Эволюция носителей информации. Часть 2: жесткие диски, твердотельные накопители и Blu-ray
Эволюция носителей информации. Часть 1: от перфокарт до DVD
Жесткий диск Вторая часть нашего материала начинается с рассказа о жестких дисках. Удивительно, но первый такой девайс был представлен аж в 1956 году — на 15 лет раньше дискеты! Первооткрывателем стала модель IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Она состояла из пятидесяти алюминиевых пластин диаметром 61 см (24 дюйма) каждый. Весила такая система почти тонну, а по своим размерам она походила на огромный холодильник. Емкость устройства составляла целых 5 Мбайт — на тот момент это было большое достижение. Принцип работы первого жесткого диска основывался на магнетизме и почти ничем не отличался от функционирования магнитной ленты. Обе стороны каждой пластины были покрыты металлическим напылением (ферромагнетиком). Записывалась и считывалась информация с пластин с помощью головки, которая двигалась по поверхности диска. Запись данных производилась путем намагничивания многочисленных областей (доменов) на пластине, а считывание — посредством фиксирования остаточного магнитного поля. Словом, ничего особенного.
Эта огромная штука и есть IBM 305 RAMAC
Источник изображения
Главным преимуществом жесткого диска IBM была его скорость работы. Высокой производительности удалось достичь благодаря тому, что головка свободно перемещалась по поверхности диска. Извлечь данные можно было всего лишь за 600 миллисекунд. Средняя скорость передачи информации составляла 9 байт/с.
В движущейся головке крылся и основной недостаток системы — ее ненадежность. Из-за того, что она соприкасалась с поверхностью диска, обе детали сильно нагревались. А пластины вдобавок еще и изнашивались. Стоимость IBM 305 RAMAC тоже не была сильной стороной устройства: цена одного мегабайта на жестком диске составляла 10 тысяч долларов! Но даже несмотря на это, IBM удалось продать около 1000 таких жестких дисков. Производство IBM 305 RAMAC было прекращено в 1961 году.
А это небольшое промо-видео от компании IBM, в котором рассказывается об исследованиях и разработке 305 RAMAC
Проблема соприкасания движущейся головки и дисков была решена в 1961 году, когда IBM представила технологию air bearing. Благодаря ей между головкой и поверхностью диска появилась воздушная прослойка толщиной примерно 0,5 мкм. Эти элементы жесткого диска больше не соприкасались между собой. Надежность и долговечность устройства значительно повысилась. Впервые air bearing была применена в жестком диске IBM 1301, который был представлен в том же 1961 году. Помимо этой технологии, IBM 1301 мог похвастаться наличием отдельной головки для каждой поверхности. Это позволило более чем в 3 раза повысить производительность хранилища: время доступа у IBM 1301 составляло 180 миллисекунд. Жесткий диск мог хранить до 28 Мбайт информации — это почти в шесть раз больше, чем IBM 305 RAMAC.
Жесткий диск IBM 1301 — быстрее и объемнее своего предшественника
Источник изображения
IBM продолжала в одиночку развивать технологии жестких дисков. После IBM 1301 последовал выпуск устройства IBM 1311 — первого девайса со съемными дисками. Сама система состояла из шести 14-дюймовых пластин, общая емкость которых составляла 2,6 Мбайт. Модель оказалась настолько успешной, что IBM не снимала ее с конвейера вплоть до 1975 года.
Модель IBM 1311 отличалась съемными дисками
Источник изображения
Однако самым настоящим прародителем современных жестких дисков стал девайс IBM 3340, появившийся в 1973 году. До этого в течение нескольких лет инженеры IBM доводили до ума уже существующие технологии. К примеру, был создан микрочип, который управлял вращением дисков и перемещением головки. Кроме этого, улучшилась система, отвечающая за позиционирование головки. Все эти наработки применялись в IBM 3340. Вдобавок ко всему, головки стали более легкими и аэродинамичными, а сами диски помещались в герметичный корпус. Жесткий диск обладал двумя пластинами, одна из которых была закреплена внутри, а вторая была съемной. Емкость каждой из них составляла 30 Мбайт. Из-за этого IBM 3340 часто приписывали суффикс »30–30», который напоминал всем о винтовке Winchester 30/30. Собственно, именно по этой причине в простонародье IBM 3340 называли винчестером. А затем такое название прочно закрепилось и за другими жесткими дисками. Стоимость IBM составляла внушительные 88 тысяч долларов.
Винчестер IBM 3340 — прародитель современных жестких дисков
Источник изображения
Гигабайтный рубеж жестким дискам удалось преодолеть к 1980 году, когда IBM выпустила модель с индексом 3380. Ее емкость равнялась 2,52 Гбайт, а скорость передачи данных достигала 3 Мбайт/с. Однако всё это были промышленные девайсы. Как же обстояли дела с жесткими дисками для домашних компьютеров?
Стоит сразу отметить, что довольно долгое время компьютеры комплектовались только дисководом, иногда — двумя. О жестких дисках в домашних системах не могло быть и речи. Первым винчестером для PC стал Seagate ST-506, выполненный в 5,25-дюймовом форм-факторе и выпущенный в 1980 году. Объем устройства составлял 5 Мбайт. Приобрести его можно было за полторы тысячи долларов. Тем не менее первым винчестером, которым стали комплектоваться IBM PC/XT, стала следующая модель Seagate — ST-412.
Seagate ST-506 — взгляд изнутри
Источник изображения
Переход на 3,5-дюймовые устройства состоялся спустя три года. Тогда небольшая шотландская компания Rodime выпустила устройство с названием RO351.
Ну, а в 1988 году компания Toshiba представила один из первых 2,5-дюймовых жестких дисков. Разработка японского производителя позволила значительно уменьшить размер выпускаемых ноутбуков. Винчестер носил название Tanba-1 и комплектовался 63 Мбайт памяти. Нужно заметить, что Toshiba не стали первооткрывателями сегмента компактных жестких дисков: дебютный 2,5-дюймовый девайс был выпущен еще в 1988 году американской компанией PrairieTek.
Toshiba Tanba-1 — один из первых 2,5-дюймовых жестких дисков
Источник изображения
Жесткие диски стремительно развивались. В середине 90-х годов IBM предложила еще две технологии, которые позволили поднять плотность записи. Во-первых, это магнитные головки на гигантском магниторезистивном эффекте. Эта технология обеспечила повышение плотности записи до 2,7 Гбит на квадратный дюйм. Во-вторых, новый способ форматирования магнитных пластин No-ID sector format, который поднял величину плотности еще на 10%.
Кроме этого, постепенно увеличивалась скорость вращения шпинделя. На первых порах стандартной была частота 5400 оборотов в минуту, затем состоялся переход на 7200 об/мин. Периодически производители выпускали устройства с более высоким показателем этой характеристики. Например, в 1999 году Seagate представила винчестеры серии Cheetah, отличительной особенностью которых стала скорость вращения шпинделя, равная 15 000 оборотов в минуту. Объем такого жесткого диска составлял 36 Гбайт. А в 2003 году Western Digital показала миру серию устройств Raptor со скоростью вращения шпинделя 10 000 оборотов в минуту. Изначально винчестер разрабатывался для серверного сегмента, но впоследствии прочно занял место в игровых компьютерах.
Винчестер Western Digital Raptor
Источник изображения
В конце 2005 года был освоен метод перпендикулярной записи — до этого момента все жесткие диски работали по методу параллельной записи. Разница между этими технологиями заключается в следующем. При параллельной записи магнитные частицы располагаются так, что вектор магнитной направленности проходит параллельно плоскости диска. Преимуществом такой записи является ее простота. Однако у нее есть и один недостаток: из-за того, что сила взаимодействия между доменами (минимальными ячейками информации) очень высока, между ними требуется наличие большой буферной зоны — как раз для снижения этих сил взаимодействия. Как вы догадываетесь, в случае с методом перпендикулярной записи вектор магнитной направленности частиц располагается перпендикулярно поверхности диска, что позволяет значительно уменьшить буферную зону, а значит и увеличить плотность записи.
Иллюстрация отличий методов параллельной и перпендикулярной записи
Источник изображения
Во многом благодаря новой технологии в 2007 году индустрии жестких дисков удалось преодолеть терабайтный рубеж: увидел свет винчестер Hitachi The Deskstar 7K1000 объемом 1 Тбайт.
Несмотря на «угрозу» со стороны твердотельных накопителей, винчестеры отнюдь не собираются сдаваться. Технологии продолжают совершенствоваться. Например, в прошлом году подразделением компании Western Digital — HGST — был выпущен первый образец жесткого диска, внутри которого использовался гелий вместо воздуха. Как вы знаете, гелий легче воздуха. Благодаря этой особенности внутри HDD снижаются трение и вибрации между дисками и головкой. Словом, создается почти идеальная среда движущихся с высокой скоростью компонентов. Это позволяет повысить надежность и быстродействие устройства. В конце 2013 года Western Digital представила первые серийные жесткие диски под названием Ultrastar He6, наполненные гелием. Их объем составляет 6 Тбайт.
При использовании гелия диски можно располагать ближе друг к другу
Источник изображения
А в сентябре 2014 года в продаже появились винчестеры Ultrastar He10 — первые у мире 10-терабайтные устройства. Кстати, эти жесткие диски используют разработанную Seagate технологию с перекрытием дорожек SMR (shingled magnetic recording), которая пришла на смену методу перпендикулярной записи. В отличие от перпендикулярного принципа, где дорожки информации проходят бок о бок, в SMR дорожки перекрывают друг друга, образуя что-то наподобие черепичной крыши. Такой подход позволил увеличить плотность записи на 25%.
[embedded content]
Лучше всего принцип работы технологии SMR объясняет это видео
В ближайшем будущем крупные компании планируют наладить производство жестких дисков по технологии термоассистируемой магнитной записи HAMR (Heat-assisted magnetic recording), которая сочетает в себе магнитное чтение и магнитооптическую запись. Суть технологии заключается в том, что запись информации в домен осуществляется путем нагревания определенной части диска с помощью лазера. Это позволит намного увеличить плотность записи. По прогнозам компаний Hitachi и Seagate емкость традиционных 3,5-дюймовых жестких дисков может увеличиться до 50 Тбайт. Однако первостепенной задачей для Seagate является создание 20-терабайтного HAMR-устройства к 2020 году.
Страница №2: «HD DVD и Blu-ray», «Флеш-память и твердотельные накопители», «Заключение»
Полный текст статьи читайте на Ferra.ru
