данные были выдержаны, и на это негативно повлияла магнитная устойчивость записи - взаимодействие с соседними секторами. Проблема вскоре была решена с помощью предварительной компенсации, в которой электроника жесткого диска намеренно записывала определенные биты на геометрически плохие места, чтобы впоследствии выровнять биты в правильную форму. Если бы это было не так, жесткие диски были бы ненадежными устройствами.
История
Первый HDD был изобретён фирмой IBM в 1956 году. Жёсткий диск IBM 350 в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC представлял собой был ящик размером с большой холодильник и весом 971 кг. 50 тонких дисков покрытых чистым железом диаметром 610 мм давали ёмкость около 5 миллионов 6-битных байт (3,5 Мб в пересчёте на 8-битные байты).С тех пор жёсткие диски сильно уменьшились как в цене, так и в размерах, но на фоне этого уменьшения их ёмкость постоянно увеличивалась. В настоящее время используются 3.5 дюймовый форм-фактор для настольных устройств и 2.5 (а так же 1.8) дюймовый для мобильных.
К сожалению, это решение было ненадежным для максимизации пропускной способности платы, поскольку сектора на краю платы были почти пустыми. Проблема была полностью решена уже упомянутым методом зонирования. Поэтому для сегодняшних дисков на краю платы есть несколько секторов на дорожках, чем на дорожках ближе к центру.
Запись и чтение данных отвечают за головки, которые являются катушками, намотанными на сердечники и на плечи, плавающие над поверхностью участков. Когда ток проходит через катушку, формируется магнитный поток, который закрывается в пазе между заголовком и пластиной и тем самым влияет на слой записи на жестком диске. В зависимости от направления тока в этой операции сайт становится намагниченным в определенном направлении. Существуют так называемые магнитные развороты между двумя намагниченными участками.
Огромный вклад в дело оснащения персональных компьютеров винчестерами внесла фирма Seagate, которая начала выпускать пятидюймовые жесткие диски ST-506 емкостью 6 Мбайт. Соответственно, первым стандартным интерфейсом для HDD стал ST-506/412, который в настоящее время уже не актуален, но он стал родоначальником современного интерфейса IDE.
Это места, где изменяется направление намагничивания, и она отвечает за фактическую функциональность этого метода записи. Чтение данных противоположно написанию. Во время движения головок над поверхностью пластины катушки реагируют на магнитные развороты, и затем они заставляют магнитный поток обрабатываться электрическим импульсом и управляющей электроникой диска. Сегодня используется метод перпендикулярного ввода данных, где ориентация магнитного поля перпендикулярна поверхности пластины. Однако эта технология использует магнитотвердые материалы для записи вместе с магнитно-мягким нижним листом, который помогает записывать данные заголовка.
В новом тысячелетии производством винчестеров занимается несколько крупных компаний: IBM, Samsung, Seagate (слияние с Maxtor в 2006 году) и Western Digital. Quantum была поглощена компанией Maxtor в 2001 году, a Fujitsu продала свою фабрику Western Digital. С 2009 года Toshiba на бывших мощностях Fujitsu производит 2,5- и 1,8-дюймовые диски для ноутбуков.
Винчестер
Существует версия, что название «винчестер» (англ. Winchester) появилось благодаря сотруднику фирмы IBM Кеннету Хотону (англ. Kenneth E. Haughton). В 1973 году под его руководством был выпущен жёсткий диск модели 3340. Он позволял на одном двухстороннем алюминиевом диске хранить 30+30 Мб данных. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 МБ каждый, а это по созвучию совпало с обозначением популярного охотничьего оружия - винтовки «Winchester Model 1894» использующего винтовочный патрон «.30 WCF». По другой версии название произошло исключительно из-за названия патрона, также выпускаемого Winchester Repeating Arms Company, первого созданного в США боеприпаса для гражданского оружия «малого» калибра на бездымном порохе, который превосходил патроны старых поколений по всем показателям и немедленно завоевал широчайшую популярность. Ещё одна версия подводит к тому, что винчестер ассоциировали с винтовкой, с помощью которой был завоеван Дикий Запад - недвусмысленный намек разработчиков на то, что IBM завоюет компьютерный рынок. И наконец, последняя версия гласит о том, что технология плавающей головки была разработана в лаборатории IBM, находящейся в городе Винчестер (Англия).
Преимуществом является высокая плотность записи. Существующие жесткие диски теперь имеют несколько недостатков. Однако эти диски по-прежнему являются прерогативой более дорогих компьютеров и ноутбуков, где их низкие потребности в энергии весьма желательны.
Диски записывают файлы размером более одного кластера случайным образом на свободное дисковое пространство, что приводит к фрагментации диска. Через некоторое время свободное место на диске рассеивается и смешивается с уже заполненным, что приводит к большему и большему времени задержки при записи и чтении и производительности диска. Эта проблема решает дефрагментацию диска, которая выполняется из среды операционной системы и предназначена для компиляции разбросанных фрагментов каждого файла, чтобы они были как можно ближе друг к другу.
В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус.
Виртуальная память
Современные операционные системы могут выгружать часть данных, хранящихся в оперативной памяти на диск, тем самым освобождая место для других программ. Это решает проблему нехватки памяти в компьютере. Но у виртуальной памяти есть и недостатки - она намного медленнее обычной памяти.
Основные вехи развития винчестеров
- 1956 год - первый жёсткий диск IBM 350.
- 1972 год - тот самый "винчестер", модель 3340 ёмкостью 30+30 Мб.
- 1980 год - первый 5,25-дюймовый винчестер, Shugart ST-506, 5 Мб.
- 1981 год - 5,25-дюймовый Shugart ST-412, 10 Мб.
- 1986 год - внедрены стандарты SCSI, ATA (IDE).
- 1991 год - достигнута максимальная ёмкость 100 Мб.
- 1995 год - достигнута максимальная ёмкость 2 Гб.
- 1997 год - достигнута максимальная ёмкость 10 Гб.
- 1998 год - внедрены стандарты UDMA/33 и ATAPI.
- 1999 год - IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб.
- 2002 год - внедрены ATA/ATAPI-6 и накопители емкостью свыше 137 Гб.
- 2003 год - появление стандарта SATA.
- 2005 год - достигнута максимальная ёмкость 500 Гб.
- 2005 год - внедрен стандарт Serial ATA 3G (или SATA II).
- 2005 год - появление SAS (Serial Attached SCSI).
- 2006 год - применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях.
- 2006 год - появление первых «гибридных» жёстких дисков, содержащих блок флеш-памяти.
- 2007 год - представляет первый коммерческий накопитель ёмкостью 1 Тб от Hitachi.
- 2009 год - на основе 500-гигабайтных пластин Western Digital, затем Seagate Technology LLC выпустили модели ёмкостью 2 Тб.
- 2009 год - Samsung выпустила первые жесткие диски с интерфейсом USB 2.0
- 2009 год - Western Digital объявила о создании 2,5-дюймовых HDD объемом 1 Тб (плотность записи - 333 Гб на одной пластине)
- 2009 год - появление стандарта SATA 3.0 (SATA 6G).
- 2010 год - Seagate выпускает жесткий диск объемом 3 Тб.
- 2010 год - Samsung выпускает жесткий диск с пластинами, у которых плотность записи - 667 Гб на одной пластине.
Сделать
- Интерфейсы
- Параметры (характеристики), адресация данных
- Устройство