Жесткий диск

Жесткий диск

Термин «жесткий диск» — это сокращение от «Накопитель на жестких магнитных дисках» (НЖМД). Английское наименование — «Hard Disk Drive» (HDD или HMDD с добавлением слова «Magnetic»). Помимо сокращения «жесткий диск» существуют и другие жаргонные наименования этого устройства: «винчестер» (или «винт»), «харддиск» (или «хард»).

Жесткий диск — это устройство для хранения информации, работа которого осуществляется по принципу магнитной записи. Жесткий диск используется в качестве основного накопителя данных в большинстве современных компьютеров.

В НЖМД, в отличие  от так называемого «гибкого диска» (или дискеты), информация записывается на жесткие пластины (алюминиевые, стеклянные или керамические), покрытые тонким слоем ферромагнитного материала, которым, чаще всего, является двуокись хрома. В жестких дисках используется одна или несколько пластин на общей оси.

В рабочем режиме считывающие головки не касаются пластин благодаря прослойке  потока воздуха, образующегося у  поверхности пластин при их быстром вращении. Между головкой и пластиной сохраняется расстояние в несколько нанометров (у современных дисков около — 10 нм). Когда диски не вращаются, головки находятся у самого шпинделя или в безопасной зоне за пределами диска, где исключён их механический контакт с дисками. Отсутствие механического контакта между деталями обеспечивает продолжительный срок службы устройства.

История развития

Название «винчестер», согласно одной из версий, накопитель получил благодаря компании IBM, которая выпустила в 1973 году жесткий диск модели 3340, который впервые в одном неразъемном корпусе объединил пластины диска и головки для считывания. При разработке накопителя инженеры использовали внутреннее обозначение «30-30», которое означало два модуля по 30 MB при максимальной компоновке.

Руководитель  проекта Кеннет Хотон по созвучию с названием популярного охотничьего ружья (в то время) «Winchester 30-30» предложил назвать разрабатываемый диск «винчестером». Впрочем, в США и Европе еще в 1990-х гг. название «винчестер» практически вышло из употребления. А в русском языке оно сохранилось и даже получило полуофициальный статус. В компьютерном сленге оно сократилось до «винт», который является наиболее употребляемым вариантом названия.

Изначально на рынке существовало большое разнообразие жестких дисков, производившихся многими компаниями. С ужесточением конкуренции большинство производителей либо перешли на производство других видов продукции либо были куплены конкурентами.

Довольно заметный след в истории ЖД оставила компания Quantum. Другим лидером в производстве дисков была компания Maxtor, которая в 2001 году выкупила подразделение жестких дисков у Quantum. В 2006 г. состоялось слияние Maxtor и Seagate. В середине 90-х гг. существовала известная компания Conner, которая также влилась в Seagate.

В начале 90-х  существовала фирма Micropolis, производившая дорогие винчестеры premium-класса. Однако при выпуске первых дисков на 7200 оборотов/мин (первые в отрасли) ею были использованы негодные подшипники главного вала от фирмы Nidec. Micropolis понесла большие убытки на возвратах и была куплена все той же Seagate.

На сегодняшний  день большая часть всех жестких  дисков производится малым числом компаний: Seagate, Samsung, Western Digital, бывшее подразделение IBM, принадлежащее теперь Hitachi. До 2009 года Fujitsu выпускала жесткие диски для ноутбуков но затем передала все их производство компании Toshiba. Сейчас Toshiba является главным производителем 1,8- и 2,5-дюймовых жестких дисков для ноутбуков.

Характеристики

Интерфейс (англ. interface) — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, eSATA, SCSI, SAS, FireWire, SDIO и Fibre Channel.

Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Ёмкость современных жёстких дисков (с форм-фактором 3,5 дюйма) на сентябрь 2011 г. достигает 4000 ГБ (4 Терабайт) и близится к 5 Тб. В отличие от принятой в информатике системы приставок, обозначающих кратную 1024 величину (см.: двоичные приставки), производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ.

Физический  размер (форм-фактор) (англ. dimension). Почти все современные (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) — среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Диапазон этого параметра — 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 мс). Для сравнения, у SSD накопителей этот параметр меньше 1 мс.

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, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.

Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

Количество  операций ввода-вывода в секунду(англ. IOPS) — у современных дисков это около 50 оп./с при произвольном доступе к накопителю и около 100 оп./сек при последовательном доступе.

Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

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, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Уровень шума

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

Для снижения шума от жестких дисков применяют следующие методы:

• Программный, c помощью настройки, встроенной в большинство современных дисков, системы AAM. Переключение жёсткого диска в малошумный режим приводит к снижению производительности в среднем на 5-25 %, но делает шум при работе практически неслышным.
• Использование шумопоглощающих устройств, закрепления дисков на резиновых или силиконовых шайбах или даже полная замена крепления на гибкую подвеску.

Производители

Изначально на рынке было большое разнообразие жёстких дисков, производившихся множеством компаний. В связи с ужесточением конкуренции, бурным ростом ёмкости, требующим современных технологий, и понижением норм прибыли большинство производителей было либо куплено конкурентами, либо перешло на другие виды продукции.

Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок настольных накопителей в 2001 году из-за фатальной неудачи, связанной с массово выходившей из строя микросхемой контроллера Cirrus Logic на самом диске (в 2009 году производство жёстких дисков было полностью передано компании Toshiba). До этого, жёсткие диски Fujitsu считались лучшими в секторе настольных компьютеров, имея превосходные характеристики вращающихся поверхностей, практически без перенесённых на заводе секторов. Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков. Достаточно яркий след в истории жёстких дисков оставила компания Quantum, но и она в начале 2000-ных потерпела неудачи, даже ещё более фатальные, чем IBM и Fujitsu. В отличие от IBM, где окислялись контакты неудачно выполненного разъёма гермобанки, в жёстких дисках Quantum серии CX выходила из строя микросхема коммутатора головок, расположенная в гермобанке диска, что приводило к весьма дорогостоящему извлечению данных с вышедшего из строя диска. Жёсткие диски выпускала и компания Nec. Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2001 году Maxtor выкупила подразделение жёстких дисков компании Quantum, и тоже не избежала проблем с репутацией из-за так называемых "тонких" дисков. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годов существовала компания Conner Peripherials, которую впоследствии купила Seagate. В первой половине 1990-х существовала фирма Micropolis, производившая очень дорогие SCSI-диски premium-класса для серверов. Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об/мин ею были использованы некачественные подшипники шпинделя, поставлявшиеся фирмой Nidec, и Micropolis понесла фатальные убытки на возвратах, разорилась и была полностью выкуплена компанией Seagate. Бывшее подразделение IBM, чьи диски доселе считались практически эталонными, после фатальных неудач, связанных с массовыми отказами дисков для настольных компьютеров в начале 2000-ных, выкупленное фирмой Hitachi, весной 2011г приобрела компания Western Digital. В тоже время Samsung продала своё HDD подразделение Seagate. На 2011 год осталось всего 3 производителя - Seagate Technology, Western Digital и Toshiba. В настоящее время, в связи с продвижением на рынок внешних накопителей и развитием технологий типа SSD, количество фирм, предлагающих готовые решения вновь возросло.