Главная страницаОбратная связьКарта сайта

Накопители на жестких дисках


Что такое жесткий диск
Достижения в развитии накопителей
Формфакторы жестких дисков


Что такое жесткий диск

Накопитель на жестком диске многим кажется самым необходимым и в то же время загадочным компонентом компьютерной системы. Как известно, он предназначен для долгосрочного хранения данных, и последствия его выхода из строя зачастую оказываются катастрофическими. Предполагается, что данные на жестком диске будут храниться до тех пор, пока сам пользователь их не сотрет или не перепишет. Для правильной эксплуатации или модернизации компьютера необходимо хорошо себе представлять, что же это такое — накопитель на жестком диске.

Основными элементами накопителя являются несколько круглых алюминиевых или некристаллических стекловидных пластин. В отличие от гибких дисков (дискет) их нельзя согнуть; отсюда и появилось название жесткий диск (рис. 9.1). В большинстве устройств они несъемные, поэтому иногда такие накопители называются фиксированными (fixed disk). Существуют также накопители со сменными дисками.




Рис. 9.1. Накопитель на жестком диске со снятой верхней крышкой

Примечание

Накопители на жестких дисках обычно называют винчестерами. Этот термин появился в 1960-х годах, когда компания IBM выпустила высокоскоростной накопитель с одним несъемным и одним съемным дисками емкостью по 30 Мбайт. Этот накопитель состоял из пластин, которые вращались с высокой скоростью, и ‘‘парящих’’ над ними головок, а номер его разработки 30-30. Такое цифровое обозначение совпало с обозначением популярного нарезного оружия Winchester, поэтому термин винчестер вскоре стал применяться в отношении любого стационарно закрепленного жесткого диска. Это типичный профессиональный жаргон; на самом деле подобные устройства не имеют с обычными винчестерами (т.е. с оружием) ничего общего.

Достижения в развитии накопителей

В 1957 году Сирил Норткот Паркинсон опубликовал свой знаменитый сборник Законы Паркинсона”, который начинается с утверждения Объем работы увеличивается настолько, чтобы полностью заполнить время, отпущенное на ее выполнение”. Этот наиболее известный закон в несколько измененном виде может быть применен и к жестким дискам: Объем данных увеличивается в соответствии с объемом пространства, отведенного для их хранения”. Это означает, что независимо от емкости жесткого диска вы без особого труда найдете способ набить” его до отказа. Хочу заметить, что под этим лозунгом я живу лет двадцать пять, начиная с момента приобретения своего первого накопителя на жестких дисках.

Примечание

Книга ‘‘Законы Паркинсона’’ постоянно переиздается и считается одним из самых фундаментальных трудов для изучения производственных и экономических процессов. Ознакомиться с ней и загрузить ее можно по адресу: http://www.bookssite.ru/scr/read_121623.html

Я хорошо знаю об экспоненциальных темпах развития компонентов ПК, но несмотря на это не перестаю поражаться тому, насколько быстро увеличиваются скорость и емкость современных накопителей. Первым жестким диском, приобретенным мною еще в 1983 году, был 10-мегабайтовый (подчеркиваю: не 10 Гбайт, а 10 Мбайт) накопитель Miniscribe модели 2012, который представлял собой 5,25-дюймовый дисковод размерами 200x140x80 мм и массой около 2,5 кг (что превышает вес большинства современных портативных компьютеров). Для сравнения: в одном из наиболее емких на момент написания книги накопителей Hitachi 7K1000 SATA используются пластины диаметром 3,5 дюйма; его размеры — 146x102x25 мм, масса — 0,7 кг, а объем — 1 Тбайт. (Обратите внимание, что устройство объемом, составляющим примерно шестую часть объема моего первого винчестера, способно хранить в сто тысяч раз больше информации!)

Очевидно, что колоссальные емкости современных накопителей бесполезны без обеспечения высокой скорости передачи данных. Жесткий диск, которым оснащались первые IBM XT в 1983 году, характеризовался скоростью передачи данных около 100 Кбайт/с. Сегодня же в большинстве накопителей реализован интерфейс Serial ATA, который обеспечивает реаль­ную скорость передачи от 50 Мбайт/с (при расчетной скорости до 300 Мбайт/с). Подобно емкости накопителей на жестких магнитных дисках быстродействие интерфейса также постоянно увеличивалось, а начиналось все с интерфейсов MFM и RLL, которые были широко распространены в 1980-х годах. Как всегда, быстродействие интерфейса оказывается выше быстродействия реальных накопителей. В настоящее время наиболее распространены интерфейсы Parallel ATA (до 133 Мбайт/с), Serial ATA (150 или 300 Мбайт/с), SAS (до 600 Мбайт/с) и SCSI (до 320 Мбайт/с). Все они имеют гораздо большую скорость передачи данных, чем реальные накопители, которыми они оснащаются. Это означает, что скорость передачи данных всегда ограничена накопителем, а не интерфейсом. Все интерфейсы характеризуются быстродействием, достаточным для того, чтобы не ограничивать работу накопителей, которые будут выпускаться в ближайшие годы.

В 2006 году жесткий диск отпраздновал свой 50-летний юбилей. В то время, когда на рынке появились первые ПК, емкость жестких дисков едва достигала 5 Мбайт. Для того чтобы вы могли получить представление о том, насколько далеко ушли по пути прогресса жесткие диски за прошедшие 25 с лишним лет, позволю себе перечислить наиболее важные вехи в их развитии.

■     Максимальная емкость накопителей увеличилась с 5 Мбайт (1981) до 1 Тбайт (3,5-дюймовые накопители для настольных систем) и 200 Гбайт (2,5-дюймовые диски для ноутбуков). Жесткие диски емкостью менее 40 Гбайт уже перешли в разряд раритетов.

■     Скорость передачи данных увеличилась со 100 Кбайт/с в оригинальном компьютере IBM XT (1983) до 50 Мбайт/с в системах SATA (Western Digital Raptor WD74GD) и до 80 Мбайт/с в системах SCSI (Seagate Cheetah 15K.4).

■     Среднее время поиска (т.е. время установки головки на нужную дорожку) уменьшилось с 85 мс в 10-мегабайтовых жестких дисках, используемых в компьютере IBM РС XT (1983), до 3,3 мс в наиболее быстродействующих системах.

■     В 1982 году накопитель емкостью 10 Мбайт и контроллер стоили более 2000 долларов (т.е. 200 долларов за мегабайт). В настоящее время стоимость жестких дисков для настольных ПК (с интегрированными контроллерами) снизилась до 28 центов за гигабайт; т.е. жесткий диск емкостью 300 Гбайт стоит менее 100 долларов! Стоимость жестких дисков для ноутбуков составляет около 67 центов за гигабайт, т.е. жесткий диск емкостью 120 Гбайт стоит около 80 долларов.

Примечание

6 января 2003 года IBM продала компании Hitachi свое операционное отделение Hard Disk Drive, что стало для всех полной неожиданностью. В результате появилась компания Hitachi Global Storage Technologies (www.hgst.com), обобщившая производственный опыт Hitachi и IBM. Штаб-квартира новой компании находится в городе Сан-Хосе, штат Калифорния. Компания Hitachi Global Storage Technologies производит,реализует и поддерживает серию изделий Travelstar, Microdrive, Ultrastar и Deskstar, которые до этого выпускались компанией IBM. В настоящее время 70% акций новой компании принадлежат Hitachi, остальная часть является собственностью IBM. При этом IBM не принимает участия в управлении делами новой компании. Особую роль играет то обстоятельство, что дисковод был изобретен именно в IBM, поэтому печально наблюдать, как эта компания сворачивает свои дела.

Формфакторы

Одним из краеугольных камней индустрии ПК была стандартизация; физические и электрические характеристики жестких дисков — тому свидетельство. Благодаря промышленным стандартам можно приобрести корпус (или систему) у одного производителя и установить в него накопитель от другого и при этом быть уверенным, что накопитель войдет в отсек, шурупы совпадут с предназначенными для них отверстиями, а кабели подойдут к разъемам. Промышленные стандарты обеспечивают взаимную совместимость различных корпусов, системных плат, кабелей и накопителей.

Интересно проследить историю принятия стандартных форм и размеров. В некоторых случаях один производитель создавал накопитель общепринятой формы, поддерживающий популярный протокол обмена данными, в то время как другие копировали или клонировали параметры этого накопителя, создавая продукты, физически или электрически совместимые с оригиналом. Но бывало и так, что различные комитеты или группы формировались для утверждения определенных промышленных стандартов, после чего всем компаниям предлагалось создавать продукты, им соответствующие.

С течением времени появилось несколько стандартных типов жестких дисков, обычно различающихся размером пластин. В табл. 9.1 представлены типы жестких дисков, применявшихся в настольных и портативных компьютерах.


На данный момент в настольных компьютерах используются накопители шириной 3,5 дюйма, а в портативных — 2,5 дюйма и меньше. На смену накопителям формфактора 3,5 дюйма с интерфейсом Parallel ATA быстро приходят накопители с интерфейсом Serial ATA, которым оснащены все современные компьютеры. В то же время ноутбуки, в которых используются жесткие диски с интерфейсом Serial ATA, стали появляться на рынке относительно недавно. Это связано с тем, что количество наборов микросхем для ноутбуков, поддерживающих интерфейс SATA, крайне ограничено; подавляющее их большинство ограничивается поддержкой интерфейса PATA. При этом поддержка SATA часто была реализована с помощью дополнительного контроллера, интегрированного на системной плате, что отрицательно сказывалось как на цене, так и на энергопотреблении ноутбука. И только наборы микросхем серии 900 от компании Intel обзавелись SATA, а накопители SATA формфактора 2,5 дюйма доступны на рынке.

5,25-дюймовые накопители

Компания Shugart Associates впервые представила накопитель на жестких магнитных дисках формфактора 5,25 дюйма одновременно с накопителем на гибких магнитных дисках того же формфактора в 1976 году. После этого основатель компании Алан Шугарт покинул ее и основал компанию Seagate Technologies, которая представила свой первый 5,25-дюймовый накопитель (модель ST-506, емкость — 5 Мбайт) в 1980 году, т.е. до появления на рынке первых IBM PC. В дальнейшем IBM использовала накопитель Seagate ST-412 (емкостью 10 Мбайт) в некоторых моделях PC XT (это была первая серийная модель ПК, которая продавалась вместе со встроенным жестким диском). В те времена физические размеры накопителей на твердых и мягких магнитных дисках совпадали, а значит, их можно было устанавливать в один и тот же отсек системного блока. Например, первые IBM PC и XT были оснащены двумя 5,25-дюймовыми отсеками. Данные накопители использовались и в первых портативных системах (например, Compaq Portable). В дальнейшем высота накопителей (обоих типов) была уменьшена в два раза, что позволило устанавливать два накопителя в отсек, изначально предназначенный для установки всего одного. Формфактор 5,25 дюйма половинной высоты используется до настоящего времени. Именно в нем выпускаются современные накопители CD-ROM и DVD. Данный формфактор также поддерживался и первыми портативными ПК, такими как IBM Portable PC.

3,25-дюймовые накопители

Компания Sony представила первый 3,5-дюймовый накопитель на гибких дисках в 1981 году. Он был меньше по ширине и глубине, но совпадал по высоте с 5,25-дюймовым накопителем половинного размера. Созданный Sony продукт назывался 3,5-дюймовым накопителем половинной высоты”, несмотря на то что накопителя диаметром 3,5 дюйма полной” высоты не существовало. В 1983 году компания Rodtime выпустила первый жесткий диск диаметром 3,5 дюйма половинной высоты. Позднее накопители диаметром 3,5 дюйма получили высоту 1 дюйм, что составило треть от высоты полноразмерного 5,25-дюймового накопителя (поэтому такие накопители иногда назывались накопителями высотой 1/3). На данный момент высота, равная 1 дюйму, является современным стандартом для накопителей диаметром 3,5 дюйма.

2,5-дюймовые накопители

Компания PrairieTek представила жесткие диски диаметром 2,5 дюйма в 1988 году; они оказались идеальным вариантом для портативных компьютеров. С увеличением продаж портативных компьютеров росли и продажи дисков диаметром 2,5 дюйма. Компания PrairieTek была первой компанией, выпустившей накопители такого диаметра, но другие компании быстро заполнили рынок, представив собственные модели. В 1994 году компания Conner Peripherals, Inc. заплатила 18 млн. долларов за технологию накопителей диаметром 2,5 дюйма компании PrairieTek, и последняя постепенно вышла из этого бизнеса. С момента появления накопители диаметром 2,5 дюйма используются практически всеми производителями портативных компьютеров. Хотя такие накопители могут применяться и в настольных системах,этот рынок продолжают удерживать накопители диаметром 3,5 дюйма за счет предоставления большего объема и быстродействия по меньшей цене.

Накопители диаметром 2,5 дюйма имеют различную высоту (или толщину), поэтому во многих портативных компьютерах устанавливаются накопители определенной толщины. Ниже приведены стандартные значения высоты таких накопителей.

■     8,5 мм

■     9,5 мм

■     12,5 мм

■     12,7 мм

■     17,0 мм

■     19,0 мм

Самыми популярными являются размеры 9,5 и 12,5 мм, устанавливаемые в большинстве портативных компьютеров. На данный момент производители основное внимание уделяют накопителям высотой 9,5 мм. Обычно вместо более толстого накопителя можно установить более тонкий; в свою очередь, установка большего по высоте накопителя вместо более тонкого не всегда возможна.

1,8-дюймовые накопители

Эти накопители были представлены компанией Integral Peripherals в 1991 году и так и не получили особой популярности. Изначально они создавались для установки в разъемы PC Card (PCMCIA), что делало такие накопители идеальным сменным носителем для портативных компьютеров. К сожалению, рынок для накопителей диаметром 1,8 дюйма формировался слишком медленно, и в 1998 году инвестиционная группа Mobile Storage приобрела эту технологию у компании Integral Peripherals за 5,5 млн. долларов. Затем компания Integral Peripherals ушла с рынка жестких дисков. За несколько лет еще ряд компаний представили жесткие диски диаметром 1,8 дюйма. Самыми заметными из них являются HP, Calluna, Toshiba и Hitachi. В настоящее время только Toshiba и Hitachi продолжают выпускать накопители такого формата. Компания HP не выпускает жесткие диски с 1996 года, а Calluna прекратила существование в 2001 году. Компания Toshiba представила собственные накопители диаметром 1,8 дюйма (имеющие формат адаптера PC Card Type II) в 2000 году, тогда как Hitachi вышла на этот рынок в 2003 году. Такие накопители имеют емкость до 100 Гбайт и более и могут в зависимости от модели применяться во всех компьютерах, имеющих разъем Type II PC Card.

1-дюймовые накопители

В 1998 году IBM представила накопитель диаметром 1 дюйм, который был назван MicroDrive. Накопитель содержит одну пластину размером с монету в 25 центов! Современные накопители MicroDrive могут иметь размер до 4 Гбайт и более. Их размеры и электрические характеристики совпадают с аналогичными показателями адаптера CompactFlash Type II, поэтому они могут использоваться в любых устройствах, поддерживающих работу с адаптерами CompactFlash, включая цифровые камеры, PDA, проигрыватели MP3 и т.д. Производство жестких дисков компании IBM в 2003 году было продано Hitachi, что привело к формированию группы Hitachi Global Storage Technologies.

Примечание

В 1992 году компания HP представила жесткий диск KittyHawk объемом 20 Мбайт и диаметром 1,3 дюйма, изначально ориентированный на рынок карманных компьютеров. В 1994 году была выпущена модель емкостью 40 Мбайт. Такие маленькие диски были дорогими и слишком опережали свое время, как и карманные компьютеры, для которых они предназначались. После двух лет незначительных продаж компания HP в 1994 году отказалась от семейства KittyHawk.

В 2004 году компания Toshiba представила самый миниатюрный жесткий диск: накопитель в формфакторе 0,85 дюйма размерами чуть больше почтовой марки, способный хранить до 4 Гбайт данных. Этот накопитель предназначен для использования не в ПК, а в сотовых телефонах, цифровых аудиоплеерах, КПК, цифровых фотоаппаратах, видеокамерах и т.д.

Принципы работы накопителей на жестких дисках

В накопителях на жестких дисках данные записываются и считываются универсальными головками чтения/записи с концентрических окружностей вращающихся магнитных дисков (дорожек), разбитых на секторы емкостью 512 байт (рис. 9.2).

Один сектор



Рис. 9.2. Дорожки и секторы накопителя на жестких дисках

В накопителях обычно устанавливается несколько дисковых пластин и данные записываются на обеих сторонах каждой из них. В большинстве накопителей есть по меньшей мере два или три диска (что позволяет выполнять запись на четырех или шести сторонах), но существуют также устройства, содержащие до 11 и более дисков. Однотипные (одинаково располо­женные) дорожки на всех сторонах дисков объединяются в цилиндр (рис. 9.3). Для каждой стороны диска предусмотрена своя дорожка чтения/записи, но при этом все головки смонтированы на общем стержне, или приводе. Поэтому головки не могут перемещаться независимо друг от друга, т.е. двигаются только синхронно.

Жесткие диски вращаются намного быстрее, чем гибкие. Частота их вращения даже в большинстве первых моделей составляла 3600 об/мин (т.е. в 10 раз больше, чем в накопителе на гибких дисках) и до последнего времени была почти стандартом для жестких дисков. Но в настоящее время частота вращения жестких дисков возросла. Несмотря на то что скорость вращения может изменяться, современные устройства раскручивают пластины до 4200, 5400, 7200, 10000 и даже 15000 об/мин. Некоторые диски малых формфакторов с целью экономии электроэнергии раскручиваются всего до 4200 об/мин, в то время как высокоскоростные можно встретить в основном в рабочих станциях и серверах, где повышенная цена, а также дополнительный шум и тепловыделение не играют решающей роли. Высокая скорость вращения в сочетании со скоростным механизмом подачи головок и большим количеством секторов на дорожке — вот главные факторы, определяющие общую производительность жесткого диска.

При нормальной работе жесткого диска головки чтения/записи не касаются (и не должны касаться!) дисков. Но при выключении питания и остановке дисков они опускаются на поверхность. Во время работы устройства между головкой и поверхностью вращающегося диска образуется очень малый воздушный зазор (воздушная подушка). Если в этот зазор попадет пылинка или произойдет сотрясение, головка столкнется” с диском, вращающимся на полном ходу”. Если удар будет достаточно сильным, произойдет поломка головки. Последствия этого могут быть разными — от потери нескольких байтов данных до выхода из строя всего накопителя. Поэтому в большинстве накопителей поверхности магнитных дисков легируют и покрывают специальными смазками, что позволяет устройствам выдерживать ежедневные взлеты” и приземления” головок, а также более серьезные потрясения.

Обсудить статью на форуме


Если прочитаная статья из нашей обширной энциклопедия компьютера - "Накопители на жестких дисках", оказалась полезной или интересной, Вы можете поставить закладку в социальной сети или в своём блоге на данную страницу:

Так же Вы можете задать вопрос по статье через форму обратной связи, в сообщение обязательно указывайте название или ссылку на статью!
   


Copyright © 2008 - 2017 Дискета.info