Tooprogram.ru

Компьютерный справочник
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Жесткий диск носитель информации

Эволюция носителей информации, часть 3: жесткие диски

Всем привет! Мы продолжаем цикл статей, посвященных эволюции носителей информации. Мы уже рассказывали о перфокартах, магнитных пленках и дискетах. Кроме этого, мы проследили за развитием оптических накопителей. Ну а в этот раз наш материал будет посвящен самым привычным для нас устройствам – жестким дискам.

Первый в истории жесткий диск был представлен на 15 лет раньше дискеты – в 1956 году. Эпоху HDD открыла модель IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). В основе ее конструкции лежали пятьдесят алюминиевых пластин диаметром 24 дюйма (или 61 см). Внешне IBM 305 RAMAC напоминал огромный шкаф. Весил он соответствующе: его масса составляла почти тонну.

Принцип работы устройства был основан на магнетизме. Да и в целом жесткий диск работал подобно магнитной ленте. На каждую из сторон алюминиевой пластины наносилось металлическое напыление – ферромагнетик. Запись информации производилась путем намагничивания определенных областей (доменов) на пластине, а чтение – через фиксирование остаточного магнитного поля. При этом считывающая головка свободно перемещалась по поверхности, что обеспечило феноменальную для того времени скорость чтения данных. Извлечь необходимую информацию можно было всего за 600 миллисекунд.

Главным недостатком IBM 305 RAMAC было то, что устройство вовсе не отличалось надежностью. Проблема крылась в хрупкости движущейся головки, которая часто перегревалась и выходила из строя. К тому же быстро изнашивались алюминиевые пластины.

Стоимость одного мегабайта в IBM 305 RAMAC достигала отметки в 10 тысяч долларов. Несмотря на дороговизну, IBM удалось продать около тысячи таких устройств. Выпускался этот жесткий диск на протяжении 5 лет, и лишь в 1961 году компания IBM приняла решение свернуть производство.

На смену 305 RAMAC пришла модель IBM 1301. По сути она представляла собой доработанную версию 305 RAMAC. В IBM 1301 применялись такие же алюминиевые пластины, а проблема перегрева считывающей головки была решена с помощью технологии Air Bearing. Смысл этой технологии заключался в том, что считывающая головка больше не соприкасалась с поверхностью пластин: между ними было 0,5 мкм воздушного пространства.

IBM 1301 отличался более высокой скоростью работы в сравнении с 305-й моделью. Время доступа к нужным данным сократилось в 5 раз и составляло 180 миллисекунд. При этом емкость диска также увеличилась и составляла уже 28 Мбайт, что почти в 6 раз больше, чем аналогичный показатель IBM 305 RAMAC.

После IBM 1301 последовал выпуск модели с индексом 1311. Это был первый HDD со съемными дисками. Он состоял из 14 пластин, а его емкость составляла 2,6 Мбайт. Устройство уже не было таким массивным, как предшественники. Модель оказалась настолько успешной, что IBM не снимала ее с конвейера вплоть до 1975 года.

Однако прародителем современных жестких дисков считается устройство IBM 3340, увидевшее свет в 1973 году. Это был первый девайс, в котором применялся специальный микрочип для управления вращением дисков и перемещением считывающей головки.

Также в конструкции этого HDD применялись более легкие и аэродинамические пластины, которые помещались в герметичный корпус. Таких пластин в IBM 3340 было две, при этом одна из них была съемной. Объем каждой пластины равнялся 30 Мбайт.

По этой причине в маркировке жесткого диска обычно указывалось «30-30», что вызывало ассоциации с легендарной винтовкой Winchester 30/30. Вскоре название «винчестер» прочно закрепилось за IBM 3340, а после – и за другими жесткими дисками.

В 1980 году IBM представила миру жесткий диск IBM 3380. Это было первое в своем роде устройство, которому покорился гигабайтный рубеж. Емкость такого диска составляла 2,52 Гбайт. А скорость передачи данных достигла 3 Мбайт/с.

Стоит отметить, что все выпущенные до этого времени жесткие диски компании IBM предназначались для использования в промышленных масштабах. И только в 1980 году компания Seagate выпустила первый HDD для домашних компьютеров. Модель получила название ST-506. Она была исполнена в 5,25″ форм-факторе, а ее объем составлял 5 Мбайт. Стоило такое устройство внушительные $1500. Ну а спустя год появилась более быстрый и ёмкий накопитель с интерфейсом Seagate ST-412, который устанавливался в компьютеры IBM PC/XT.

Переход на форм-фактор 3,5″ состоялся в 1983 году, когда небольшая шотландская компания Rodime представила устройство RO351 с объемом 6,38 Мбайт. А первый девайс с форм-фактором 2,5″ был выпущен американской компанией PrairieTek в 1988 году. В том же году появился и 63-мегабайтный 2,5″ винчестер Toshiba Tanba-1, предназначенный для установки в ноутбуки.

В 90-х годах на развитие жестких дисков оказали влияние две новые технологии, разработанные компанией IBM. Первая из них – это магнитные головки на гигантском магниторезистивном эффекте. Эта технология позволила достичь более высоких показателей плотности записи – до 2,7 Гбит на квадратный дюйм. Второй инновационной технологией был новый способ форматирования пластин под названием No-ID. Его суть заключается в том, что идентификационная информация сектора хранится не на поверхности диска, а в постоянной памяти жесткого диска. Это позволило повысить плотность записи еще примерно на 10%.

Не забывали производители и об увеличении скорости работы жестких дисков. Долгое время стандартной скоростью вращения шпинделя являлся показатель 5400 оборотов в минуту, затем он несколько увеличился и равнялся уже 7200 об/мин. Периодически на рынке появлялись устройства, которые обладали более внушительными показателями. Так, в 1999 году компания Seagate представила линейку быстрых жестких дисков Cheetah. Их высокая производительность обеспечивалась скоростью вращения шпинделя, равной 15000 об/мин, что более чем в 2 раза превышало стандартный показатель. Объем такого устройства составлял 36 Гбайт.

Намного более популярной стала серия винчестеров под названием Raptor компании Western Digital. Изначально эти жесткие диски разрабатывались для использования в серверных системах, однако затем прочно закрепились в сегменте игровых компьютеров. Пластины модели Western Digital Raptor вращались несколько медленнее, чем в Seagate Cheetah. Скорость вращения шпинделя составляла «всего» 10000 об/мин, однако этого было более чем достаточно, чтобы оставлять обычные жесткие диски в плане производительности далеко позади. К сожалению, линейка WD Raptor не отличалась надежностью.

В конце 2005 года был освоен метод перпендикулярной записи. До этого момента абсолютно все жесткие диски работали по методу параллельной записи. В чем же была суть новой технологии? При использовании параллельной записи магнитные частицы располагаются таким образом, что вектор магнитной направленности проходит параллельно плоскости пластины. Такой подход наиболее простой, однако у него есть один недостаток: между доменами (минимальными ячейками информации) требуется наличие довольно больших буферных зон для снижения сил взаимодействия между ними.

Напротив, при использовании метода перпендикулярной записи вектор магнитной направленности располагается уже перпендикулярно поверхности диска, что значительно снижает силы взаимодействия. Следовательно, уменьшается и необходимый размер буферных зон. Это позволяет увеличить плотность записи.

Благодаря методу перпендикулярной записи индустрии жестких дисков покорился терабайтный рубеж: в 2007 году компания Hitachi представила первую в мире модель The Deskstar 7K1000 объемом 1 Тбайт.

Несмотря на то что твердотельные накопители занимают все большую и большую часть рынка хранилищ данных, технологии жестких дисков вовсе не уходят на второй план и продолжают совершенствоваться. Так, очень перспективно выглядит технология компании Western Digital под названием HelioSeal, которая предусматривает использование гелия вместо воздуха внутри корпуса винчестера. Благодаря тому что гелий легче воздуха, внутри HDD создается идеальная среда для движущихся с высокой скоростью пластин. Кроме этого, снижаются вибрации между пластинами и считывающей головкой.

Первые «гелиевые» жесткие диски были представлены в конце 2013 года под названием Ultrastar He6. А в начале декабря компания Western Digital объявила о выпуске обновленной линейки устройств Ultrastar He10. Эти девайсы используют метод перпендикулярной записи, а их плотность составляет 816 Гбит на квадратный дюйм. Емкость модели Ultrastar He10 составляет 10 Тбайт.

Читать еще:  Жесткий диск характеристики и назначение

Еще одной интересной технологией является Seagate SMR (shingled magnetic recording) – метод перпендикулярной записи с перекрытием дорожек. В отличие от обыкновенного перпендикулярного подхода, где дорожки информации расположены бок о бок, в технологии SMR дорожки перекрывают друг друга, образуя что-то, напоминающее черепичную крышу. Применение SMR позволяет повысить плотность записи примерно на 25%. Кстати, Seagate и Western Digital уже взяли на вооружение данную технологию.

Также в ближайшем будущем планируется наладить производство жестких дисков с применением технологии HAMR (Heat-assisted magnetic recording), которая сочетает в себе магнитное чтение и магнитооптическую запись. Принцип ее работы заключается в том, что запись информации осуществляется путем нагревания домена лазером и перемагничиванием. Такой подход позволит еще больше увеличить плотность записи. По прогнозу компании Seagate, объем классических 3,5″ жестких дисков с применением технологии HAMR в отдаленной перспективе сможет достичь отметки в 50 Тбайт. Ну а первые HAMR HDD должны появиться уже в 2020 году.

Жесткий диск носитель информации

8(495)912-63-37
gmc@edu.mos.ru

Носители информации

Носитель информации (информационный носитель) – любой материальный объект, используемый человеком для хранения информации. Это может быть, например, камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), фотоматериал, пластик со специальными свойствами (напр., в оптических дисках) и т. д., и т. п.

Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно чтение (считывание) имеющейся на нём информации.

Носители информации применяются для:

  • записи;
  • хранения;
  • чтения;
  • передачи (распространения) информации.

Зачастую сам носитель информации помещается в защитную оболочку, повышающую его сохранность и, соответственно, надёжность сохранения информации (например, бумажные листы помещают в обложку, микросхему памяти – в пластик (смарт-карта), магнитную ленту – в корпус и т. д.).

К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом:

  • оптические диски (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);
  • полупроводниковые (флеш-память, дискеты и т. п.);
  • CD-диски (CD – Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации;
  • DVD-диски (DVD – Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную ёмкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно;
  • диски HR DVD и Blu-ray, информационная ёмкость которых в 3–5 раз превосходит информационную ёмкость DVD-дисков за счёт использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.

Электронные носители имеют значительные преимущества перед бумажными (бумажные листы, газеты, журналы):

  • по объёму (размеру) хранимой информации;
  • по удельной стоимости хранения;
  • по экономичности и оперативности предоставления актуальной (предназначенной для недолговременного хранения) информации;
  • по возможности предоставления информации в виде, удобном потребителю (форматирование, сортировка).

Есть и недостатки:

  • хрупкость устройств считывания;
  • вес (масса) (в некоторых случаях);
  • зависимость от источников электропитания;
  • необходимость наличия устройства считывания/записи для каждого типа и формата носителя.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство (устройство хранения информации), основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала – магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

Оптические (лазерные) диски в настоящее время являются наиболее популярными носителями информации. В них используется оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча.

DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию. Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до 17 Гбайт), так как информация может быть записана на двух сторонах.

Накопители оптических дисков делятся на три вида:

  • без возможности записи — CD-ROM и DVD-ROM (ROM – Read Only Memory, память только для чтения). На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна;
  • с однократной записью и многократным чтением – CD-R и DVD±R (R – recordable, записываемый). На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз;
  • с возможностью перезаписи – CD-RW и DVD±RW (RW – Rewritable, перезаписываемый). На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.

Основные характеристики оптических дисководов:

  • емкость диска (CD – до 700 Мбайт, DVD – до 17 Гбайт)
  • скорость передачи данных от носителя в оперативную память – измеряется в долях, кратных скорости 150 Кбайт/сек для CD-дисководов;
  • время доступа – время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах (для CD 80–400 мс).

В настоящее время широкое распространение получили 52х-скоростные CD-дисководы – до 7,8 Мбайт/сек. Запись CD-RW дисков производится на меньшей скорости (например, 32х-кратной). Поэтому CD-дисководы маркируются тремя числами «скорость чтения х скорость записи CD-R х скорость записи CD-RW» (например, «52х52х32»).
DVD-дисководы также маркируются тремя числами (например, «16х8х6»).

При соблюдении правил хранения (хранение в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

Флеш-память (flash memory) – относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, невысокой стоимости, большому объёму, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флеш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации. Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи, к сожалению, ограничено.

У флеш-памяти есть как свои преимущества перед другими накопителями (жесткие диски и оптические накопители) , так и свои недостатки, с которыми вы можете познакомиться из таблицы, расположенной ниже.

Жесткий диск: устройство и характеристики

Жёсткий диск (HDD) – энергонезависимое запоминающее устройство, назначение которого длительное хранение данных. Информация сохраняется на жестких носителях (дисках из специальных сплавов) имеющих ферромагнитное покрытие (двуокись хрома).

Устройство жесткого диска

Гермозона

Включает в себя: корпус из прочного сплава, диски с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Блок головок

Пакет рычагов из пружинистой стали с закрепленными головками на концах.

Пластины

Изготовлены из металлического сплава и покрыты напылением ферромагнетика (окислов железа, марганца и других металлов). Диски жёстко закреплены на шпинделе, который вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. При такой скорости вблизи поверхности диска создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности диска.

Читать еще:  Какие жесткие диски используются в ноутбуках

Устройство позиционирования головок

Состоит из неподвижной пары сильных постоянных магнитов, а также катушки на подвижном блоке головок.

Гермозона — заполняется очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом, а для выравнивания давления устанавливается тонкая металлическая или пластиковая мембрана. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления и температуры, а также при прогреве устройства во время работы. Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.


Блок электроники

Содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство, буферную память, интерфейсный блок (передача данных, подача питания) и блок цифровой обработки сигнала.

Блок управления представляет собой систему:

  • позиционирования головок;
  • управления приводом;
  • коммутации информационных потоков с различных головок;
  • управления работой всех остальных узлов — приёма и обработки сигналов с датчиков устройства:
    • одноосный акселерометр — используемый в качестве датчика удара,
    • трёхосный акселерометр — используемый в качестве датчика свободного падения,
    • датчик давления,
    • датчик угловых ускорений,
    • датчик температуры.

Блок постоянного запоминающего устройства хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию жесткого диска.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память).

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации).

Характеристики жесткого диска

Интерфейс — поддерживаемый стандарт обмена данными с накопителями информации: ATA (IDE, PATA), SATA.

Ёмкость — объём данных, которые может хранить жесткий диск (ГБ, ТБ).

Форм-фактор — физический размер диска с ферромагнитным покрытием: 3,5 или 2,5 дюйма.

Время доступа — время, за которое жесткий диск гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска (диапазон от 2,5 до 16 мс).

Скорость вращения шпинделя – параметр от которого зависит время доступа и средняя скорость передачи данных. Жесткие диски для ноутбуков имеют скорость вращения 4200, 5400 и 7200 оборотов в минуту, а для стационарных компьютеров 5400, 7200 и 10 000 об/мин.

Ввод-вывод — количество операций ввода-вывода в секунду. Обычно жесткий диск производит около 50 операций в секунду при произвольном доступе и около 100 при последовательном.

Потребление энергии — потребляемая мощность в Ваттах, важный фактор для мобильных устройств.

Уровень шума – шум в децибелах, который создает механика жесткого диска при его работе (вращение шпинделя, аэродинамика, позиционирование). Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже.

Ударостойкость — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам. Измеряется в единицах допустимой перегрузки (G) во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных – скорость чтения/записи при последовательном доступе (внутренняя зона диска — от 44,2 до 74,5 Мб/с, внешняя зона диска — от 60,0 до 111,4 Мб/с).

Объём буфера — промежуточная память (Мб), предназначенная для сглаживания разницы скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. Обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Эволюция носителей информации. Часть 2: жесткие диски, твердотельные накопители и Blu-ray

Жесткий диск

Вторая часть нашего материала начинается с рассказа о жестких дисках. Удивительно, но первый такой девайс был представлен аж в 1956 году — на 15 лет раньше дискеты! Первооткрывателем стала модель IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Она состояла из пятидесяти алюминиевых пластин диаметром 61 см (24 дюйма) каждый. Весила такая система почти тонну, а по своим размерам она походила на огромный холодильник. Емкость устройства составляла целых 5 Мбайт — на тот момент это было большое достижение. Принцип работы первого жесткого диска основывался на магнетизме и почти ничем не отличался от функционирования магнитной ленты. Обе стороны каждой пластины были покрыты металлическим напылением (ферромагнетиком). Записывалась и считывалась информация с пластин с помощью головки, которая двигалась по поверхности диска. Запись данных производилась путем намагничивания многочисленных областей (доменов) на пластине, а считывание — посредством фиксирования остаточного магнитного поля. Словом, ничего особенного.

Эта огромная штука и есть IBM 305 RAMAC

Главным преимуществом жесткого диска IBM была его скорость работы. Высокой производительности удалось достичь благодаря тому, что головка свободно перемещалась по поверхности диска. Извлечь данные можно было всего лишь за 600 миллисекунд. Средняя скорость передачи информации составляла 9 байт/с.

В движущейся головке крылся и основной недостаток системы — ее ненадежность. Из-за того, что она соприкасалась с поверхностью диска, обе детали сильно нагревались. А пластины вдобавок еще и изнашивались. Стоимость IBM 305 RAMAC тоже не была сильной стороной устройства: цена одного мегабайта на жестком диске составляла 10 тысяч долларов! Но даже несмотря на это, IBM удалось продать около 1000 таких жестких дисков. Производство IBM 305 RAMAC было прекращено в 1961 году.

Проблема соприкасания движущейся головки и дисков была решена в 1961 году, когда IBM представила технологию air bearing. Благодаря ей между головкой и поверхностью диска появилась воздушная прослойка толщиной примерно 0,5 мкм. Эти элементы жесткого диска больше не соприкасались между собой. Надежность и долговечность устройства значительно повысилась. Впервые air bearing была применена в жестком диске IBM 1301, который был представлен в том же 1961 году. Помимо этой технологии, IBM 1301 мог похвастаться наличием отдельной головки для каждой поверхности. Это позволило более чем в 3 раза повысить производительность хранилища: время доступа у IBM 1301 составляло 180 миллисекунд. Жесткий диск мог хранить до 28 Мбайт информации — это почти в шесть раз больше, чем IBM 305 RAMAC.

Жесткий диск IBM 1301 — быстрее и объемнее своего предшественника

IBM продолжала в одиночку развивать технологии жестких дисков. После IBM 1301 последовал выпуск устройства IBM 1311 — первого девайса со съемными дисками. Сама система состояла из шести 14-дюймовых пластин, общая емкость которых составляла 2,6 Мбайт. Модель оказалась настолько успешной, что IBM не снимала ее с конвейера вплоть до 1975 года.

Модель IBM 1311 отличалась съемными дисками

Однако самым настоящим прародителем современных жестких дисков стал девайс IBM 3340, появившийся в 1973 году. До этого в течение нескольких лет инженеры IBM доводили до ума уже существующие технологии. К примеру, был создан микрочип, который управлял вращением дисков и перемещением головки. Кроме этого, улучшилась система, отвечающая за позиционирование головки. Все эти наработки применялись в IBM 3340. Вдобавок ко всему, головки стали более легкими и аэродинамичными, а сами диски помещались в герметичный корпус. Жесткий диск обладал двумя пластинами, одна из которых была закреплена внутри, а вторая была съемной. Емкость каждой из них составляла 30 Мбайт. Из-за этого IBM 3340 часто приписывали суффикс «30-30», который напоминал всем о винтовке Winchester 30/30. Собственно, именно по этой причине в простонародье IBM 3340 называли винчестером. А затем такое название прочно закрепилось и за другими жесткими дисками. Стоимость IBM составляла внушительные 88 тысяч долларов.

Винчестер IBM 3340 — прародитель современных жестких дисков

Гигабайтный рубеж жестким дискам удалось преодолеть к 1980 году, когда IBM выпустила модель с индексом 3380. Ее емкость равнялась 2,52 Гбайт, а скорость передачи данных достигала 3 Мбайт/с. Однако всё это были промышленные девайсы. Как же обстояли дела с жесткими дисками для домашних компьютеров?

Стоит сразу отметить, что довольно долгое время компьютеры комплектовались только дисководом, иногда — двумя. О жестких дисках в домашних системах не могло быть и речи. Первым винчестером для PC стал Seagate ST-506, выполненный в 5,25-дюймовом форм-факторе и выпущенный в 1980 году. Объем устройства составлял 5 Мбайт. Приобрести его можно было за полторы тысячи долларов. Тем не менее первым винчестером, которым стали комплектоваться IBM PC/XT, стала следующая модель Seagate — ST-412.

Читать еще:  Физический жесткий диск

Seagate ST-506 — взгляд изнутри

Переход на 3,5-дюймовые устройства состоялся спустя три года. Тогда небольшая шотландская компания Rodime выпустила устройство с названием RO351.

Ну а в 1988 году компания Toshiba представила один из первых 2,5-дюймовых жестких дисков. Разработка японского производителя позволила значительно уменьшить размер выпускаемых ноутбуков. Винчестер носил название Tanba-1 и комплектовался 63 Мбайт памяти. Нужно заметить, что Toshiba не стали первооткрывателями сегмента компактных жестких дисков: дебютный 2,5-дюймовый девайс был выпущен еще в 1988 году американской компанией PrairieTek.

Toshiba Tanba-1 — один из первых 2,5-дюймовых жестких дисков

Жесткие диски стремительно развивались. В середине 90-х годов IBM предложила еще две технологии, которые позволили поднять плотность записи. Во-первых, это магнитные головки на гигантском магниторезистивном эффекте. Эта технология обеспечила повышение плотности записи до 2,7 Гбит на квадратный дюйм. Во-вторых, новый способ форматирования магнитных пластин No-ID sector format, который поднял величину плотности еще на 10%.

Кроме этого, постепенно увеличивалась скорость вращения шпинделя. На первых порах стандартной была частота 5400 оборотов в минуту, затем состоялся переход на 7200 об/мин. Периодически производители выпускали устройства с более высоким показателем этой характеристики. Например, в 1999 году Seagate представила винчестеры серии Cheetah, отличительной особенностью которых стала скорость вращения шпинделя, равная 15 000 оборотов в минуту. Объем такого жесткого диска составлял 36 Гбайт. А в 2003 году Western Digital показала миру серию устройств Raptor со скоростью вращения шпинделя 10 000 оборотов в минуту. Изначально винчестер разрабатывался для серверного сегмента, но впоследствии прочно занял место в игровых компьютерах.

Винчестер Western Digital Raptor

В конце 2005 года был освоен метод перпендикулярной записи — до этого момента все жесткие диски работали по методу параллельной записи. Разница между этими технологиями заключается в следующем. При параллельной записи магнитные частицы располагаются так, что вектор магнитной направленности проходит параллельно плоскости диска. Преимуществом такой записи является ее простота. Однако у нее есть и один недостаток: из-за того, что сила взаимодействия между доменами (минимальными ячейками информации) очень высока, между ними требуется наличие большой буферной зоны — как раз для снижения этих сил взаимодействия. Как вы догадываетесь, в случае с методом перпендикулярной записи вектор магнитной направленности частиц располагается перпендикулярно поверхности диска, что позволяет значительно уменьшить буферную зону, а значит и увеличить плотность записи.

Иллюстрация отличий методов параллельной и перпендикулярной записи

Во многом благодаря новой технологии в 2007 году индустрии жестких дисков удалось преодолеть терабайтный рубеж: увидел свет винчестер Hitachi The Deskstar 7K1000 объемом 1 Тбайт.

Несмотря на «угрозу» со стороны твердотельных накопителей, винчестеры отнюдь не собираются сдаваться. Технологии продолжают совершенствоваться. Например, в прошлом году подразделением компании Western Digital — HGST — был выпущен первый образец жесткого диска, внутри которого использовался гелий вместо воздуха. Как вы знаете, гелий легче воздуха. Благодаря этой особенности внутри HDD снижаются трение и вибрации между дисками и головкой. Словом, создается почти идеальная среда движущихся с высокой скоростью компонентов. Это позволяет повысить надежность и быстродействие устройства. В конце 2013 года Western Digital представила первые серийные жесткие диски под названием Ultrastar He6, наполненные гелием. Их объем составляет 6 Тбайт.

При использовании гелия диски можно располагать ближе друг к другу

А в сентябре 2014 года в продаже появились винчестеры Ultrastar He10 — первые у мире 10-терабайтные устройства. Кстати, эти жесткие диски используют разработанную Seagate технологию с перекрытием дорожек SMR (shingled magnetic recording), которая пришла на смену методу перпендикулярной записи. В отличие от перпендикулярного принципа, где дорожки информации проходят бок о бок, в SMR дорожки перекрывают друг друга, образуя что-то наподобие черепичной крыши. Такой подход позволил увеличить плотность записи на 25%.

В ближайшем будущем крупные компании планируют наладить производство жестких дисков по технологии термоассистируемой магнитной записи HAMR (Heat-assisted magnetic recording), которая сочетает в себе магнитное чтение и магнитооптическую запись. Суть технологии заключается в том, что запись информации в домен осуществляется путем нагревания определенной части диска с помощью лазера. Это позволит намного увеличить плотность записи. По прогнозам компаний Hitachi и Seagate емкость традиционных 3,5-дюймовых жестких дисков может увеличиться до 50 Тбайт. Однако первостепенной задачей для Seagate является создание 20-терабайтного HAMR-устройства к 2020 году.

HD DVD и Blu-ray

Выпуск двухсторонних двухслойных DVD и спекуляции на тему дальнейшего наращивания количества слоев у DVD-дисков ясно дали понять, что даже 18-гигабайтная емкость в самом ближайшем будущем перестанет удовлетворять запросам пользователей. Потенциал формата DVD был полностью реализован, поэтому началась разработка абсолютно новых стандартов. Производители в очередной раз не смогли договориться о спецификациях, поэтому в 2002 году были представлены сразу два формата-сменщика DVD: Blu-ray и HD DVD. Стандарт Blu-ray был разработан консорциумом Blu-ray Disc Association, в который входили Sony, Panasonic, LG, Hitachi, Samsung и многие другие компании. Что касается HD DVD, то в число его разработчиков вошли японские компании NEC, Toshiba и Sanyo. Обе технологии используют сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм. Это позволило вновь уменьшить минимальный размер ячейки памяти, а, следовательно, и увеличить плотность записи. Тем не менее объемы у Blu-ray и HD DVD дисков были разные. Однослойная болванка Blu-ray могла вместить до 25 Гбайт информации, а двухслойная в два раза больше. Показатели у HD DVD были несколько скромнее: однослойная модификация имела объем 15 Гбайт, двухслойная — 30 Гбайт.

Противостояние HD DVD и Blu-ray закончилось капитуляцией первого

Такая схожесть характеристик двух стандартов положила начало «войне форматов», которая продолжалась вплоть до 2008 года. Дело в том, что американские киностудии активно поддерживали именно Blu-ray. Даже те студии, которые поначалу были на стороне HD DVD, постепенно перешли на конкурирующую технологию. Последней компанией, отказавшейся от HD DVD, стала Warner Brothers. Это произошло в январе 2008 года. А 19 февраля 2008 года компания Toshiba объявила о прекращении разработок в области стандарта HD DVD, чем положила конец как самой технологии, так и «войне форматов».

Приставка Sony PlayStation4 оснащена BD-приводом и поддерживает стандарт Blu-ray 3D

После того как HD DVD окончательно ушел с рынка, продажи Blu-ray дисков начали стремительно расти. В 2009 году появился стандарт Blu-ray 3D, предназначенный специально для хранения и воспроизведения трехмерного контента. Ну а на 2015 год запланирован запуск формата 4K Blu-ray. Главное его отличие — поддержка 4K-видео с разрешением 3840×2160 с фреймрейтом 60 кадров в секунду. Помимо этого, улучшится цветовой охват и динамический диапазон. Это станет возможным благодаря 10-битной глубине представления цвета и новой технологии кодирования цвета. Объем 4K Blu-ray дисков составит 50, 66 и 100 Гбайт соответственно.

Флеш-память и твердотельные накопители

Сегодня мы уже не можем представить нашу жизнь без обычных флешек (USB Flash Drive). Появились эти устройства сравнительно недавно. Первый такой накопитель был представлен в 2000 году. Он назывался DiskOnKey и был разработан совместными усилиями IBM и компании M-Systems. Объем устройства составлял 8 Мбайт, что уже на тот момент было в 5 с лишним раз больше, чем емкость обычной дискеты. Конструкция накопителя основывалась на использовании флеш-памяти.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector