Жесткие магнитные диски современных массовых персональных компьютеров могут иметь объем
Документ из архива "Информатика (полный курс)", который расположен в категории " ". Всё это находится в предмете "кибернетика" из раздела "", которые можно найти в файловом архиве Студент. Не смотря на прямую связь этого архива с Студент, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "рефераты, доклады и презентации", в предмете "кибернетика" в общих файлах.
Что такое SMR и с чем его едят?
Размеры пишущей головки примерно в 1,7 раза больше по сравнению с размерами считывающего сенсора. Столь внушительная разница объясняется достаточно просто: если записывающий модуль сделать еще более миниатюрным, силы магнитного поля, которое он сможет генерировать, окажется недостаточно для намагничивания доменов ферромагнитного слоя, а значит, данные попросту не будут сохраняться. В случае со считывающим сенсором такой проблемы не возникает. Более того: его миниатюризация позволяет дополнительно снизить влияние упомянутой выше ITI на процесс считывания информации.
Данный факт лег в основу черепичной магнитной записи (Shingled Magnetic Recording, SMR). Давайте разбираться, как это работает. При использовании традиционного PMR пишущая головка смещается относительно каждого предыдущего трека на расстояние, равное ее ширине + ширина защитного пространства (guard space).
При использовании черепичного метода магнитной записи пишущая головка смещается вперед лишь на часть своей ширины, поэтому каждый предыдущий трек оказывается частично перезаписан последующим: магнитные дорожки накладываются друг на друга подобно кровельной черепице. Такой подход позволяет дополнительно повысить плотность записи, обеспечивая выигрыш по емкости до 10%, при этом не отражаясь на процессе чтения. В качестве примера можно привести Western Digital Ultrastar DC HC 650 — первые в мире 3.5-дюймовые накопители объемом 20 ТБ с интерфейсом SATA/SAS, появление которых стало возможным именно благодаря новой технологии магнитной записи. Таким образом, переход на SMR-диски позволяет повысить плотность хранения данных в тех же стойках при минимальных затратах на модернизацию IT-инфраструктуры.
Несмотря на столь значительное преимущество, SMR имеет и очевидный недостаток. Поскольку магнитные дорожки накладываются друг на друга, при обновлении данных потребуется перезапись не только требуемого фрагмента, но и всех последующих треков в пределах магнитной пластины, объем которой может превышать 2 терабайта, что чревато серьезным падением производительности.
Решить данную проблему помогает объединение определенного количества треков в обособленные группы, называемые зонами. Хотя такой подход к организации хранения данных несколько снижает общую емкость HDD (поскольку между зонами необходимо сохранять достаточные промежутки, препятствующие перезаписи треков из соседних групп), это позволяет существенно ускорить процесс обновления данных, так как теперь в нем участвует лишь ограниченное количество дорожек.
Черепичная магнитная запись предполагает несколько вариантов реализации:
- Drive Managed SMR (SMR, управляемая диском)
Недостаток этого подхода заключается в изменчивости уровня производительности, в связи с чем Drive Managed SMR оказывается неподходящей для корпоративных приложений, в которых постоянство быстродействия системы является критически важным параметром. Тем не менее такие диски хорошо показывают себя в сценариях, предоставляющих достаточное время для выполнения фоновой дефрагментации данных. Так, например, DMSMR-накопители WD Red, оптимизированные для использования в составе малых NAS на 8 отсеков, станут отличным выбором для системы архивирования или резервного копирования, предполагающей долговременное хранение бэкапов.
- Host Managed SMR (SMR, управляемая хостом)
При использовании HMSMR весь доступный объем накопителя разделяется на зоны двух типов: Conventional Zones (обычные зоны), которые используются для хранения метаданных и произвольной записи (по сути, играют роль кэша), и Sequential Write Required Zones (зоны последовательной записи), занимающие большую часть общей емкости жесткого диска, в которых данные записываются строго последовательно. Неупорядоченные данные сохраняются в области кэширования, откуда затем могут быть перенесены в соответствующую зону последовательной записи. Благодаря этому все физические сектора записываются последовательно в радиальном направлении и перезаписываются только после циклического переноса, что позволяет добиться стабильной и предсказуемой производительности системы. При этом HMSMR-диски поддерживают команды произвольного чтения аналогично накопителям, использующим стандартный PMR.
Host Managed SMR реализована в жестких дисках enterprise-класса Western Digital Ultrastar HC DC 600-й серии.
Линейка включает в себя SATA- и SAS-накопители высокой емкости, ориентированные на использование в составе гипермасштабных центров обработки данных. Поддержка Host Managed SMR существенно расширяет сферу применения таких винчестеров: помимо систем резервного копирования, они прекрасно подойдут для облачных хранилищ, CDN или стриминговых платформ. Высокая емкость жестких дисков позволяет существенно повысить плотность хранения (в тех же стойках) при минимальных затратах на апгрейд, а низкое энергопотребление (не более 0,29 Ватта на каждый терабайт сохраненной информации) и тепловыделение (в среднем на 5 °C ниже, чем у аналогов) — дополнительно сократить операционные расходы на обслуживание ЦОДа.
Единственным недостатком HMSMR является сравнительная сложность имплементации. Все дело в том, что на сегодняшний день ни одна операционная система или приложение не умеют работать с подобными накопителями «из коробки», в силу чего для адаптации IT-инфраструктуры требуются серьезные изменения стека программного обеспечения. В первую очередь это касается, конечно же, самой ОС, что в условиях современных ЦОД, использующих многоядерные и многосокетные сервера, является достаточно нетривиальной задачей. Узнать подробнее о вариантах реализации поддержки Host Managed SMR можно на специализированном ресурсе ZonedStorage.io, посвященном вопросам зонального хранения данных. Собранные здесь сведения помогут предварительно оценить степень готовности вашей IT-инфраструктуры для перевода на зональные системы хранения.
- Host Aware SMR (SMR, поддерживаемая хостом)
Подобно Host Managed SMR, Host Aware SMR использует два типа зон: Conventional Zones для произвольной записи и Sequential Write Preferred Zones (зоны, предпочтительные для последовательной записи). Последние, в отличие от упомянутых выше Sequential Write Required Zones, автоматически переводятся в разряд обычных в том случае, если в них начинает вестись неупорядоченная запись данных.
Реализация SMR с поддержкой хоста предусматривает внутренние механизмы восстановления после непоследовательной записи. Неупорядоченные данные записываются в области кэширования, откуда диск может переносить информацию в зону последовательной записи, после того как будут получены все необходимые блоки. Для управления неупорядоченной записью и фоновой дефрагментацией диск использует таблицу косвенного обращения. Однако, если корпоративным приложениям требуется предсказуемая и оптимизированная производительность, достичь этого по-прежнему можно лишь в случае, когда хост берет на себя полное управление всеми потоками данных и зонами записи.
Понятие об операционных оболочках
Операционная система MS DOS стандартно реализует лишь простейший диалог с пользователем на уровне ввода отдельных команд. Более эффективной и современной является организация такого диалога, когда пользователю доступна вся информация на экране. Управление системой выполняется с использованием таких элементов, как меню, функциональные клавиши, мышь, окна. Это позволяет резко сократить ввод символьной информации с клавиатуры, и тем самым уменьшить число ошибок и затраты времени при взаимодействии с системой.
Типичная операционная оболочка - это специальная программа, выполняющая основной набор действий по работе с файлами: просмотр каталогов, переход в другие каталоги, создание и удаление каталогов и файлов, копирование файлов, запуск программ на выполнение.
В настоящее время существует довольно много программ-оболочек. Более того, последние версии ОС MS DOS имеют свои оболочки с достаточно удобным сервисом. Однако, наиболее распространенной остается программа оболочка Norton Commander. Иногда используется русский аналог этой программы - оболочка Volkov Commander.
Контрольные вопросы
1. Информация, обрабатываемая компьютером, кодируется
с помощью обычных цифр
только с помощью нулей и единиц
с помощью цифр и символов
2. Один байт информации - это:
произвольный набор 10 нулей и единиц
произвольный набор 8 символов
произвольный набор 4 цифр
произвольный набор 8 нулей и единиц
все ответы правильные
3. Какое из следующих выражений представляет из себя 1 байт информации?
все ответы правильные
4. Какое из следующих выражений НЕ ПРЕДСТАВЛЯЕТ собой байт информации:
5. Один килобайт информации - это
1000 нулей и единиц
1024 нулей и единиц
6. Один мегабайт информации - это:
1 миллион байтов
1 миллиард байтов
7. Один гигабайт информации - это:
1 миллион байтов
1 миллиард байтов
8. С помощью одного байта можно закодировать:
любой символ из некоторого набора
небольшое целое число
все ответы верны
информацию об одной или нескольких точках изображения
9. Основные устройства компьютера: основная память, внешняя(дисковая) память, устройства ввода/вывода. Добавьте еще одно устройство:
10. Какое из следующих устройств НЕ относится к основным компонентам компьютера:
внешняя (дисковая) память
11. Основная (оперативная) память компьютера предназначена:
для постоянного хранения данных
для постоянного хранения программ
для выполнения обработки данных
для кратковременного хранения обрабатываемых данных и программ их обработки
все ответы правильные
12. Для пользователя важнейшей характеристикой основной памяти является:
потребляемая мощность в ваттах
физический размер в сантиметрах
число выполняемых за 1 секунду действий
13. Компьютер может сразу выполнить программу, если она находится:
на магнитном диске
все ответы правильные
в основной памяти
14. Загрузка программы - это:
копирование программы из внешней памяти в основную (оперативную) память
копирование программы из основной (оперативной) памяти во внешнюю память
копирование программы с дискеты на жесткий диск
ввод текста программы с клавиатуры
15. Об'ем оперативной памяти измеряется:
все ответы правильные
16. Современные массовые персональные компьютеры должны иметь следующий объем основной (оперативной) памяти:
от 8 до 32 Килобайт
от 16 до 32 Мегабайт
от 128 до 256 Мегабайт
от 256 Килобайт до 1 Мегабайта
17. Процессор компьютера предназначен:
для кратковременного хранения программы
для постоянного хранения обрабатываемых данных
для кратковременного хранения обрабатываемых данных и программ
для выполнения обработки данных в соответствии с программой
все ответы правильные
18. Основная характеристика процессора - это:
число выполняемых за 1 секунду элементарных действий (команд)
об'ем используемой основной памяти
об'ем используемой внешней памяти
19. Внешняя память компьютера предназначена:
для долговременного хранения только данных, но не программ
для долговременного хранения данных и программ
для долговременного хранения только программ, но не данных
для кратковременного хранения обрабатываемой в данный момент информации
20. Какое устройство НЕ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ для долговременного хранения информации:
жесткие магнитные диски
21. Наиболее распространенным типом внешней памяти являются:
жесткие магнитные диски
22. Жесткие магнитные диски отличаются:
большим объемом хранимой информации
высокой скоростью обмена информацией
все ответы правильные
возможностью записи и чтения информации
23. Жесткие магнитные диски современных массовых персональных компьютеров должны иметь объем:
от 1 мегабайта до 10 мегабайт
от 1 гигабайт до 3 гигабайт
от 10 мегабайт до 100 мегабайт
свыше 10 гигабайт
24. Наиболее распространенные дискеты (гибкие магнитные диски) имеют об'ем:
25. Основные устройства ввода информации в компьютер: клавиатура, мышь. Что еще?
все ответы правильные
26. Какое из следующих устройств НЕ ОТНОСИТСЯ к устройствам ввода:
27. Сканер - это:
устройство для автоматического ввода текстовой и графической информации
устройство вывода графической информации
альтернативное название лазерного принтера
устройство для связи компьютеров друг с другом
28. Основная характеристика сканера:
общее число точек в обрабатываемом изображении
число точек, создаваемых на 1 дюйм изображения
объем памяти в байтах
количество выполняемых за 1 секунду команд
29. Кроме сканера, изображение в компьютер можно ввести с помощью:
все ответы правильные
30. Основные устройства вывода информации из компьютера: монитор, модем, звуковые колонки. Что еще?
31. Какое из следующих устройств НЕ ОТНОСИТСЯ к устройствам вывода:
32. Основная характеристика монитора - это:
число точек изображения по горизонтали и вертикали (разрешающая способность)
об'ем хранимых данных
скорость обработки данных
33. Мониторы наиболее распространенных персональных компьютеров имеют разрешающую способность:
примерно 200 точек по горизонтали на 100 точек по вертикали
примерно 400 точек по горизонтали на 200 точек по вертикали
примерно 800 точек по горизонтали на 600 точек по вертикали
примерно 2000 точек по горизонтали на 1000 точек по вертикали
34. Модем - это устройство:
для связи компьютеров напрямую с помощью электрического кабеля
для связи компьютеров через телефонные линии
для связи компьютера со сканером
для связи компьютера с копировальным устройством
все ответы правильные
35. Основная характеристика модема:
число бит, передаваемых за 1 секунду
объем информации в байтах
количество выполняемых за 1 секунду команд
все ответы правильные
36. Какие из следующих параметров являются важнейшими для компьютера в целом:
На первый взгляд может показаться, что дни оптических дисков сочтены. Или всё же нет? Давайте разбираться.
Начнем с констатации очевидного факта: в большинстве современных ноутбуков нет встроенного оптического привода, а у львиной доли ныне выпускаемых корпусов для настольных ПК не предусмотрены 5,25-дюймовые отсеки. Казалось бы, это наглядное свидетельство невостребованности оптических дисков в нынешних условиях. Но, тем не менее, в продаже по-прежнему представлены внешние и внутренние оптические приводы, а также записываемые и перезаписываемые диски различных форматов. Следовательно, спрос на эти изделия (пусть и небольшой) по-прежнему есть.
Обратимся к истории. Компакт-диски (сначала формата CD-ROM, а затем CD-R и CD-RW) получили широкое распространение в ПК во второй половине 90-х годов прошлого века. В сравнении с применявшимися ранее для хранения и переноса информации гибкими магнитными дисками (дискетами) носители CD-R и CD-RW имели безоговорочное преимущество, поскольку обладали гораздо более высокими емкостью, долговечностью, надежностью и скоростью передачи данных. Пожалуй, единственным фактором, заметно тормозившим широкое распространение новинок, была стоимость как самих записываемых оптических носителей, так и оборудования для их чтения и записи.
Как только цены на записывающие приводы и диски CD-R опустились до психологически приемлемого уровня, дни дискет (а также ненадолго пришедших им на смену во второй половине 90-х более вместительных гибких магнитных дисков высокой плотности Zip и LS-120) оказались сочтены, и дисководы для них в течение всего нескольких лет исчезли из настольных и портативных ПК.
Вслед за носителями CD-R и CD-RW, имевшими емкость от 650 до 700 Мбайт, в начале 2000-х в обиход вошли диски DVD-R и DVD-RW. Однослойные носители вмещали от 3,95 до 4,7 Гбайт данных. Правда, процесс внедрения записываемых и перезаписываемых DVD несколько затянулся из-за вспыхнувшей «войны форматов». В индустрии сформировались две противоборствующие группировки, каждая из которых начала продвигать собственный стандарт записываемых и перезаписываемых DVD. Носители, стандартизованные организацией Recordable DVD Council (RDVDC), получили название DVD-R/DVD-RW, а диски, соответствующие спецификации Альянса DVD+RW, — DVD+R/DVD+RW. Яблоком раздора стали лицензионные отчисления, которые обязаны выплачивать производители оптических приводов и носителей держателям патентов на соответствующие изобретения и технологии. В конце концов проблему удалось решить выпуском мультиформатных приводов, поддерживающих работу с дисками обеих стандартов. Однако ценное время было упущено, и фактически записываемые и перезаписываемые DVD не вытеснили CD-R и CD-RW (как это предполагалось), а существовали параллельно с ними.
В последующие годы были созданы двухслойные (double layer, DL) и двусторонние (double-sided, DS) DVD-диски различных типов. Емкость двухслойных дисков почти вдвое выше по сравнению с однослойными (8,5 против 4,7 Гбайт). Правда, из-за не очень высокой надежности, ограниченной совместимости с бытовым воспроизводящим оборудованием и дороговизны двухслойные записываемые и перезаписываемые DVD-носители так и не получили широкого распространения.
USB-флэшка — компактный, удобный и надежный инструмент для переноса и хранения данных в XXI веке
Пока производители делили пирог лицензионных отчислений, в сфере ИТ начали происходить важные изменения, которые в итоге привели к кардинальному изменению ситуации. Во-первых, в первом десятилетии XXI века бурно развивается интернет: благодаря внедрению новых технологий значительно повысилась скорость передачи данных и стремительно увеличилось количество пользователей Всемирной паутины. Во-вторых, на массовом рынке появились удобные, надежные и очень компактные накопители на базе флэш-памяти: сменные карты памяти форматов Memory Stick и SD, а также портативные USB-флэшки. И, в-третьих, в середине этого десятилетия начался бум мобильных устройств. Перечисленные факторы привели к значительному изменению роли физических носителей всех типов, и оптические диски не стали исключением.
SD-карта емкостью 64 Мбайт (2001-й год)
С повсеместным распространением широкополосного доступа в интернет у пользователей появилась возможность передавать документы, изображения и любые другие данные по электронной почте, через FTP-серверы и т.д. Впоследствии были запущены и быстро завоевали признание удобные облачные хранилища, обеспечивающие возможность загрузки и скачивания файлов практического любого размера как для стационарных, так и для мобильных устройств. Эти процессы привели к тому, что физические носители утратили роль основных инструментов, необходимых для передачи, распространения и хранения информации.
Кроме того, радикально изменилась схема распространения медиаконтента. На смену традиционным магазинам с бумажными книгами, звуковыми компакт-дисками, фильмами на DVD, коробками с программами и играми пришли онлайновые сервисы, специализирующиеся на продаже книг, музыкальных записей и кино, а также дистрибутивов игр и ПО исключительно в электронном виде. По мере увеличения пропускной способности всемирной сети набирали популярность платформы потокового вещания, позволяющие воспроизводить звук и видео даже без предварительной загрузки соответствующего файла. Как следствие, объем продаж лицензионного (и не только) медиаконтента на физических носителях, значительную часть которых составляли именно оптические диски, стал сокращаться стремительными темпами, напоминающими свободное падение.
Еще десять лет тому назад в коробке с новой материнской платой, видеокартой и другими комплектующими обязательно был компакт-диск или DVD с драйверами, ПО и электронным руководством пользователя. Теперь, как правило, производитель ограничивается бумажной карточкой с текстовой ссылкой или QR-кодом для перехода на веб-сайт, с которого можно загрузить всё необходимое.
Помимо того, что спрос на физические носители за последние 15 лет заметно сократился, в этом сегменте произошли и важные структурные изменения. В частности, постепенно увеличивалась доля сменных карт памяти и USB-флэшек. По мере роста объема и скорости передачи данных в сочетании с постепенным снижением цен носители на базе флэш-памяти становились всё более популярными решениями как для переноса файлов между устройствами, так и для кратко- и среднесрочного хранения данных. Важными факторами успеха стали небольшие габариты и вес, устойчивость к неблагоприятным физическим воздействиям, высокая надежность, удобство подключения и совместимость с огромным количеством устройств (в том числе бытовых).
Какое-то время оптические приводы оставались обязательным элементом конфигурации ПК, поскольку установить операционную систему на новый компьютер можно было только с загрузочного CD или DVD. Однако затем производители материнских плат сняли это ограничение, реализовав в BIOS поддержку загрузочных дисков на внешних USB-накопителях.
Казалось бы, в силу перечисленных выше причин оптические диски уже должны были исчезнуть как класс. Почему же этого пока не произошло? Во-первых, благодаря низкой удельной стоимости хранимых данных. Во-вторых, записываемые оптические диски обладают некоторыми уникальными свойствами, выделяющими их на фоне других типов ныне распространенных физических носителей.
Данные, записанные на WORM-дисках (эта аббревиатура расшифровывается как «Write Once, Read Manу» и обозначает класс носителей с возможностью однократной записи и многократного считывания — таких как CD-R, DVD-R и пр.), невозможно повредить, удалить или зашифровать программными средствами. Следовательно, можно не опасаться вирусов-шифровальщиков и необдуманных действий неопытных пользователей, которые могут привести к безвозвратной потере ценной информации. Даже если скопированные на жесткий диск или SSD файлы будут впоследствии повреждены или удалены, можно быстро восстановить исходный документ с оптического диска.
Кроме того, есть возможность минимизировать риски потери данных за счет распределения хранимых файлов по разным физическим носителям. Поломка жесткого диска в большинстве случаев означает безвозвратную потерю сразу всех сохраненных на нем данных. Если же записывать информацию на оптические диски, при физическом повреждении или уничтожении одного из них будет утрачена лишь небольшая часть сохраненных файлов.
Исходя из изложенного выше, записываемые оптические диски хорошо подходят для долговременного архивного хранения файлов относительно небольшого объема — текстов, таблиц, различных документов, фотографий, звуковых записей и т.д. К сожалению, обычные CD-R и DVD-R для этих целей непригодны по причине недолговечности. Хотя именитые производители записываемых оптических носителей этих типов обещают сохранность данных в течение 50 или даже 100 лет, на практике нередко приходится сталкиваться с тем, что диск перестает читаться уже спустя три-четыре года после записи (подробнее см. в статье «Сколько проживет CD-R?»). В большинстве случаев причиной утраты читаемости таких носителей становится деградация слоя органического красителя, в котором под воздействием лазерного луча формируются микроскопические углубления (питы) в процессе записи.
Упаковка записываемых дисков Verbatim M DISC формата BDXL
Оптический привод ASUS BC-12D2HT с поддержкой носителей M DISC
Решить проблему долговечности записываемых оптических дисков удалось специалистам компании Verbatim, которые разработали носители M DISC с неорганическим рабочим слоем. Такие диски сохраняют стабильность характеристик в течение длительного времени и обладают высокой стойкостью к неблагоприятным воздействиям — таким как УФ-излучение, а также высокая или низкая температура и влажность. Однако за перечисленные достоинства неизбежно приходится расплачиваться — причем в буквальном смысле. Дело в том, что носители M DISC ощутимо дороже по сравнению с обычными записываемыми дисками. Кроме того, требуется приобрести оптический привод с поддержкой M DISC — что также потребует дополнительных вложений. Всё это, в свою очередь, неизбежно приводит к увеличению удельной стоимости хранения данных.
Внешний оптический привод ASUS ZenDrive U8M с поддержкой носителей M DISC
Учитывая вышеизложенное, использование носителей M DISC имеет практический смысл только при необходимости регулярно архивировать для долговременного хранения довольно большие объемы данных — от нескольких терабайт в год и более. И здесь есть свои подводные камни: большой архив оптических дисков (насчитывающий несколько десятков и более единиц) требует довольно много места для хранения, а также дополнительных затрат времени и усилий на ведение электронной или бумажной картотеки, без которой впоследствии будет невозможно быстро найти нужные данные.
Подведем итоги. В настоящее время сфера применения оптических дисков — как в ПК, так и в бытовом оборудовании — существенно сократилась вследствие ряда объективных причин. Это и значительное снижение потребности в использовании физических носителей информации как таковых, и появление более удобных и доступных решений для передачи, резервного копирования и долговременного хранения данных. Тем не менее, говорить о полном исчезновении накопителей на оптических дисках пока преждевременно. Есть отдельные задачи, для решения которых такие устройства по-прежнему являются оптимальным вариантом. Кроме того, производители продолжают совершенствовать технологии с целью увеличения надежности, вместимости и долговечности записываемых оптических дисков.
Сфера применения жестких дисков с SATA-интерфейсом продолжает расширяться. Они остаются основным местом хранения информации на персональном компьютере, полностью вытеснив устаревший интерфейс PATA. Увеличенный ресурс и длительный гарантийный срок эксплуатации некоторых моделей позволяют успешно применять их в серверах и высокопроизводительных рабочих станциях.
Компании — производители жестких дисков уделяют большое внимание выпуску продукции для бытовой электроники (DVD-плееров, игровых приставок и пр.). Особенностью подобных дисков является ориентация на работу с потоковыми данными (видео- и аудиоконтент) и уменьшение шума даже за счет увеличения времени поиска.
После относительного затишья на рынке жестких дисков в последнее время произошло много заметных событий. Так, в середине года большинство компаний-производителей анонсировало терабайтные жесткие диски, которые к концу года стали доступны покупателям. Это произошло после того, как все производители занялись освоением пластин с увеличенной плотностью записи. Появились диски с плотностью записи 200, а затем и 250 Гбайт на пластину; наконец, недавно компания Samsung объявила об использовании пластин с плотностью записи до 364 Гбайт на пластину (однако на прилавках этих дисков пока не видно).
В результате максимальная емкость жестких дисков была доведена в этом году до одного терабайта, что является новой ступенью в их развитии. Первой такой моделью стал жесткий диск HDS721010KLA330 от компании Hitachi, уникальной особенностью которого является пятипластинная компоновка (нетрудно догадаться, что в этой модели применялись диски с плотностью 200 Гбайт на пластину). Позднее модели этой емкости выпустили компании Western Digital и Seagate, использующие четырехпластинную компоновку (то есть применялись пластины плотностью 250 Гбайт) и пластины повышенной плотности записи.
Стоит отметить, что результаты тестирований, проведенных в этом году, показывают, что у дисков с увеличенной плотностью записи растет скорость линейного чтения, а следовательно, и производительность приложений, работающих с длинными файлами, однако производительность работы с короткими файлами может ухудшаться из-за увеличения времени доступа. С ростом плотности записи уменьшается ширина дорожки, вследствие чего осложняется позиционирование головки. Обычным явлением, особенно в дисках большой емкости, становится использование буфера объемом 16 Мбайт. А в последних моделях (для дисков с объемом 1 Тбайт и 750 Гбайт) применяется буфер объемом 32 Мбайт.
Полностью закончилось внедрение версии стандарта SATA (спецификации 2.0 и 2.5), которую иногда называют SATA II. Этот стандарт имеет избыточную сегодня скорость работы интерфейса, достигающую 300 Мбайт/с. Обязательной функцией стала поддержка оптимизации обработки очереди команд (NCQ), введены возможности поочередного включения дисков, управления потребляемой мощностью, а также ряд других функций. Отметим, что поскольку технология NCQ (Native Command Quiet) актуальна при работе в многозадачном режиме, то нынешние компьютеры, в которых устанавливаются двухъ- и четырехъядерные процессоры, получают прирост в производительности при ее использовании, тогда как раньше она могла полноценно применяться лишь в серверах и высокопроизводительных рабочих станциях.
В этом году наметились серьезные изменения и в технологиях, используемых в жестких дисках.
Компании Seagate и Samsung начали производить гибридные диски, совмещающие в себе технологию флэш-памяти и обычных жестких дисков. В настоящее время доступны 2,5-дюймовые модели, которые предназначены для установки в ноутбуках и других портативных устройствах и поддерживают только новую операционную систему Windows Vista. Эти диски позволяют снизить энергопотребление, а также повысить скорость работы с часто используемыми данными, поскольку они подгружаются именно на флэш-память (технология ReadyBoost), что, в свою очередь, значительно сокращает время доступа к ним и существенно ускоряет загрузку операционной системы (технология ReadyBoot). Вслед за этим компании Samsung и SanDisk, являющиеся одними из лидеров по производству флэш-памяти, анонсировали модели так называемых Solid State Disk (SSD-дисков), которые полностью основаны на флэш-памяти. Сейчас на зарубежном рынке доступны модели емкостью 128 и 256 Гбайт, а ко II кварталу следующего года планируется выпуск моделей объемом 512 Гбайт. Основное преимущество этих дисков заключается в низком энергопотреблении и большой скорости доступа к данным, а также, что немаловажно, в отсутствии движущихся частей. Производимые на данный момент модели ориентированы на установку в портативных устройствах. Однако справедливости ради отметим, что стоимость таких моделей намного превышает обычные HDD, поэтому они не пользуются спросом и купить их на российском рынке практически невозможно.
Большинство новых жестких дисков стали производиться по технологии перпендикулярной записи, поскольку возможности параллельного метода записи и головок чтения, использующих гигантский магниторезистивный эффект (GMR), полностью себя исчерпали. Началось промышленное применение нового типа головок чтения и нового метода записи на основе туннельного магниторезистивного эффекта (TMR), что, благодаря их большей чувствительности, позволяет увеличить плотность записи примерно на 50% в случае параллельной записи.
Постепенно стали появляться модели жестких дисков для серверов с интерфейсом SAS (Serial Attached SCSI), который впоследствии должен заменить SCSI, поскольку обладает более высокой пропускной способностью.
Кроме того, все последние модели жестких дисков производятся в соответствии с директивой RoHS (Restriction of Hazardous Substances), которая предполагает ограниченное использование экологически опасных материалов.
Максимальной производительностью среди жестких дисков с SATA-интерфейсом обладают новые терабайтные модели компании Seagate, которые, в отличие от других подобных жестких дисков, имеют повышенную скорость передачи данных при чтении и записи (до 105 Мбайт/с).
Диски со скоростью вращения пластин 5400 об./мин выпускаются теперь только для применения в бытовой электронике, ноутбуках и портативных устройствах.
Далее речь пойдет о современных моделях жестких дисков с интерфейсом SATA и скоростью вращения 7200 об./мин.
Мы не рассматриваем диски с PATA-интерфейсом, поскольку, на наш взгляд, подобные устройства должны использоваться только в старых системах для замены или увеличения дискового пространства, а их применение в новых компьютерах уже неоправданно, хотя некоторые модели до сих пор производятся компаниями. Главным доводом в поддержку этой точки зрения является конструкция современных материнских плат, которые имеют только один PATA-канал, к которому подключается оптический привод. Подключение жесткого диска на один канал с оптическим приводом заметно замедлит работу жесткого диска.
Важным вопросом при выборе жесткого диска является его размер. Дело в том, что сегодня резко изменяется характер хранимой информации. Кроме офисных документов, которые не занимают много места, на дисках, как правило, хранятся фотоальбомы, музыкальные коллекции и фильмы (часто очень высокого разрешения), поэтому дисковое пространство расходуется очень быстро. Любителям игр следует помнить, что для их хранения тоже требуется все больше дискового пространства. Поэтому сегодня, если нет жестких ограничений по стоимости, размер диска домашнего компьютера должен составлять как минимум 250-300 Гбайт. А с массовым внедрением оптических дисков HD DVD и BlueRay, где один фильм занимает 25-50 Гбайт, даже такого объема может не хватить.
Онлайн просмотр документа "informatika1"
LMR, PMR, CMR и TDMR: в чем разница?
Принцип работы жестких дисков достаточно прост. Тонкие металлические пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала (кристаллического вещества, способного сохранять намагниченность даже при отсутствии воздействия на него внешнего магнитного поля при температуре ниже точки Кюри) движутся относительно блока пишущих головок на большой скорости (5400 оборотов в минуту или более). При подаче электрического тока на пишущую головку возникает переменное магнитное поле, которое изменяет направление вектора намагниченности доменов (дискретных областей вещества) ферромагнетика. Считывание данных происходит либо за счет явления электромагнитной индукции (перемещение доменов относительно сенсора вызывает в последнем возникновение переменного электрического тока), либо за счет гигантского магниторезистивного эффекта (под действием магнитного поля изменяется электрическое сопротивление датчика), как это реализовано в современных накопителях. Каждый домен кодирует один бит информации, принимая логическое значение «0» или «1» в зависимости от направления вектора намагниченности.
Долгое время жесткие диски использовали метод продольной магнитной записи (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), при котором вектор намагниченности доменов лежал в плоскости магнитной пластины. Несмотря на относительную простоту реализации, данная технология имела существенный недостаток: для того чтобы побороть коэрцитивность (переход магнитных частиц в однодоменное состояние), между треками приходилось оставлять внушительную буферную зону (так называемое guard space — защитное пространство). Вследствие этого максимальная плотность записи, которой удалось добиться на закате данной технологии, составляла всего 150 Гбит/дюйм 2 .
В 2010 году LMR была практически полностью вытеснена PMR (Perpendicular Magnetic Recording — перпендикулярная магнитная запись). Главное отличие данной технологии от продольной магнитной записи состоит в том, что вектор магнитной направленности каждого домена располагается под углом 90° к поверхности магнитной пластины, что позволило существенно сократить промежуток между треками.
За счет этого плотность записи данных удалось заметно увеличить (до 1 Тбит/дюйм 2 в современных устройствах), при этом не жертвуя скоростными характеристиками и надежностью винчестеров. В настоящее время перпендикулярная магнитная запись является доминирующей на рынке, в связи с чем ее также часто называют CMR (Conventional Magnetic Recording — обычная магнитная запись). При этом надо понимать, что между PMR и CMR нет ровным счетом никакой разницы — это всего лишь другой вариант названия.
Изучая технические характеристики современных жестких дисков, вы также можете наткнуться на загадочную аббревиатуру TDMR. В частности, данную технологию используют накопители корпоративного класса Western Digital Ultrastar 500-й серии. С точки зрения физики TDMR (что расшифровывается как Two Dimensional Magnetic Recording — двумерная магнитная запись) ничем не отличается от привычной нам PMR: как и прежде, мы имеем дело с непересекающимися треками, домены в которых ориентированы перпендикулярно плоскости магнитных пластин. Разница между технологиями заключается в подходе к считыванию информации.
В блоке магнитных головок винчестеров, созданных по технологии TDMR, на каждую пишущую головку приходятся по два считывающих сенсора, осуществляющих одновременное чтение данных с каждого пройденного трека. Такая избыточность дает возможность контроллеру HDD эффективно фильтровать электромагнитные шумы, появление которых обусловлено межтрековой интерференцией (Intertrack Interference, ITI).
Решение проблемы с ITI обеспечивает два чрезвычайно важных преимущества:
- снижение коэффициента помех позволяет повысить плотность записи за счет уменьшения расстояния между треками, обеспечивая выигрыш по общей емкости вплоть до 10% по сравнению с обычной PMR;
- в сочетании с технологией RVS и трехпозиционным микроактуатором, TDMR позволяет эффективно противостоять ротационной вибрации, вызванной работой винчестеров, что помогает добиться стабильного уровня производительности даже в наиболее сложных условиях эксплуатации.
Диски Hitachi
Компания Hitachi, которая приобрела подразделение IBM, отвечающее за жесткие диски, сохранила традиционную маркировку дисков. Все диски компании для ПК (табл. 1) относятся к следующим сериям: Deskstar 7K1000, Deskstar E7K500, Deskstar T7K500, Deskstar 7K250, Deskstar 7K160 и Deskstar 7K80. Заметим, что в состав серий входят также диски с интерфейсом ATA100, которые не представлены в таблице. Модификации с интерфейсом Serial ATA можно отличить по двум последним буквам SA или LA в названии модели.
Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, это не новое супергеройское трио из вселенной Marvel. Речь идёт о хранении наших драгоценных цифровых данных. Нам нужно где-то их хранить, надёжно и стабильно, чтобы мы могли иметь к ним доступ и изменять за мгновение ока. Забудьте о Железном человеке и Торе — мы говорим о жёстких дисках!
Итак, давайте погрузимся в изучении анатомии устройств, которые мы сегодня используем для хранения миллиардов битов данных.
Текст 4 страницы из документа "informatika1"
Каждому файлу, хранящемуся во внешней памяти, присваивается имя, состоящее из двух частей : собственно имя как набор от 1 до 8 латинских букв и цифр; необязательная дополнительная часть, называемая расширением и содержащая от 1 до 3 символа. В системе Windows 95 допускается давать файлам длинные многословные имена, а для русифицированной версии - использовать русские буквы.
Расширение отделяется от имени точкой; часто расширение используется для указания типа файла.
Имя файла должно быть достаточно информативным, отражающим смысл хранимой информации. Некоторые расширения являются стандартными, например:
TXT используется для задания текстового файла;
COM и EXE используются для задания программных файлов.
Многие современные программы используют зарезервированные расширения для хранения своих файлов. Например, текстовый редактор Word сохраняет документы в файлах с расширением DOC, а графический редактор Paint системы Windows использует расширение BMP. Имена файлов можно вводить с клавиатуры в любом регистре.
Примеры правильных имен файлов :
мой документ.doc (для системы Windows 95 и выше)
Примеры неправильных имен:
Prog.text - в расширении имени более трех символов
Prog.15.txt - нельзя использовать две точки
Понятие каталога и организация файлов на дисках
Современные магнитные диски могут хранить десятки тысяч разнообразных файлов. Чтобы не запутаться в этом море файлов, их классифицируют, объединяют по группам. Все файлы, хранимые на магнитных дисках любых типов, операционные системы позволяют разбивать на отдельные группы. Внутри группы файлы объединяются по какому-либо признаку (например, все файлы некоторого пользователя). Такая группа файлов называется каталогом (directory). Каталогу присваивается имя. Правила именования каталогов совпадают с правилами для файлов, за исключением того, что расширение имени для каталогов обычно не используется.
Кроме файлов, любой каталог может содержать подчиненные каталоги, называемые подкаталогами. В свою очередь, любой подкаталог может содержать файлы и свои подчиненные подкаталоги. Тем самым каталоги и файлы образуют так называемое дерево каталогов. Корень дерева называется главным или корневым каталогом. Начиная с корневого каталога, можно спуститься по ветвям дерева до необходимого файла или подкаталога.
В итоге, каждый каталог может содержать:
файлы и подкаталоги
ничего не содержать, т.е. может быть пустым
Имя корневого каталога совпадает с именем используемого дискового устройства. Если жесткий диск разбит на несколько разделов ( C:, D:, . ), то в каждом из них создается своя собственная файловая структура, никак не связанная с другими.
В подобной древовидной структуре для определения местоположения файла надо задать путь, т.е. последовательность подкаталогов, начиная с корневого, которые должны проходиться для достижения данного файла. При описании этого пути подкаталоги отделяются друг от друга обратной косой чертой (\). Тогда полное имя файла в операционных системах MS DOS/Windows можно описать следующим образом:
устр: \ каталог1 \ подкаталог2 \ . \ имя.расширение
Здесь устр: - имя дискового накопителя ( А:, B:, C. )
. \ . - путь по древовидной структуре
Если в полном имени файла опущены устройство и путь, то они выбираются по умолчанию. Используемые в данный момент устройство и подкаталог называются текущими или рабочими. В каждый момент времени ОС отслеживает текущее устройство и подкаталог, поэтому для работы с файлами текущего подкаталога можно не указывать имя устройства и путь.
Примеры полных имен файлов:
С: \ DOS \ RAB \ PROG1.exe - файл prog1.exe записан на жестком диске( раздел C: ) в подкаталоге RAB, входящем в каталог DOS
D: \ DOKUMENT \ tablica.txt - файл tablica.txt храниться на жестком диске (раздел D: ) в каталоге DOKUMENT
A: \ file1.txt - файл file1.txt в корневом каталоге дискеты, находящейся в данный момент в соответствующем устройстве
Поскольку файлы распознаются операционной системой по полным именам, то файлы в разных подкаталогах могут иметь одинаковые имена, оставаясь тем не менее разными файлами для ОС, поскольку их полные имена будут различными.
Например, файлы C: \ RAB \ file1.txt и C: \ DOKUM \ file1.txt являются для ОС разными, хотя и имеют одинаковые имена.
Операционная система как комплекс программ работает все время, пока пользователь общается с компьютером. Это означает, что основные программы ОС должны все время находиться в основной памяти. Все программы ОС хранятся на диске в специальных системных файлах. Первоначально эти программы помещаются в основную память при включении компьютера.
Более подробно, при включении питания компьютера обычно автоматически выполняются следующие два действия:
производится проверка работоспособности основных устройств (тестирование аппаратуры); в случае обнаружения каких-либо неисправностей можно повторить включение или обратиться к специалисту
если тестирование проходит успешно, то после этого начинается так называемая загрузка ОС, состоящая в копировании основных программ ОС с магнитного диска в оперативную память. При этом простейшие ОС типа MS DOS можно загружать либо со специальной дискеты ( называемой системной ), либо с жесткого диска. В первом случае перед включением компьютера надо вставить системную дискету в накопитель. Во втором случае в этом устройстве дискет быть не должно. Сложные ОС класса Windows загружаются с жесткого диска.
Признаком успешного завершения загрузки MS DOS является появление на экране так называемого приглашения, т.е. набора символов примерно следующего вида:
A: \ > ( при загрузке с дискеты )
С: \ > ( при загрузке с жесткого диска )
При необходимости можно выполнить перезагрузку ОС одним из трех следующих способов :
выключить ПК и повторно включить его примерно через минуту (только в случае крайней необходимости);
не выключая ПК, нажать на передней панели системного блока кнопку сброса, обычно обозначаемую как RESET;
не выключая ПК, нажать на клавиатуре одновременно 3 клавиши : Ctrl+Alt+Del.
Понятие о командном режиме
Взаимодействие пользователя с ОС MS DOS производится с помощью команд, которые пользователь вводит в ответ на приглашение системы. Готовность системы к принятию команд пользователя фиксируется выдачей на экран приглашения в короткой или полной форме. В первом случае выводится только имя текущего устройства и символ > , а во втором - еще и путь к текущему подкаталогу.
Bad command or file name
( неправильная команда или имя файла )
и снова выводит приглашение, после чего пользователь может повторить ввод команды.
Простейшая операция при взаимодействии с MS DOS состоит в изменении текущего устройства. Для этого достаточно в ответ на приглашение системы ввести имя активизируемого устройства и нажать клавишу ENTER, после чего система выведет приглашение с именем нового текущего устройства :
( активизировать устройство работы с дискетами, набрав на клавиатуре символы А: и нажав ENTER)
(подсказка системы с именем активного устройства)
Для управления своей работой ОС MS DOS предоставляет пользователю набор из примерно 60 команд, некоторые из которых используются очень часто, а некоторые - только в особых случаях. Каждая команда есть указание системе на выполнение некоторого действия. Команда состоит из имени и необязательных параметров, разделенных пробелами. Имя и параметры можно вводить в любом регистре.
В качестве параметров часто выступают имена файлов, причем в именах разрешается использовать символы * и ?. Символ * может стоять в имени файла или его расширении и заменять любое число любых символов. Например, конструкция *.txt означает 'все файлы с расширением txt', а конструкция tabl.* означает 'все файлы с именем tabl и любым расширением'.
Наиболее часто используемыми являются команды работы с каталогами и файлами.
К основным командам работы с каталогами относятся:
Dir - вывод содержимого каталога;
MkDir (MD) - создание нового подкаталога;
ChDir (CD) - изменение текущего (рабочего) подкаталога;
RmDir (RD) - удаление подкаталога.
К основным командам работы с файлами относятся:
Copy - копирование файлов;
Del - удаление файла;
Type - вывод содержимого файла на экран;
Ren - изменение имени файла.
You spin me right round, baby
Механический накопитель на жёстких дисках (hard disk drive, HDD) был стандартом систем хранения для компьютеров по всему миру в течение более 30 лет, но лежащие в его основе технологии намного старше.
Первый коммерческий HDD компания IBM выпустила в 1956 году, его ёмкость составляла аж 3,75 МБ. И в целом, за все эти годы общая структура накопителя не сильно изменилась. В нём по-прежнему есть диски, которые используют для хранения данных намагниченность, и есть устройства для чтения/записи этих данных. Изменился же, и очень сильно, объём данных, который можно на них хранить.
В 1987 году можно было купить HDD на 20 МБ примерно за 350 долларов; сегодня за такие же деньги можно купить 14 ТБ: в 700 000 раз больший объём.
Мы рассмотрим устройство не совсем такого размера, но тоже достойное по современным меркам: 3,5-дюймовый HDD Seagate Barracuda 3 TB, в частности, модель ST3000DM001, печально известную своим высоким процентом сбоев и вызванных этим юридических процессов. Изучаемый нами накопитель уже мёртв, поэтому это будет больше похоже на аутопсию, чем на урок анатомии.
Перевернув накопитель, мы видим печатную плату и несколько разъёмов. Разъём в верхней части платы используется для двигателя, вращающего диски, а нижние три (слева направо) — это контакты под перемычки, позволяющие настраивать накопитель под определённые конфигурации, разъём данных SATA (Serial ATA) и разъём питания SATA.
Serial ATA впервые появился в 2000 году. В настольных компьютерах это стандартная система, используемая для подключения приводов к остальной части компьютера. Спецификация формата претерпела множество ревизий, и сейчас мы пользуемся версией 3.4. Наш труп жёсткого диска имеет более старую версию, но различие заключается только в одном контакте в разъёме питания.
В подключениях передачи данных для приёма и получения данных используется дифференцированный сигнал: контакты A+ и A- используются для передачи инструкций и данных в жёсткий диск, а контакты B — для получения этих сигналов. Подобное использование спаренных проводников значительно снижает влияние на сигнал электрического шума, то есть устройство может работать быстрее.
Если говорить о питании, то мы видим, что в разъёме есть по паре контактов каждого напряжения (+3.3, +5 и +12V); однако большинство из них не используется, потому что HDD не требуется много питания. Эта конкретная модель Seagate при активной нагрузке использует менее 10 Вт. Контакты, помеченные как PC, используются для precharge: эта функция позволяет вытаскивать и подключать жёсткий диск, пока компьютер продолжает работать (это называется горячей заменой (hot swapping)).
Контакт с меткой PWDIS позволяет удалённо перезагружать (remote reset) жёсткий диск, но эта функция поддерживается только с версии SATA 3.3, поэтому в моём диске это просто ещё одна линия питания +3.3V. А последний контакт, помеченный как SSU, просто сообщает компьютеру, поддерживает ли жёсткий диск технологию последовательной раскрутки шпинделей staggered spin up.
Перед тем, как компьютер сможет их использовать, диски внутри устройства (которые мы скоро увидим), должны раскрутиться до полной скорости. Но если в машине установлено много жёстких дисков, то внезапный одновременный запрос питания может навредить системе. Постепенная раскрутка шпинделей полностью устраняет возможность таких проблем, но при этом перед получением полного доступа к HDD придётся подождать несколько секунд.
Сняв печатную плату, можно увидеть, как она соединяется с компонентами внутри устройства. HDD не герметичны, за исключением устройств с очень большими ёмкостями — в них вместо воздуха используется гелий, потому что он намного менее плотный и создаёт меньше проблем в накопителях с большим количеством дисков. С другой стороны, не стоит и подвергать обычные накопители открытому воздействию окружающей среды.
Благодаря использованию таких разъёмов минимизируется количество входных точек, через которые внутрь накопителя могут попасть грязь и пыль; в металлическом корпусе есть отверстие (большая белая точка в левом нижнем углу изображения), позволяющее сохранять внутри давление окружающей среды.
Теперь, когда печатная плата снята, давайте посмотрим, что находится внутри. Тут есть четыре основных чипа:
- LSI B64002: чип основного контроллера, обрабатывающий инструкции, передающий потоки данных внутрь и наружу, корректирующий ошибки и т.п.
- Samsung K4T51163QJ: 64 МБ DDR2 SDRAM с тактовой частотой 800 МГц, используемые для кэширования данных
- Smooth MCKXL: управляет двигателем, крутящим диски
- Winbond 25Q40BWS05: 500 КБ последовательной флеш-памяти, используемой для хранения встроенного ПО накопителя (немного похожего на BIOS компьютера)
Открыть накопитель просто, достаточно открутить несколько болтов Torx и вуаля! Мы внутри…
Учитывая, что он занимает основную часть устройства, наше внимание сразу привлекает большой металлический круг; несложно понять, почему накопители называются дисковыми. Правильно их называть пластинами; они изготавливаются из стекла или алюминия и покрываются несколькими слоями различных материалов. Этот накопитель на 3 ТБ имеет три пластины, то есть на каждой стороне одной пластины должно храниться 500 ГБ.
Изображение довольно пыльное, такие грязные пластины не соответствуют точности проектирования и производства, необходимого для их изготовления. В нашем примере HDD сам алюминиевый диск имеет толщину 0,04 дюйма (1 мм), но отполирован до такой степени, что средняя высота отклонений на поверхности меньше 0,000001 дюйма (примерно 30 нм).
Базовый слой имеет глубину всего 0,0004 дюйма (10 микронов) и состоит из нескольких слоёв материалов, нанесённых на металл. Нанесение выполняется при помощи химического никелирования с последующим вакуумным напылением, подготавливающих диск для основных магнитных материалов, используемых для хранения цифровых данных.
Этот материал обычно является сложным кобальтовым сплавом и составлен из концентрических кругов, каждый из которых примерно 0,00001 дюйма (примерно 250 нм) в ширину и 0,000001 дюйма (25 нм) в глубину. На микроуровне сплавы металлов образуют зёрна, похожие на мыльные пузыри на поверхности воды.
Каждое зерно обладает собственным магнитным полем, но его можно преобразовать в заданном направлении. Группирование таких полей приводит к возникновению битов данных (0 и 1). Если вы хотите подробнее узнать об этой теме, то прочитайте этот документ Йельского университета. Последними покрытиями становятся слой углерода для защиты, а потом полимер для снижения контактного трения. Вместе их толщина составляет не больше 0,0000005 дюйма (12 нм).
Скоро мы увидим, почему пластины должны изготавливаться с такими строгими допусками, но всё-таки удивительно осознавать, что всего за 15 долларов можно стать гордым владельцем устройства, изготовленного с нанометровой точностью!
Однако давайте снова вернёмся к самому HDD и посмотрим, что же в нём есть ещё.
Жёлтым цветом показана металлическая крышка, надёжно крепящая пластину к электродвигателю привода шпинделя — электроприводу, вращающему диски. В этом HDD они вращаются с частотой 7200 rpm (оборотов/мин), но в других моделях могут работать медленнее. Медленные накопители имеют пониженный шум и энергопотребление, но и меньшую скорость, а более быстрые накопители могут достигать скорости 15 000 rpm.
Чтобы снизить урон, наносимый пылью и влагой воздуха, используется фильтр рециркуляции (зелёный квадрат), собирающий мелкие частицы и удерживающий их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. Над дисками и рядом с фильтром есть один из трёх разделителей пластин: помогающих снижать вибрации и поддерживать как можно более равномерный поток воздуха.
В левой верхней части изображения синим квадратом указан один из двух постоянных стержневых магнитов. Они обеспечивают магнитное поле, необходимое для перемещения компонента, указанного красным цветом. Давайте отделим эти детали, чтобы видеть их лучше.
То, что выглядит как белый пластырь — это ещё один фильтр, только он очищает частицы и газы, попадающие снаружи через отверстие, которое мы видели выше. Металлические шипы — это рычаги перемещения головок, на которых находятся головки чтения-записи жёсткого диска. Они с огромной скоростью движутся по поверхности пластин (верхней и нижней).
Посмотрите это видео, созданное The Slow Mo Guys, чтобы увидеть, насколько они быстрые:
В конструкции не используется чего-то вроде шагового электродвигателя; для перемещения рычагов по соленоиду в основании рычагов проводится электрический ток.
Обобщённо их называют звуковыми катушками, потому что они используют тот же принцип, который применяется в динамиках и микрофонах для перемещения мембран. Ток генерирует вокруг них магнитное поле, которое реагирует на поле, созданное стержневыми постоянными магнитами.
Не забывайте, что дорожки данных крошечны, поэтому позиционирование рычагов должно быть чрезвычайно точным, как и всё остальное в накопителе. У некоторых жёстких дисков есть многоступенчатые рычаги, которые вносят небольшие изменения в направление только одной части целого рычага.
В некоторых жёстких дисках дорожки данных накладываются друг на друга. Эта технология называется черепичной магнитной записью (shingled magnetic recording), и её требования к точности и позиционированию (то есть к попаданию постоянно в одну точку) ещё строже.
На самом конце рычагов есть очень чувствительные головки чтения-записи. В нашем HDD содержится 3 пластины и 6 головок, и каждая из них плавает над диском при его вращении. Для этого головки подвешены на сверхтонких полосках металла.
И здесь мы можем увидеть, почему умер наш анатомический образец — по крайней мере одна из головок разболталась, и что бы ни вызвало изначальный повреждение, оно также погнуло один из рычагов. Весь компонент головки настолько мал, что, как видно ниже, очень сложно получить её качественный снимок обычной камерой.
Однако мы можем разобрать отдельные части. Серый блок — это специально изготовленная деталь под названием «слайдер»: когда диск вращается под ним, поток воздуха создаёт подъёмную силу, поднимая головку от поверхности. И когда мы говорим «поднимает», то имеем в виду зазор шириной всего 0,0000002 дюйма или меньше 5 нм.
Чуть дальше, и головки не смогут распознавать изменения магнитных полей дорожки; если бы головки лежали на поверхности, то просто поцарапали бы покрытие. Именно поэтому нужно фильтровать воздух внутри корпуса накопителя: пыль и влага на поверхности диска просто сломают головки.
Крошечный металлический «шест» на конце головки помогает с общей аэродинамикой. Однако чтобы увидеть части, выполняющие чтение и запись, нам нужна фотография получше.
На этом изображении другого жёсткого диска устройства чтения и записи находятся под всеми электрическими соединениями. Запись выполняется системой тонкоплёночной индуктивности (thin film induction, TFI), а чтение — туннельным магнеторезистивным устройством (tunneling magnetoresistive device, TMR).
Создаваемые TMR сигналы очень слабы и перед отправкой должны проходить через усилитель для повышения уровней. Отвечающий за это чип находится рядом с основанием рычагов на изображении ниже.
Как сказано во введении к статье, механические компоненты и принцип работы жёсткого диска почти не изменились за многие годы. Больше всего совершенствовалась технология магнитных дорожек и головок чтения-записи, создавая всё более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводило к увеличению объёма хранимой информации.
Однако механические жёсткие диски имеют очевидные ограничения скорости. На перемещение рычагов в нужное положение требуется время, а если данные разбросаны по разным дорожкам на различных пластинах, то на поиски битов накопитель будет тратить довольно много микросекунд.
Прежде чем переходить к другому типу накопителей, давайте укажем ориентировочные показатели скорости типичного HDD. Мы использовали бенчмарк CrystalDiskMark для оценки жёсткого диска WD 3.5" 5400 RPM 2 TB:
В первых двух строчках указано количество МБ в секунду при выполнении последовательных (длинный, непрерывный список) и случайных (переходы по всему накопителю) чтения и записи. В следующей строке показано значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке показана средняя задержка (время в микросекундах) между передачей операции чтения или записи и получением значений данных.
В общем случае мы стремимся к тому, чтобы значения в первых трёх строчках были как можно больше, а в последней строчке — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих числах, мы просто используем их для сравнения, когда будем рассматривать другой тип накопителя: твердотельный накопитель.
Первый в мире жесткий диск, IBM RAMAC 305, увидевший свет в 1956 году, вмещал лишь 5 МБ данных, а весил при этом 970 кг и по габаритам был сопоставим с промышленным рефрижератором. Современные корпоративные флагманы способны похвастаться емкостью уже в 20 ТБ. Только представьте себе: 64 года назад, для того чтобы записать такое количество информации, потребовалось бы свыше 4 миллионов RAMAC 305, а размеры ЦОДа, необходимого для их размещения, превысили бы 9 квадратных километров, тогда как сегодня для этого будет достаточно маленькой коробочки весом около 700 грамм! Во многом добиться столь невероятного повышения плотности хранения удалось благодаря совершенствованию методов магнитной записи.
В это сложно поверить, однако принципиально конструкция жестких дисков не меняется вот уже почти 40 лет, начиная с 1983 года: именно тогда свет увидел первый 3,5-дюймовый винчестер RO351, разработанный шотландской компанией Rodime. Этот малыш получил две магнитные пластины по 10 МБ каждая, то есть был способен вместить вдвое больше данных, чем обновленный ST-412 на 5,25 дюйма, выпущенный Seagate в том же году для персональных компьютеров IBM 5160.
Rodime RO351 — первый в мире 3,5-дюймовый винчестер
Несмотря на инновационность и компактные размеры, на момент выхода RO351 оказался практически никому не нужен, а все дальнейшие попытки Rodime закрепиться на рынке винчестеров потерпели фиаско, из-за чего в 1991 году компания была вынуждена прекратить свою деятельность, распродав практически все имеющиеся активы и сократив штат до минимума. Однако стать банкротом Rodime оказалось не суждено: в скором времени к ней начали обращаться крупнейшие производители винчестеров, желающие приобрести лицензию на использование запатентованного шотландцами форм-фактора. В настоящее время 3,5 дюйма является общепринятым стандартом производства как потребительских HDD, так и накопителей корпоративного класса.
Читайте также: