Почему бы не сделать жесткие диски, например, с 4 считывающими головками

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 класса. 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 данных 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.

Даже если вы самопровозглашенный компьютерный гений, который может собрать ПК из компонентов, держу пари, что есть части, которые вы не полностью понимаете. Вы можете знать абстрактно, как компьютер перезагружается, но знаете ли вы реальный процесс? Точно так же мало людей — гиков или нет — которые не знают основы работы жесткого диска; диски вращаются, а головки читают и записывают данные... но помимо этого, что вы знаете о реальной работе жесткого диска?

Как, например, двигаются головы? Головка должна иметь возможность точно находить магнитную область шириной всего несколько нанометров, в то время как диск вращается со скоростью тысячи оборотов в минуту. Этого определенно нельзя было бы сделать с помощью обычного двигателя — и на самом деле головки жестких дисков перемещаются с помощью привода звуковой катушки, почти так же, как конус в динамике перемещается, чтобы издавать звук. Подавая небольшое количество электричества на провод, сила Лоренца используется для очень точного перемещения головки жесткого диска. Нет никаких винтиков, минимальный износ — это одна из причин, почему жесткие диски служат так долго (по сравнению с другими машинами, работающими в таких условиях, во всяком случае).

Как головка считывает данные? По сути, голова представляет собой кусок металла, обернутый проволокой. Когда голова движется над магнитными полями на диске, изменения в магнетизме вызывают ток, который измеряется и преобразуется в двоичное значение. Это не так просто — есть разные способы изготовления головок жестких дисков и кодирования данных на магнитной поверхности — но всегда используется закон индукции Фарадея.

Наконец, поскольку плотность данных на современных накопителях очень высока — до 625 миллиардов бит (78 ГБ) на квадратный дюйм на пластине емкостью 1 ТБ, — головка должна находиться всего в 5–10 нанометрах над магнитными областями. Вместо того, чтобы пытаться изготовить фиксированную головку, которая висит на 10 нм над пластинами, современные головки жестких дисков плавают в воздушном слое, создаваемом вращением диска. Эта техника является самокорректирующейся: если голова поднимается слишком сильно, она теряет плавучесть и снова падает на свою «плавающую высоту». Просто чтобы вы имели представление о том, как близко голова пролетает над пластиной жесткого диска: 10 нм в три раза меньше, чем транзисторы, используемые в новейших компьютерных процессорах, и по мере увеличения плотности жесткого диска плавающая высота будет только уменьшаться.

Для получения дополнительной информации посмотрите видеоролик Билла-инженера ниже. Все, что мы здесь рассмотрели, есть в видео, а также еще несколько интересных фактов.

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, при 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.Те, что были тогда, были два фута в диаметре и могли хранить только несколько мегабайт информации, но технологии улучшились до такой степени, что вы можете втиснуть 10 терабайт в нечто 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 «Жесткий диск или твердотельный накопитель: что ждет будущее для 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

ПлюсыПротив
Жесткие дискиБюджетный вариант .
Много места для хранения.
Стандартные размеры облегчают ремонт и замену.		Используйте большую мощность.
Шумно.
Движущиеся части со временем изнашиваются.
Медленнее, чем SSD.
SSDБыстрее, 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.

На протяжении более 60 лет жесткий диск (HDD) играет важную роль в современной эпохе цифровых технологий. Емкость жесткого диска выросла с 5 МБ в 1956 году на пятидесяти 24-дюймовых дисках до более 10 ТБ (терабайт), хранящихся на трех дисках диаметром 5 1/2 дюйма. За этот относительно короткий период мехатроника и управление сыграли жизненно важную роль в быстром росте емкости жестких дисков и постоянном снижении стоимости.

Термин «мехатроника» описывает отрасль машиностроения как интеграцию машиностроения с электроникой и управлением при проектировании и производстве продукции. Многие устройства и системы, которые мы встречаем в повседневной жизни, такие как камера с автофокусом и автоматической экспозицией, банкомат, сканер или принтер, робот и жесткий диск, являются наиболее очевидными примерами мехатронных систем. В жестких дисках информационные биты хранятся в концентрических дорожках данных на вращающемся диске, покрытом магнитным носителем, в то время как информация записывается, а также извлекается с помощью головки (головок) чтения/записи. В этой статье мы попытаемся описать компоненты, используемые в любом жестком диске, которые можно условно разделить на 4 категории:

  • Магнитные компоненты
  • Электромеханические компоненты
  • Механические компоненты
  • Электроника

Магнитные компоненты

Магнитные компоненты, носитель (пластина) и головка (головки) являются основными компонентами, которые позволяют хранить и извлекать двоичную информацию.

Блюда

Данные записываются на постоянно вращающуюся пластину, диск из алюминия или стекла, покрытый с обеих сторон тонким слоем магнитного материала. Диск крепится через отверстие в центре вала (шпинделя) двигателя, который вращает диски. В большинстве жестких дисков диски вращаются со скоростью 5400 или 7200 об/мин или выше, в случае высокопроизводительных дисков. Пластины покрыты несколькими слоями других материалов. Два отдельных элемента, головки записи и чтения, используются для записи данных на диски или чтения данных с дисков. Эти две головки смонтированы вместе на более крупной конструкции, называемой ползунком.Ползун обеспечивает электрическую связь с обеими головками, помогает разместить считывающую и записывающую головки в непосредственной близости (перелетая) к намагниченной поверхности вращающегося диска своей аэродинамической поверхностью для достижения желаемой летной характеристики. Воздух, движущийся вместе с вращающимся диском и увлекаемый между диском и аэродинамической поверхностью ползуна, создает воздушный подшипник, который заставляет ползун плавать. Поверхность диска должна быть очень гладкой, чтобы обеспечить равномерный сигнал обратного считывания с головок, находящихся на расстоянии нескольких нанометров над диском. Вот почему Data Analyzers использует чистую комнату, специальную среду, в которой компоненты жесткого диска могут быть проверены и, при необходимости, отремонтированы или заменены (пересажены).

Вероятно, это хороший аргумент для объяснения относительно распространенной проблемы, связанной с жесткими дисками, — заедания головок. Головка размером с сахарное зерно иногда может «приземлиться» на диск. В неподвижном состоянии головка, установленная на ползунке, касается поверхности диска, и возникает статическая сила трения. Эта сила между ползунками и дисками противодействует приложенному крутящему моменту во время раскручивания шпинделя, и диск не может работать или вращаться.

Некоторые более ранние приводы устанавливали свои головки на соответствующую текстуру на небольшом кольцевом кольце,
известном как посадочная зона, на диске рядом с центральным отверстием, и ползунки прижимались к этой посадочной зоне перед вращением шпинделя. вниз, чтобы они опирались на текстурированную поверхность, когда диск будет раскручиваться в следующий раз. В настоящее время конструкция динамической загрузки / разгрузки была принята для решения проблемы трения между головкой и диском, поскольку этот метод позволяет избежать контакта между ползунками и неподвижными дисками за счет выведения ползунков с поверхности диска перед вращением вниз. Подъемный язычок, выступающий из рычага, входит в зацепление с конструкцией рампы, когда привод перемещается за пределы внешнего радиуса диска. Пандусы поднимают («разгружают») головки с поверхностей дисков, когда привод перемещается в парковочное положение. Во время раскрутки рычаг привода толкается через рампу после того, как диск достигает заданной скорости, так что ползунки летят.

Электромеханические компоненты

В жестком диске используются два различных электромеханических компонента: шпиндельный двигатель для вращения диска или дисков и исполнительный механизм для изменения положения головок чтения-записи на нужной дорожке данных и поддержания их точного положения на дорожке. , пока данные читаются или записываются.

Двигатель шпинделя

Бесщеточный двигатель постоянного тока используется для вращения стопки дисков в жестком диске. Высококачественные, высокопроизводительные
приводные шпиндели вращаются со скоростью 10 000 об/мин или выше; в то время как многие модели дисков для настольных и мобильных компьютеров по-прежнему используют скорость вращения шпинделя 5400 или 7200 об/мин.

Узел блока цилиндров или привод (HSA)

Перемещение головки чтения/записи между разными дорожками поверхности диска осуществляется исполнительным механизмом. В то время как приводы, используемые в первые дни, были разработаны на основе тросов и шкивов, такие конструкции были заменены гидравлическими приводами, представленными в конце шестидесятых и начале семидесятых годов. Некоторые из ранних поколений жестких дисков также использовали шаговые двигатели в качестве исполнительных механизмов. С увеличением плотности дорожек данных управление по разомкнутому контуру перестало работать, и управление по замкнутому контуру с помощью двигателя звуковой катушки заменило шаговые двигатели. VCM представляет собой привод с подвижной катушкой, в котором катушка подвешена в магнитном поле, создаваемом парами постоянных магнитов, закрепленных на корпусе жесткого диска.

Рычаги исполнительного механизма изготовлены из твердой стали или алюминия значительной толщины и не подходят для удерживания головок чтения-записи над поверхностью диска. Удлиненный рычаг, известный как подвеска, несет слайдер головы. Подвеска изготовлена ​​из тонкого листа нержавеющей стали и крепится к рычагу привода.
В современных приводах HSA превращает движение ползуна в дугу, а не в прямую. Каждая головка слайдера прикреплена к наконечнику подвески. Обычно на жестком диске столько ползунков, сколько поверхностей пластин. Все рычаги подвески прикреплены к единому элементу привода. Ползун плавает над вращающимся диском, который имеет определенную степень шероховатости относительно высоты мухи. Подвеска обеспечивает усилие на ползун в направлении внутрь диска для противодействия направленным вверх аэродинамическим силам воздушной опорной поверхности. HSA обычно содержит так называемую микросхему коммутатора и монтируется на гибком кабеле, по которому передается сигнал между головками и электроникой привода.

Головки размером с крупинку сахара установлены на каждом конце рычага привода/ползунка.Хотя технология, лежащая в основе этого компонента, довольно сложна и постоянно совершенствуется, их внутренняя структура и дизайн могут быть подробно объяснены в какой-либо другой статье. Крайне важно понимать, что за работу внутренних дисков и головок отвечают два основных компонента.

Механические компоненты

Корпус дисковода — это внешний кожух жесткого диска. Он обеспечивает возможность установки накопителя в отсеке для привода хост-системы и поддерживает другие компоненты жесткого диска, такие как двигатель шпинделя, привод, фильтры, электроника и т. д. Корпус состоит из двух основных частей — верхней крышки и основания. пластина. Все компоненты собраны на опорной плите. Затем корпус закрывается или герметизируется с помощью прокладок, установленных на верхней крышке. Окружающая среда внутри вольера должна содержаться в чистоте. Любая частица на границе раздела головка-диск может вызвать истирание диска, что приведет к потере данных и увеличению количества остаточных частиц. Как описано выше, именно поэтому мы работаем в чистом помещении, чтобы обеспечить работу без частиц. Частицы, образующиеся во время работы привода при внезапном контакте диска и ползуна, выбрасываются из вращающегося диска под действием центробежной силы и в конечном итоге задерживаются в фильтре, размещенном в пустом пространстве внутри корпуса.

Электроника

Электронные компоненты жесткого диска можно разделить на категории в соответствии со следующими функциями:

  1. Электроника для чтения/записи, также известная как канальная электроника.
  2. Электроника для вращения дисков и позиционирования головки чтения/записи, также известная как сервоканал.
  3. Электроника для управления различными операциями (такими как чтение данных, запись данных, передача данных между жестким диском и хостом и т. д.) диска или контроллера диска.
  4. Электроника для интерфейса с хост-системой и
  5. ОЗУ, ПЗУ и т. д.

Несколько из этих функциональных компонентов часто объединяются в одном чипе (ASIC). В результате мы не видим много микросхем на PCB (печатной плате) HDD. Как указано выше, одна микросхема, которая не размещена на печатной плате, а находится внутри корпуса привода, является предусилителем (или коммутатором).

Хотя мы пытались охватить различные ситуации, в которых клиенты теряли свои данные на жестком диске и успешно восстанавливали их с помощью анализаторов данных, эта статья призвана помочь вам отличить каждый компонент на жестком диске, поскольку он может быть упомянут в отчете об анализе. изготавливается нашими инженерами при получении вашего диска.

Читайте также: