Опишите назначение и основные параметры жесткого диска

Обновлено: 21.11.2024

Жесткие диски существовали вечно, если считать «вечность» 1953 годом. В 2018 году они по-прежнему являются основой хранения данных, даже несмотря на быстрорастущие продажи твердотельных накопителей и живучесть лент.

Давайте заглянем за кулисы современных технологий жестких дисков, емкости, производительности и надежности. Мы еще раз рассмотрим типы жестких дисков, используемых сегодня в бизнесе, и заглянем в будущее систем хранения данных и жестких дисков.

Перейти к:

Что такое жесткие диски и как они работают?

Возможно, это элементарно, но архитектура жесткого диска — это и сильная сторона жесткого диска, и его ахиллесова пята. Понимание этого необходимо для того, чтобы знать, куда направляется жесткий диск, а куда нельзя.

Жесткие диски – это магнитные носители, на которых хранятся и извлекаются цифровые данные. Его архитектура представляет собой жесткие быстро вращающиеся диски или пластины, удерживаемые на месте шпинделями. Пластины не магнитные, а покрыты магнитным материалом.

Магнитные головки на приводных рычагах перемещаются по поверхности пластины, чтобы считывать и записывать биты двоичных данных, обнаруживая изменения намагниченности на пластине. Это хранилище с произвольным доступом, которое не требует для работы последовательных блоков. Разумеется, диски являются энергонезависимыми и не потеряют сохраненные данные при выключении диска.

Специалисты по хранению данных часто называют жесткие диски «вращающимися дисками», потому что эти вращающиеся диски являются ключевой функцией жесткого диска.

Современные жесткие диски вращаются от низкой потребительской скорости 4200 оборотов в минуту (об/мин) до 15 000 об/мин корпоративного уровня. Жесткие диски обычно имеют два двигателя: один для шпинделя, который вращает диски, и двигатель, который позиционирует рычаги и головки чтения/записи.

Характеристики жесткого диска: емкость, производительность, надежность

Высокая емкость и производительность являются основными характеристиками жесткого диска, за которыми следует надежность.

Емкость

В отрасли емкость измеряется тысячной степенью, поэтому на диске емкостью 1 ТБ можно хранить 1000 ГБ. Не все это пространство доступно для хранения пользовательских данных благодаря файловой системе и ОС компьютера, а на большинстве дисков зарезервировано место для операций RAID или других вариантов восстановления. ОС правильно сообщит пользователю о доступном хранилище.

Емкость жесткого диска, доступная в коммерческих целях, сильно варьируется от нескольких сотен ГБ до 12 ТБ для корпоративных дисков. Это число росло в течение многих лет и, вероятно, будет увеличиваться по мере увеличения емкости жестких дисков.

Производительность

Производительность рассчитывается по трем показателям: среднее время доступа, средняя задержка и средняя скорость передачи данных.

<р>1. Время доступа — это время, которое требуется дисководу для перемещения головок на дорожку для чтения или записи данных. Время доступа включает в себя фактическое время поиска (сколько времени требуется головкам, чтобы добраться до нужной дорожки), задержку вращения и время, достаточное для завершения обработки команды.

<р>2. Задержка вращения — это время, за которое запрошенный сектор перемещается под головкой. Задержка рассчитывается на основе времени поиска и скорости вращения вращающегося диска и измеряется в миллисекундах. Типичная скорость вращения варьируется от 6,25 мс при 4800 об/мин до 2 мс при 15 000 об/мин.

<р>3. Скорость передачи — это скорость передачи данных к головкам чтения/записи и от них. Обычно это указывается в мегабайтах в секунду (МБ/с).

Надежность

Надежность жесткого диска напрямую не связана с отказами жесткого диска. Сбой диска может быть вызван многими внешними факторами, в том числе отключением питания, лесным пожаром или наводнением, магнитными помехами, вредоносным ПО, падением диска (это случается) или загрязнением окружающей среды, вызывающим поломку головки.

Надежность жесткого диска связана с внутренними угрозами для жесткого диска, включая сбои оборудования, ошибки данных и поломки головок.

· Отказ оборудования. Иногда приводы выходят из строя из-за износа или плохого качества изготовления. Производители дисков сообщают о надежности своих дисков, используя среднее время наработки на отказ (MTBF) или годовую частоту отказов (AFR). Это средние значения, которые не могут предсказать надежность отдельных дисков, но могут дать среднюю надежность для конкретной модели или семейства дисков.

Производители измеряют надежность, используя постоянно работающие образцы дисков, анализируя последующий износ и распространяя результаты на ожидаемый жизненный цикл. На практике, если накопитель надежен всего несколько месяцев, он, как правило, будет надежен в течение всего срока службы.

· Голова падает. Разрушение головки является наиболее распространенной причиной отказа привода. Это происходит, когда головки чтения/записи касаются или царапают поверхность пластины, что по понятным причинам вызывает отказ диска. Несколько факторов могут повредить головки, вызвав их аварии: потеря мощности, отказ двигателя, сотрясение, частицы пыли, которые проходят через воздушный фильтр, износ в результате старения или некачественное производство.Царапины и частицы поврежденных головок или пластин создают поврежденные сектора, которые могут серьезно повредить диск и данные на нем. Клиенты могут или не могут восстановить данные.

· Ошибки данных. Каждый сектор на жестком диске содержит 512 байт пользовательских данных или 4096 бит. Эти биты подвержены ошибкам по разным причинам. Некоторые ошибки идентифицируются прошивкой или ОС; другие невозможно обнаружить, пока жесткий диск не выйдет из строя. Коды исправления ошибок (ECC) — это избыточная технология, разработанная для защиты от ошибок на устройствах хранения, включая магнитные диски. ECC хранит непользовательские биты данных в каждом секторе, которые содержат информацию о пользовательских данных в секторе. Когда головки записывают сектор на жесткий диск, ECC генерирует коды и сохраняет их в зарезервированных битах внутри сектора.

Когда головки считывают пользовательские данные, ECC использует чтение и биты ECC для сообщения контроллеру о любых ошибках. Если ECC может исправить ошибки, она это сделает. Если нет, он отправит уведомление об ошибке неисправленной ошибки. Функциональность ECC также может переназначить данные из неисправного сектора в пул резервных секторов. ECC сообщает об этих действиях, включая общее количество переназначений, поэтому администраторы могут предотвратить неизбежный сбой жесткого диска.

Интерфейсы жестких дисков

Существует несколько интерфейсов для подключения жесткого диска к внешним вычислительным компонентам. К наиболее распространенным относятся SCSI, SAS, ATA, SATA и Fibre Channel.

<р>1. SCSI — один из старейших интерфейсов жестких дисков, который до сих пор широко используется. SCSI взаимодействует с внешними вычислительными компонентами и обычно обратно совместим.

<р>2. SAS, или Serial Attached SCSI, произошел от SCSI и использует команды SCSI. SAS — это протокол последовательной связи, обеспечивающий значительно более высокую скорость передачи данных, чем параллельный протокол SCSI. Он совместим с SATA: стандартные жесткие диски SAS и SATA используют один и тот же тип разъемов данных и питания, а RAID-контроллеры SAS могут взаимодействовать с дисками SATA.

<р>3. ATA, также называемый IDE, — это более старый протокол, который переместил контроллер жесткого диска с интерфейсной карты на дисковод. Это стандартизировало и упростило операции хоста/контроллера.

<р>4. SATA или Serial ATA заменили параллельную версию ATA (PATA) с кабелями меньшего размера, меньшими затратами, встроенной горячей заменой дисков и более быстрой передачей данных.

<р>5. Fibre Channel (FC) – это высокоскоростной и надежный последовательный протокол, предназначенный для корпоративных сетей хранения данных (SAN).

Другие рекомендации по жесткому диску

Внешние жесткие диски. Внешние жесткие диски подключаются к компьютерным системам с помощью USB. Их жесткие диски могут иметь такую же большую емкость, как и их внутренние аналоги, и, как и внутренние жесткие диски, бывают 2,5-дюймовыми или 3,5-дюймовыми моделями. Меньший форм-фактор может получать питание через USB; большему нужен собственный блок питания.
Ценовые тенденции. Цены на жесткие диски постоянно падали на протяжении десятилетий: с полмиллиона долларов за ГБ в 1981 году (такого размера еще не существовало) до в среднем 0,03 цента за ГБ в 2017 году. в среднем, но ненамного: в 2017 году диски емкостью 8 ТБ стоили за ГБ примерно столько же, сколько и диски емкостью 4 ТБ. Можно с уверенностью сказать, что эта тенденция сохранится. Хотя диск емкостью 8 ТБ или больше не совсем дешев, его цена за гигабайт очень экономична.
Конкуренция с твердотельными накопителями (SSD). Твердотельные накопители различаются по размерам, как и жесткие диски, и на сегодняшний день являются самыми большими накопителями. В феврале этого года Samsung представила впечатляющий твердотельный накопитель емкостью 30 ТБ. Плотность флэш-памяти SSD примерно удваивается каждые два года, или примерно на 40% в год. Это значительно выше, чем средний рост плотности HDD на 10-20%. Цены на твердотельные накопители также снижаются, хотя они еще не такие дешевые, как жесткие диски.

Обзор жесткого диска

Несмотря на конкуренцию с твердотельными накопителями, в ближайшее время не отказывайтесь от жестких дисков. Разработчики регулярно увеличивают плотность размещения и помещают больше головок и дисков в один диск, чтобы увеличить емкость хранилища.

Средняя стоимость жестких дисков по-прежнему намного ниже, чем твердотельных накопителей. Сегодня цены на твердотельные накопители примерно в 6,6 раз превышают стоимость жестких дисков, и IDC считает, что к 2021 году они вырастут до 2,2-кратной стоимости жестких дисков. Поскольку твердотельные накопители могут иметь более высокую емкость, чем жесткие диски, это еще больше снизит стоимость твердотельных накопителей в пересчете на гигабайт. Тем не менее, сегодняшние 6,6 — это большая разница в цене. Вот почему многие компании выбирают системы хранения на флэш-дисках для высокопроизводительных приложений и покупают смешанные системы SSD/HDD для всего остального.

В конечном счете, жесткие диски не умрут больше, чем ленты, которые живы и работают как стратегический уровень хранения. Системы хранения не станут монолитными за одну ночь. Они будут сочетать твердотельные накопители для высокопроизводительного хранения активных данных большой емкости, жесткие диски для хранения активных данных уровня 1 и уровня 2, а также жесткие диски и ленты и/или диски Blu-ray для долгосрочного холодного хранения. Жесткие диски с их большой емкостью и высокой производительностью по низкой цене останутся значительной частью этой системы хранения данных.

Жесткий диск – это аппаратное устройство с энергонезависимой памятью, на котором постоянно хранятся данные с компьютера или сервера. Жесткие диски сохраняют сохраненные данные, даже когда они выключены.

В наиболее распространенной технологии используются быстро вращающиеся магнитные пластины. Это традиционные HDD (жесткие диски). Их все чаще заменяют твердотельные полупроводниковые накопители, которые представляют собой твердотельные полупроводниковые запоминающие устройства.

Как выбрать жесткий диск?

Жесткий диск Toshiba

При выборе жесткого диска важно учитывать несколько критериев:

Вам нужен внутренний или внешний жесткий диск?

Вам нужна большая емкость хранилища? Если это так, вам следует выбрать внутренний жесткий диск.
Вам нужен портативный жесткий диск? В таком случае лучшим вариантом будет внешний жесткий диск.

Стандартные форматы, определяемые в зависимости от размера пластин, варьируются от самого большого для старых дисков (19 дюймов) до самого маленького (1,8 дюйма).

Это зависит от ваших потребностей в хранении и бюджета. Максимальная емкость, доступная в настоящее время на рынке, составляет 16 ТБ. Будьте осторожны: технологии быстро меняются. Каждый год для увеличения емкости жестких дисков используются новые и усовершенствованные технологии.

скорость вращения дисков (обычно от 5400 до 15 000 об/мин). Чем она выше, тем выше пропускная способность диска.
задержка (задержка вращения)
время позиционирования (время, за которое головка достигает цилиндра)
время, необходимое для передачи данных с диска на компьютер

Выбор интерфейса зависит от внутренней архитектуры ПК.
Выбор интерфейса существенно влияет на скорость передачи данных.
В настоящее время на рынке доступны следующие основные интерфейсы: SCSI, IDE, Serial ATA, SAS, Fibre-Channel.

HDD (жесткий диск) хранит информацию на вращающихся магнитных дисках, данные считываются с помощью движущихся головок чтения/записи, расположенных по обе стороны каждой пластины.
SSD (твердотельный накопитель) состоит из микросхем флэш-памяти и не имеет механических компонентов.
SSHD — это гибридный жесткий диск, содержащий магнитные элементы жесткого диска и флэш-память типа SSD.

Критерии выбора

Внутренние/внешние
Формат
Емкость
Производительность
Интерфейс

Должен ли я выбрать внутренний или внешний жесткий диск?

Большинство жестких дисков являются внутренними. Однако существуют и автономные устройства, называемые внешними жесткими дисками. Они позволяют увеличить доступное пространство для хранения. Оба типа жестких дисков имеют свои преимущества и недостатки. Ниже приведена сводка, которая поможет вам выбрать лучший вариант

Внутренний жесткий диск Toshiba

Это наиболее распространенные жесткие диски.
Они находятся в компьютере и поэтому могут использоваться только им.
Существует 2 типа внутренних жестких дисков: HDD (работающие с вращающимися дисками) и SSD (флэш-память).

Они всегда подключены к компьютеру, что упрощает операции резервного копирования и обновления.
Их обработка данных происходит быстрее, поскольку они напрямую подключены к материнской плате компьютера.

Они не работают по принципу "подключи и работай" и требуют действий для их перемещения с одного компьютера на другой.

Внешние жесткие диски Seagate

Это портативные автономные устройства, которые позволяют хранить данные вне компьютера.
Они часто находятся в защитном корпусе и подключаются к компьютеру через USB или FireWire.
Некоторые внешние жесткие диски могут даже подключаться к Wi-Fi.

Они очень легкие и портативные, поэтому их легко транспортировать.
Они работают по принципу "подключи и работай": все, что вам нужно сделать, это подключить их, и они заработают.
Они очень удобны для передачи данных.
Их можно подключить к нескольким компьютерам без форматирования.

Как правило, они имеют меньшую емкость, чем внутренние жесткие диски.
Кроме того, они работают медленнее, поскольку данные передаются по кабелю.
Шнур может быть поврежден, если вы часто подключаете и отключаете жесткий диск.
Поскольку они переносные, они с большей вероятностью будут подвержены ударам, а также их легче потерять.

Какой интерфейс выбрать для жесткого диска?

Существуют различные интерфейсы жесткого диска для подключения жесткого диска к компьютеру в зависимости от предполагаемого использования в личных или профессиональных целях.

Для личного использования и хранения

PATA (Parallel ATA) или IDE (Integrated Drive Electronics).

Это один из старейших дисковых интерфейсов (1980-е годы).
Он использует параллельную связь.
Подключение осуществляется с помощью 40-жильных или 80-жильных соединительных кабелей.

Кабель PATA позволяет одновременно подключать 2 жестких диска.
Недорогая технология, проверенная временем.

Максимальная длина кабелей, соединяющих жесткий диск с материнской платой, ограничена (46 сантиметров или 18 дюймов), что может ограничивать место размещения жесткого диска.
Скорость (66/100/133 МБ/с) ниже, чем у SATA.

SATA (или Serial AT Attachment) – это интерфейс, запущенный в 2003 году и пришедший на смену стандарту PATA. Для хранения данных используется технология последовательной передачи сигналов.

Скорость (150/300/600 МБ/с) выше, чем у PATA. Это означает, что большие программы и документы загружаются быстрее.
Кабели SATA длиннее (до 1 метра), что обеспечивает большую гибкость при выборе места для размещения жесткого диска.
Кроме того, кабели стали тоньше, что обеспечивает лучшую циркуляцию воздуха в корпусе ПК и снижает накопление тепла внутри компьютера.
Можно подключить несколько жестких дисков SATA, поскольку на материнской плате имеется от 4 до 6 портов SATA (по сравнению с 2 разъемами PATA на материнской плате PATA).

Для распознавания компьютером жестких дисков SATA часто требуется специальный драйвер устройства.
К кабелю SATA можно подключить только один жесткий диск за раз (по сравнению с двумя на кабель PATA).

Для профессиональных установок и серверов

Для профессионального использования рекомендуется выбирать жесткие диски с интерфейсом SCSI (Small Computer System Interface). Они обеспечивают более высокую производительность (скорость передачи, удобство использования, многопользовательский режим), что полезно для динамического хранения корпоративной информации на серверах.

Среди технологий, использующих команды SCSI, есть интерфейс SAS (Serial Attached SCSI).

Жесткие диски SAS быстрее и надежнее дисков SATA.
Они позволяют передавать данные со скоростью до 6 Гбит/с.
Их можно использовать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.
Они имеют рабочий ресурс 1,6 миллиона часов при рабочей температуре 45 °C.

Жесткий диск с интерфейсом SAS как минимум на 10 % дороже, чем его аналог с интерфейсом SATA.
Он предлагает меньший объем хранилища.
Он потребляет много энергии.

Что выбрать: жесткий диск или твердотельный накопитель?

Устройства Delkin SSD

Стандартный жесткий диск HDD является основным запоминающим устройством для компьютеров, потому что он недорогой и обладает большой емкостью.
Однако SSD (твердотельный накопитель) все больше вытесняет классический HDD, поскольку обладает неоспоримыми преимуществами (более прочный, без движущихся частей и т. д.).
Но будьте осторожны, несмотря на множество преимуществ, SSD не всегда является лучшим решением. Все зависит от того, что вы ищете.

Ниже вы найдете таблицу, в которой обобщаются основные характеристики каждого варианта. Это поможет вам сделать правильный выбор.

Энергопотребление: жесткие диски, работающие 24 часа в сутки, 7 дней в неделю (например, в случае видеонаблюдения), всегда будут включены, поэтому выбирайте более энергоэффективную модель.
Тепло. Убедитесь, что диски могут выдерживать некоторое нагревание, особенно если вам нужна компактная система с низкой вентиляцией.
Шум: для серверов NAS, которые вы хотите сделать дискретными, вам нужно будет посмотреть на количество децибел дисков, когда они работают и неактивны.
Вибрации: сервер NAS включает в себя несколько жестких дисков, вибрации одного из которых могут влиять на другие.
Скорость. Если вы хотите, чтобы ваш сервер NAS производил меньше шума и вибрации и потреблял меньше энергии, вам следует выбирать низкоскоростные модели (сопутствующие руководства

Жесткий диск — это аппаратный компонент, на котором имеются все имеющиеся цифровые материалы: документы, изображения, музыка, видеоролики, программы, файлы приложений и файлов представлений системы. Жесткие системы внутренних и государственных дисков.

Какую емкость выбрать?

Зависит от ваших предпочтений. Просто предполагается, что несколько файлов на компьютере накапливаются с резервными копиями, большой объем не требуется (подойдет диск Expansion или Backup Plus).Если необходимо сделать резервную резервную копию данных для всего или компьютера даже с несколькими компьютерами, либо у вас много видео- и аудиофайлов, либо дисков побольше (например, Backup Plus Desktop Drive).

Ниже показано, сколько примерно файлов можно хранить на жестком диске (емкостью до 10 ) 2 .

ПК или Mac?

Жесткие диски подходят для компьютеров типов, просто некоторые из них предварительно форматируются для работы с ПК, а некоторые — для Mac. Но вы всегда можете отформатировать диск заново так, как вам нужно.

Важна ли скорость жесткого диска?

Скорость вращения шпинделя (количество оборотов в минуту) — большое значение параметра. Чем быстрее вращается пластина диска, тем быстрее компьютер найдет нужный файл.

Жесткий диск со скоростью вращения 7200 об/мин, безусловно, быстрее работает, чем диск со скоростью 5400 об/мин. Но если речь идет о внешнем накопителе, то вы едва ли заметите различия. Это справедливо и для многих дисков, особенно если на них встречаются небольшие файлы. Однако при работе с большими файлами и приложениями с преимуществами диска, работающего на скорости 7200 об/мин, будет очевидно.

Какой диск лучше выбрать, внутренний или внешний?

Зависит от ситуации. Приобретая внутренний жесткий диск для компьютера (например, BarraCuda), вы получаете встроенное хранилище для всех своих файлов. Внешний диск (скажем, Backup Plus) обеспечивает переносное хранилище: его можно будет носить с собой, и он всегда будет у вас под рукой.

Нужно ли резервное копирование данных?

Если с жестким диском компьютера что-то с экраном, вы рискуете потерять все свои цифровые материалы. Поэтому большинство людей выглядят на внешнем накопителе резервных копий файлов, хранящихся на внешнем диске компьютера.

1 При указании емкости накопителей в один гигабайт (ГБ) принимается размер одного миллиарда байт. Доступная емкость может изменяться в зависимости от окружающей среды и форматирования. Количество хранимых файлов для разных приложений только для примера. выявление количественных показателей, зависящих от различных факторов, включая размер файлов, формат файлов, используемые функции и программные приложения.
2 Средний размер файлов при сборе самого высокого разрешения фотоаппарата в формате JPEG. Жесткий диск может отображать различное изображение в зависимости от модели фотоаппарата. Продолжительность видеозаписи около 2 часов в формате DVD.

Эта запись в блоге была первоначально опубликована в марте 2016 года и обновлена в сентябре 2018 года. С тех пор технология жестких и твердотельных накопителей продолжает совершенствоваться, поэтому мы публикуем в этой публикации наше последнее обновление.

Среди всех доступных компьютерных дисков легко запутаться в различиях между ними. Два основных накопителя, между которыми вы должны знать разницу, — это жесткие диски (HDD) и твердотельные накопители (SSD). Вам может быть интересно, в чем разница между жестким диском и твердотельным накопителем? Какой привод лучше использовать? Какой диск чаще выходит из строя?

Мы тратим много времени на размышления о жестких и твердотельных дисках, поэтому знаем, что использование обоих дисков имеет свои преимущества и недостатки. Если вы хотите обновить свой компьютер с помощью нового диска или вам интересно, как лучше всего использовать любой тип диска, полезно провести параллельное сравнение каждого варианта. Итак, мы разработали этот пост «В чем разница», чтобы помочь разобраться в различиях между этими двумя типами дисков. Читайте дальше, чтобы узнать, как далеко продвинулись технологии накопителей за эти годы и как выбрать лучшее решение для ваших потребностей в хранении данных.

В этом углу: жесткий диск

Традиционный вращающийся жесткий диск был стандартом для многих поколений персональных компьютеров. Постоянно совершенствующиеся технологии позволили производителям жестких дисков увеличить объем хранения, чем когда-либо, по цене за гигабайт, которая по-прежнему делает жесткие диски лучшим соотношением цены и качества.

Какими бы сложными они ни были, жесткие диски существуют с 1956 года. Тогдашние диски были двух футов в диаметре и могли хранить всего несколько мегабайт информации, но технологии улучшились до такой степени, что вы можете втиснуть 10 терабайт. во что-то размером с кухонную губку.

Внутри жесткого диска есть нечто, более чем похожее на старый проигрыватель: пластина или несколько пластин, которые вращаются вокруг центральной оси — шпинделя — обычно со скоростью от 5400 до 7200 оборотов в минуту. Некоторые жесткие диски, созданные для повышения производительности, работают быстрее.

Информация записывается на накопитель и считывается с него путем изменения магнитных полей на этих вращающихся пластинах с помощью якоря, называемого головкой чтения-записи. Визуально он немного похож на дужку проигрывателя, но вместо иглы, которая проходит в физической канавке на пластинке, головка чтения-записи немного парит над физической поверхностью диска.

Двумя наиболее распространенными форм-факторами для жестких дисков являются 2,5 дюйма, характерные для ноутбуков, и 3,5 дюйма, характерные для настольных компьютеров. Вы также найдете внешние диски с 2,5-дюймовыми и 3,5-дюймовыми дисками. Размер стандартизирован, что упрощает ремонт и замену в случае поломки.

Подавляющее большинство используемых сегодня дисков подключаются через стандартный интерфейс Serial ATA (или SATA). Специализированные системы хранения иногда используют Serial Attached SCSI (SAS), Fibre Channel или другие экзотические интерфейсы, разработанные для специальных целей.

Экономическое преимущество жестких дисков

Проверенная технология, используемая десятилетиями, делает жесткие диски дешевыми — намного дешевле в пересчете на гигабайт, чем твердотельные накопители. Хранилище на жестком диске может стоить всего три цента за гигабайт. Вы не тратите много, но получаете много места. Производители жестких дисков продолжают повышать емкость хранения, сохраняя при этом низкие затраты, поэтому жесткие диски остаются выбором тех, кто ищет много места для хранения, не тратя при этом много денег.

Недостаток заключается в том, что жесткие диски могут потреблять много энергии, генерировать шум, выделять тепло и работать не так быстро, как твердотельные накопители. Возможно, самое большое отличие состоит в том, что жесткие диски, при всем их сходстве с проигрывателями, в конечном счете являются механическими устройствами. Со временем механические устройства изнашиваются. Вопрос не в том, если, а в том, когда.

Технология жестких дисков не стоит на месте, и цена за единицу хранения резко снизилась. Как мы писали в нашей публикации «Жесткие диски и твердотельные накопители: что ждет будущее для систем хранения данных? — часть 2», стоимость гигабайта для жестких дисков снизилась примерно в два миллиарда раз примерно за 60 лет.

Производители жестких дисков добились значительного прогресса в технологиях, позволяющих хранить все больше и больше информации на HD-пластинах, что называется плотностью записи. По мере того, как производители жестких дисков пытаются превзойти друг друга, потребители получают все большие и большие размеры дисков. Один из методов заключается в замене воздуха в приводах гелием, который уменьшает трение и поддерживает большую плотность поверхности. Другие новейшие технологии включают микроволновую и магнитную запись с нагреванием, или MAMR и HAMR соответственно. HAMR записывает магнитно с использованием лазерно-тепловой поддержки, а MAMR использует устройство, генерирующее микроволны, называемое осциллятором вращающего момента или лазером, чтобы хранить больше данных на диске привода. Эти накопители находятся на ранних стадиях производства и отправки корпоративным партнерам.

Продолжающаяся конкуренция и гонка за размещением все большего и большего объема хранилища в одном и том же привычном форм-факторе 3,5-дюймового жесткого диска означает, что это будет относительно небольшой выбор очень большой емкости для хранения данных на многие годы вперед.

В противоположном углу: твердотельный накопитель

Твердотельные накопители стали гораздо более распространенными в последние годы. Они являются стандартной проблемой для всей линейки ноутбуков Apple, например, MacBook, MacBook Pro и MacBook Air стандартно поставляются с твердотельными накопителями. Как и Mac Pro.

Твердотельный накопитель – это отраслевое сокращение для обозначения интегральной схемы, и в этом ключевое различие между твердотельным накопителем и жестким диском: внутри твердотельного накопителя нет движущихся частей. Вместо дисков, двигателей и головок чтения-записи в твердотельных накопителях используется флэш-память, то есть компьютерные микросхемы, которые сохраняют свою информацию даже при отключении питания.

Твердотельные накопители в принципе работают так же, как и хранилища на вашем смартфоне или планшете. Но твердотельные накопители, которые вы найдете в современных компьютерах Mac и ПК, работают быстрее, чем хранилище вашего мобильного устройства.

Механическая природа жестких дисков ограничивает их общую производительность. Производители жестких дисков неустанно работают над повышением скорости передачи данных и сокращением задержек и времени простоя, но их возможности ограничены. Твердотельные накопители обеспечивают огромное преимущество в производительности по сравнению с жесткими дисками: они быстрее запускаются, быстрее выключаются и быстрее передают данные.

Если вы все еще используете компьютер с жестким диском SATA, вы можете увидеть значительный прирост производительности при переходе на твердотельный накопитель.Более того, за последние пару лет стоимость твердотельных накопителей резко снизилась, поэтому такая модернизация обходится дешевле, чем когда-либо.

Различные форм-факторы SSD

Твердотельные накопители можно сделать меньше и потреблять меньше энергии, чем жесткие диски. Они также не издают шума и могут быть более надежными, поскольку не являются механическими. В результате компьютеры, предназначенные для использования твердотельных накопителей, могут быть меньше, тоньше, легче и работать на одном заряде батареи гораздо дольше, чем компьютеры с жесткими дисками.

Многие производители твердотельных накопителей производят механизмы твердотельных накопителей, предназначенные для замены 2,5-дюймовых и 3,5-дюймовых жестких дисков по принципу plug-and-play, поскольку существуют миллионы компьютеров (и многие новые компьютеры все еще производятся с жесткими дисками). которые могут извлечь выгоду из изменений. Они оснащены тем же интерфейсом SATA и разъемом питания, что и жесткие диски.

Теперь доступен широкий выбор форм-факторов SSD. Карты памяти Memory Stick, которые когда-то были ограничены максимальным объемом 128 МБ, теперь выпускаются в версиях размером до 2 ТБ. Они используются в основном в мобильных устройствах, где размер и плотность являются основными факторами, таких как камеры, телефоны, дроны и т. д. Другие форм-факторы с высокой плотностью предназначены для приложений центров обработки данных, например Intel P4500 емкостью 32 ТБ. Похожий на стандартную 12-дюймовую линейку, Intel SSD DC P4500 имеет емкость 32 ТБ. Благодаря 64 чрезвычайно тонким слоям 3D NAND, P4500 в настоящее время является самым плотным твердотельным накопителем в мире. Цена пока неизвестна, но, учитывая, что SSD DC P4500 требует только одну десятую мощности и всего одну двадцатую места традиционного жесткого диска, как только цена выйдет из стратосферы, вы можете быть уверены, что будет рынок для него.

В 2018 году компания Nimbus Data анонсировала твердотельный накопитель ExaDrive D100 емкостью 100 ТБ. Этот SSD сам по себе содержит в два раза больше данных, чем первые Storage Pods Backblaze. Когда Exadrive был впервые выпущен, он был доступен только по запросу, но в 2020 году компания объявила о своих первых онлайн-ценах на накопитель. Версия Exadrive емкостью 100 ТБ сейчас продается по цене 40 000 долларов США, а версия на 50 ТБ — 12 500 долларов США.

Производители твердотельных накопителей также ищут способы хранения большего объема данных в меньшем форм-факторе и на более высоких скоростях. Знакомый SSD-накопитель, который выглядит как 2,5-дюймовый HDD, начинает становиться все менее распространенным. Учитывая очень высокие скорости, с которыми данные могут быть прочитаны и скопированы на микросхемы памяти внутри твердотельных накопителей, естественно, что разработчики компьютеров и хранилищ хотят в полной мере использовать эту возможность. Все чаще системы хранения данных подключаются непосредственно к системной плате компьютера и в процессе этого приобретают новые формы.

Сравнение размеров твердотельного накопителя mSATA (слева) и твердотельного накопителя M.2 2242 (справа).

Производители ноутбуков приняли стандарт mSATA, а затем и стандарт M.2, который может быть размером с несколько плиток шоколада, но иметь такую же емкость, как и любой 2,5-дюймовый твердотельный накопитель SATA.

Другая технология интерфейса, называемая NvM Express или NVMe, теперь перенесена с серверов в центрах обработки данных на потребительские ноутбуки. При подключении к слоту PCI Express (PCIe) вместо использования пропускной способности SATA твердотельные накопители NVMe могут достигать более высоких скоростей чтения-записи, чем твердотельные накопители SATA, но их розничная цена почти вдвое превышает цену твердотельного накопителя SATA. Дополнительную информацию о разнице между дисками M.2 и дисками NVMe см. в этом посте.

Твердотельные накопители тоже выходят из строя

Как и жесткие диски, твердотельные накопители могут изнашиваться, но по разным причинам. В случае с жесткими дисками это часто просто механическая реальность вращающегося двигателя, который со временем изнашивается. Хотя внутри SSD нет движущихся частей, каждый банк памяти имеет конечный ожидаемый срок службы — ограничение на количество операций записи и чтения, прежде чем он перестанет работать. Логика, встроенная в диски, пытается динамически управлять этими операциями, чтобы свести к минимуму проблемы и продлить срок их службы.

На практике большинству из нас не нужно беспокоиться о долговечности SSD. SSD, который вы вставили в свой компьютер сегодня, вероятно, переживет компьютер.Но важно помнить, что, хотя твердотельные накопители по своей природе более надежны, чем жесткие диски, они все же подвержены тем же законам энтропии, что и все остальное во Вселенной.

Плюсы и минусы жестких дисков по сравнению с твердотельными накопителями

Плюсы	Против
Жесткие диски	Бюджетный вариант . Много места для хранения. Стандартные размеры облегчают ремонт и замену.	Используйте большую мощность. Шумно. Движущиеся части со временем изнашиваются. Медленнее, чем SSD.
SSD	Быстрее, чем HDD. Не создавайте шума. Используйте меньше энергии, чем жесткие диски. Широкий диапазон форм-факторов. Отсутствие движущихся частей делает их более долговечными, чем жесткие диски.	Меньший объем памяти, чем у жестких дисков. Может быть дорого. Трудно восстановить данные в случае сбоя.

Планирование будущего хранилища

Независимо от того, используете ли вы жесткий диск или твердотельный накопитель, важно иметь хороший план резервного копирования, поскольку рано или поздно любой диск выйдет из строя. У вас должна быть локальная резервная копия в сочетании с безопасной удаленной резервной копией, которая удовлетворяет стратегии резервного копирования 3-2-1. Чтобы начать работу, обязательно ознакомьтесь с нашим руководством по резервному копированию.

Надеюсь, мы дали вам некоторое представление о жестких дисках и твердотельных накопителях. И, как всегда, мы приветствуем ваши вопросы и комментарии, так что стреляйте!

Возможно, вам будет интересно прочитать другие статьи из нашей серии SSD 101 и узнать больше о надежности SSD.

Об Энди Кляйне

Энди Кляйн — главный пропагандист облачных хранилищ в Backblaze. Он имеет более чем 25-летний опыт работы в технологическом маркетинге, и за это время он поделился своим опытом в области облачных хранилищ и компьютерной безопасности на мероприятиях, симпозиумах и панелях в RSA, SNIA SDC, MIT, Федеральной торговой комиссии и сотнях других. В настоящее время он пишет и разглагольствует о статистике дисков, модулях хранения, облачном хранилище и многом другом.

Читайте также: