1.4 Накопители данных

1.4.1 Жесткие диски

Накопители на жестких магнитных дисках или НЖМД (англ. Hard (Magnetic) Disk Drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, винче́стер, в компьютерном сленге «винт», хард, харддиск – устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

Информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые, керамические или стеклянные) пластины (смотри рисунок 1.4.1), покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. 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.

 

Рисунок 1.4.1 – Жесткий диск SAMSUNG SpinPoint HD322HJ

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 зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Характеристики НЖМД:

• Интерфейс (англ. interface) – совокупность линий связи, сигналов, посы-лаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Серийно выпускаемые жесткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE), SATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

• Ёмкость (англ. capacity) – количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 ГБ (2 ТБ). В отличие от принятой в информатике системе приставок, обозначающих кратную 1024 величину, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГБ.

• Физический размер (форм-фактор) (англ. dimension). Почти все сов-ременные (2001 – 2008 года) накопители для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма – под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8 дюйма, 1,3 дюйма, 1 дюйм и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов.

• Время произвольного доступа (англ. random access time) – время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 – 3,7 мс), самым большим из актуальных – диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 12,5).

• Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) – количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

• Надёжность (англ. reliability) – определяется как среднее время нара-ботки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

• Количество операций ввода-вывода в секунду – у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

• Уровень шума – шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройс-тва с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

• Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) – сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

• Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) 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 – буфером называется промежуточная память, предна-значенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных HDD он обычно варьируется от 8 до 64 МБ.

История прогресса накопителей

1956 год – жёсткий диск IBM 350 в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Накопитель занимал ящик размером с большой холодильник и имел вес 971 кг, а общий объём памяти 50 вращавшихся в нём покрытых чистым железом тонких дисков диаметром 610 мм составлял около 5 миллионов 6-битных байт (3,5 Мб в пересчёте на 8-битные байты).

1980 год — первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб.

1981 год – 5,25-дюймовый Shugart ST-412, 10 Мб.

1986 год – стандарты SCSI, ATA(IDE).

1991 год – максимальная ёмкость 100 Мб.

1995 год – максимальная ёмкость 2 Гб.

1997 год – максимальная ёмкость 10 Гб.

1999 год – IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб.

2003 год – появление SATA.

2005 год – максимальная ёмкость 500 Гб.

2005 год – стандарт Serial ATA 3G (или SATA II).

2006 год – применение перпендикулярного метода записи в коммерчес-ких накопителях.

2006 год – появление первых «гибридных» жёстких дисков, содержащих блок флеш-памяти.

2007 год – Hitachi представляет первый коммерческий накопитель ёмкос-тью 1 Тб.

2009 год – на основе 500-гигабайтных пластин Western Digital, затем Seagate Technology LLC выпустили модели ёмкостью 2 Тб.

2009 год – Samsung выпустила первые жесткие диски с интерфейсом USB 2.0

2009 год – появление стандарта SATA 3.0 (SATA 6G).