На каких накопителях в качестве носителей используются магнитные диски
Обновлено: 03.07.2024
Хранение данных — это то, что стало важным для людей нового тысячелетия. Куда ни глянь, почти у каждого в руках ноутбук. Хотя очевидно, что они используют устройство для основных нужд, таких как работа или учеба, большинство из них не знают, как хранятся их данные. Очевидный пример, который мы можем собрать, — это знания о разнице SSD (твердотельных накопителей) между магнитными вращающимися дисками. Для непрофессионала приводы — это просто приводы. Они просто устанавливаются на их компьютеры для хранения своих файлов, так что в этом такого? Почему важно знать разницу?
Определение твердотельных накопителей и магнитных вращающихся накопителей
Если у вас есть опыт покупки собственного ноутбука, велика вероятность, что вы слышали термины SSD и HDD. Это то, что технически подкованному человеку будет нетрудно понять, но для среднего покупателя это вызывает царапины на голове и трение подбородка. Хотя знание разницы между ними не является обязательным требованием, лучше иметь понимание, особенно если вы действительно ищете тот, который лучше всего соответствует вашим потребностям. Если вы покупатель, который хочет узнать больше о том, что он покупает, читайте дальше!
Что такое SSD?
Начнем с того, что SSD означает твердотельный накопитель. Признайтесь, мы знаем, что вы знакомы с USB-накопителями. Это, пожалуй, самое распространенное устройство хранения данных. В случае с SSD вы можете думать о нем как о USB-накопителе большого размера. Как и обычная карта памяти, твердотельные накопители не имеют движущихся частей. Собранная информация помещается в микросхемы. Обычно в SSD используется так называемая флэш-память на основе NAND. Это позволяет ему сохранять данные и «запоминать» их даже после выключения диска. Это, конечно, необходимое условие для любого типа постоянной памяти. Как правило, твердотельные накопители имеют стандартные размеры 1,8", 2,5" или 3,5", которые идеально подходят для разъемов и корпуса жестких дисков того же размера.
Что такое магнитный вращающийся накопитель?
Как вы, возможно, уже знаете, ваш компьютер должен хранить данные в цифровом формате. Одним из наиболее широко используемых типов цифровых носителей является магнитный накопитель. Существует несколько типов магнитных накопителей, но в наши дни наиболее популярным типом является магнитный вращающийся накопитель, который чаще всего называют жестким диском (HDD). Жесткие диски существуют уже много лет. Впервые он был представлен IBM в середине 50-х годов, то есть технологии, которой уже 60 лет! Как следует из самого термина, этот магнитный вращающийся привод использует магнетизм для хранения данных на вращающемся диске. Головка чтения и записи парит над вращающимся диском, выполняющим всю работу. Чем быстрее вращается диск, тем выше производительность жесткого диска. Глядя на это со стороны, HDD практически не отличаются от SSD и используют интерфейс SATA. Обычный размер жестких дисков для ноутбуков — форм-фактор 2,5 дюйма, в то время как для настольных компьютеров используется более крупный форм-фактор 3,5 дюйма.
Теперь, когда у нас есть обзор двух типов дисков, пришло время углубиться и сравнить их.
Твердотельный накопитель и магнитный накопитель: сравнение
Как и в любой ситуации, требующей принятия решения, взвешивание вариантов — один из способов добиться этого. Есть несколько факторов, которые мы можем учитывать при сравнении этих двух устройств хранения данных.
Емкость
Что касается емкости, твердотельные накопители имеют максимальную емкость 4 ТБ для настольных компьютеров и менее 1 ТБ для небольших дисков для ноутбуков. С другой стороны, магнитный накопитель имеет в среднем от 500 ГБ до 2 ТБ для небольших ноутбуков и до 10 ТБ для настольных компьютеров.
Время работы от батареи
Среднее время автономной работы жестких дисков составляет 6–7 Вт, тогда как твердотельные накопители потребляют в среднем всего 2–3 Вт.
Время загрузки ОС
Для загрузки жестких дисков требуется 30–40 секунд, а для твердотельных накопителей — всего 10–13 секунд.
Скорость копирования файлов
Для магнитных дисков скорость копирования файлов составляет от 50 до 120 МБ, а для твердотельных накопителей скорость записи составляет от 200 МБ до 550 МБ.
Скорость открытия файлов
Твердотельные накопители быстрее, чем жесткие диски, до 30%, когда речь идет о скорости открытия файлов,
Шифрование
Что касается шифрования, то твердотельные и жесткие диски поддерживают FDE или полное шифрование диска на некоторых поддерживаемых моделях. Эта функция означает, что все данные, хранящиеся на вашем компьютере, защищены с помощью паролей в качестве замков.
Магнетизм
Магниты действительно вредны для жестких дисков, так как могут стереть некоторые файлы. С другой стороны, магниты никак не влияют на SDD.
Вибрация, шум и тепловыделение
SSD не вибрируют; не выделяют много тепла и не создают шума, поскольку не имеют движущихся частей. Жесткие диски имеют пластины и другие движущиеся части, что приводит к вибрации и слышны некоторые шумы при вращении.Жесткие диски также выделяют больше тепла, так как потребляют больше энергии, а также имеют движущиеся части.
Надежность
Твердотельные накопители двух-трехлетней давности имеют значительно меньшую годовую частоту замены, чем жесткие диски, главным образом потому, что они имеют движущиеся части, которые делают их физически уязвимыми. Механическая реальность для жестких дисков состоит в том, что их движущиеся части со временем просто изнашиваются, и, хотя твердотельные накопители имеют в этом небольшое преимущество, важно помнить, что банк памяти твердотельных накопителей может быть записан и прочитан только ограниченное количество раз.
Так что же лучше, жесткие диски или твердотельные накопители? Оба этих накопителя имеют свои преимущества и недостатки, а их надежность и важность по-прежнему будут зависеть от ваших личных потребностей. Приведенное выше сравнение просто показывает сильные стороны дисков, но чтобы помочь вам решить, что лучше для вас, вот несколько советов.
- Вы не собираетесь тратить большую сумму денег
- Вам очень нужно много места для хранения
- Вам не обязательно открывать программы очень быстро
- Вашим приоритетом является скорость, и вы не жалеете денег.
- Вам не нужно больше 4 ТБ дискового пространства.
Большинство людей по-прежнему используют эти стандартные жесткие диски. Однако, поскольку люди хотят повысить производительность своего компьютера, твердотельные накопители также получили широкое признание на рынке. Ваш выбор всегда будет зависеть от того, что вы хотите и что вам нужно.
Небольшой экскурс в историю интерфейсов жестких дисков
Старые большие исключительные машины, которые использовались в те дни, теперь превратились в персональные компьютеры. Теперь все очень просто, так как устройства ввода постоянно совершенствуются в лучшую сторону. Эти устройства ввода представляют собой интерфейс, обеспечивающий связь между компьютером и пользователем. Однако этот интерфейс также нуждается в разъемах для подключения к внутренней системе компьютера, что привело к появлению нескольких настроек, таких как IDE, SATA, SCSI, SAS и многих других.
Потребность в физическом интерфейсе для подключения компьютеров к периферийным устройствам возникла в 1970-х годах. Системный интерфейс Shugart Associates или SASI появился на свет и стал играть роль «50-контактного плоского ленточного разъема» между компьютерами и жесткими дисками. Этот интерфейс был выпущен на рынок как SCSI 1 и произносится как «scuzzy», но сама аббревиатура означает интерфейс небольшой компьютерной системы. В настоящее время это наиболее распространенный параллельный интерфейс, используемый многими компьютерными компаниями. SCSI позволяют подключать несколько устройств, от 7 до 15 в зависимости от ширины шины. Это большое преимущество, поскольку позволяет разместить все необходимые устройства на одной плате. Самый последний SCSI поддерживает IEEE, Fibre Cable и SSP, обратно совместимый и со скоростью передачи данных 80 МБ в секунду. В частности, SCSI может поддерживать такие устройства, как сканеры, плоттеры, клавиатуры, мыши и принтеры.
Раньше у IDE было более 80 ленточных и 40-контактных кабелей, но у последних на рынке более 28 контактов. Этот интерфейс также известен как подключение ATA или AT и обычно используется в качестве разъемов для приводов CD-ROM и жестких дисков, поддерживая 8/16-битный интерфейс, который может передавать в среднем 8,3 МБ для ATA 2 и в среднем 100 МБ для ATA. 6. Комитет по малым форм-факторам разработал довольно много версий ATA, включая ATA, ATA-2, ATA-3, Ultra-ATA, ATA/66 и ATA/100.
В прошлом 2003 году Serial ATA был запущен в качестве замены IDE. С тех пор как они были выпущены, они стали тенденцией для каждого персонального компьютера, поскольку они сделали новую технику передачи информации между материнской платой и приводом только с использованием быстрой последовательной шины вместо медленного параллельного интерфейса. Первые SATA были представлены с интерфейсом 1,5 ГБ/сек, тогда как последние SATA могут передавать в среднем 6 ГБ/сек. Это кабель последовательной связи, состоящий в среднем из четырех проводов, который соединяет устройства точка-точка. Помимо последовательного подключения, SATA также предлагает горячее подключение, которое позволяет каждому пользователю заменить компьютерное оборудование без необходимости выключать систему. В то же время SATA содержит очень важный интерфейс с открытым исходным кодом, AHCI или расширенный интерфейс хост-контроллера.
Serial Attached SCSI — это, по сути, «последовательный периферийный интерфейс типа «точка-точка», в котором дисковые накопители подключаются напрямую. SAS — это значительное улучшение по сравнению с традиционным интерфейсом, поскольку он позволяет одновременно подключать 128 устройств различных размеров и типов с помощью более длинных и тонких кабелей. Он поддерживает передачу 3 ГБ в секунду посредством полнодуплексной передачи сигнала, а также имеет функцию горячей замены.
Разработка этих интерфейсов привела к лучшей согласованности, надежности, увеличению скорости передачи данных и максимальной производительности дисковых пространств. Большой выбор жестких дисков и интерфейсов абсолютно выровняет вашу рабочую производительность.
Архивирование данных и устройства архивного хранения
Архивирование данных, практика и метод переноса определенных данных, которые в настоящее время не используются или не требуются, на другое устройство хранения для сохранения записей в профессиональных деловых целях или для использования в будущем. Архивные данные компилируются самым тщательным образом, хранятся и сохраняются с индексированием, чтобы их можно было легко найти при необходимости.
Архивирование данных и резервное копирование данных часто путают друг с другом. Архивирование данных — это хранение прошлой информации, которая не используется активно, но может потребоваться для использования в будущем. Этот метод позволяет увеличить пространство на основном устройстве хранения и очень подходит для хранения данных, таких как записи базы данных, важные сообщения электронной почты и файлы, в рамках оперативных бизнес-требований. С другой стороны, резервное копирование данных выполняется как метод возрождения данных для их восстановления во времени, когда происходят неприятные события, которые приводят к их уничтожению или повреждению.
Взгляд на архивирование данных в прошлом
С самого начала открытия компьютеров проблемой было то, что мы продолжаем создавать файлы и занимать дисковое пространство, пока не достигнем максимального объема памяти. Мир постоянно вращается, и даже архивирование данных прошло через разные этапы, прежде чем оно стало тем, чем оно является сегодня, и до сих пор мы все еще сталкиваемся с большой потребностью в надежных цифровых устройствах хранения для целей эффективного архивирования данных. Однако, прежде чем мы перейдем к новому открытию, давайте взглянем на хронологию нашей истории архивирования данных.
Происхождение съемных запоминающих устройств
Перфокарты
Еще до появления компьютеров уже существовало множество механических устройств, используемых для вычислительных целей. Герман Холлерит изготовил устройство из прямоугольных карточек с отверстиями для указания определенной информации переписи, такой как возраст и пол, для упрощения процесса табуляции данных. Вскоре после этого, в начале 1950-х годов, появление компьютеров сделало эти перфокарты лишь основным методом ввода данных.
Магнитные картриджи и ленты с открытыми катушками
С 1950-х по 1980-е годы все пользователи мини-компьютеров и мэйнфреймов использовали магнитные ленты для своего бизнеса. Эти 10 ½ барабанов служат лентопротяжными устройствами, а тонкая металлическая полоса магнитно записывает данные. Компьютер с лентами с более чем девятью дорожками может в среднем хранить 175 МБ на каждой ленте. Поскольку это были еще старые добрые времена, это уже считалось большим объемом данных, подходящим для недельного архивирования. В наши дни этих 175 МБ, вероятно, может не хватить даже для хранения ваших любимых фильмов.
В начале 1990-х родилась компания Linear Tape-Open. LTO — это хорошо разработанная цифровая лента, которая может хранить до 100 ГБ данных. По сей день спрос на эти ленты все еще существует, поскольку объем их хранения увеличился до 6 ТБ каждая лента. Однако, поскольку облачное хранилище стало популярным для индустрии архивирования данных и резервного копирования, LTO может вскоре быть прекращено.
Кассетные магнитофоны
По мере развития компьютеров появились и кассетные магнитофоны, единственной целью которых было создание недорогого и удобного способа сохранения и записи музыки. Это также служило способом связи, когда телефонные звонки тогда стоили роскоши. Кассетные магнитофоны раньше позволяли людям создавать и сохранять команды.
Диски
Диски появились на свет в 1970-х годах, и их популярность сохранялась на протяжении десятилетий. Это портативное запоминающее устройство началось с восьмидюймового устройства, которое могло хранить 80 КБ данных. С течением времени он постоянно улучшался, и было выпущено 5 ¼ проектов, вмещающих 120 КБ данных. В 1984 году последовал компьютер Apple Macintosh с размером экрана 3,5 дюйма и емкостью до 1,44 МБ на каждом диске, который стал доминирующим портативным запоминающим устройством того времени.
DVD и CD
В 1980-е годы компакт-диски были известны и популярны как отличное место для хранения музыки. Однако записывающие устройства для компакт-дисков по-прежнему очень дороги и имеют размер стиральной машины. Спасибо за постоянно совершенствующуюся технологию. В 1990-е годы CD-R совершенствовались и продавались по более низким ценам.
Поскольку людям требуется гораздо больше места для хранения, DVD-R и DVD-RW пришли и поделились хорошими новостями. Каждый диск позволяет хранить 4,3 ГБ данных, и стало еще лучше, когда двухслойные носители и записывающие устройства позволяют хранить 8 ГБ. Диски Blu-ray становятся одним из самых популярных брендов на рынке, поскольку они повышают уровень игры, предоставляя своим дискам емкость от 25 ГБ до 128 ГБ.
Флэш-накопители
В конце 2000-х на рынке появились флэш-накопители. Это было очень удобное портативное запоминающее устройство, и его можно было снять, так как они имеют небольшие размеры. Он был сделан из комбинации транзисторов и чипов и имеет максимальную емкость 64 ГБ. Флэш-накопители также менее чувствительны к перезаписи и сохранению файлов, и на них никогда не влияют электромагнитные помехи. Поскольку это устройство становится тенденцией во всем мире, теперь они заменили DVD и компакт-диски.
Облачное хранилище данных
Когда люди открыли для себя Интернет, люди по-прежнему не прекращают использовать его по максимуму. Облачное хранилище данных было представлено миру как место, где они могут хранить бесконечное количество данных. Облачные данные обеспечивают неограниченное количество услуг хранения и доступность из любой точки мира в любое время. Однако облачная безопасность — это бесконечная проблема, когда речь идет об услугах, которые они предоставляют.
Устройства хранения определенно претерпели множество изменений, прежде чем зайти так далеко. Приятно знать, с чего все началось, и теперь мы должны выбрать лучшее хранилище данных, которое будет соответствовать нашим потребностям и желаниям.
Дисковые накопители достигают предела своих возможностей, но магнитная лента становится все лучше и лучше
Неудивительно, что недавние достижения в области аналитики больших данных и искусственного интеллекта создали для предприятий сильные стимулы к сбору информации обо всех поддающихся измерению аспектах их бизнеса. А финансовые правила теперь требуют, чтобы организации хранили записи гораздо дольше, чем в прошлом. Так что компании и учреждения всех мастей держат все больше и больше.
Исследования показывают [PDF], что объем записываемых данных увеличивается на 30–40 % в год. В то же время емкость современных жестких дисков, на которых хранится большая часть этих данных, увеличивается менее чем в два раза быстрее. К счастью, большая часть этой информации не требует мгновенного доступа. И для таких вещей магнитная лента — идеальное решение.
Серьезно? Лента? Сама идея может вызвать образ барабанов, прерывисто вращающихся рядом с громоздким мейнфреймом, в старом фильме, таком как Desk Set или Dr. Странная любовь. Итак, быстрая проверка на практике: лента никуда не делась!
Действительно, большая часть мировых данных по-прежнему хранится на пленке, включая данные для фундаментальных наук, таких как физика элементарных частиц и радиоастрономия, данные о человеческом наследии и национальных архивах, основные кинофильмы, банковское дело, страхование, разведка нефти и многое другое. Есть даже группа людей (включая меня, имеющую образование в области материаловедения, инженерии или физики), чья работа заключается в постоянном совершенствовании ленточных накопителей.
Да, ленты существуют уже давно, но технология не застыла во времени. Наоборот. Подобно жесткому диску и транзистору, магнитная лента значительно продвинулась вперед за десятилетия.
Первая коммерческая цифровая ленточная система хранения, модель IBM 726, могла хранить около 1,1 мегабайта на одной катушке с лентой. Сегодня современный ленточный картридж может вмещать 15 терабайт. А одна роботизированная ленточная библиотека может содержать до 278 петабайт данных. Для хранения такого объема данных на компакт-дисках потребуется более 397 миллионов дисков, которые, если их сложить, образуют башню высотой более 476 км.
Это правда, что ленты не обеспечивают таких высоких скоростей доступа, как жесткие диски или полупроводниковые запоминающие устройства. Тем не менее, у среды много преимуществ. Начнем с того, что ленточные хранилища более энергоэффективны: после того, как все данные записаны, кассета с лентой просто спокойно устанавливается в слот в роботизированной библиотеке и вообще не потребляет энергии. Лента также чрезвычайно надежна, частота ошибок на четыре-пять порядков ниже, чем у жестких дисков. А лента очень надежна благодаря встроенному шифрованию на лету и дополнительной безопасности, обеспечиваемой самой природой носителя. В конце концов, если картридж не установлен в накопитель, доступ к данным или их изменение невозможно. Этот «воздушный зазор» особенно привлекателен в свете растущего числа краж данных посредством кибератак.
Автономный характер ленты также обеспечивает дополнительную линию защиты от программного обеспечения с ошибками. Например, в 2011 году ошибка в обновлении программного обеспечения привела к тому, что Google случайно удалил сохраненные сообщения электронной почты примерно в 40 000 учетных записей Gmail. Эта потеря произошла, несмотря на то, что несколько копий данных хранились на жестких дисках в нескольких центрах обработки данных. К счастью, данные также были записаны на ленту, и Google в конечном итоге смог восстановить все потерянные данные из этой резервной копии.
Инцидент с Gmail в 2011 году стал одним из первых разоблачений того, что поставщик облачных услуг использует ленту для своих операций. Совсем недавно Microsoft сообщила, что в ее архивном хранилище Azure используется ленточное хранилище IBM.
<Р>
1951: магнитная лента впервые используется для записи данных на компьютер (Univac).
<Р> 
<Р> 
<Р> 
<Р> 
<Р> 
<Р> 
<Р> 
<Р> 
<Р> 
Несмотря на все эти плюсы, основная причина, по которой компании используют ленту, обычно кроется в простой экономии. Ленточное хранилище стоит в шесть раз меньше, чем вам пришлось бы заплатить за хранение того же объема данных на дисках, поэтому ленточные системы можно найти почти везде, где хранятся огромные объемы данных. Но поскольку магнитная лента в настоящее время полностью исчезла из продуктов потребительского уровня, большинство людей не знают о ее существовании, не говоря уже об огромных достижениях технологии записи на магнитную ленту, достигнутых за последние годы и продолжающихся в обозримом будущем.
Все это говорит о том, что магнитофонная лента была с нами десятилетиями и будет существовать еще десятилетия. Как я могу быть так уверен? Читайте дальше.
Ленты существуют так долго по одной фундаментальной причине: они дешевы. И все время дешевеет. Но всегда ли так будет?
Можно предположить, что если возможности записи все большего количества данных на магнитные диски уменьшаются, то же самое должно быть верно и для лент, которые используют ту же базовую технологию, но еще старше. Удивительная реальность заключается в том, что для ленточных накопителей это увеличение емкости не показывает никаких признаков замедления. На самом деле, он должен продолжаться еще много лет с исторической скоростью около 33 процентов в год, а это означает, что вы можете ожидать удвоения мощности примерно каждые два-три года. Думайте об этом как о законе Мура для магнитной ленты.
Отличная новость для всех, кому приходится иметь дело с резким ростом объема данных при неизменном бюджете на хранение. Чтобы понять, почему ленты по-прежнему имеют такой большой потенциал по сравнению с жесткими дисками, рассмотрим, как эволюционировали ленты и жесткие диски.
В обоих случаях для хранения цифровых данных используются одни и те же основные физические механизмы. Они делают это в виде узких дорожек в тонкой пленке магнитного материала, в которых магнетизм переключается между двумя состояниями полярности. Информация кодируется в виде последовательности битов, представленных наличием или отсутствием перехода магнитной полярности в определенных точках дорожки.С момента появления ленточных и жестких дисков в 1950-х годах производители обоих движимы мантрой «плотнее, быстрее, дешевле». на много порядков.
Такое снижение затрат является результатом экспоненциального увеличения плотности информации, которая может быть записана на каждом квадратном миллиметре магнитной подложки. Эта плотность является произведением плотности записи вдоль дорожек данных и плотности этих дорожек в перпендикулярном направлении.
Сначала плотность лент и жестких дисков была одинаковой. Но гораздо больший размер рынка и доходы от продажи жестких дисков обеспечили финансирование гораздо более масштабных исследований и разработок, что позволило их производителям более агрессивно расширяться. В результате текущая плотность размещения жестких дисков большой емкости примерно в 100 раз выше, чем у самых современных ленточных накопителей.
Тем не менее, благодаря тому, что они имеют гораздо большую площадь поверхности, доступную для записи, современные ленточные системы обеспечивают собственную емкость картриджа до 15 ТБ — больше, чем самые емкие жесткие диски на рынке. Это верно, несмотря на то, что оба типа оборудования занимают примерно одинаковое количество места.
Внутри и снаружи. Современный ленточный картридж Linear Tape-Open (LTO) состоит из одной катушки. После того, как кассета вставлена, лента автоматически подается на катушку, встроенную в приводной механизм. Фото: Виктор Прадо
За исключением емкости, рабочие характеристики ленточных и жестких дисков, конечно же, сильно различаются. Большая длина ленты в картридже — обычно сотни метров — приводит к тому, что среднее время доступа к данным составляет от 50 до 60 секунд по сравнению с 5–10 миллисекундами для жестких дисков. Но скорость записи данных на ленту, как это ни удивительно, более чем в два раза превышает скорость записи на диск.
За последние несколько лет масштабирование плотности хранения данных на жестких дисках снизилось с исторического среднего значения примерно 40 % в год до 10–15 %. Причина связана с некоторой фундаментальной физикой: чтобы записать больше данных в данной области, вам нужно выделить меньшую область для каждого бита. Это, в свою очередь, уменьшает сигнал, который вы можете получить, когда читаете его. И если вы слишком сильно уменьшите сигнал, он потеряется в шуме, который возникает из-за зернистой природы магнитных зерен, покрывающих диск.
Можно уменьшить этот фоновый шум, уменьшив эти зерна. Но трудно уменьшить магнитные зерна сверх определенного размера, не ставя под угрозу их способность сохранять магнитное состояние стабильным образом. Наименьший размер, который можно использовать для магнитной записи, известен в этом бизнесе как суперпарамагнитный предел. И производители дисков достигли этого.
До недавнего времени это замедление не было очевидным для потребителей, поскольку производители жестких дисков могли компенсировать это, добавляя к каждому устройству больше головок и пластин, что позволяло увеличить емкость при том же размере. Но теперь как доступное пространство, так и затраты на добавление дополнительных головок и пластин ограничивают выгоды, которые могут получить производители дисков, и плато становится очевидным.
В настоящее время разрабатываются несколько технологий, которые могут обеспечить масштабирование жесткого диска за пределы современного суперпарамагнитного предела. К ним относятся магнитная запись с нагреванием (HAMR) и магнитная запись с использованием микроволн (MAMR), методы, которые позволяют использовать более мелкие зерна и, следовательно, позволяют намагничивать меньшие области диска. Но эти подходы увеличивают стоимость и создают неприятные инженерные проблемы. И даже если они будут успешными, масштабирование, которое они обеспечивают, по мнению производителей, скорее всего, останется ограниченным. Например, компания Western Digital Corp., недавно объявившая о том, что, вероятно, начнет поставлять жесткие диски MAMR в 2019 году, рассчитывает, что эта технология позволит масштабировать плотность размещения примерно на 15 % в год.
С другой стороны, оборудование для хранения данных на магнитных лентах в настоящее время работает с плотностью записи, которая значительно ниже суперпарамагнитного предела. Таким образом, закон Мура на магнитной ленте может действовать в течение десяти или более лет, не сталкиваясь с такими препятствиями со стороны фундаментальной физики.
Тем не менее лента — сложная технология. Его съемный характер, использование тонкой полимерной подложки вместо жесткого диска и одновременная запись до 32 дорожек параллельно создают значительные трудности для дизайнеров. Вот почему моя исследовательская группа в исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе усердно работала над поиском способов обеспечить постоянное масштабирование ленты либо за счет адаптации технологий жестких дисков, либо за счет изобретения совершенно новых подходов.
В 2015 году мы и наши сотрудники в FujiFilm Corp.показали, что, используя сверхмалые частицы феррита бария, ориентированные перпендикулярно ленте, можно записывать данные с плотностью, более чем в 12 раз превышающей достижимую с помощью современных коммерческих технологий. А совсем недавно в сотрудничестве с Sony Storage Media Solutions мы продемонстрировали возможность записи данных с плотностью записи, которая примерно в 20 раз превышает текущий показатель для современных ленточных накопителей. Чтобы представить это в перспективе, если бы эта технология была коммерциализирована, киностудия, которой сейчас может понадобиться дюжина ленточных картриджей для архивирования всех цифровых компонентов высокобюджетного фильма, смогла бы разместить их все на одном устройстве. лента.
Поток данных: современные ленточные библиотеки могут хранить сотни петабайт, тогда как IBM 726 (справа), представленный в 1952 году, может хранить всего пару мегабайт. Фото: Дэвид Паркер /Научный источник; справа: IBM
Чтобы обеспечить такую степень масштабирования, нам пришлось внедрить ряд технических усовершенствований. Во-первых, мы улучшили способность головок чтения и записи следовать по тонким дорожкам на ленте, ширина которых в нашей последней демонстрации составляла всего около 100 нанометров.
Нам также пришлось уменьшить ширину считывателя данных — магниторезистивного датчика, используемого для считывания записанных дорожек данных, — с нынешнего микронного размера до менее 50 нм. В результате сигнал, который мы могли уловить таким крошечным ридером, становился очень зашумленным. Мы компенсировали это увеличением отношения сигнал/шум, присущего носителям, которое зависит от размера и ориентации магнитных частиц, а также от их состава, а также от гладкости и гладкости поверхности ленты. Чтобы еще больше помочь, мы улучшили схемы обработки сигналов и исправления ошибок, используемые в нашем оборудовании.
Чтобы наш новый прототип носителя мог хранить записанные данные десятилетиями, мы изменили природу магнитных частиц в записывающем слое, сделав их более стабильными. Но это изменение усложнило запись данных, в первую очередь, до такой степени, что обычный ленточный преобразователь не мог надежно записывать на новый носитель. Поэтому мы использовали специальную записывающую головку, которая создает магнитные поля намного сильнее, чем обычные головки.
Сочетая эти технологии, мы смогли считывать и записывать данные в нашей лабораторной системе с линейной плотностью 818 000 бит на дюйм. (По историческим причинам инженеры по производству магнитных лент во всем мире измеряют плотность данных в дюймах.) В сочетании с 246 200 дорожек на дюйм, которые может обрабатывать новая технология, наш прототип устройства достиг плотности 201 гигабит на квадратный дюйм. Если предположить, что один картридж может вместить 1140 метров ленты (разумное предположение, основанное на уменьшенной толщине используемых нами новых ленточных носителей), то эта плотность соответствует емкости картриджа в колоссальные 330 ТБ. Это означает, что на один ленточный картридж можно записать столько же данных, сколько на тачку с жесткими дисками.
В 2015 году отраслевой консорциум по хранению информации, в который входят HP Enterprise, IBM, Oracle и Quantum, а также ряд академических исследовательских групп, выпустил так называемую "Международную дорожную карту хранения данных на магнитных лентах". предсказал, что к 2025 году плотность ленточных накопителей достигнет 91 ГБ на квадратный дюйм. Экстраполируя эту тенденцию, можно предположить, что к 2028 году она превысит 200 ГБ на квадратный дюйм.
Каждый из авторов этой дорожной карты интересовался будущим ленточных накопителей. Но вам не нужно беспокоиться о том, что они были слишком оптимистичны. Лабораторные эксперименты, которые мы с коллегами недавно провели, показывают, что 200 Гб на квадратный дюйм вполне возможны. Таким образом, возможность сохранить ленту на пути роста, который она имела, по крайней мере, еще одно десятилетие, на мой взгляд, вполне гарантирована.
Действительно, магнитные ленты могут быть одной из последних информационных технологий, которая следует масштабированию, подобному закону Мура, и сохранит это в течение следующего десятилетия, если не дольше. И эта полоса, в свою очередь, только увеличит экономическое преимущество ленты по сравнению с жесткими дисками и другими технологиями хранения. Так что даже если вы редко увидите ее, кроме черно-белого фильма, магнитная лента, какой бы старой она ни была, будет здесь еще долгие годы.
Эта статья появилась в печатном выпуске за сентябрь 2018 г. под названием "Ленточное хранилище возвращается".
Определение. Магнитный накопитель также известен как «Магнитный носитель», «Магнитная память» или «Магнитный носитель».
В магнитных запоминающих устройствах все данные хранятся с использованием намагниченного носителя, а те типы данных, которые сохраняются на этом носителе, в двоичной форме, такой как 0 и 1.Этот магнитный накопитель также имеет энергонезависимую природу хранения. Сегодня в основном люди предпочитают магнитные носители, потому что на магнитных запоминающих устройствах можно очень легко выполнять операции чтения/записи.
Магнитные запоминающие устройства имеют огромные возможности для хранения данных, что делает их более привлекательными. Эти устройства хранения не более дороги, но их мощность доступа к данным медленная, но этот магнитный механизм также можно использовать в ОЗУ, которые имеют хорошую мощность доступа к данным для других.
Здесь мы обсудим множество примеров магнитных запоминающих устройств (носителей). Ниже объясняется каждый из них-
Типы магнитных запоминающих устройств:-
Существуют различные типы магнитных носителей информации (устройств); ниже упомянуто все:
Жесткий диск
Жесткий диск также известен как «Жесткий диск». Жесткий диск — это область хранения, где хранятся все ваши данные (файлы и папки) в магнитной форме физически. Он способен хранить данные более 200 ГБ. Жесткий диск содержит стопку дисков, которые смонтированы внутри в твердом корпусе, и все данные хранятся на этом диске. Эти диски движутся с очень высокой скоростью (от 5500 до 7500 об/мин), поэтому любые данные могут быть немедленно извлечены из любой области на жестком диске. На жестком диске все данные не удаляются после отключения питания
Диска
Дискета была представлена IBM в 1969 году. Дискета также называется «дискета». Это аппаратный носитель данных, который используется в персональных компьютерах. Дискета представляет собой пластиковый картридж размером 3,5 квадратных дюйма и толщиной около 2 миллиметров, защищенный защитным кожухом. В гибком диске оксид железа использовался для внутреннего покрытия для хранения данных в магнитной форме, аналогично жесткому диску. Но теперь дискеты полностью устарели.
Магнитная лента
Магнитная лента была введена Фрицем Пфлоймером в 1928 году, и основной целью использования магнитной ленты была запись голоса. Это традиционная технология, но сейчас ее вытесняют CD и DVD.
Магнитный барабан
Магнитный барабан был разработан Густавом Таушеком в 1932 году в Австрии. Магнитный барабан использовался в качестве основной памяти в компьютерах с 1950 по 1960 год. Но теперь он заменен вторичным носителем информации. Он содержит металлический цилиндр, покрытый магнитным материалом из оксида железа, на котором можно сохранять все данные (файлы или папки).
Магнитный барабан не является физически съемным устройством, поскольку он постоянно находится в компьютере. Он способен получать доступ к данным с более высокой скоростью по сравнению с ленточными или дисковыми накопителями, но его объем памяти меньше для них.
Zip-дискета
Дискета Zip была разработана компанией Lomega Company и представляла собой передовую технологию по сравнению с традиционными гибкими дисками и использовалась в качестве вторичного запоминающего устройства. Zip-диск используется для работы с Zip-диском. На Zip-дисках было 100 и 250 МБ места для хранения, которое использовалось для сохранения, обмена и резервного копирования огромного количества данных. Но сейчас Zip-диск не пользуется популярностью на рынке.
Супердиск
SuperDisk представлен организацией Imation, которая поддерживает увеличение высокой плотности. Диски SuperDisk становились все более популярными вместе с OEM-компьютерами, такими как компьютеры Compaq и Packard Bell. SuperDisk может хранить 120 МБ на одном диске, аналогичном размеру самой старой дискеты 1,44 МБ, а еще несколько раз он мог хранить 240 МБ.
MRAM
MRAM расшифровывается как «Магниторезистивная память с произвольным доступом». В этой технологии магнитные состояния используются для хранения данных помимо электрических зарядов.
Ниже приведен краткий обзор некоторых ключевых вопросов, связанных с изготовлением жестких дисков, с точки зрения материаловеда. А именно, чтобы преодолеть некоторые технические трудности при изготовлении и улучшении жестких дисков, какие материалы лучше всего подходят и почему?
Магнитный носитель
 Магнитные зерна (масштабная линейка 100 нм, 10 нм между галочки) |  Магнитные зерна (масштабная линейка 50 нм, между делениями 5 нм) |
Жесткие диски используют магнетизм для хранения информации в слое магнитного материала под поверхностью вращающегося диска. Если бы вы посмотрели с большим увеличением на поверхность пластины типичного жесткого диска, вы бы увидели изображения, подобные тем, что показаны справа. Эти изображения были получены с помощью сканирующего электронного микроскопа высокого разрешения (СЭМ). Как видите, материал неоднороден, а состоит из плотного набора очень мелких зерен, типичный диаметр которых составляет около 10 нм.Эти изображения были получены в Йельском университете с помощью СЭМ, организованного Йельским институтом нанонауки и квантовой инженерии (YINQUE).
Информация хранится в магнитном слое за счет создания в этом материале небольших магнитных доменов. Магнитные домены — это области материала, имеющие одинаковое направление магнитного момента. Магнетизм в целом и формирование магнитных моментов в ферромагнитных материалах в основном основаны на спине электрона (то есть на том факте, что электроны действуют как крошечные стержневые магниты). Вы можете прочитать приведенные выше ссылки, чтобы лучше понять детали.
Отношение зерен (показанных выше) к магнитным доменам не является однозначным. В пределах данного зерна намагниченность всегда имеет одно и то же направление (т. е. одно зерно не может иметь несколько доменов). Но для типичного жесткого диска сегодня многие частицы выравнивают свои магнитные моменты вместе в одном направлении, создавая магнитный домен, который может достигать сотен нанометров. В принципе, каждое зерно может действовать как независимый домен для очень плотного хранения информации; просто при существующей технологии магнитное поле от одной зерна настолько слабое, что оно ниже пределов обнаружения для существующих считывающих головок (см. ниже).
 Переменные магнитные домены, создаваемые ими магнитные поля и головка чтения |
Информация на жестком диске хранится в схемах намагничивания магнитных доменов. На диаграмме справа домены обозначены областями, где стрелки магнитного момента указывают в одном направлении. (На диаграмме магнитные моменты направлены в плоскости пластины, но в новейшей аппаратной технологии вместо этого используются внеплоскостные моменты; однако принцип работы тот же.) Например, домен, направленный влево рядом с один указатель вправо будет представлять собой двоичный ноль, а противоположный шаблон вправо-влево будет представлять единицу.
Очевидно, что чем меньше могут быть домены, тем плотнее может храниться информация и тем выше емкость. Что может ограничивать плотность хранения, так это множество фактов, среди которых: (а) очень маленькие домены трудно создавать и считывать обратно, (б) очень маленькие домены могут иногда менять направление из-за тепла или шума в окружающей среде и (в) когда очень маленькие домены очень плотно упакованы рядом друг с другом, их магнитные поля влияют друг на друга, и один домен может перевернуть намагниченность соседнего домена с течением времени. Все эти проблемы создают ошибки при чтении и записи бинарных данных — информация повреждается или теряется.
Фактические материалы, из которых состоят магнитные слои, обычно представляют собой металлические сплавы. Металлический сплав очень похож на жидкий раствор, в котором растворены различные материалы: например, когда вы растворяете соль в воде или смешиваете спирт и воду, соль или спирт равномерно растворяются в воде повсюду. В сплаве два металла (или металл и другой материал) одинаково равномерно смешиваются. Повседневными примерами сплавов являются сталь (железо и немного углерода), бронза (медь и олово), а также золото и серебро в ювелирных изделиях (каждый из которых содержит следы различных металлов для придания им прочности). Для жестких дисков магнитные сплавы обычно представляют собой CoPtCr (кобальт + платина + хром) с добавлением иногда следов бора или тантала для повышения стабильности магнитных доменов.
 Магнитные зерна |
 Схема считывающей головки GMR (исходное изображение из этой работы) |