Термінологія - HDD - AlterBit.ru
- Термінологія HDD (hard (magnetic) disk drive, HMDD), накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД)...
- Технічні характеристики і показники
- Як знизити шум жорсткого диска?
- Виробники HDD
- Пристрій
- гермозони
- пристрій позиціонування
- блок електроніки
- адресація даних
- Запис Даних на HDD
- методи запису
- порівняння інтерфейсів
- Хронологія накопичувачів
- Жорсткий диск «Вінчестер»
- Технічні характеристики і показники
- Як знизити шум жорсткого диска?
- Виробники HDD
- Пристрій
- гермозони
- пристрій позиціонування
- блок електроніки
- адресація даних
- Термінологія
- Жорсткий диск «Вінчестер»
- Технічні характеристики і показники
- Як знизити шум жорсткого диска?
- Виробники HDD
- Пристрій
- гермозони
- пристрій позиціонування
- блок електроніки
- адресація даних
- Термінологія
- Жорсткий диск «Вінчестер»
- Технічні характеристики і показники
- Як знизити шум жорсткого диска?
- Виробники HDD
- Пристрій
- гермозони
- пристрій позиціонування
- блок електроніки
- адресація даних
- Запис Даних на HDD
- методи запису
- порівняння інтерфейсів
- Хронологія накопичувачів
- Жорсткий диск «Вінчестер»
- Технічні характеристики і показники
- Як знизити шум жорсткого диска?
- Виробники HDD
- Пристрій
- гермозони
- пристрій позиціонування
- блок електроніки
- адресація даних
- Запис даних на HDD
- методи запису
- порівняння інтерфейсів
Термінологія
HDD (hard (magnetic) disk drive, HMDD), накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД) - пристрій зберігання інформації з довільним доступом. Жорсткий диск, який працює за принципом магнітного запису. Є основним накопичувачем даних для більшості комп'ютерів.
Чому HDD називають "жорстким диском"? Справа в тому, що інформація в HDD записується на жорсткі (алюмінієві або скляні) пластини, які покриті шаром феромагнітного матеріалу, найчастіше двоокису хрому - магнітні диски. Є ще поняття «гнучкий диск», воно подразумівает під собою ніщо інше, як дискету. На відміну від гнучкого диска, носій інформації HDD часто поєднують з накопичувачем, приводом і блоком електроніки. Такі жорсткі диски використовуються в основному в якості незнімної носія інформації.
У HDD застосовується одна або кілька пластин на одній осі. У робочому режимі зчитувальні головки не стосуються поверхні пластин. Це відбувається завдяки утвореною прошарку набігаючого повітря біля поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою і диском дорівнює кільком нанометрів (близько 10 Нм). Відсутність механічного контакту забезпечує тривалий термін служби пристрою. Коли обертання дисків не відбувається, головки знаходяться у шпінделя або за межами диска, в безпечній зоні, там повністю виключений нештатний контакт з поверхнею дисків.
Жорсткий диск «Вінчестер»
Назва «вінчестер» (Winchester), як свідчить одна з версій, HDD отримав завдяки працював в компанії IBM Кеннету Хотон (Kenneth E. Haughton), що є керівником проекту, в результаті якого в 1973 році був випущений жорсткий диск моделі 3340. Модель вперше в історії об'єднала в одному нероз'ємному корпусі кілька пластин диска зі прочитуючими головками. В ході розробки інженерами було використано кодову назву проекту - "30-30". Воно означало два модулі (у максимальній компоновці) по 30 МБ кожен. Назва була дуже співзвучно з позначенням популярного мисливської зброї - гвинтівки Winchester Model одна тисяча вісімсот дев'яносто чотири, що використовує гвинтівки патрон .30-30 Winchester. Крім того, існує версія, що назва «вінчестер» походить від назви патрона, що випускався Winchester Repeating Arms Company, першого створеного в США боєприпасу для цивільної зброї «малого» калібру на бездимному поросі, який перевершував патрони старих поколінь за всіма показниками і був дуже популярний .
У російській мові це назва збереглася і отримало напівофіційний статус, в комп'ютерному сленгу воно скоротилося до слова «гвинт».
Технічні характеристики і показники
Інтерфейс. Сучасні серійні внутрішні жорсткі диски можуть використовувати інтерфейси ATA ( IDE і PATA), SATA , eSATA , SCSI , SAS , FireWire, SDIO і Fibre Channel.
Ємність. Ємність сучасних HDD (з форм-фактором 3,5 дюйма) на вересень 2011 року досягла 4000 ГБ (4 TB) і наближається до 5 TB. Цікавий факт, що на відміну від прийнятої в інформатиці системи приставок, що позначають кратну 1024 величину, виробники HDD при позначенні ємності своїх жорстких дисків використовують величини, кратні 1000. Так, місткість жорсткого диска, маркованого як «200 ГБ», становить всього 186,2 гинув.
Форм-фактор. Практично всі сучасні накопичувачі для ПК і серверів мають ширину або 3,5, або 2,5 дюйма, вона заточена під розмір стандартних кріплень для них в настільних комп'ютерах і ноутбуках, відповідно. Крім того, набули поширення і формати 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм і 0,85 дюйма. Припинено випуск накопичувачів в форм-факторах 8 і 5,25 дюймів.
Час довільного доступу. Діапазон даного параметра становить від 2,5 до 16 мс. Зазвичай, мінімальним часом володіють серверні диски, а найбільшим - диски для портативних пристроїв. Наприклад, для порівняння, у SSD-накопичувачів даний параметр менше 1 мс.
Швидкість обертання шпинделя. Даний параметр в значній мірі визначає час доступу і середню швидкість передачі даних. Сьогодні випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200 5400 і 7200 (ноутбуки), 5400 5900, 7200 і 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об / хв (сервери і робочі станції). Що стосується ноутбуків, то збільшення швидкості обертання шпинделя в вінчестерах в їхньому випадку перешкоджає гироскопический ефект.
Надійність. Це середній час напрацювання на відмову (MTBF). Більшість сучасних дисків підтримують технологію SMART
Кількість операцій вводу-виводу в секунду. Сучасні диски виробляють близько 50 операцій в секуду при довільному доступі до накопичувача, і близько 100 операцій в секуду при послідовному доступі.
Споживання енергії. Є дуже важливим показником особливо для мобільних пристроїв.
Опірність ударам. Опірність різких перепадів тиску і інших впливів вимірюється в одиницях допустимого перевантаження у включеному і вимкненому стані.
Швидкість передачі даних при послідовному доступі:
- внутрішня зона диска: від 44,2 до 74,5 Мб / с;
- зовнішня зона диска: від 60,0 до 111,4 Мб / с.
Обсяг буфера. Буфер - це проміжна пам'ять, завданням якої є згладжування відмінностей швидкості читання / запису і передачі по всьому інтерфейсу. Він зазвичай варіюється від 8 до 64 Мб.
Рівень шуму. Вироблений механікою шум накопичувача під час його роботи. Розраховується в децибелах. Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму приблизно 26 дБ і нижче. Шум пристрою полягає в двох джерелах шуму: від обертання шпинделя і від позиціонування.
Як знизити шум жорсткого диска?
Щоб знизити рівень шуму в жорсткому диску застосовуються такі методи:
- Програмний (використовуються налаштування, вбудованої системи AAM). Перемикання жорсткого диска в малошумний режим призводить до зниження продуктивності на 5-25%, але робить шум практично непомітним.
- Використання шумопоглинаючих пристроїв. Гумові або силіконові кріплення дисків (застосовуються також шайби), спеціальна гнучка підвіска для кріплення.
Виробники HDD
Спочатку на ринку існувала величезна різноманітність жорстких дисків, і їх виробників. Однак, у міру посилення конкуренції, і паралельного бурхливого зростання ємності пристроїв, з пропорційним зниженням рівня і норми прибутку, більшість виробників було куплено більшими гравцями, інші ж перейшли на інші види продукції.
Компанія Fujitsu випускає жорсткі диски для ноутбуків і SCSI-диски, але покинула масовий ринок настільних накопичувачів в 2001 році через масово виходила з ладу мікросхеми контролера Cirrus Logic на самому диску. У 2009 році виробництво жорстких дисків було повністю передано компанії Toshiba. До цього моменту жорсткі диски Fujitsu вважалися найкращими в секторі настільних комп'ютерів, маючи чудові характеристики обертових поверхонь.
Компанія Toshiba є основним виробником 2,5- і 1,8-дюймових HDD для ноутбуків. Достатньо гучну в історії жорстких дисків була компанія Quantum, яка на початку 2000-х зазнала фатальні невдачі: в жорстких дисках Quantum серії CX виходила з ладу мікросхема комутатора головок, розташована в гермобанке диска, що призводило до дуже дорогого вилученню даних з вийшов з ладу диска .
Компанія NEC також займалася випуском жорстких дисків, і була одним з лідерів. Дуже високі позиції у виробництві дисків займала і компанія Maxtor. У 2001 році Maxtor викупила підрозділ жорстких дисків компанії Quantum, їй також не вдалося уникнути проблем, пов'язаних з випуском так званих «тонких» дисків. У 2006 році відбулося злиття компаній Seagate і Maxtor.
В середині 90-х років існувала така компанія Conner Peripherials, яку згодом викупила Seagate. У першій половині 90-х існувала фірма Micropolis, що випускала дуже дорогі SCSI-диски преміум-класу для серверів. Але при випуску перших в галузі вінчестерів на 7200 об / хв компанія використовувала неякісні підшипники шпинделя, які поставлялися фірмою Nidec. Внаслідок цього компанія Micropolis зазнала серйозних збитків на повернення, розорилася і була повністю викуплена компанією Seagate. Колишній підрозділ IBM, диски якої до сих пір вважалися еталонними, після низки невдач, пов'язаних з масовими відмовами дисків для настільних комп'ютерів на початку 2000-х років, було викуплено компанією Hitachi. Навесні 2011 року її придбала компанія Western Digital.
У той же момент Samsung продали своє HDD підрозділ Seagate.
У 2011 році на ринку залишилося всього 3 виробника, що займаються HDD: Seagate Technology, Western Digital і Toshiba. У зв'язку з просуванням на ринок зовнішніх накопичувачів і розвитком технологій типу SSD кількість фірм, що пропонують свіжі рішення, знову зросла.
Пристрій
Схема пристрою накопичувача на жорстких магнітних дисках.
гермозони
Гермозони складається з корпусу, вилитого з міцного сплаву, самої пластини з магнітним покриттям. У деяких моделях HDD ці пластини розділені сепараторами. Також в гермозоні є блок головок з пристроєм позиціонування, і електропривод шпинделя.
Усередині гермозони більшості пристроїв не існує вакууму. Якісь виробники роблять її повністю герметичній (тому й таку назву), заповнюючи очищеним і висушеним повітрям або нейтральними газами (азотом), а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву або пластикову мембрану. В цьому випадку, всередині корпусу жорсткого диска передбачається невелика кишеня для пакетика силикагеля, абсорбуючої водяні пари, що залишилися всередині корпусу після його герметизації. Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір з фільтром, здатним затримувати дуже дрібні, товщиною в кілька мікрометрів, частки. Але в цьому випадку вирівнюється і вологість, а також з'являється ризик проникнення шкідливих газів. Вирівнювання тиску потрібно для запобігання деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску або температури, а також при прогріванні пристрою в ході роботи.
Пил, що опинилася при складанні в гермозоні і потрапила на поверхню диска, при обертанні, зноситься на ще один фільтр - спеціально встановлений пиловловлювач.
Блок головок є пакет кронштейнів, виконаних з пружною стали. Одним кінцем вони закріплені на осі поруч з краєм диска, а на інших кінцях закріплені головки, прямо над дисками.
Диски з пластинами зазвичай виготовляються з металевого сплаву. Хоча й були спроби робити їх з пластику і навіть скла (IBM), але такі пластини виявилися крихкими і недовговічними. Обидві площини пластин, як на магнітофонного стрічці, покриті найтоншої пилом феромагнетика - оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад і технологія нанесення є комерційною таємницею. Більшість бюджетних пристроїв містить одну або дві пластини.
Диски міцно встановлюються на шпинделі. В ході роботи частота обертання шпинделя досягає декількох тисяч обертів на хвилину (3600 4200 5000, 5400 5900, 7200, 9600, 10 000, 12 000, 15 000). При такій швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, що підводить головки і змушує їх парити над поверхнею пластини. Форма головок розраховується так, щоб при роботі забезпечити оптимальну відстань від пластини. До тих пір, поки диски не досягли швидкості «зльоту» головок, паркувальне пристрій утримує головки в зоні парковки, що запобігає пошкодженню головок, а також самої робочої поверхні. Шпиндельний двигун жорсткого диска - трифазний синхронний, і забезпечує стабільне обертання магнітних дисків, змонтованих на шпинделі двигуна. Статор двигуна складається з трьох обмоток, включених «зіркою» з відведенням посередині, ротором виступає постійний секційний магніт.
Сепаратор являє собою пластину, виготовлену з пластику або алюмінію, що знаходиться між пластинами магнітних дисків. Використовується він для вирівнювання потоків повітря всередині гермозони.
пристрій позиціонування
Пристрій позиціонування (актуатор) головок - це малоінерційний соленоїдний двигун, що складається з нерухомої пари неодімових постійних магнітів, а також котушки, що стоїть на рухомому кронштейні блоку головок.
Принцип роботи двигуна полягає в наступному: обмотка знаходиться всередині статора (зазвичай двох нерухомих магнітів), струм, що подається з різною силою і полярністю, направляє її точно на кронштейн з головками по радіальної траєкторії. Швидкість пошуку даних на поверхні пластин прямим чином залежить від швидкості роботи пристрою позиціонування.
Кожен накопичувач має спеціальну зону (паркувальну), на якій головки зупиняються в ті моменти, коли накопичувач вимкнений або знаходиться в одному з режимів низького енергоспоживання. В паркувальному стані кронштейн блоку головок знаходиться в крайньому положенні і впирається в обмежувач ходу. При операціях читання / запису основним джерелом шуму є вібрація, що з'являється внаслідок ударів кронштейнів, що утримують магнітні головки, об обмежувачі ходу в процесі повернення головок в нульову позицію. Щоб скоротити рівень шуму на обмежниках ходу встановлюються демпфирующие шайби з м'якої гуми. Істотно скоротити рівень шуму жорсткого диска можна програмним шляхом, змінюючи параметри режимів прискорення і гальмування блоку головок. Для цих цілей розроблена спеціальна технологія - Automatic Acoustic Management. Офіційно можливість програмного управління рівнем шуму жорсткого диска з'явилася в стандарті ATA / ATAPI-6, хоча і деякі виробники робили експериментальні реалізації і в більш молодших версіях. Управління здійснюється шляхом зміни значення керуючої змінної в діапазоні від 128 до 254, що дозволяє регулювати шум, продуктивність, температуру, споживання електроенергії та термін експлуатації жорсткого диска.
блок електроніки
Більш ранні жорсткі диски мали керуючу логіку винесену на MFM або RLL контролер комп'ютера. Плата електроніки містила тільки модулі аналогової обробки і управління двигуном шпінделя, позиционером і комутатором головок. У міру збільшення швидкостей передачі даних розробники зменшували до межі довжину аналогового тракту. Так, в сучасних жорстких дисках блок електроніки зазвичай містить керуючий блок, постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ), буферну пам'ять, інтерфейсний блок і блок цифрової обробки сигналу. Інтерфейсний блок забезпечує сполучення електроніки жорсткого диска з рештою системи.
Блок управління - це система управління, яка бере електричні сигнали позиціонування головок, і виробляє керуючі впливи приводом типу «звукова котушка», комутацію інформаційних потоків з різних головок, управління роботою всіх інших вузлів, прийом і обробку сигналів з датчиків пристрою. Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків управління і цифрової обробки сигналу, службову інформацію жорсткого диска.
Буферна пам'ять пом'якшує різницю швидкостей інтерфейсної частини і накопичувача завдяки застосуванню швидкодіючої статичної пам'яті. Збільшення розміру буферної пам'яті іноді дозволяє збільшити швидкість роботи накопичувача.
Блок цифрової обробки сигналу очищає лічений аналоговий сигнал і його декодування. Цифрова обробка здійснюється різними методами (наприклад, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood)). Порівняння прийнятого сигналу із зразками, при якому вибирається зразок, найбільш схожий за формою і тимчасовим характеристикам на декодіруемий сигнал. Заключний етап складання пристрою передбачає форматування поверхні пластин: на них формуються доріжки і сектори. Конкретний спосіб визначається виробником та / або стандартом, але, обов'язково на кожну доріжку наноситься магнітна мітка з позначенням початку.
Є такі утиліти, які здатні тестувати фізичні сектори диска, і обмежено переглядати / правити службові дані. Можливості таких утиліт більшою мірою залежать від моделі диска і технічних даних.
адресація даних
Сектор - мінімальна область даних на HDD. Розмір сектора дорівнює 512 байт. У 2006 році IDEMA оголосила про перехід на розмір сектора 4096 байт, який був завершений до 2010 року.
Western Digital почала використовувати нову технологію форматування «Advanced Format» першої, і випустила серію накопичувачів, які використовують таку технологію. До цієї серії відносяться лінійки AARS / EARS і BPVT на відміну від BEVT, які при тих же характеристиках використовують «старий» 512-байтний сектор.
Існує 2 основних способи адресації секторів на диску: циліндр-голівка-сектор (CHS) і лінійна адресація блоків (LBA). При першому способі сектор адресується його фізичного стану на диску 3 координатами - номером циліндра, номером головки і номером сектора. При другому способі адреса блоків на носії задається логічним лінійною адресою. LBA-адресація почала використовуватися в 1994 році, разом зі стандартом EIDE (Extended IDE).
Запис Даних на HDD
Принцип роботи HDD дуже схожий з принципом роботи магнітофонів. Робоча поверхня диска рухається относительно голівкі, что зчітує. При подачі змінного електричного Струму (при запісі) на котушки головки вінікає змінне магнітне поле. При зчитуванні переміщення доменів у зазору головки приводить до зміни магнітного потоку в муздрамтеатрі головки, а це, в свою чергу, призводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці (ефекту електромагнітної індукції).
Для зчитування останнім часом активно застосовується магніторезистивний ефект, в дисках застосовуються магніторезистивні головки. Зміна магнітного поля в цих голівках призводить до зміни опору, яке залежить від зміни напруженості магнітного поля. Такі головки дозволяють збільшити вірогідність достовірності зчитування інформації.
методи запису
поздовжній запис
Інформація записується за допомогою маленької головки. Вона проходить над поверхнею диска, що обертається і намагнічує горизонтальні дискретні області. Вектор намагніченості домена розташований поздовжньо (паралельно поверхні диска). Кожна з цих областей є логічний нуль або одиницю, в залежності від напрямку намагніченості. Максимально досяжна щільність запису при цьому методі складає близько 23 Гбіт / см². У 2010 році даний метод був витіснений методом перпендикулярного запису.
перпендикулярна запис
Технологія, при якій біти інформації зберігаються в вертикальних доменах, що дозволяє використовувати більш сильні магнітні поля і знизити площа матеріалу, необхідну для запису 1 біта. Щільність запису у поточних зразків становить 400 Гбіт на кв / дюйм (62 Гбіт / см²). HDD з перпендикулярним записом вийшли на ринок в 2005 році.
Теплова магнітний запис (HAMR)
Даний метод запису в даний час є найперспективнішим з існуючих, він активно розробляється і до цього дня. Суть даного методу така: в ньому застосовується точковий підігрів диска, який дозволяє голівці намагнічувати дуже дрібні області його поверхні. Після охолодження диска, намагніченість «закріплюється». На ринку HDD даного типу поки мало, є лише експериментальні зразки, щільність запису яких 150 Гбіт / см². Розробка HAMR-технологій ведеться вже досить-таки давно, але експерти досі розходяться в оцінках максимальної щільності запису. Наприклад, компанія Hitachi називає межа в 2,3-3,1 Тбит / см², а Seagate Technology упевнені, що щільність запису HAMR-носіїв досягне 7,75 Тбіт / см². Широке поширення даної технології почалося тільки в 2012 році.
Структуровані носії даних
Структурований носій даних (Bit patterned media), - перспективна технологія зберігання даних на магнітному носії, в якій для запису використовуються масиви однакових магнітних осередків, кожна з яких відповідає одному біту інформації. Цим вона відрізняється від представників сучасних технологій магнітного запису, де біт інформації записується на декількох магнітних доменах.
порівняння інтерфейсів
Пропускна здатність, Мбіт / с
Максимальна довжина кабелю, м
Чи потрібна кабель живлення
Кількість накопичувачів на канал
Число провідників в кабелі
інші особливості
UltraATA / 133
+1064
0,46
Так (3,5 ") / Ні (2,5")
2
40/80
Controller + 2Slave, гаряча заміна неможлива
SATA-300
3000
1
так
1
7
Host / Slave, можлива гаряча заміна на деяких контролерах
SATA-600
6144
немає даних
так
1
7
FireWire / 400
400
4,5 (при послідовному з'єднанні до 72 м)
Так / Ні (залежить від типу інтерфейсу і накопичувача)
63
4/6
пристрою рівноправні, гаряча заміна можлива
FireWire / 800
800
4,5 (при послідовному з'єднанні до 72 м)
немає
63
4/6
пристрою рівноправні, гаряча заміна можлива
USB 2.0
480
5 (при послідовному з'єднанні, через хаби, до 72 м)
Так / Ні (залежить від типу накопичувача)
127
4
Host / Slave, гаряча заміна можлива
USB 3.0
4800
немає даних
Так / Ні (залежить від типу накопичувача)
немає даних
9
Двохнаправлений, сумісний з USB 2.0
Ultra-320 SCSI
2560
12
так
16
50/68
пристрою рівноправні, гаряча заміна можлива
SAS
3000
8
так
понад 16384
гаряча заміна; можливе підключення SATA-пристроїв в SAS-контролери
eSATA
3000
2
так
1 (з помножувачем портів до 15)
7
Host / Slave, гаряча заміна можлива
Хронологія накопичувачів
- 1956 рік - жорсткий диск IBM 350 в складі першого серійного комп'ютера IBM 305 RAMAC. Загальний обсяг пам'яті становив 5 мільйонів 6-бітних байт (3,5 MB в перерахунку на 8-бітові байти).
- 1980 рік - перший 5,25-дюймовий Winchester, Shugart ST-506, 5 MB.
- 1981 року - 5,25-дюймовий Shugart ST-412, 10 MB.
- 1985 рік - стандарт ESDI, доопрацьований стандарт ST-412
- 1986 рік - стандарти SCSI, ATA (IDE).
- 1990 рік - максимальна ємність 320 MB.
- 1995 рік - максимальна ємність 2 GB.
- 1997 рік - максимальна ємність 10 GB.
- 1998 рік - стандарти UDMA / 33 і ATAPI.
- 1999 рік - IBM випускає Microdrive ємністю 170 і 340 MB.
- 2000 рік - IBM випускає Microdrive ємністю 500 Мб і 1 Гб.
- 2002 рік - стандарт ATA / ATAPI-6 і накопичувачі місткістю понад 137 GB.
- 2003 рік - народження SATA.
- 2003 рік - Hitachi випускає Microdrive ємністю 2 GB.
- 2004 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 2,5 і 5 GB.
- 2005 рік - максимальна ємність 500 GB.
- 2005 рік - стандарт Serial ATA 3G (або SATA II).
- 2005 рік - поява SAS (Serial Attached SCSI).
- 2005 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 8 GB.
- 2006 рік - впровадження перпендикулярного методу запису в комерційні накопичувачі.
- 2006 рік - поява перших «гібридних» жорстких дисків, що містять блок флеш-пам'яті.
- 2006 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 12 GB.
- 2007 рік - Hitachi представляє перший комерційний накопичувач ємністю 1 TB.
- 2009 рік - Моделі ємністю 2 TB, побудовані на основі 500-гігабайтних пластин Western Digital.
- 2009 рік - Samsung випускає перші жорсткі диски з інтерфейсом USB 2.0
- 2009 рік - Western Digital оголосила про створення 2,5-дюймових HDD об'ємом 1 TB з щільністю запису в 333 GB на одній пластині)
- 2009 рік - поява стандарту SATA 3.0 (SATA 6G).
- 2010 рік - Seagate випускає жорсткий диск об'ємом 3 TB.
- 2010 рік - Samsung випускає жорсткий диск з пластинами, у яких щільність запису - 667 GB на одній пластині
- 2011 рік - Western Digital випустила перший диск на 750 GB пластинах.
- 2011 рік - Hitachi випустила перший диск на 1 GB пластинах.
Термінологія
HDD (hard (magnetic) disk drive, HMDD), накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД) - пристрій зберігання інформації з довільним доступом. Жорсткий диск, який працює за принципом магнітного запису. Є основним накопичувачем даних для більшості комп'ютерів.
Чому HDD називають "жорстким диском"? Справа в тому, що інформація в HDD записується на жорсткі (алюмінієві або скляні) пластини, які покриті шаром феромагнітного матеріалу, найчастіше двоокису хрому - магнітні диски. Є ще поняття «гнучкий диск», воно подразумівает під собою ніщо інше, як дискету. На відміну від гнучкого диска, носій інформації HDD часто поєднують з накопичувачем, приводом і блоком електроніки. Такі жорсткі диски використовуються в основному в якості незнімної носія інформації.
У HDD застосовується одна або кілька пластин на одній осі. У робочому режимі зчитувальні головки не стосуються поверхні пластин. Це відбувається завдяки утвореною прошарку набігаючого повітря біля поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою і диском дорівнює кільком нанометрів (близько 10 Нм). Відсутність механічного контакту забезпечує тривалий термін служби пристрою. Коли обертання дисків не відбувається, головки знаходяться у шпінделя або за межами диска, в безпечній зоні, там повністю виключений нештатний контакт з поверхнею дисків.
Жорсткий диск «Вінчестер»
Назва «вінчестер» (Winchester), як свідчить одна з версій, HDD отримав завдяки працював в компанії IBM Кеннету Хотон (Kenneth E. Haughton), що є керівником проекту, в результаті якого в 1973 році був випущений жорсткий диск моделі 3340. Модель вперше в історії об'єднала в одному нероз'ємному корпусі кілька пластин диска зі прочитуючими головками. В ході розробки інженерами було використано кодову назву проекту - "30-30". Воно означало два модулі (у максимальній компоновці) по 30 МБ кожен. Назва була дуже співзвучно з позначенням популярного мисливської зброї - гвинтівки Winchester Model 1894, що використовує гвинтівки патрон .30-30 Winchester. Крім того, існує версія, що назва «вінчестер» походить від назви патрона, що випускався Winchester Repeating Arms Company, першого створеного в США боєприпасу для цивільної зброї «малого» калібру на бездимному поросі, який перевершував патрони старих поколінь за всіма показниками і був дуже популярний .
У російській мові це назва збереглася і отримало напівофіційний статус, в комп'ютерному сленгу воно скоротилося до слова «гвинт».
Технічні характеристики і показники
Інтерфейс. Сучасні серійні внутрішні жорсткі диски можуть використовувати інтерфейси ATA ( IDE і PATA), SATA , eSATA , SCSI , SAS , FireWire, SDIO і Fibre Channel.
Ємність. Ємність сучасних HDD (з форм-фактором 3,5 дюйма) на вересень 2011 року досягла 4000 ГБ (4 TB) і наближається до 5 TB. Цікавий факт, що на відміну від прийнятої в інформатиці системи приставок, що позначають кратну 1024 величину, виробники HDD при позначенні ємності своїх жорстких дисків використовують величини, кратні 1000. Так, місткість жорсткого диска, маркованого як «200 ГБ», становить всього 186,2 гинув.
Форм-фактор. Практично всі сучасні накопичувачі для ПК і серверів мають ширину або 3,5, або 2,5 дюйма, вона заточена під розмір стандартних кріплень для них в настільних комп'ютерах і ноутбуках, відповідно. Крім того, набули поширення і формати 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм і 0,85 дюйма. Припинено випуск накопичувачів в форм-факторах 8 і 5,25 дюймів.
Час довільного доступу. Діапазон даного параметра становить від 2,5 до 16 мс. Зазвичай, мінімальним часом володіють серверні диски, а найбільшим - диски для портативних пристроїв. Наприклад, для порівняння, у SSD-накопичувачів даний параметр менше 1 мс.
Швидкість обертання шпинделя. Даний параметр в значній мірі визначає час доступу і середню швидкість передачі даних. Сьогодні випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200 5400 і 7200 (ноутбуки), 5400 5900, 7200 і 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об / хв (сервери і робочі станції). Що стосується ноутбуків, то збільшення швидкості обертання шпинделя в вінчестерах в їхньому випадку перешкоджає гироскопический ефект.
Надійність. Це середній час напрацювання на відмову (MTBF). Більшість сучасних дисків підтримують технологію SMART
Кількість операцій вводу-виводу в секунду. Сучасні диски виробляють близько 50 операцій в секуду при довільному доступі до накопичувача, і близько 100 операцій в секуду при послідовному доступі.
Споживання енергії. Є дуже важливим показником особливо для мобільних пристроїв.
Опірність ударам. Опірність різких перепадів тиску і інших впливів вимірюється в одиницях допустимого перевантаження у включеному і вимкненому стані.
Швидкість передачі даних при послідовному доступі:
- внутрішня зона диска: від 44,2 до 74,5 Мб / с;
- зовнішня зона диска: від 60,0 до 111,4 Мб / с.
Обсяг буфера. Буфер - це проміжна пам'ять, завданням якої є згладжування відмінностей швидкості читання / запису і передачі по всьому інтерфейсу. Він зазвичай варіюється від 8 до 64 Мб.
Рівень шуму. Вироблений механікою шум накопичувача під час його роботи. Розраховується в децибелах. Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму приблизно 26 дБ і нижче. Шум пристрою полягає в двох джерелах шуму: від обертання шпинделя і від позиціонування.
Як знизити шум жорсткого диска?
Щоб знизити рівень шуму в жорсткому диску застосовуються такі методи:
- Програмний (використовуються налаштування, вбудованої системи AAM). Перемикання жорсткого диска в малошумний режим призводить до зниження продуктивності на 5-25%, але робить шум практично непомітним.
- Використання шумопоглинаючих пристроїв. Гумові або силіконові кріплення дисків (застосовуються також шайби), спеціальна гнучка підвіска для кріплення.
Виробники HDD
Спочатку на ринку існувала величезна різноманітність жорстких дисків, і їх виробників. Однак, у міру посилення конкуренції, і паралельного бурхливого зростання ємності пристроїв, з пропорційним зниженням рівня і норми прибутку, більшість виробників було куплено більшими гравцями, інші ж перейшли на інші види продукції.
Компанія Fujitsu випускає жорсткі диски для ноутбуків і SCSI-диски, але покинула масовий ринок настільних накопичувачів в 2001 році через масово виходила з ладу мікросхеми контролера Cirrus Logic на самому диску. У 2009 році виробництво жорстких дисків було повністю передано компанії Toshiba. До цього моменту жорсткі диски Fujitsu вважалися найкращими в секторі настільних комп'ютерів, маючи чудові характеристики обертових поверхонь.
Компанія Toshiba є основним виробником 2,5- і 1,8-дюймових HDD для ноутбуків. Достатньо гучну в історії жорстких дисків була компанія Quantum, яка на початку 2000-х зазнала фатальні невдачі: в жорстких дисках Quantum серії CX виходила з ладу мікросхема комутатора головок, розташована в гермобанке диска, що призводило до дуже дорогого вилученню даних з вийшов з ладу диска .
Компанія NEC також займалася випуском жорстких дисків, і була одним з лідерів. Дуже високі позиції у виробництві дисків займала і компанія Maxtor. У 2001 році Maxtor викупила підрозділ жорстких дисків компанії Quantum, їй також не вдалося уникнути проблем, пов'язаних з випуском так званих «тонких» дисків. У 2006 році відбулося злиття компаній Seagate і Maxtor.
В середині 90-х років існувала така компанія Conner Peripherials, яку згодом викупила Seagate. У першій половині 90-х існувала фірма Micropolis, що випускала дуже дорогі SCSI-диски преміум-класу для серверів. Але при випуску перших в галузі вінчестерів на 7200 об / хв компанія використовувала неякісні підшипники шпинделя, які поставлялися фірмою Nidec. Внаслідок цього компанія Micropolis зазнала серйозних збитків на повернення, розорилася і була повністю викуплена компанією Seagate. Колишній підрозділ IBM, диски якої до сих пір вважалися еталонними, після низки невдач, пов'язаних з масовими відмовами дисків для настільних комп'ютерів на початку 2000-х років, було викуплено компанією Hitachi. Навесні 2011 року її придбала компанія Western Digital.
У той же момент Samsung продали своє HDD підрозділ Seagate.
У 2011 році на ринку залишилося всього 3 виробника, що займаються HDD: Seagate Technology, Western Digital і Toshiba. У зв'язку з просуванням на ринок зовнішніх накопичувачів і розвитком технологій типу SSD кількість фірм, що пропонують свіжі рішення, знову зросла.
Пристрій
Схема пристрою накопичувача на жорстких магнітних дисках.
гермозони
Гермозони складається з корпусу, вилитого з міцного сплаву, самої пластини з магнітним покриттям. У деяких моделях HDD ці пластини розділені сепараторами. Також в гермозоні є блок головок з пристроєм позиціонування, і електропривод шпинделя.
Усередині гермозони більшості пристроїв не існує вакууму. Якісь виробники роблять її повністю герметичній (тому й таку назву), заповнюючи очищеним і висушеним повітрям або нейтральними газами (азотом), а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву або пластикову мембрану. В цьому випадку, всередині корпусу жорсткого диска передбачається невелика кишеня для пакетика силикагеля, абсорбуючої водяні пари, що залишилися всередині корпусу після його герметизації. Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір з фільтром, здатним затримувати дуже дрібні, товщиною в кілька мікрометрів, частки. Але в цьому випадку вирівнюється і вологість, а також з'являється ризик проникнення шкідливих газів. Вирівнювання тиску потрібно для запобігання деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску або температури, а також при прогріванні пристрою в ході роботи.
Пил, що опинилася при складанні в гермозоні і потрапила на поверхню диска, при обертанні, зноситься на ще один фільтр - спеціально встановлений пиловловлювач.
Блок головок є пакет кронштейнів, виконаних з пружною стали. Одним кінцем вони закріплені на осі поруч з краєм диска, а на інших кінцях закріплені головки, прямо над дисками.
Диски з пластинами зазвичай виготовляються з металевого сплаву. Хоча й були спроби робити їх з пластику і навіть скла (IBM), але такі пластини виявилися крихкими і недовговічними. Обидві площини пластин, як на магнітофонного стрічці, покриті найтоншої пилом феромагнетика - оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад і технологія нанесення є комерційною таємницею. Більшість бюджетних пристроїв містить одну або дві пластини.
Диски міцно встановлюються на шпинделі. В ході роботи частота обертання шпинделя досягає декількох тисяч обертів на хвилину (3600 4200 5000, 5400 5900, 7200, 9600, 10 000, 12 000, 15 000). При такій швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, що підводить головки і змушує їх парити над поверхнею пластини. Форма головок розраховується так, щоб при роботі забезпечити оптимальну відстань від пластини. До тих пір, поки диски не досягли швидкості «зльоту» головок, паркувальне пристрій утримує головки в зоні парковки, що запобігає пошкодженню головок, а також самої робочої поверхні. Шпиндельний двигун жорсткого диска - трифазний синхронний, і забезпечує стабільне обертання магнітних дисків, змонтованих на шпинделі двигуна. Статор двигуна складається з трьох обмоток, включених «зіркою» з відведенням посередині, ротором виступає постійний секційний магніт.
Сепаратор являє собою пластину, виготовлену з пластику або алюмінію, що знаходиться між пластинами магнітних дисків. Використовується він для вирівнювання потоків повітря всередині гермозони.
пристрій позиціонування
Пристрій позиціонування (актуатор) головок - це малоінерційний соленоїдний двигун, що складається з нерухомої пари неодімових постійних магнітів, а також котушки, що стоїть на рухомому кронштейні блоку головок.
Принцип роботи двигуна полягає в наступному: обмотка знаходиться всередині статора (зазвичай двох нерухомих магнітів), струм, що подається з різною силою і полярністю, направляє її точно на кронштейн з головками по радіальної траєкторії. Швидкість пошуку даних на поверхні пластин прямим чином залежить від швидкості роботи пристрою позиціонування.
Кожен накопичувач має спеціальну зону (паркувальну), на якій головки зупиняються в ті моменти, коли накопичувач вимкнений або знаходиться в одному з режимів низького енергоспоживання. В паркувальному стані кронштейн блоку головок знаходиться в крайньому положенні і впирається в обмежувач ходу. При операціях читання / запису основним джерелом шуму є вібрація, що з'являється внаслідок ударів кронштейнів, що утримують магнітні головки, об обмежувачі ходу в процесі повернення головок в нульову позицію. Щоб скоротити рівень шуму на обмежниках ходу встановлюються демпфирующие шайби з м'якої гуми. Істотно скоротити рівень шуму жорсткого диска можна програмним шляхом, змінюючи параметри режимів прискорення і гальмування блоку головок. Для цих цілей розроблена спеціальна технологія - Automatic Acoustic Management. Офіційно можливість програмного управління рівнем шуму жорсткого диска з'явилася в стандарті ATA / ATAPI-6, хоча і деякі виробники робили експериментальні реалізації і в більш молодших версіях. Управління здійснюється шляхом зміни значення керуючої змінної в діапазоні від 128 до 254, що дозволяє регулювати шум, продуктивність, температуру, споживання електроенергії та термін експлуатації жорсткого диска.
блок електроніки
Більш ранні жорсткі диски мали керуючу логіку винесену на MFM або RLL контролер комп'ютера. Плата електроніки містила тільки модулі аналогової обробки і управління двигуном шпінделя, позиционером і комутатором головок. У міру збільшення швидкостей передачі даних розробники зменшували до межі довжину аналогового тракту. Так, в сучасних жорстких дисках блок електроніки зазвичай містить керуючий блок, постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ), буферну пам'ять, інтерфейсний блок і блок цифрової обробки сигналу. Інтерфейсний блок забезпечує сполучення електроніки жорсткого диска з рештою системи.
Блок управління - це система управління, яка бере електричні сигнали позиціонування головок, і виробляє керуючі впливи приводом типу «звукова котушка», комутацію інформаційних потоків з різних головок, управління роботою всіх інших вузлів, прийом і обробку сигналів з датчиків пристрою. Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків управління і цифрової обробки сигналу, службову інформацію жорсткого диска.
Буферна пам'ять пом'якшує різницю швидкостей інтерфейсної частини і накопичувача завдяки застосуванню швидкодіючої статичної пам'яті. Збільшення розміру буферної пам'яті іноді дозволяє збільшити швидкість роботи накопичувача.
Блок цифрової обробки сигналу очищає лічений аналоговий сигнал і його декодування. Цифрова обробка здійснюється різними методами (наприклад, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood)). Порівняння прийнятого сигналу із зразками, при якому вибирається зразок, найбільш схожий за формою і тимчасовим характеристикам на декодіруемий сигнал. Заключний етап складання пристрою передбачає форматування поверхні пластин: на них формуються доріжки і сектори. Конкретний спосіб визначається виробником та / або стандартом, але, обов'язково на кожну доріжку наноситься магнітна мітка з позначенням початку.
Є такі утиліти, які здатні тестувати фізичні сектори диска, і обмежено переглядати / правити службові дані. Можливості таких утиліт більшою мірою залежать від моделі диска і технічних даних.
адресація даних
Сектор - мінімальна область даних на HDD. Розмір сектора дорівнює 512 байт. У 2006 році IDEMA оголосила про перехід на розмір сектора 4096 байт, який був завершений до 2010 року.
Western Digital почала використовувати нову технологію форматування «Advanced Format» першої, і випустила серію накопичувачів, які використовують таку технологію. До цієї серії відносяться лінійки AARS / EARS і BPVT на відміну від BEVT, які при тих же характеристиках використовують «старий» 512-байтний сектор.
Існує 2 основних способи адресації секторів на диску: циліндр-голівка-сектор (CHS) і лінійна адресація блоків (LBA). При першому способі сектор адресується його фізичного стану на диску 3 координатами - номером циліндра, номером головки і номером сектора. При другому способі адреса блоків на носії задається логічним лінійною адресою. LBA-адресація почала використовуватися в 1994 році, разом зі стандартом EIDE (Extended IDE).
Термінологія
HDD (hard (magnetic) disk drive, HMDD), накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД) - пристрій зберігання інформації з довільним доступом. Жорсткий диск, який працює за принципом магнітного запису. Є основним накопичувачем даних для більшості комп'ютерів.
Чому HDD називають "жорстким диском"? Справа в тому, що інформація в HDD записується на жорсткі (алюмінієві або скляні) пластини, які покриті шаром феромагнітного матеріалу, найчастіше двоокису хрому - магнітні диски. Є ще поняття «гнучкий диск», воно подразумівает під собою ніщо інше, як дискету. На відміну від гнучкого диска, носій інформації HDD часто поєднують з накопичувачем, приводом і блоком електроніки. Такі жорсткі диски використовуються в основному в якості незнімної носія інформації.
У HDD застосовується одна або кілька пластин на одній осі. У робочому режимі зчитувальні головки не стосуються поверхні пластин. Це відбувається завдяки утвореною прошарку набігаючого повітря біля поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою і диском дорівнює кільком нанометрів (близько 10 Нм). Відсутність механічного контакту забезпечує тривалий термін служби пристрою. Коли обертання дисків не відбувається, головки знаходяться у шпінделя або за межами диска, в безпечній зоні, там повністю виключений нештатний контакт з поверхнею дисків.
Жорсткий диск «Вінчестер»
Назва «вінчестер» (Winchester), як свідчить одна з версій, HDD отримав завдяки працював в компанії IBM Кеннету Хотон (Kenneth E. Haughton), що є керівником проекту, в результаті якого в 1973 році був випущений жорсткий диск моделі 3340. Модель вперше в історії об'єднала в одному нероз'ємному корпусі кілька пластин диска зі прочитуючими головками. В ході розробки інженерами було використано кодову назву проекту - "30-30". Воно означало два модулі (у максимальній компоновці) по 30 МБ кожен. Назва була дуже співзвучно з позначенням популярного мисливської зброї - гвинтівки Winchester Model 1894, що використовує гвинтівки патрон .30-30 Winchester. Крім того, існує версія, що назва «вінчестер» походить від назви патрона, що випускався Winchester Repeating Arms Company, першого створеного в США боєприпасу для цивільної зброї «малого» калібру на бездимному поросі, який перевершував патрони старих поколінь за всіма показниками і був дуже популярний .
У російській мові це назва збереглася і отримало напівофіційний статус, в комп'ютерному сленгу воно скоротилося до слова «гвинт».
Технічні характеристики і показники
Інтерфейс. Сучасні серійні внутрішні жорсткі диски можуть використовувати інтерфейси ATA ( IDE і PATA), SATA , eSATA , SCSI , SAS , FireWire, SDIO і Fibre Channel.
Ємність. Ємність сучасних HDD (з форм-фактором 3,5 дюйма) на вересень 2011 року досягла 4000 ГБ (4 TB) і наближається до 5 TB. Цікавий факт, що на відміну від прийнятої в інформатиці системи приставок, що позначають кратну 1024 величину, виробники HDD при позначенні ємності своїх жорстких дисків використовують величини, кратні 1000. Так, місткість жорсткого диска, маркованого як «200 ГБ», становить всього 186,2 гинув.
Форм-фактор. Практично всі сучасні накопичувачі для ПК і серверів мають ширину або 3,5, або 2,5 дюйма, вона заточена під розмір стандартних кріплень для них в настільних комп'ютерах і ноутбуках, відповідно. Крім того, набули поширення і формати 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм і 0,85 дюйма. Припинено випуск накопичувачів в форм-факторах 8 і 5,25 дюймів.
Час довільного доступу. Діапазон даного параметра становить від 2,5 до 16 мс. Зазвичай, мінімальним часом володіють серверні диски, а найбільшим - диски для портативних пристроїв. Наприклад, для порівняння, у SSD-накопичувачів даний параметр менше 1 мс.
Швидкість обертання шпинделя. Даний параметр в значній мірі визначає час доступу і середню швидкість передачі даних. Сьогодні випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200 5400 і 7200 (ноутбуки), 5400 5900, 7200 і 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об / хв (сервери і робочі станції). Що стосується ноутбуків, то збільшення швидкості обертання шпинделя в вінчестерах в їхньому випадку перешкоджає гироскопический ефект.
Надійність. Це середній час напрацювання на відмову (MTBF). Більшість сучасних дисків підтримують технологію SMART
Кількість операцій вводу-виводу в секунду. Сучасні диски виробляють близько 50 операцій в секуду при довільному доступі до накопичувача, і близько 100 операцій в секуду при послідовному доступі.
Споживання енергії. Є дуже важливим показником особливо для мобільних пристроїв.
Опірність ударам. Опірність різких перепадів тиску і інших впливів вимірюється в одиницях допустимого перевантаження у включеному і вимкненому стані.
Швидкість передачі даних при послідовному доступі:
- внутрішня зона диска: від 44,2 до 74,5 Мб / с;
- зовнішня зона диска: від 60,0 до 111,4 Мб / с.
Обсяг буфера. Буфер - це проміжна пам'ять, завданням якої є згладжування відмінностей швидкості читання / запису і передачі по всьому інтерфейсу. Він зазвичай варіюється від 8 до 64 Мб.
Рівень шуму. Вироблений механікою шум накопичувача під час його роботи. Розраховується в децибелах. Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму приблизно 26 дБ і нижче. Шум пристрою полягає в двох джерелах шуму: від обертання шпинделя і від позиціонування.
Як знизити шум жорсткого диска?
Щоб знизити рівень шуму в жорсткому диску застосовуються такі методи:
- Програмний (використовуються налаштування, вбудованої системи AAM). Перемикання жорсткого диска в малошумний режим призводить до зниження продуктивності на 5-25%, але робить шум практично непомітним.
- Використання шумопоглинаючих пристроїв. Гумові або силіконові кріплення дисків (застосовуються також шайби), спеціальна гнучка підвіска для кріплення.
Виробники HDD
Спочатку на ринку існувала величезна різноманітність жорстких дисків, і їх виробників. Однак, у міру посилення конкуренції, і паралельного бурхливого зростання ємності пристроїв, з пропорційним зниженням рівня і норми прибутку, більшість виробників було куплено більшими гравцями, інші ж перейшли на інші види продукції.
Компанія Fujitsu випускає жорсткі диски для ноутбуків і SCSI-диски, але покинула масовий ринок настільних накопичувачів в 2001 році через масово виходила з ладу мікросхеми контролера Cirrus Logic на самому диску. У 2009 році виробництво жорстких дисків було повністю передано компанії Toshiba. До цього моменту жорсткі диски Fujitsu вважалися найкращими в секторі настільних комп'ютерів, маючи чудові характеристики обертових поверхонь.
Компанія Toshiba є основним виробником 2,5- і 1,8-дюймових HDD для ноутбуків. Достатньо гучну в історії жорстких дисків була компанія Quantum, яка на початку 2000-х зазнала фатальні невдачі: в жорстких дисках Quantum серії CX виходила з ладу мікросхема комутатора головок, розташована в гермобанке диска, що призводило до дуже дорогого вилученню даних з вийшов з ладу диска .
Компанія NEC також займалася випуском жорстких дисків, і була одним з лідерів. Дуже високі позиції у виробництві дисків займала і компанія Maxtor. У 2001 році Maxtor викупила підрозділ жорстких дисків компанії Quantum, їй також не вдалося уникнути проблем, пов'язаних з випуском так званих «тонких» дисків. У 2006 році відбулося злиття компаній Seagate і Maxtor.
В середині 90-х років існувала така компанія Conner Peripherials, яку згодом викупила Seagate. У першій половині 90-х існувала фірма Micropolis, що випускала дуже дорогі SCSI-диски преміум-класу для серверів. Але при випуску перших в галузі вінчестерів на 7200 об / хв компанія використовувала неякісні підшипники шпинделя, які поставлялися фірмою Nidec. Внаслідок цього компанія Micropolis зазнала серйозних збитків на повернення, розорилася і була повністю викуплена компанією Seagate. Колишній підрозділ IBM, диски якої до сих пір вважалися еталонними, після низки невдач, пов'язаних з масовими відмовами дисків для настільних комп'ютерів на початку 2000-х років, було викуплено компанією Hitachi. Навесні 2011 року її придбала компанія Western Digital.
У той же момент Samsung продали своє HDD підрозділ Seagate.
У 2011 році на ринку залишилося всього 3 виробника, що займаються HDD: Seagate Technology, Western Digital і Toshiba. У зв'язку з просуванням на ринок зовнішніх накопичувачів і розвитком технологій типу SSD кількість фірм, що пропонують свіжі рішення, знову зросла.
Пристрій
Схема пристрою накопичувача на жорстких магнітних дисках.
гермозони
Гермозони складається з корпусу, вилитого з міцного сплаву, самої пластини з магнітним покриттям. У деяких моделях HDD ці пластини розділені сепараторами. Також в гермозоні є блок головок з пристроєм позиціонування, і електропривод шпинделя.
Усередині гермозони більшості пристроїв не існує вакууму. Якісь виробники роблять її повністю герметичній (тому й таку назву), заповнюючи очищеним і висушеним повітрям або нейтральними газами (азотом), а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву або пластикову мембрану. В цьому випадку, всередині корпусу жорсткого диска передбачається невелика кишеня для пакетика силикагеля, абсорбуючої водяні пари, що залишилися всередині корпусу після його герметизації. Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір з фільтром, здатним затримувати дуже дрібні, товщиною в кілька мікрометрів, частки. Але в цьому випадку вирівнюється і вологість, а також з'являється ризик проникнення шкідливих газів. Вирівнювання тиску потрібно для запобігання деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску або температури, а також при прогріванні пристрою в ході роботи.
Пил, що опинилася при складанні в гермозоні і потрапила на поверхню диска, при обертанні, зноситься на ще один фільтр - спеціально встановлений пиловловлювач.
Блок головок є пакет кронштейнів, виконаних з пружною стали. Одним кінцем вони закріплені на осі поруч з краєм диска, а на інших кінцях закріплені головки, прямо над дисками.
Диски з пластинами зазвичай виготовляються з металевого сплаву. Хоча й були спроби робити їх з пластику і навіть скла (IBM), але такі пластини виявилися крихкими і недовговічними. Обидві площини пластин, як на магнітофонного стрічці, покриті найтоншої пилом феромагнетика - оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад і технологія нанесення є комерційною таємницею. Більшість бюджетних пристроїв містить одну або дві пластини.
Диски міцно встановлюються на шпинделі. В ході роботи частота обертання шпинделя досягає декількох тисяч обертів на хвилину (3600 4200 5000, 5400 5900, 7200, 9600, 10 000, 12 000, 15 000). При такій швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, що підводить головки і змушує їх парити над поверхнею пластини. Форма головок розраховується так, щоб при роботі забезпечити оптимальну відстань від пластини. До тих пір, поки диски не досягли швидкості «зльоту» головок, паркувальне пристрій утримує головки в зоні парковки, що запобігає пошкодженню головок, а також самої робочої поверхні. Шпиндельний двигун жорсткого диска - трифазний синхронний, і забезпечує стабільне обертання магнітних дисків, змонтованих на шпинделі двигуна. Статор двигуна складається з трьох обмоток, включених «зіркою» з відведенням посередині, ротором виступає постійний секційний магніт.
Сепаратор являє собою пластину, виготовлену з пластику або алюмінію, що знаходиться між пластинами магнітних дисків. Використовується він для вирівнювання потоків повітря всередині гермозони.
пристрій позиціонування
Пристрій позиціонування (актуатор) головок - це малоінерційний соленоїдний двигун, що складається з нерухомої пари неодімових постійних магнітів, а також котушки, що стоїть на рухомому кронштейні блоку головок.
Принцип роботи двигуна полягає в наступному: обмотка знаходиться всередині статора (зазвичай двох нерухомих магнітів), струм, що подається з різною силою і полярністю, направляє її точно на кронштейн з головками по радіальної траєкторії. Швидкість пошуку даних на поверхні пластин прямим чином залежить від швидкості роботи пристрою позиціонування.
Кожен накопичувач має спеціальну зону (паркувальну), на якій головки зупиняються в ті моменти, коли накопичувач вимкнений або знаходиться в одному з режимів низького енергоспоживання. В паркувальному стані кронштейн блоку головок знаходиться в крайньому положенні і впирається в обмежувач ходу. При операціях читання / запису основним джерелом шуму є вібрація, що з'являється внаслідок ударів кронштейнів, що утримують магнітні головки, об обмежувачі ходу в процесі повернення головок в нульову позицію. Щоб скоротити рівень шуму на обмежниках ходу встановлюються демпфирующие шайби з м'якої гуми. Істотно скоротити рівень шуму жорсткого диска можна програмним шляхом, змінюючи параметри режимів прискорення і гальмування блоку головок. Для цих цілей розроблена спеціальна технологія - Automatic Acoustic Management. Офіційно можливість програмного управління рівнем шуму жорсткого диска з'явилася в стандарті ATA / ATAPI-6, хоча і деякі виробники робили експериментальні реалізації і в більш молодших версіях. Управління здійснюється шляхом зміни значення керуючої змінної в діапазоні від 128 до 254, що дозволяє регулювати шум, продуктивність, температуру, споживання електроенергії та термін експлуатації жорсткого диска.
блок електроніки
Більш ранні жорсткі диски мали керуючу логіку винесену на MFM або RLL контролер комп'ютера. Плата електроніки містила тільки модулі аналогової обробки і управління двигуном шпінделя, позиционером і комутатором головок. У міру збільшення швидкостей передачі даних розробники зменшували до межі довжину аналогового тракту. Так, в сучасних жорстких дисках блок електроніки зазвичай містить керуючий блок, постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ), буферну пам'ять, інтерфейсний блок і блок цифрової обробки сигналу. Інтерфейсний блок забезпечує сполучення електроніки жорсткого диска з рештою системи.
Блок управління - це система управління, яка бере електричні сигнали позиціонування головок, і виробляє керуючі впливи приводом типу «звукова котушка», комутацію інформаційних потоків з різних головок, управління роботою всіх інших вузлів, прийом і обробку сигналів з датчиків пристрою. Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків управління і цифрової обробки сигналу, службову інформацію жорсткого диска.
Буферна пам'ять пом'якшує різницю швидкостей інтерфейсної частини і накопичувача завдяки застосуванню швидкодіючої статичної пам'яті. Збільшення розміру буферної пам'яті іноді дозволяє збільшити швидкість роботи накопичувача.
Блок цифрової обробки сигналу очищає лічений аналоговий сигнал і його декодування. Цифрова обробка здійснюється різними методами (наприклад, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood)). Порівняння прийнятого сигналу із зразками, при якому вибирається зразок, найбільш схожий за формою і тимчасовим характеристикам на декодіруемий сигнал. Заключний етап складання пристрою передбачає форматування поверхні пластин: на них формуються доріжки і сектори. Конкретний спосіб визначається виробником та / або стандартом, але, обов'язково на кожну доріжку наноситься магнітна мітка з позначенням початку.
Є такі утиліти, які здатні тестувати фізичні сектори диска, і обмежено переглядати / правити службові дані. Можливості таких утиліт більшою мірою залежать від моделі диска і технічних даних.
адресація даних
Сектор - мінімальна область даних на HDD. Розмір сектора дорівнює 512 байт. У 2006 році IDEMA оголосила про перехід на розмір сектора 4096 байт, який був завершений до 2010 року.
Western Digital почала використовувати нову технологію форматування «Advanced Format» першої, і випустила серію накопичувачів, які використовують таку технологію. До цієї серії відносяться лінійки AARS / EARS і BPVT на відміну від BEVT, які при тих же характеристиках використовують «старий» 512-байтний сектор.
Існує 2 основних способи адресації секторів на диску: циліндр-голівка-сектор (CHS) і лінійна адресація блоків (LBA). При першому способі сектор адресується його фізичного стану на диску 3 координатами - номером циліндра, номером головки і номером сектора. При другому способі адреса блоків на носії задається логічним лінійною адресою. LBA-адресація почала використовуватися в 1994 році, разом зі стандартом EIDE (Extended IDE).
Термінологія
HDD (hard (magnetic) disk drive, HMDD), накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД) - пристрій зберігання інформації з довільним доступом. Жорсткий диск, який працює за принципом магнітного запису. Є основним накопичувачем даних для більшості комп'ютерів.
Чому HDD називають "жорстким диском"? Справа в тому, що інформація в HDD записується на жорсткі (алюмінієві або скляні) пластини, які покриті шаром феромагнітного матеріалу, найчастіше двоокису хрому - магнітні диски. Є ще поняття «гнучкий диск», воно подразумівает під собою ніщо інше, як дискету. На відміну від гнучкого диска, носій інформації HDD часто поєднують з накопичувачем, приводом і блоком електроніки. Такі жорсткі диски використовуються в основному в якості незнімної носія інформації.
У HDD застосовується одна або кілька пластин на одній осі. У робочому режимі зчитувальні головки не стосуються поверхні пластин. Це відбувається завдяки утвореною прошарку набігаючого повітря біля поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою і диском дорівнює кільком нанометрів (близько 10 Нм). Відсутність механічного контакту забезпечує тривалий термін служби пристрою. Коли обертання дисків не відбувається, головки знаходяться у шпінделя або за межами диска, в безпечній зоні, там повністю виключений нештатний контакт з поверхнею дисків.
Жорсткий диск «Вінчестер»
Назва «вінчестер» (Winchester), як свідчить одна з версій, HDD отримав завдяки працював в компанії IBM Кеннету Хотон (Kenneth E. Haughton), що є керівником проекту, в результаті якого в 1973 році був випущений жорсткий диск моделі 3340. Модель вперше в історії об'єднала в одному нероз'ємному корпусі кілька пластин диска зі прочитуючими головками. В ході розробки інженерами було використано кодову назву проекту - "30-30". Воно означало два модулі (у максимальній компоновці) по 30 МБ кожен. Назва була дуже співзвучно з позначенням популярного мисливської зброї - гвинтівки Winchester Model 1894, що використовує гвинтівки патрон .30-30 Winchester. Крім того, існує версія, що назва «вінчестер» походить від назви патрона, що випускався Winchester Repeating Arms Company, першого створеного в США боєприпасу для цивільної зброї «малого» калібру на бездимному поросі, який перевершував патрони старих поколінь за всіма показниками і був дуже популярний .
У російській мові це назва збереглася і отримало напівофіційний статус, в комп'ютерному сленгу воно скоротилося до слова «гвинт».
Технічні характеристики і показники
Інтерфейс. Сучасні серійні внутрішні жорсткі диски можуть використовувати інтерфейси ATA ( IDE і PATA), SATA , eSATA , SCSI , SAS , FireWire, SDIO і Fibre Channel.
Ємність. Ємність сучасних HDD (з форм-фактором 3,5 дюйма) на вересень 2011 року досягла 4000 ГБ (4 TB) і наближається до 5 TB. Цікавий факт, що на відміну від прийнятої в інформатиці системи приставок, що позначають кратну 1024 величину, виробники HDD при позначенні ємності своїх жорстких дисків використовують величини, кратні 1000. Так, місткість жорсткого диска, маркованого як «200 ГБ», становить всього 186,2 гинув.
Форм-фактор. Практично всі сучасні накопичувачі для ПК і серверів мають ширину або 3,5, або 2,5 дюйма, вона заточена під розмір стандартних кріплень для них в настільних комп'ютерах і ноутбуках, відповідно. Крім того, набули поширення і формати 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм і 0,85 дюйма. Припинено випуск накопичувачів в форм-факторах 8 і 5,25 дюймів.
Час довільного доступу. Діапазон даного параметра становить від 2,5 до 16 мс. Зазвичай, мінімальним часом володіють серверні диски, а найбільшим - диски для портативних пристроїв. Наприклад, для порівняння, у SSD-накопичувачів даний параметр менше 1 мс.
Швидкість обертання шпинделя. Даний параметр в значній мірі визначає час доступу і середню швидкість передачі даних. Сьогодні випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200 5400 і 7200 (ноутбуки), 5400 5900, 7200 і 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об / хв (сервери і робочі станції). Що стосується ноутбуків, то збільшення швидкості обертання шпинделя в вінчестерах в їхньому випадку перешкоджає гироскопический ефект.
Надійність. Це середній час напрацювання на відмову (MTBF). Більшість сучасних дисків підтримують технологію SMART
Кількість операцій вводу-виводу в секунду. Сучасні диски виробляють близько 50 операцій в секуду при довільному доступі до накопичувача, і близько 100 операцій в секуду при послідовному доступі.
Споживання енергії. Є дуже важливим показником особливо для мобільних пристроїв.
Опірність ударам. Опірність різких перепадів тиску і інших впливів вимірюється в одиницях допустимого перевантаження у включеному і вимкненому стані.
Швидкість передачі даних при послідовному доступі:
- внутрішня зона диска: від 44,2 до 74,5 Мб / с;
- зовнішня зона диска: від 60,0 до 111,4 Мб / с.
Обсяг буфера. Буфер - це проміжна пам'ять, завданням якої є згладжування відмінностей швидкості читання / запису і передачі по всьому інтерфейсу. Він зазвичай варіюється від 8 до 64 Мб.
Рівень шуму. Вироблений механікою шум накопичувача під час його роботи. Розраховується в децибелах. Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму приблизно 26 дБ і нижче. Шум пристрою полягає в двох джерелах шуму: від обертання шпинделя і від позиціонування.
Як знизити шум жорсткого диска?
Щоб знизити рівень шуму в жорсткому диску застосовуються такі методи:
- Програмний (використовуються налаштування, вбудованої системи AAM). Перемикання жорсткого диска в малошумний режим призводить до зниження продуктивності на 5-25%, але робить шум практично непомітним.
- Використання шумопоглинаючих пристроїв. Гумові або силіконові кріплення дисків (застосовуються також шайби), спеціальна гнучка підвіска для кріплення.
Виробники HDD
Спочатку на ринку існувала величезна різноманітність жорстких дисків, і їх виробників. Однак, у міру посилення конкуренції, і паралельного бурхливого зростання ємності пристроїв, з пропорційним зниженням рівня і норми прибутку, більшість виробників було куплено більшими гравцями, інші ж перейшли на інші види продукції.
Компанія Fujitsu випускає жорсткі диски для ноутбуків і SCSI-диски, але покинула масовий ринок настільних накопичувачів в 2001 році через масово виходила з ладу мікросхеми контролера Cirrus Logic на самому диску. У 2009 році виробництво жорстких дисків було повністю передано компанії Toshiba. До цього моменту жорсткі диски Fujitsu вважалися найкращими в секторі настільних комп'ютерів, маючи чудові характеристики обертових поверхонь.
Компанія Toshiba є основним виробником 2,5- і 1,8-дюймових HDD для ноутбуків. Достатньо гучну в історії жорстких дисків була компанія Quantum, яка на початку 2000-х зазнала фатальні невдачі: в жорстких дисках Quantum серії CX виходила з ладу мікросхема комутатора головок, розташована в гермобанке диска, що призводило до дуже дорогого вилученню даних з вийшов з ладу диска .
Компанія NEC також займалася випуском жорстких дисків, і була одним з лідерів. Дуже високі позиції у виробництві дисків займала і компанія Maxtor. У 2001 році Maxtor викупила підрозділ жорстких дисків компанії Quantum, їй також не вдалося уникнути проблем, пов'язаних з випуском так званих «тонких» дисків. У 2006 році відбулося злиття компаній Seagate і Maxtor.
В середині 90-х років існувала така компанія Conner Peripherials, яку згодом викупила Seagate. У першій половині 90-х існувала фірма Micropolis, що випускала дуже дорогі SCSI-диски преміум-класу для серверів. Але при випуску перших в галузі вінчестерів на 7200 об / хв компанія використовувала неякісні підшипники шпинделя, які поставлялися фірмою Nidec. Внаслідок цього компанія Micropolis зазнала серйозних збитків на повернення, розорилася і була повністю викуплена компанією Seagate. Колишній підрозділ IBM, диски якої до сих пір вважалися еталонними, після низки невдач, пов'язаних з масовими відмовами дисків для настільних комп'ютерів на початку 2000-х років, було викуплено компанією Hitachi. Навесні 2011 року її придбала компанія Western Digital.
У той же момент Samsung продали своє HDD підрозділ Seagate.
У 2011 році на ринку залишилося всього 3 виробника, що займаються HDD: Seagate Technology, Western Digital і Toshiba. У зв'язку з просуванням на ринок зовнішніх накопичувачів і розвитком технологій типу SSD кількість фірм, що пропонують свіжі рішення, знову зросла.
Пристрій
Схема пристрою накопичувача на жорстких магнітних дисках.
гермозони
Гермозони складається з корпусу, вилитого з міцного сплаву, самої пластини з магнітним покриттям. У деяких моделях HDD ці пластини розділені сепараторами. Також в гермозоні є блок головок з пристроєм позиціонування, і електропривод шпинделя.
Усередині гермозони більшості пристроїв не існує вакууму. Якісь виробники роблять її повністю герметичній (тому й таку назву), заповнюючи очищеним і висушеним повітрям або нейтральними газами (азотом), а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву або пластикову мембрану. В цьому випадку, всередині корпусу жорсткого диска передбачається невелика кишеня для пакетика силикагеля, абсорбуючої водяні пари, що залишилися всередині корпусу після його герметизації. Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір з фільтром, здатним затримувати дуже дрібні, товщиною в кілька мікрометрів, частки. Але в цьому випадку вирівнюється і вологість, а також з'являється ризик проникнення шкідливих газів. Вирівнювання тиску потрібно для запобігання деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску або температури, а також при прогріванні пристрою в ході роботи.
Пил, що опинилася при складанні в гермозоні і потрапила на поверхню диска, при обертанні, зноситься на ще один фільтр - спеціально встановлений пиловловлювач.
Блок головок є пакет кронштейнів, виконаних з пружною стали. Одним кінцем вони закріплені на осі поруч з краєм диска, а на інших кінцях закріплені головки, прямо над дисками.
Диски з пластинами зазвичай виготовляються з металевого сплаву. Хоча й були спроби робити їх з пластику і навіть скла (IBM), але такі пластини виявилися крихкими і недовговічними. Обидві площини пластин, як на магнітофонного стрічці, покриті найтоншої пилом феромагнетика - оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад і технологія нанесення є комерційною таємницею. Більшість бюджетних пристроїв містить одну або дві пластини.
Диски міцно встановлюються на шпинделі. В ході роботи частота обертання шпинделя досягає декількох тисяч обертів на хвилину (3600 4200 5000, 5400 5900, 7200, 9600, 10 000, 12 000, 15 000). При такій швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, що підводить головки і змушує їх парити над поверхнею пластини. Форма головок розраховується так, щоб при роботі забезпечити оптимальну відстань від пластини. До тих пір, поки диски не досягли швидкості «зльоту» головок, паркувальне пристрій утримує головки в зоні парковки, що запобігає пошкодженню головок, а також самої робочої поверхні. Шпиндельний двигун жорсткого диска - трифазний синхронний, і забезпечує стабільне обертання магнітних дисків, змонтованих на шпинделі двигуна. Статор двигуна складається з трьох обмоток, включених «зіркою» з відведенням посередині, ротором виступає постійний секційний магніт.
Сепаратор являє собою пластину, виготовлену з пластику або алюмінію, що знаходиться між пластинами магнітних дисків. Використовується він для вирівнювання потоків повітря всередині гермозони.
пристрій позиціонування
Пристрій позиціонування (актуатор) головок - це малоінерційний соленоїдний двигун, що складається з нерухомої пари неодімових постійних магнітів, а також котушки, що стоїть на рухомому кронштейні блоку головок.
Принцип роботи двигуна полягає в наступному: обмотка знаходиться всередині статора (зазвичай двох нерухомих магнітів), струм, що подається з різною силою і полярністю, направляє її точно на кронштейн з головками по радіальної траєкторії. Швидкість пошуку даних на поверхні пластин прямим чином залежить від швидкості роботи пристрою позиціонування.
Кожен накопичувач має спеціальну зону (паркувальну), на якій головки зупиняються в ті моменти, коли накопичувач вимкнений або знаходиться в одному з режимів низького енергоспоживання. В паркувальному стані кронштейн блоку головок знаходиться в крайньому положенні і впирається в обмежувач ходу. При операціях читання / запису основним джерелом шуму є вібрація, що з'являється внаслідок ударів кронштейнів, що утримують магнітні головки, об обмежувачі ходу в процесі повернення головок в нульову позицію. Щоб скоротити рівень шуму на обмежниках ходу встановлюються демпфирующие шайби з м'якої гуми. Істотно скоротити рівень шуму жорсткого диска можна програмним шляхом, змінюючи параметри режимів прискорення і гальмування блоку головок. Для цих цілей розроблена спеціальна технологія - Automatic Acoustic Management. Офіційно можливість програмного управління рівнем шуму жорсткого диска з'явилася в стандарті ATA / ATAPI-6, хоча і деякі виробники робили експериментальні реалізації і в більш молодших версіях. Управління здійснюється шляхом зміни значення керуючої змінної в діапазоні від 128 до 254, що дозволяє регулювати шум, продуктивність, температуру, споживання електроенергії та термін експлуатації жорсткого диска.
блок електроніки
Більш ранні жорсткі диски мали керуючу логіку винесену на MFM або RLL контролер комп'ютера. Плата електроніки містила тільки модулі аналогової обробки і управління двигуном шпінделя, позиционером і комутатором головок. У міру збільшення швидкостей передачі даних розробники зменшували до межі довжину аналогового тракту. Так, в сучасних жорстких дисках блок електроніки зазвичай містить керуючий блок, постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ), буферну пам'ять, інтерфейсний блок і блок цифрової обробки сигналу. Інтерфейсний блок забезпечує сполучення електроніки жорсткого диска з рештою системи.
Блок управління - це система управління, яка бере електричні сигнали позиціонування головок, і виробляє керуючі впливи приводом типу «звукова котушка», комутацію інформаційних потоків з різних головок, управління роботою всіх інших вузлів, прийом і обробку сигналів з датчиків пристрою. Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків управління і цифрової обробки сигналу, службову інформацію жорсткого диска.
Буферна пам'ять пом'якшує різницю швидкостей інтерфейсної частини і накопичувача завдяки застосуванню швидкодіючої статичної пам'яті. Збільшення розміру буферної пам'яті іноді дозволяє збільшити швидкість роботи накопичувача.
Блок цифрової обробки сигналу очищає лічений аналоговий сигнал і його декодування. Цифрова обробка здійснюється різними методами (наприклад, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood)). Порівняння прийнятого сигналу із зразками, при якому вибирається зразок, найбільш схожий за формою і тимчасовим характеристикам на декодіруемий сигнал. Заключний етап складання пристрою передбачає форматування поверхні пластин: на них формуються доріжки і сектори. Конкретний спосіб визначається виробником та / або стандартом, але, обов'язково на кожну доріжку наноситься магнітна мітка з позначенням початку.
Є такі утиліти, які здатні тестувати фізичні сектори диска, і обмежено переглядати / правити службові дані. Можливості таких утиліт більшою мірою залежать від моделі диска і технічних даних.
адресація даних
Сектор - мінімальна область даних на HDD. Розмір сектора дорівнює 512 байт. У 2006 році IDEMA оголосила про перехід на розмір сектора 4096 байт, який був завершений до 2010 року.
Western Digital почала використовувати нову технологію форматування «Advanced Format» першої, і випустила серію накопичувачів, які використовують таку технологію. До цієї серії відносяться лінійки AARS / EARS і BPVT на відміну від BEVT, які при тих же характеристиках використовують «старий» 512-байтний сектор.
Існує 2 основних способи адресації секторів на диску: циліндр-голівка-сектор (CHS) і лінійна адресація блоків (LBA). При першому способі сектор адресується його фізичного стану на диску 3 координатами - номером циліндра, номером головки і номером сектора. При другому способі адреса блоків на носії задається логічним лінійною адресою. LBA-адресація почала використовуватися в 1994 році, разом зі стандартом EIDE (Extended IDE).
Запис Даних на HDD
Принцип роботи HDD дуже схожий з принципом роботи магнітофонів. Робоча поверхня диска рухається относительно голівкі, что зчітує. При подачі змінного електричного Струму (при запісі) на котушки головки вінікає змінне магнітне поле. При зчитуванні переміщення доменів у зазору головки приводить до зміни магнітного потоку в муздрамтеатрі головки, а це, в свою чергу, призводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці (ефекту електромагнітної індукції).
Для зчитування останнім часом активно застосовується магніторезистивний ефект, в дисках застосовуються магніторезистивні головки. Зміна магнітного поля в цих голівках призводить до зміни опору, яке залежить від зміни напруженості магнітного поля. Такі головки дозволяють збільшити вірогідність достовірності зчитування інформації.
методи запису
поздовжній запис
Інформація записується за допомогою маленької головки. Вона проходить над поверхнею диска, що обертається і намагнічує горизонтальні дискретні області. Вектор намагніченості домена розташований поздовжньо (паралельно поверхні диска). Кожна з цих областей є логічний нуль або одиницю, в залежності від напрямку намагніченості. Максимально досяжна щільність запису при цьому методі складає близько 23 Гбіт / см². У 2010 році даний метод був витіснений методом перпендикулярного запису.
перпендикулярна запис
Технологія, при якій біти інформації зберігаються в вертикальних доменах, що дозволяє використовувати більш сильні магнітні поля і знизити площа матеріалу, необхідну для запису 1 біта. Щільність запису у поточних зразків становить 400 Гбіт на кв / дюйм (62 Гбіт / см²). HDD з перпендикулярним записом вийшли на ринок в 2005 році.
Теплова магнітний запис (HAMR)
Даний метод запису в даний час є найперспективнішим з існуючих, він активно розробляється і до цього дня. Суть даного методу така: в ньому застосовується точковий підігрів диска, який дозволяє голівці намагнічувати дуже дрібні області його поверхні. Після охолодження диска, намагніченість «закріплюється». На ринку HDD даного типу поки мало, є лише експериментальні зразки, щільність запису яких 150 Гбіт / см². Розробка HAMR-технологій ведеться вже досить-таки давно, але експерти досі розходяться в оцінках максимальної щільності запису. Наприклад, компанія Hitachi називає межа в 2,3-3,1 Тбит / см², а Seagate Technology упевнені, що щільність запису HAMR-носіїв досягне 7,75 Тбіт / см². Широке поширення даної технології почалося тільки в 2012 році.
Структуровані носії даних
Структурований носій даних (Bit patterned media), - перспективна технологія зберігання даних на магнітному носії, в якій для запису використовуються масиви однакових магнітних осередків, кожна з яких відповідає одному біту інформації. Цим вона відрізняється від представників сучасних технологій магнітного запису, де біт інформації записується на декількох магнітних доменах.
порівняння інтерфейсів
Пропускна здатність, Мбіт / с
Максимальна довжина кабелю, м
Чи потрібна кабель живлення
Кількість накопичувачів на канал
Число провідників в кабелі
інші особливості
UltraATA / 133
тисяча шістьдесят Чотири
0,46
Так (3,5 ") / Ні (2,5")
2
40/80
Controller + 2Slave, гаряча заміна неможлива
SATA-300
3000
1
так
1
7
Host / Slave, можлива гаряча заміна на деяких контролерах
SATA-600
6144
немає даних
так
1
7
FireWire / 400
400
4,5 (при послідовному з'єднанні до 72 м)
Так / Ні (залежить від типу інтерфейсу і накопичувача)
63
4/6
пристрою рівноправні, гаряча заміна можлива
FireWire / 800
800
4,5 (при послідовному з'єднанні до 72 м)
немає
63
4/6
пристрою рівноправні, гаряча заміна можлива
USB 2.0
480
5 (при послідовному з'єднанні, через хаби, до 72 м)
Так / Ні (залежить від типу накопичувача)
127
4
Host / Slave, гаряча заміна можлива
USB 3.0
4800
немає даних
Так / Ні (залежить від типу накопичувача)
немає даних
9
Двохнаправлений, сумісний з USB 2.0
Ultra-320 SCSI
2560
12
так
16
50/68
пристрою рівноправні, гаряча заміна можлива
SAS
3000
8
так
понад 16384
гаряча заміна; можливе підключення SATA-пристроїв в SAS-контролери
eSATA
3000
2
так
1 (з помножувачем портів до 15)
7
Host / Slave, гаряча заміна можлива
Хронологія накопичувачів
- 1956 рік - жорсткий диск IBM 350 в складі першого серійного комп'ютера IBM 305 RAMAC. Загальний обсяг пам'яті становив 5 мільйонів 6-бітних байт (3,5 MB в перерахунку на 8-бітові байти).
- 1980 рік - перший 5,25-дюймовий Winchester, Shugart ST-506, 5 MB.
- 1981 року - 5,25-дюймовий Shugart ST-412, 10 MB.
- 1985 рік - стандарт ESDI, доопрацьований стандарт ST-412
- 1986 рік - стандарти SCSI, ATA (IDE).
- 1990 рік - максимальна ємність 320 MB.
- 1995 рік - максимальна ємність 2 GB.
- 1997 рік - максимальна ємність 10 GB.
- 1998 рік - стандарти UDMA / 33 і ATAPI.
- 1999 рік - IBM випускає Microdrive ємністю 170 і 340 MB.
- 2000 рік - IBM випускає Microdrive ємністю 500 Мб і 1 Гб.
- 2002 рік - стандарт ATA / ATAPI-6 і накопичувачі місткістю понад 137 GB.
- 2003 рік - народження SATA.
- 2003 рік - Hitachi випускає Microdrive ємністю 2 GB.
- 2004 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 2,5 і 5 GB.
- 2005 рік - максимальна ємність 500 GB.
- 2005 рік - стандарт Serial ATA 3G (або SATA II).
- 2005 рік - поява SAS (Serial Attached SCSI).
- 2005 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 8 GB.
- 2006 рік - впровадження перпендикулярного методу запису в комерційні накопичувачі.
- 2006 рік - поява перших «гібридних» жорстких дисків, що містять блок флеш-пам'яті.
- 2006 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 12 GB.
- 2007 рік - Hitachi представляє перший комерційний накопичувач ємністю 1 TB.
- 2009 рік - Моделі ємністю 2 TB, побудовані на основі 500-гігабайтних пластин Western Digital.
- 2009 рік - Samsung випускає перші жорсткі диски з інтерфейсом USB 2.0
- 2009 рік - Western Digital оголосила про створення 2,5-дюймових HDD об'ємом 1 TB з щільністю запису в 333 GB на одній пластині)
- 2009 рік - поява стандарту SATA 3.0 (SATA 6G).
- 2010 рік - Seagate випускає жорсткий диск об'ємом 3 TB.
- 2010 рік - Samsung випускає жорсткий диск з пластинами, у яких щільність запису - 667 GB на одній пластині
- 2011 рік - Western Digital випустила перший диск на 750 GB пластинах.
- 2011 рік - Hitachi випустила перший диск на 1 GB пластинах.
Термінологія
HDD (hard (magnetic) disk drive, HMDD), накопичувач на жорстких магнітних дисках (НЖМД) - пристрій зберігання інформації з довільним доступом. Жорсткий диск, який працює за принципом магнітного запису. Є основним накопичувачем даних для більшості комп'ютерів.
Чому HDD називають "жорстким диском"? Справа в тому, що інформація в HDD записується на жорсткі (алюмінієві або скляні) пластини, які покриті шаром феромагнітного матеріалу, найчастіше двоокису хрому - магнітні диски. Є ще поняття «гнучкий диск», воно подразумівает під собою ніщо інше, як дискету. На відміну від гнучкого диска, носій інформації HDD часто поєднують з накопичувачем, приводом і блоком електроніки. Такі жорсткі диски використовуються в основному в якості незнімної носія інформації.
У HDD застосовується одна або кілька пластин на одній осі. У робочому режимі зчитувальні головки не стосуються поверхні пластин. Це відбувається завдяки утвореною прошарку набігаючого повітря біля поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою і диском дорівнює кільком нанометрів (близько 10 Нм). Відсутність механічного контакту забезпечує тривалий термін служби пристрою. Коли обертання дисків не відбувається, головки знаходяться у шпінделя або за межами диска, в безпечній зоні, там повністю виключений нештатний контакт з поверхнею дисків.
Жорсткий диск «Вінчестер»
Назва «вінчестер» (Winchester), як свідчить одна з версій, HDD отримав завдяки працював в компанії IBM Кеннету Хотон (Kenneth E. Haughton), що є керівником проекту, в результаті якого в 1973 році був випущений жорсткий диск моделі 3340. Модель вперше в історії об'єднала в одному нероз'ємному корпусі кілька пластин диска зі прочитуючими головками. В ході розробки інженерами було використано кодову назву проекту - "30-30". Воно означало два модулі (у максимальній компоновці) по 30 МБ кожен. Назва була дуже співзвучно з позначенням популярного мисливської зброї - гвинтівки Winchester Model 1894, що використовує гвинтівки патрон .30-30 Winchester. Крім того, існує версія, що назва «вінчестер» походить від назви патрона, що випускався Winchester Repeating Arms Company, першого створеного в США боєприпасу для цивільної зброї «малого» калібру на бездимному поросі, який перевершував патрони старих поколінь за всіма показниками і був дуже популярний .
У російській мові це назва збереглася і отримало напівофіційний статус, в комп'ютерному сленгу воно скоротилося до слова «гвинт».
Технічні характеристики і показники
Інтерфейс. Сучасні серійні внутрішні жорсткі диски можуть використовувати інтерфейси ATA ( IDE і PATA), SATA , eSATA , SCSI , SAS , FireWire, SDIO і Fibre Channel.
Ємність. Ємність сучасних HDD (з форм-фактором 3,5 дюйма) на вересень 2011 року досягла 4000 ГБ (4 TB) і наближається до 5 TB. Цікавий факт, що на відміну від прийнятої в інформатиці системи приставок, що позначають кратну 1024 величину, виробники HDD при позначенні ємності своїх жорстких дисків використовують величини, кратні 1000. Так, місткість жорсткого диска, маркованого як «200 ГБ», становить всього 186,2 гинув.
Форм-фактор. Практично всі сучасні накопичувачі для ПК і серверів мають ширину або 3,5, або 2,5 дюйма, вона заточена під розмір стандартних кріплень для них в настільних комп'ютерах і ноутбуках, відповідно. Крім того, набули поширення і формати 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм і 0,85 дюйма. Припинено випуск накопичувачів в форм-факторах 8 і 5,25 дюймів.
Час довільного доступу. Діапазон даного параметра становить від 2,5 до 16 мс. Зазвичай, мінімальним часом володіють серверні диски, а найбільшим - диски для портативних пристроїв. Наприклад, для порівняння, у SSD-накопичувачів даний параметр менше 1 мс.
Швидкість обертання шпинделя. Даний параметр в значній мірі визначає час доступу і середню швидкість передачі даних. Сьогодні випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200 5400 і 7200 (ноутбуки), 5400 5900, 7200 і 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об / хв (сервери і робочі станції). Що стосується ноутбуків, то збільшення швидкості обертання шпинделя в вінчестерах в їхньому випадку перешкоджає гироскопический ефект.
Надійність. Це середній час напрацювання на відмову (MTBF). Більшість сучасних дисків підтримують технологію SMART
Кількість операцій вводу-виводу в секунду. Сучасні диски виробляють близько 50 операцій в секуду при довільному доступі до накопичувача, і близько 100 операцій в секуду при послідовному доступі.
Споживання енергії. Є дуже важливим показником особливо для мобільних пристроїв.
Опірність ударам. Опірність різких перепадів тиску і інших впливів вимірюється в одиницях допустимого перевантаження у включеному і вимкненому стані.
Швидкість передачі даних при послідовному доступі:
- внутрішня зона диска: від 44,2 до 74,5 Мб / с;
- зовнішня зона диска: від 60,0 до 111,4 Мб / с.
Обсяг буфера. Буфер - це проміжна пам'ять, завданням якої є згладжування відмінностей швидкості читання / запису і передачі по всьому інтерфейсу. Він зазвичай варіюється від 8 до 64 Мб.
Рівень шуму. Вироблений механікою шум накопичувача під час його роботи. Розраховується в децибелах. Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму приблизно 26 дБ і нижче. Шум пристрою полягає в двох джерелах шуму: від обертання шпинделя і від позиціонування.
Як знизити шум жорсткого диска?
Щоб знизити рівень шуму в жорсткому диску застосовуються такі методи:
- Програмний (використовуються налаштування, вбудованої системи AAM). Перемикання жорсткого диска в малошумний режим призводить до зниження продуктивності на 5-25%, але робить шум практично непомітним.
- Використання шумопоглинаючих пристроїв. Гумові або силіконові кріплення дисків (застосовуються також шайби), спеціальна гнучка підвіска для кріплення.
Виробники HDD
Спочатку на ринку існувала величезна різноманітність жорстких дисків, і їх виробників. Однак, у міру посилення конкуренції, і паралельного бурхливого зростання ємності пристроїв, з пропорційним зниженням рівня і норми прибутку, більшість виробників було куплено більшими гравцями, інші ж перейшли на інші види продукції.
Компанія Fujitsu випускає жорсткі диски для ноутбуків і SCSI-диски, але покинула масовий ринок настільних накопичувачів в 2001 році через масово виходила з ладу мікросхеми контролера Cirrus Logic на самому диску. У 2009 році виробництво жорстких дисків було повністю передано компанії Toshiba. До цього моменту жорсткі диски Fujitsu вважалися найкращими в секторі настільних комп'ютерів, маючи чудові характеристики обертових поверхонь.
Компанія Toshiba є основним виробником 2,5- і 1,8-дюймових HDD для ноутбуків. Достатньо гучну в історії жорстких дисків була компанія Quantum, яка на початку 2000-х зазнала фатальні невдачі: в жорстких дисках Quantum серії CX виходила з ладу мікросхема комутатора головок, розташована в гермобанке диска, що призводило до дуже дорогого вилученню даних з вийшов з ладу диска .
Компанія NEC також займалася випуском жорстких дисків, і була одним з лідерів. Дуже високі позиції у виробництві дисків займала і компанія Maxtor. У 2001 році Maxtor викупила підрозділ жорстких дисків компанії Quantum, їй також не вдалося уникнути проблем, пов'язаних з випуском так званих «тонких» дисків. У 2006 році відбулося злиття компаній Seagate і Maxtor.
В середині 90-х років існувала така компанія Conner Peripherials, яку згодом викупила Seagate. У першій половині 90-х існувала фірма Micropolis, що випускала дуже дорогі SCSI-диски преміум-класу для серверів. Але при випуску перших в галузі вінчестерів на 7200 об / хв компанія використовувала неякісні підшипники шпинделя, які поставлялися фірмою Nidec. Внаслідок цього компанія Micropolis зазнала серйозних збитків на повернення, розорилася і була повністю викуплена компанією Seagate. Колишній підрозділ IBM, диски якої до сих пір вважалися еталонними, після низки невдач, пов'язаних з масовими відмовами дисків для настільних комп'ютерів на початку 2000-х років, було викуплено компанією Hitachi. Навесні 2011 року її придбала компанія Western Digital.
У той же момент Samsung продали своє HDD підрозділ Seagate.
У 2011 році на ринку залишилося всього 3 виробника, що займаються HDD: Seagate Technology, Western Digital і Toshiba. У зв'язку з просуванням на ринок зовнішніх накопичувачів і розвитком технологій типу SSD кількість фірм, що пропонують свіжі рішення, знову зросла.
Пристрій
Схема пристрою накопичувача на жорстких магнітних дисках.
гермозони
Гермозони складається з корпусу, вилитого з міцного сплаву, самої пластини з магнітним покриттям. У деяких моделях HDD ці пластини розділені сепараторами. Також в гермозоні є блок головок з пристроєм позиціонування, і електропривод шпинделя.
Усередині гермозони більшості пристроїв не існує вакууму. Якісь виробники роблять її повністю герметичній (тому й таку назву), заповнюючи очищеним і висушеним повітрям або нейтральними газами (азотом), а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву або пластикову мембрану. В цьому випадку, всередині корпусу жорсткого диска передбачається невелика кишеня для пакетика силикагеля, абсорбуючої водяні пари, що залишилися всередині корпусу після його герметизації. Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір з фільтром, здатним затримувати дуже дрібні, товщиною в кілька мікрометрів, частки. Але в цьому випадку вирівнюється і вологість, а також з'являється ризик проникнення шкідливих газів. Вирівнювання тиску потрібно для запобігання деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску або температури, а також при прогріванні пристрою в ході роботи.
Пил, що опинилася при складанні в гермозоні і потрапила на поверхню диска, при обертанні, зноситься на ще один фільтр - спеціально встановлений пиловловлювач.
Блок головок є пакет кронштейнів, виконаних з пружною стали. Одним кінцем вони закріплені на осі поруч з краєм диска, а на інших кінцях закріплені головки, прямо над дисками.
Диски з пластинами зазвичай виготовляються з металевого сплаву. Хоча й були спроби робити їх з пластику і навіть скла (IBM), але такі пластини виявилися крихкими і недовговічними. Обидві площини пластин, як на магнітофонного стрічці, покриті найтоншої пилом феромагнетика - оксидів заліза, марганцю та інших металів. Точний склад і технологія нанесення є комерційною таємницею. Більшість бюджетних пристроїв містить одну або дві пластини.
Диски міцно встановлюються на шпинделі. В ході роботи частота обертання шпинделя досягає декількох тисяч обертів на хвилину (3600 4200 5000, 5400 5900, 7200, 9600, 10 000, 12 000, 15 000). При такій швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, що підводить головки і змушує їх парити над поверхнею пластини. Форма головок розраховується так, щоб при роботі забезпечити оптимальну відстань від пластини. До тих пір, поки диски не досягли швидкості «зльоту» головок, паркувальне пристрій утримує головки в зоні парковки, що запобігає пошкодженню головок, а також самої робочої поверхні. Шпиндельний двигун жорсткого диска - трифазний синхронний, і забезпечує стабільне обертання магнітних дисків, змонтованих на шпинделі двигуна. Статор двигуна складається з трьох обмоток, включених «зіркою» з відведенням посередині, ротором виступає постійний секційний магніт.
Сепаратор являє собою пластину, виготовлену з пластику або алюмінію, що знаходиться між пластинами магнітних дисків. Використовується він для вирівнювання потоків повітря всередині гермозони.
пристрій позиціонування
Пристрій позиціонування (актуатор) головок - це малоінерційний соленоїдний двигун, що складається з нерухомої пари неодімових постійних магнітів, а також котушки, що стоїть на рухомому кронштейні блоку головок.
Принцип роботи двигуна полягає в наступному: обмотка знаходиться всередині статора (зазвичай двох нерухомих магнітів), струм, що подається з різною силою і полярністю, направляє її точно на кронштейн з головками по радіальної траєкторії. Швидкість пошуку даних на поверхні пластин прямим чином залежить від швидкості роботи пристрою позиціонування.
Кожен накопичувач має спеціальну зону (паркувальну), на якій головки зупиняються в ті моменти, коли накопичувач вимкнений або знаходиться в одному з режимів низького енергоспоживання. В паркувальному стані кронштейн блоку головок знаходиться в крайньому положенні і впирається в обмежувач ходу. При операціях читання / запису основним джерелом шуму є вібрація, що з'являється внаслідок ударів кронштейнів, що утримують магнітні головки, об обмежувачі ходу в процесі повернення головок в нульову позицію. Щоб скоротити рівень шуму на обмежниках ходу встановлюються демпфирующие шайби з м'якої гуми. Істотно скоротити рівень шуму жорсткого диска можна програмним шляхом, змінюючи параметри режимів прискорення і гальмування блоку головок. Для цих цілей розроблена спеціальна технологія - Automatic Acoustic Management. Офіційно можливість програмного управління рівнем шуму жорсткого диска з'явилася в стандарті ATA / ATAPI-6, хоча і деякі виробники робили експериментальні реалізації і в більш молодших версіях. Управління здійснюється шляхом зміни значення керуючої змінної в діапазоні від 128 до 254, що дозволяє регулювати шум, продуктивність, температуру, споживання електроенергії та термін експлуатації жорсткого диска.
блок електроніки
Більш ранні жорсткі диски мали керуючу логіку винесену на MFM або RLL контролер комп'ютера. Плата електроніки містила тільки модулі аналогової обробки і управління двигуном шпінделя, позиционером і комутатором головок. У міру збільшення швидкостей передачі даних розробники зменшували до межі довжину аналогового тракту. Так, в сучасних жорстких дисках блок електроніки зазвичай містить керуючий блок, постійний запам'ятовуючий пристрій (ПЗУ), буферну пам'ять, інтерфейсний блок і блок цифрової обробки сигналу. Інтерфейсний блок забезпечує сполучення електроніки жорсткого диска з рештою системи.
Блок управління - це система управління, яка бере електричні сигнали позиціонування головок, і виробляє керуючі впливи приводом типу «звукова котушка», комутацію інформаційних потоків з різних головок, управління роботою всіх інших вузлів, прийом і обробку сигналів з датчиків пристрою. Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків управління і цифрової обробки сигналу, службову інформацію жорсткого диска.
Буферна пам'ять пом'якшує різницю швидкостей інтерфейсної частини і накопичувача завдяки застосуванню швидкодіючої статичної пам'яті. Збільшення розміру буферної пам'яті іноді дозволяє збільшити швидкість роботи накопичувача.
Блок цифрової обробки сигналу очищає лічений аналоговий сигнал і його декодування. Цифрова обробка здійснюється різними методами (наприклад, метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood)). Порівняння прийнятого сигналу із зразками, при якому вибирається зразок, найбільш схожий за формою і тимчасовим характеристикам на декодіруемий сигнал. Заключний етап складання пристрою передбачає форматування поверхні пластин: на них формуються доріжки і сектори. Конкретний спосіб визначається виробником та / або стандартом, але, обов'язково на кожну доріжку наноситься магнітна мітка з позначенням початку.
Є такі утиліти, які здатні тестувати фізичні сектори диска, і обмежено переглядати / правити службові дані. Можливості таких утиліт більшою мірою залежать від моделі диска і технічних даних.
адресація даних
Сектор - мінімальна область даних на HDD. Розмір сектора дорівнює 512 байт. У 2006 році IDEMA оголосила про перехід на розмір сектора 4096 байт, який був завершений до 2010 року.
Western Digital почала використовувати нову технологію форматування «Advanced Format» першої, і випустила серію накопичувачів, які використовують таку технологію. До цієї серії відносяться лінійки AARS / EARS і BPVT на відміну від BEVT, які при тих же характеристиках використовують «старий» 512-байтний сектор.
Існує 2 основних способи адресації секторів на диску: циліндр-голівка-сектор (CHS) і лінійна адресація блоків (LBA). При першому способі сектор адресується його фізичного стану на диску 3 координатами - номером циліндра, номером головки і номером сектора. При другому способі адреса блоків на носії задається логічним лінійною адресою. LBA-адресація почала використовуватися в 1994 році, разом зі стандартом EIDE (Extended IDE).
Запис даних на HDD
Принцип роботи HDD дуже схожий з принципом роботи магнітофонів. Робоча поверхня диска рухається щодо голівки, що зчитує. При подачі змінного електричного струму (при записі) на котушку головки виникає змінне магнітне поле. При зчитуванні переміщення доменів у зазору головки приводить до зміни магнітного потоку в муздрамтеатрі головки, а це, в свою чергу, призводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці (ефекту електромагнітної індукції).
Для зчитування останнім часом активно застосовується магніторезистивний ефект, в дисках застосовуються магніторезистивні головки. Зміна магнітного поля в цих голівках призводить до зміни опору, яке залежить від зміни напруженості магнітного поля. Такі головки дозволяють збільшити вірогідність достовірності зчитування інформації.
методи запису
поздовжній запис
Інформація записується за допомогою маленької головки. Вона проходить над поверхнею диска, що обертається і намагнічує горизонтальні дискретні області. Вектор намагніченості домена розташований поздовжньо (паралельно поверхні диска). Кожна з цих областей є логічний нуль або одиницю, в залежності від напрямку намагніченості. Максимально досяжна щільність запису при цьому методі складає близько 23 Гбіт / см². У 2010 році даний метод був витіснений методом перпендикулярного запису.
перпендикулярна запис
Технологія, при якій біти інформації зберігаються в вертикальних доменах, що дозволяє використовувати більш сильні магнітні поля і знизити площа матеріалу, необхідну для запису 1 біта. Щільність запису у поточних зразків становить 400 Гбіт на кв / дюйм (62 Гбіт / см²). HDD з перпендикулярним записом вийшли на ринок в 2005 році.
Теплова магнітний запис (HAMR)
Даний метод запису в даний час є найперспективнішим з існуючих, він активно розробляється і до цього дня. Суть даного методу така: в ньому застосовується точковий підігрів диска, який дозволяє голівці намагнічувати дуже дрібні області його поверхні. Після охолодження диска, намагніченість «закріплюється». На ринку HDD даного типу поки мало, є лише експериментальні зразки, щільність запису яких 150 Гбіт / см². Розробка HAMR-технологій ведеться вже досить-таки давно, але експерти досі розходяться в оцінках максимальної щільності запису. Наприклад, компанія Hitachi називає межа в 2,3-3,1 Тбит / см², а Seagate Technology упевнені, що щільність запису HAMR-носіїв досягне 7,75 Тбіт / см². Широке поширення даної технології почалося тільки в 2012 році.
Структуровані носії даних
Структурований носій даних (Bit patterned media), - перспективна технологія зберігання даних на магнітному носії, в якій для запису використовуються масиви однакових магнітних осередків, кожна з яких відповідає одному біту інформації. Цим вона відрізняється від представників сучасних технологій магнітного запису, де біт інформації записується на декількох магнітних доменах.
порівняння інтерфейсів
Пропускна здатність, Мбіт / с
Максимальна довжина кабелю, м
Чи потрібна кабель живлення
Кількість накопичувачів на канал
Число провідників в кабелі
інші особливості
UltraATA / 133
тисяча шістьдесят чотири
0,46
Так (3,5 ") / Ні (2,5")
2
40/80
Controller + 2Slave, гаряча заміна неможлива
SATA-300
3000
1
Так
1
7
Host / Slave, можлива гаряча заміна на деяких контролерах
SATA-600
6144
немає даних
Так
1
7
FireWire / 400
400
4,5 (при послідовному з'єднанні до 72 м)
Так / Ні (залежить від типу інтерфейсу і накопичувача)
63
4/6
пристрою рівноправні, гаряча заміна можлива
FireWire / 800
800
4,5 (при послідовному з'єднанні до 72 м)
немає
63
4/6
пристрою рівноправні, гаряча заміна можлива
USB 2.0
480
5 (при послідовному з'єднанні, через хаби, до 72 м)
Так / Ні (залежить від типу накопичувача)
127
4
Host / Slave, гаряча заміна можлива
USB 3.0
4800
немає даних
Так / Ні (залежить від типу накопичувача)
немає даних
9
Двохнаправлений, сумісний з USB 2.0
Ultra-320 SCSI
2560
12
Так
16
50/68
пристрою рівноправні, гаряча заміна можлива
SAS
3000
8
Так
понад 16384
гаряча заміна; можливе підключення SATA-пристроїв в SAS-контролери
eSATA
3000
2
Так
1 (з помножувачем портів до 15)
7
Host / Slave, гаряча заміна можлива
Хронологія накопичувачів
- 1956 рік - жорсткий диск IBM 350 в складі першого серійного комп'ютера IBM 305 RAMAC. Загальний обсяг пам'яті становив 5 мільйонів 6-бітних байт (3,5 MB в перерахунку на 8-бітові байти).
- 1980 рік - перший 5,25-дюймовий Winchester, Shugart ST-506, 5 MB.
- 1981 року - 5,25-дюймовий Shugart ST-412, 10 MB.
- 1985 рік - стандарт ESDI, доопрацьований стандарт ST-412
- 1986 рік - стандарти SCSI, ATA (IDE).
- 1990 рік - максимальна ємність 320 MB.
- 1995 рік - максимальна ємність 2 GB.
- 1997 рік - максимальна ємність 10 GB.
- 1998 рік - стандарти UDMA / 33 і ATAPI.
- 1999 рік - IBM випускає Microdrive ємністю 170 і 340 MB.
- 2000 рік - IBM випускає Microdrive ємністю 500 Мб і 1 Гб.
- 2002 рік - стандарт ATA / ATAPI-6 і накопичувачі місткістю понад 137 GB.
- 2003 рік - народження SATA.
- 2003 рік - Hitachi випускає Microdrive ємністю 2 GB.
- 2004 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 2,5 і 5 GB.
- 2005 рік - максимальна ємність 500 GB.
- 2005 рік - стандарт Serial ATA 3G (або SATA II).
- 2005 рік - поява SAS (Serial Attached SCSI).
- 2005 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 8 GB.
- 2006 рік - впровадження перпендикулярного методу запису в комерційні накопичувачі.
- 2006 рік - поява перших «гібридних» жорстких дисків, що містять блок флеш-пам'яті.
- 2006 рік - Seagate випускає ST1 - аналог Microdrive ємністю 12 GB.
- 2007 рік - Hitachi представляє перший комерційний накопичувач ємністю 1 TB.
- 2009 рік - Моделі ємністю 2 TB, побудовані на основі 500-гігабайтних пластин Western Digital.
- 2009 рік - Samsung випускає перші жорсткі диски з інтерфейсом USB 2.0
- 2009 рік - Western Digital оголосила про створення 2,5-дюймових HDD об'ємом 1 TB з щільністю запису в 333 GB на одній пластині)
- 2009 рік - поява стандарту SATA 3.0 (SATA 6G).
- 2010 рік - Seagate випускає жорсткий диск об'ємом 3 TB.
- 2010 рік - Samsung випускає жорсткий диск з пластинами, у яких щільність запису - 667 GB на одній пластині
- 2011 рік - Western Digital випустила перший диск на 750 GB пластинах.
- 2011 рік - Hitachi випустила перший диск на 1 GB пластинах.
Як знизити шум жорсткого диска?
Чому HDD називають "жорстким диском"?
Як знизити шум жорсткого диска?
Чому HDD називають "жорстким диском"?
Як знизити шум жорсткого диска?
Чому HDD називають "жорстким диском"?
Як знизити шум жорсткого диска?
Чому HDD називають "жорстким диском"?
Як знизити шум жорсткого диска?
