1. Назва «Вінчестер»
2. Характеристики
3. Виробники
4. Пристрій
5. гермозони
6. низькорівневе форматування
7. блок електроніки
8. Технології запису даних
9. Метод паралельного запису
10. Метод перпендикулярного запису
11. Метод теплової магнітного запису
12. порівняння інтерфейсів
13. Історія прогресу накопичувачів

Схема пристрою накопичувача на жорстких магнітних дисках.

На відміну від «гнучкого» диска ( дискети ), Інформація в НЖМД записується на жорсткі ( алюмінієві або скляні) пластини, покриті шаром феромагнітного матеріалу, найчастіше двоокису хрому . У НЖМД використовується від однієї до кількох пластин на одній осі. Зчитувальні головки в робочому режимі не торкаються поверхні пластин завдяки прошарку набігаючого потоку повітря, утвореного у поверхні при швидкому обертанні. Відстань між головкою і диском складає декілька нанометрів (В сучасних дисках 5-10 нм), а відсутність механічного контакту забезпечує довгий термін служби пристрою. При відсутності обертання дисків, головки знаходяться у шпинделя або за межами диска в безпечній зоні, де виключений їх нештатний контакт з поверхнею дисків.

Назва «Вінчестер»

За однією з версій назва «вінчестер» накопичувач отримав завдяки фірмі 1973 році випустила жорсткий диск моделі 3340, що вперше об'єднав в одному нероз'ємному корпусі пластини диска і читаючі головки. При його розробці інженери використовували коротку внутрішню назву "30-30", що означало два модулі (у максимальній компоновці) по 30 Мб кожен. Кеннет Хотон, керівник проекту, по співзвучності з позначенням популярного мисливської рушниці "Winchester 30-30" [1] запропонував назвати цей диск "вінчестером" [2] .

В Європі і США назва «вінчестер» вийшло з ужитку в 1990-х роках , в російській же мові збереглося і отримало напівофіційний статус, а в комп'ютерному сленгу скоротилося до слів «гвинт» (найбільш вживаний варіант), «винч» і «віник».

Характеристики

інтерфейс ( англ. interface) - набір, що складається з ліній зв'язку, сигналів, що посилаються по цих лініях, технічних засобів, що підтримують ці лінії, і правил обміну. Сучасні накопичувачі можуть використовувати інтерфейси Serial ATA, SAS, FireWire , Fibre Channel.

Ємність ( англ. capacity) - кількість даних, які можуть зберігатися накопичувачем. Ємність сучасних пристроїв сягає 2000 Гб. (2 Тб) На відміну від прийнятої в інформатики (Випадково) системі приставок, що позначають кратну +1024 величину (кіло = 1024, мега = 1 048 576 і т. Д .; пізніше для цього були не дуже успішно введені виконавчі приставки ), Виробниками при позначенні ємності жорстких дисків використовуються кратна 1000 величини. Так, напр., «Справжня» місткість жорсткого диска, маркованого як «200 Гб», становить 186,2 гинув . [3]

Фізичний розмір (форм-фактор) ( англ. dimension) - майже всі сучасні ( 2001 - 2008 року ) Накопичувачі для персональних комп'ютерів і серверів мають розмір або 3,5, або 2,5 дюйма . Останні частіше застосовуються в ноутбуках . Так само набули поширення формати - 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм і 0,85 дюйма. Припинено виробництво накопичувачів в формфакторах 8 і 5,25 дюймів.

Час довільного доступу ( англ. random access time) - час, за яке вінчестер гарантовано виконає операцію читання або запису на будь-якій ділянці магнітного диска. Діапазон цього параметра невеликий від 2,5 до 16 мс , Як правило, мінімальним часом володіють серверні диски (наприклад, у Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 мс [4] ), Найбільшим з актуальних - диски для портативних пристроїв (Seagate Momentus 5400.3 - 12,5 [5] ).

Швидкість обертання шпинделя ( англ. spindle speed) - кількість оборотів шпинделя в хвилину. Від цього параметра в значній мірі залежать час доступу і швидкість передачі даних. В даний час випускаються вінчестери з наступними стандартними швидкостями обертання: 4200 5400 і 7200 (ноутбуки), 7200 і 10 000 (персональні комп'ютери), 10 000 і 15 000 об / хв (сервери і високопродуктивні робочі станції).

надійність ( англ. reliability) - визначається як середній час напрацювання на відмову (Mean Time Between Failures, MTBF ). Див. також: технологія SMART (SMART ( англ. Self Monitoring Analysing and Reporting Technology) - технологія оцінки стану жорсткого диска вбудованою апаратурою самодіагностики, а також механізм передбачення часу виходу його з ладу).

Кількість операцій вводу-виводу в секунду - у сучасних дисків це близько 50 оп. / Сек при довільному доступі до накопичувача і близько 100 оп. / Сек при послідовному доступі.

Споживання енергії - важливий фактор для мобільних пристроїв.

Рівень шуму - шум, який виробляє механіка накопичувача при його роботі. вказується в децибелах . Тихими накопичувачами вважаються пристрої з рівнем шуму близько 26 дБ і нижче. Шум складається з шуму обертання шпинделя (в тому числі аеродинамічного) і шуму позиціонування.

Опірність ударам ( англ. G-shock rating) - опірність накопичувача різким стрибкам тиску або ударам, вимірюється в одиницях допустимого перевантаження у включеному і вимкненому стані.

Швидкість передачі даних ( англ. Transfer Rate):

• Внутрішня зона диска: від 44,2 до 74,5 Мб / с
• Зовнішня зона диска: від 60,0 до 111,4 Мб / с

Обсяг буфера - буфером називається проміжна пам'ять, призначена для згладжування відмінностей швидкості читання / запису і передачі по інтерфейсу. У сучасних (2008 рік) HDD він зазвичай варіюється від 8 до 32 Мб.

Виробники

Велика частина всіх вінчестерів виробляються лише кількома компаніями: Seagate , Western Digital , Samsung , А також раніше належали Hitachi. Fujitsu продовжує випускати жорсткі диски для ноутбуків та 2001 роках. Maxtor. В 2006 році відбулося злиття Seagate і Maxtor. У середині 1990-х років існувала компанія Conner, яку купила Seagate. У першій половині 1990-х існувала ще фірма Micropolice, яка виробляла дуже дорогі диски premium-класу. Але при випуску перших в галузі вінчестерів на 7200 об / хв нею були використані неякісні підшипники головного валу, поставлені фірмою Nidek, і Micropolice зазнала фатальні збитки на повернення, розорилася і була на корені куплена тієї ж Seagate.

Пристрій

Жорсткий диск складається з гермозони і блоку електроніки.

гермозони

Гермозони включає в себе корпус з міцного сплаву, власне диски (пластини) з магнітним покриттям, блок головок з пристроєм позиціонування, електропривод шпинделя .

Блок головок - пакет важелів з пружною стали (по парі на кожен диск). Одним кінцем вони закріплені на осі поруч з краєм диска. На інших кінцях (над дисками) закріплені головки.

Диски (пластини), як правило, виготовлені з металевого сплаву. Хоча були спроби робити їх з пластику і навіть скла, але такі пластини виявилися крихкими і недовговічними. Обидві площини пластин, подібно магнітофонного стрічці, покриті найтоншої пилом феромагнетика - окислів заліза , марганцю та інших металів. Точний склад і технологія нанесення тримаються в секреті. Більшість бюджетних пристроїв містить 1 або 2 пластини, але існують моделі з великим числом пластин.

Диски жорстко закріплені на шпинделі. Під час роботи шпиндель обертається зі швидкістю кілька тисяч обертів на хвилину (4200 5400 7200, 10 000, 15 000). При такій швидкості поблизу поверхні пластини створюється потужний повітряний потік, який піднімає голівки і змушує їх парити над поверхнею пластини. Форма головок розраховується так, щоб при роботі забезпечити оптимальну відстань від пластини. Поки диски не розігналися до швидкості, необхідної для «зльоту» головок, паркувальне пристрій утримує головки в зоні парковки. Це запобігає пошкодженню головок і робочої поверхні пластин.

Пристрій позиціонування головок складається з нерухомої пари сильних, як правило неодімових, постійних магнітів і котушки на рухомому блоці головок.

Всупереч розхожій думці, всередині гермозони немає вакууму . Одні виробники роблять її герметичною (звідси і назва) і заповнюють очищеним і висушеним повітрям або нейтральними газами, зокрема, азотом ; а для вирівнювання тиску встановлюють тонку металеву або пластикову мембрану. (В такому випадку всередині корпусу жорсткого диска передбачається маленький кишеню для пакетика силикагеля , Який абсорбує водяні пари, що залишилися всередині корпусу після його герметизації). Інші виробники вирівнюють тиск через невеликий отвір з фільтром, здатним затримувати дуже дрібні (кілька мікрометрів ) Частки. Однак в цьому випадку вирівнюється і вологість, а також можуть проникнути шкідливі гази. Вирівнювання тиску необхідно, щоб запобігти деформації корпусу гермозони при перепадах атмосферного тиску і температури, а так само при прогріванні пристрою під час роботи.

Порошинки, які опинилися при складанні в гермозоні і потрапили на поверхню диска, при обертанні зносяться на ще один фільтр - пиловловлювач.

низькорівневе форматування

На заключному етапі складання пристрою поверхні пластин форматируются - на них формуються доріжки і сектори.

Ранні «вінчестери» (подібно до дискетам) містили однакову кількість секторів на всіх доріжках. На пластинах сучасних «вінчестерів» доріжки згруповані в кілька зон. Всі доріжки однієї зони мають однакову кількість секторів. Однак, на кожній доріжці зовнішньої зони секторів більше, і чим зона ближче до центру, тим менше секторів доводиться на кожну доріжку зони. Це дозволяє домогтися більш рівномірної щільності запису і, як наслідок, збільшення ємності пластини без зміни технології виробництва.

Межі зон і кількість секторів на доріжку для кожної зони зберігаються в ПЗУ блоку електроніки.

Крім того, в дійсності на кожній доріжці є додаткові резервні сектори. Якщо в будь-якому секторі виникає невиправна помилка, то цей сектор може бути підмінений резервним ( англ. remaping). Звичайно, дані, що зберігалися в ньому, швидше за все, будуть втрачені, але ємність диска не зменшиться. Існує дві таблиці перепризначення: одна заповнюється на заводі, інша в процесі експлуатації.

Таблиці перепризначення секторів також зберігаються в ПЗУ блоку електроніки.

Під час операцій звернення до «вінчестера» блок електроніки самостійно визначає, до якого фізичного сектору слід звертатися і де він знаходиться (з урахуванням зон і перепризначень). Тому з боку зовнішнього інтерфейсу «вінчестер» виглядає однорідним.

У зв'язку з вищевикладеним існує дуже живуча легенда про те, що коригування таблиць перепризначення і зон може збільшити місткість жорсткого диска. Для цього існує маса утиліт, але на практиці виявляється, що якщо приросту і вдається добитися, то незначного. Сучасні диски настільки дешеві, що подібна коригування не варто витрачених на це ні сил, ні часу.

блок електроніки

У ранніх жорстких дисках керуюча логіка була винесена на MFM або RLL контролер комп'ютера, а плата електроніки містила тільки модулі аналогової обробки і управління двигуном шпінделя, позиционером і комутатором головок. Збільшення швидкостей передачі даних змусило розробників зменшити до межі довжину аналогового тракту, і 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 являє собою систему управління , Приймаючу електричні сигнали позиціонування головок, і виробляє керуючі впливи приводом типу «звукова котушка», комутації інформаційних потоків з різних головок, управління роботою всіх інших вузлів (наприклад, управління швидкістю обертання шпинделя).

Блок ПЗУ зберігає керуючі програми для блоків управління і цифрової обробки сигналу, а також службову інформацію вінчестера.

Буферна пам'ять згладжує різницю швидкостей інтерфейсної частини і накопичувача (використовується швидкодіюча статична пам'ять ). Збільшення розміру буферної пам'яті в деяких випадках дозволяє збільшити швидкість роботи накопичувача.

Блок цифрової обробки сигналу здійснює очищення ліченого аналогового сигналу і його декодування (Витяг цифрової інформації). Для цифрової обробки застосовуються різні методи, наприклад метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood - максимальне правдоподібність при неповному відгуку). Здійснюється порівнянні прийнятого сигналу із зразками. При цьому вибирається зразок найбільш схожий за формою і тимчасовим характеристикам з декодіруемой сигналом.

Технології запису даних

Принцип роботи жорстких дисків схожий на роботу магнітофонів. Робоча поверхня диска рухається щодо голівки, що зчитує (наприклад, у вигляді котушки індуктивності з зазором в муздрамтеатрі ). При подачі змінного електричного струму (при записі) на котушку головки, що виникає змінне магнітне поле з зазору головки впливає на ферромагнетик поверхні диска і змінює напрямок вектора намагніченості доменів в залежності від величини сигналу. При зчитуванні переміщення доменів у зазору головки приводить до зміни магнітного потоку в муздрамтеатрі головки, що призводить до виникнення змінного електричного сигналу в котушці через ефект електромагнітної індукції.

Останнім часом для зчитування застосовують магніторезистивний ефект і використовують в дисках магніторезистивні головки. У них, зміна магнітного поля призводить до зміни опору, в залежності від зміни напруженості магнітного поля. Подібні головки дозволяють збільшити вірогідність достовірності зчитування інформації (особливо при великій щільності запису інформації).

Метод паралельного запису

На даний момент це все ще найпоширеніша технологія запису інформації на НЖМД. біти інформації записуються за допомогою маленької головки, яка проходячи над поверхнею диска, що обертається намагнічує мільярди горизонтальних дискретних областей - доменів . Кожна з цих областей є логічним нулем або одиницею, в залежності від намагніченості.

Максимально досяжна при використанні даного методу щільність запису становить близько 23 Гбіт / см². В даний час відбувається поступове витіснення даного методу методом перпендикулярного запису.

Метод перпендикулярного запису

Метод перпендикулярного запису - це технологія, при якій біти інформації зберігаються в вертикальних доменах. Це дозволяє використовувати більш сильні магнітні поля і знизити площа матеріалу, необхідну для запису 1 біта. Щільність запису у сучасних зразків - 15-23 Гбіт / см², в подальшому планується довести щільність до 60-75 Гбіт / см².

Жорсткі диски з перпендикулярним записом доступні на ринку з 2005 року.

Метод теплової магнітного запису

Метод теплової магнітного запису ( англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на даний момент найперспективніший з існуючих, зараз він активно розробляється. При використанні цього методу використовується точковий підігрів диска, який дозволяє голівці намагнічувати дуже дрібні області його поверхні. Після того, як диск охолоджується, намагніченість «закріплюється». На ринку ЖД даного типу поки не представлені (на 2009 рік ), Є лише експериментальні зразки, але їх щільність вже перевищує 150 Гбіт / см². Розробка HAMR-технологій ведеться вже досить давно, проте експерти досі розходяться в оцінках максимальної щільності запису. Так, компанія Hitachi називає межа в 2,3-3,1 Тбит / см², а представники Seagate Technology припускають, що вони зможуть довести щільність запису HAMR-носії до 7,75 Тбіт / см². [6] Широкого поширення даної технології слід очікувати після 2010 року.

порівняння інтерфейсів

Історія прогресу накопичувачів

Примітки

Див. також

Wikimedia Foundation. 2010 року.