Почему жесткий диск называется жестким диском?

Обновлено: 21.11.2024

Сегодня почти все компьютеры хранят свои цифровые данные в виде магнитных областей на устройстве, называемом жестким диском, жестким диском или фиксированным диском.

По сути, все жесткие диски работают одинаково: информация кодируется и "записывается" на круглую вращающуюся алюминиевую или стеклянную пластину, покрытую магнитным материалом. Надпись выполняется магнитной головкой, установленной на конце рычага, который поворачивается таким образом, что головку можно расположить над любой частью пластины. Эта же головка также считывает сохраненные данные. Специальное программное обеспечение или прошивка на диске и компьютере отслеживают, где хранится любая информация. В старых дисководах одна сторона диска вместе с его головкой использовалась в качестве сервомеханизма для калибровки и регулирования движения диска и рычага, но современная технология не требует столько места.

Помните, когда музыка появилась на виниловых пластинках? Дисковод во многом похож на фонограф. У каждого есть двигатель, который вращает пластину, содержащую информацию, которая записывается или извлекается с помощью специального устройства, установленного на конце рычага, который вращается поперек диска.

Конечно, есть существенные различия. Пластинка была пластиковой, диаметром 12 дюймов и вращалась со скоростью 33 1/3 об/мин. Жесткий диск компьютера, когда-то имевший 14 дюймов или более в диаметре, теперь не превышает 3,5 или 5,5 дюйма в диаметре, а в ноутбуках и портативных устройствах — 2,5, 1,8 или даже 1 дюйм. Жесткие диски вращаются со скоростью от примерно от 4000 до 15000 об/мин, и в будущем эти скорости, вероятно, увеличатся. И там, где игла фонографа физически касалась канавки пластинки, головки дисков вообще не касаются вращающегося носителя, хотя и приближаются друг к другу, летая на воздушной подушке.

Сегодняшние диски могут хранить огромные объемы данных: самый маленький 3,5-дюймовый. жесткий диск, производимый сегодня, будет хранить 10 ГБ, а емкость отдельных дисков достигла 100 ГБ. У производителей накопителей есть два способа увеличения емкости диска. Самый простой способ — добавить дополнительные пластины вместе с отдельной головкой для каждой стороны каждой пластины, и это было сделано примерно до 16 пластин. Второй, более простой способ заключается в увеличении объема данных, которые можно хранить на одной области магнитного материала. Это стало предметом серьезных исследований. Сегодня у IBM есть диски, которые хранят 25,7 ГБ данных на квадратный дюйм, и компания продемонстрировала технологии, которые могут увеличить это значение в четыре раза, до 100 ГБ данных на одном квадратном дюйме.

Самым первым дисковым накопителем был IBM RAMAC. Представленный в 1956 году RAMAC 50 24-дюймовый. пластины содержали 5 МБ данных; стоимость составила 50000 долларов. В 1980 году 14-дюймовый. Дисковый картридж для миникомпьютера мог содержать, возможно, 5 или 10 МБ данных. Оригинальный IBM PC 1981 года не поддерживал жесткий диск. Когда вышла DOS Version 2, появились первые дисковые накопители для компьютеров класса ПК с размером 5,25 дюйма. пластины, которые могут хранить 5 МБ или 10 МБ, а в конечном итоге и более 40 МБ данных.

К 1990 году компьютеры обычно поставлялись с жесткими дисками емкостью 40 МБ. Пять лет спустя типичный новый настольный компьютер имел жесткий диск емкостью 1 или 2 ГБ. В настоящее время вы можете купить ноутбуки с 30-гигабайтными дисками и 48-гигабайтными 2,5-дюймовыми дисками. диски уже поступили в продажу.

Что касается цены, то в 1992 году я купил 80 МБ, 5,25 дюйма. покататься на компьютерной барахолке за 300 долларов; Сегодняшний рынок поставит 20GB 3,5-дюймовый. жесткий диск по цене чуть более 100 долларов в розницу; это в 250 раз больше емкости при одной трети цены. Иными словами, дисковод 1956 года стоил 10 000 долларов за мегабайт. В 1992 году я платил всего 3,75 доллара за каждый мегабайт памяти; сегодня моя цена за тот же мегабайт составляет полцента.

Сочетание низкой цены и большой емкости появилось в 1990 году, когда IBM собрала группу этих недорогих дисков в первые системы RAID, которые сочетали в себе безопасность и восстановление после ошибок.

Даже в современном мире сетей хранения данных и сетевых хранилищ основным строительным блоком является отдельный магнитный диск, и это прекрасно иллюстрируется популярной в настоящее время аббревиатурой JBOD — просто набором дисков.

В этом покомпонентном представлении вы можете увидеть основные компоненты, которые входят в типичный диск:

Блюдо: хранит данные

Шпиндельный двигатель постоянного тока B: вращает диск

C Head: чтение или запись данных с диска или на него

Привод D: заставляет руку двигаться

E Печатный кабель: соединяет руку и голову с электроникой

Рука F: перемещается по диску, позиционируя голову

G Шасси: Литое металлическое основание, на котором установлены другие компоненты

H Защитный кожух: защищает механизм от пыли

Схемы J Logic: обработка преобразования адресов, буферизация данных и запросы ввода-вывода

Диск или диск?

Для магнитных носителей, используемых на компьютерах, предпочтительным вариантом написания является диск.Для других круглых, плоских объектов, включая оптические носители информации, такие как компакт-диски — аудио или данные — и DVD-диски, правильное написание — диск. А откуда, спросите вы, взялось «жесткое»? Он используется в отличие от гибких дисков, магнитная среда которых была достаточно гибкой, но могла вращаться только со скоростью 360 об/мин. Жесткие пластины первых жестких дисков для ПК могли вращаться в 10 раз быстрее — при 3 600 об/мин, тогда как сегодня распространены скорости в два раза выше, а у некоторых производителей диски вращаются со скоростью 15 000 об/мин.

Жесткие диски хранят цифровую информацию в относительно постоянной форме. См. другие изображения компьютерного оборудования.

Почти каждый используемый сегодня настольный компьютер и сервер содержит один или несколько жестких дисков. Каждый мейнфрейм и суперкомпьютер обычно подключен к сотням таких компьютеров. Вы даже можете найти устройства типа видеомагнитофона и видеокамеры, в которых вместо ленты используются жесткие диски. Эти миллиарды жестких дисков хорошо справляются с одной задачей — они хранят изменяющуюся цифровую информацию в относительно постоянной форме. Они дают компьютерам возможность запоминать информацию, когда отключается электричество.

В этой статье мы разберем жесткий диск, чтобы вы могли увидеть, что внутри, а также обсудим, как они организуют гигабайты информации, хранящейся в файлах!

Основные сведения о жестком диске

Жесткие диски были изобретены в 1950-х годах. Они начинались как большие диски диаметром до 20 дюймов, содержащие всего несколько мегабайт. Первоначально они назывались «фиксированные диски» или «винчестеры» (кодовое название, используемое для популярного продукта IBM). Позже они стали известны как «жесткие диски», чтобы отличать их от «дискет». Жесткие диски имеют жесткую пластину, которая удерживает магнитный носитель, в отличие от гибкой пластиковой пленки, используемой на лентах и дискетах.

На самом простом уровне жесткий диск ничем не отличается от кассеты. И на жестких дисках, и на кассетах используются одни и те же методы магнитной записи, описанные в разделе «Как работают магнитофоны». Жесткие диски и кассеты также обладают основными преимуществами магнитных носителей: магнитный носитель можно легко стирать и перезаписывать, и он будет "запоминать" схемы магнитного потока, сохраненные на носителе в течение многих лет.

В следующем разделе мы поговорим об основных различиях между кассетными лентами и жесткими дисками.

Кассета и жесткий диск

Давайте посмотрим на большие различия между кассетными лентами и жесткими дисками:

Материал магнитной записи на кассете наносится на тонкую пластиковую полоску. На жестком диске магнитный записывающий материал накладывается на высокоточный алюминиевый или стеклянный диск. Затем пластина жесткого диска полируется до зеркальной гладкости.
При работе с лентой вы должны быстро перемещаться вперед или назад, чтобы добраться до любой точки на ленте. Для длинной ленты это может занять несколько минут. На жестком диске вы можете практически мгновенно перемещаться в любую точку поверхности диска.
В кассетной деке головка чтения/записи непосредственно касается ленты. На жестком диске головка чтения/записи «летает» над диском, фактически не касаясь его.
Лента в кассетной деке перемещается над головой со скоростью около 2 дюймов (около 5,08 см) в секунду. Диск жесткого диска может вращаться под его головой со скоростью до 3000 дюймов в секунду (около 170 миль в час или 272 км в час)!
Информация на жестком диске хранится в очень маленьких магнитных доменах по сравнению с магнитной лентой. Размер этих доменов стал возможен благодаря точности диска и скорости носителя.

Из-за этих различий современный жесткий диск способен хранить огромное количество информации на небольшом пространстве. Жесткий диск также может получить доступ к любой информации за доли секунды.

Емкость и производительность

Обычный настольный компьютер имеет жесткий диск емкостью от 10 до 40 ГБ. Данные хранятся на диске в виде файлов. Файл — это просто именованный набор байтов. Байты могут быть кодами ASCII для символов текстового файла, или они могут быть инструкциями программного приложения для выполнения компьютером, или они могут быть записями базы данных, или они могут быть цветами пикселей для GIF-изображение. Однако независимо от того, что он содержит, файл — это просто строка байтов. Когда программа, работающая на компьютере, запрашивает файл, жесткий диск извлекает его байты и отправляет их в ЦП по одному.

Есть два способа измерить производительность жесткого диска:

Скорость передачи данных. Скорость передачи данных – это количество байтов в секунду, которое накопитель может передать ЦП. Обычно скорость составляет от 5 до 40 МБ в секунду.
Время поиска. Время поиска – это время между запросом ЦП файла и отправкой ЦП первого байта файла. Обычно используется время от 10 до 20 миллисекунд.

Еще одним важным параметром является емкость диска, то есть количество байт, которое он может вместить.

В 2016 году исполняется 60 лет со дня появления почтенного жесткого диска (HDD). В то время как новые компьютеры все чаще переходят на твердотельные диски (SSD) в качестве основного хранилища, жесткие диски остаются лидерами в области недорогого хранения данных большой емкости. Это важная причина, по которой мы до сих пор используем их в наших Storage Pods. Давайте покрутимся в Wayback Machine и посмотрим на историю жестких дисков. Давайте также подумаем о том, что может быть в будущем.

Все началось с RAMAC

IBM создала первый коммерческий компьютер с жестким диском и назвала его RAMAC (сокращение от Random Access Method of Accounting And Control). Его система хранения называлась IBM 350. RAMAC был большим — для его работы требовалось целое помещение. Одна только система хранения данных на жестких дисках была размером с два холодильника. Внутри было сложено 50 24-дюймовых пластин.

Для этого клиенты RAMAC получили менее 5 МБ — правильно, мегабайт хранилища. Маркетологи IBM не хотели, чтобы RAMAC хранил больше данных. Они не знали, как убедить клиентов, что им нужно больше места для хранения данных.

Клиенты IBM раскошелились на более чем 3200 долларов США за привилегию доступа к этой информации и ее хранения. МЕСЯЦ. (IBM сдавала свои системы в аренду.) В 2016 году это эквивалентно почти 28 000 долларов США в месяц.

Шестьдесят лет назад хранение данных стоило 640 долларов США за мегабайт в месяц. По расценкам IBM на хранение в 1956 году новый iPhone 7 будет стоить вам около 20,5 миллионов долларов в месяц. RAMAC тоже было намного сложнее засунуть в карман.

Подключи и работай

В наши дни на SD-карту размером с почтовую марку можно поместить 2 ТБ, но полвека назад все было совсем иначе. IBM продолжала совершенствовать систему хранения на жестких дисках, но системы по-прежнему оставались большими и громоздкими.

К началу 1960-х годов покупатели мейнфреймов IBM нуждались в большей емкости хранения, но у них просто не было места для установки устройств хранения размером с холодильник. Итак, умные ребята из IBM придумали решение: съемный накопитель.

Дисковый накопитель IBM 1311 Disk Storage, представленный в 1962 году, привел к использованию дисковых пакетов IBM 1316, которые позволили клиентам мейнфреймов IBM увеличивать объем хранилища настолько, насколько им было необходимо (или они могли себе это позволить). IBM резко уменьшила размер дисков с 24 дюймов в диаметре до 14 дюймов. Пакеты дисков по 9 фунтов помещаются в устройство размером с современную стиральную машину. Каждый пакет может содержать около 2 МБ.

Со своей стороны, я помню, как ребенком в середине 1970-х посещал центр обработки данных и видел вблизи съемные комплекты дисков IBM. Они выглядели примерно того же размера и размеров, что и праздничный торт: большие герметичные пластиковые контейнеры с ручками наверху.

Компьютеры превратились из дорогих диковин в деловом мире во все более важные устройства, необходимые для выполнения работы. IBM System/360 оказался чрезвычайно популярным и влиятельным мейнфреймом. IBM создала разные модели, но нуждалась в гибком хранилище для всей линейки продуктов 360. Поэтому IBM создала стандартное соединение жестких дисков. Другие производители переняли эту технологию, и так родилась кустарная промышленность: сторонние хранилища на жестких дисках.

Революция ПК

До 1970-х годов компьютеры были огромными, дорогими и очень специализированными устройствами, которые могли себе позволить только крупнейшие компании, университеты и государственные учреждения. Падение цен на электронные компоненты, увеличение плотности микросхем памяти и другие факторы привели к возникновению совершенно новой отрасли: персональных компьютеров.

Изначально персональные компьютеры имели очень ограниченные, практически ничтожные возможности хранения данных. Некоторые использовали перфорированную бумажную ленту для хранения. Другие использовали аудиокассеты. Со временем персональные компьютеры стали записывать данные на гибкие диски. Со временем стоимость жестких дисков упала настолько, что пользователи ПК тоже могли их приобрести.

В 1980 году молодая компания-выскочка Shugart Technology представила жесткий диск емкостью 5 МБ, предназначенный для современных персональных компьютеров. Это были скудные 5,25 дюйма в диаметре. Поездка обошлась в 1500 долларов. Он окажется достаточно популярным, чтобы стать стандартом де-факто для ПК в 1980-х годах. Shugart сменила название на Seagate Technology. Ага. Тот самый Сигейт.

За 25 лет технология жестких дисков сократилась с устройства размером с холодильник до устройства диаметром менее 6 дюймов. И это было бы ничто по сравнению с тем, что должно было произойти в следующие 25 лет.

Появление RAID

Важная глава в предыстории Backblaze начинается в конце 1980-х годов, когда трое специалистов по информатике из Калифорнийского университета Беркли ввел термин «RAID» в исследовательском документе, представленном на конференции SIGMOD, ежегодном мероприятии, которое проводится до сих пор.

RAID – это аббревиатура, обозначающая избыточный массив недорогих дисков. Идея состоит в том, что вы можете взять несколько отдельных устройств хранения данных — в данном случае жестких дисков — и объединить их в единую логическую единицу. Разделение работы по записи и чтению данных между несколькими устройствами может ускорить передачу данных. Это также снижает вероятность потери данных.

Исследователи из Беркли не были первыми, кто выдвинул эту идею, которая витала в воздухе с 1970 года. Они действительно придумали аббревиатуру, которую мы используем до сих пор.

RAID жизненно важен для Backblaze. RAID — это то, как мы строим наши Storage Pods. Наша последняя разработка Storage Pod включает 60 отдельных жестких дисков, собранных в четыре массива RAID. Затем компания Backblaze развила эту концепцию, внедрив собственный механизм стирающего кодирования Рида-Соломона для работы в наших хранилищах Backblaze.

С нашей последней конструкцией Storage Pod мы смогли втиснуть 480 ТБ в одно шасси, которое занимает пространство стойки 4U или около 7 дюймов вертикальной высоты в стойке для оборудования. Это далеко от 5 МБ памяти RAMAC размером с холодильник. Фактически в 96 миллионов раз больше места для хранения.

Больше, лучше, быстрее, больше

На протяжении 1980-х и 1990-х годов производители жестких дисков и ПК внедряли инновации и безвозвратно меняли рынок. 5,25-дюймовые диски вскоре уступили место 3,5-дюймовым дискам. (В Backblaze мы по-прежнему используем 3,5-дюймовые диски, разработанные для современных настольных компьютеров, в наших Storage Pods.) Когда популярность ноутбуков возросла, размер дисков снова сократился до 2,5 дюймов. Если сегодня вы используете ноутбук с жестким диском, скорее всего, это 2,5-дюймовая модель.

Потребность в более качественных, быстрых, надежных и гибких хранилищах также привела к появлению различных интерфейсов: IDE, SCSI, ATA, SATA, PCIe. Производители накопителей повысили производительность, увеличив скорость вращения шпинделя — скорость двигателя, вращающего жесткий диск. 5400 оборотов в минуту (об/мин) были стандартными, но 7200 давали лучшую производительность. Seagate, Western Digital и другие компании подняли планку, представив диски со скоростью вращения 10 000, а затем и 15 000 об/мин.

IBM стала пионером в области коммерческого жесткого диска и за десятилетия вывела на рынок множество инноваций в области жестких дисков. В 2003 году IBM продала свое подразделение систем хранения Hitachi. Многие диски Hitachi, которые мы используем здесь, в Backblaze, восходят к IBM.

Твердотельные накопители

Несмотря на то, что жесткие диски нашли место в первых компьютерных системах, также создавались системы хранения данных на основе оперативной памяти. Запредельно высокая стоимость компьютерной памяти, ее сложность, размер и потребность в поддержании питания для работы не позволили хранилищам на основе памяти завоевать какое-либо значимое значение. Хотя очень специализированные, дорогие системы нашли применение на рынках суперкомпьютеров и мейнфреймов.

В конце концов энергонезависимая оперативная память стала быстрой, надежной и достаточно недорогой, чтобы можно было массово производить твердотельные накопители, но постепенно. Они были невероятно дорогими. К началу 1990-х вы могли купить 20-мегабайтный SSD для ПК за 1000 долларов, или около 50 долларов за мегабайт. Для сравнения, стоимость вращающегося жесткого диска упала ниже 1 доллара США за мегабайт и будет падать еще больше.

Настоящий прорыв произошел с появлением твердотельных накопителей на основе флэш-памяти. К середине 2000-х Samsung, SanDisk и другие компании выпустили на рынок флэш-накопители, которые стали заменой жестких дисков. SSD стали быстрее, меньше и их больше. Теперь ПК, Mac и смартфоны включают флэш-накопители всех форм и размеров, и они будут продолжать двигаться в этом направлении. Твердотельные накопители обеспечивают более высокую производительность и энергоэффективность, а также позволяют создавать более тонкие и легкие компьютеры, так что это неудивительно.

Почтенный вращающийся жесткий диск, которому уже 60 лет, по-прежнему лидирует, когда речь идет о стоимости гигабайта. Производители твердотельных накопителей приближаются к паритету с жесткими дисками, но до достижения этой цели им еще далеко. Старомодный вращающийся жесткий диск по-прежнему обеспечивает максимальную отдачу от затраченных средств.

Однако мы можем мечтать.Летом наш Энди Кляйн задался вопросом, как может выглядеть новый твердотельный накопитель Seagate емкостью 60 ТБ в одном из наших модулей хранения. Ему пришлось угадать цену, но, исходя из текущих рыночных оценок, Storage Pod на 60 дисков на базе SSD обойдется Backblaze примерно в 1,2 млн долларов.

Энди не подружился с бухгалтерией Backblaze благодаря этой новости, так что, вероятно, в ближайшее время это не произойдет.

Будущее

По мере перехода компьютеров и мобильных устройств с жестких дисков на твердотельные накопители легко сбрасывать со счетов жесткие диски как устаревшую технологию, которая скоро уйдет на второй план. Однако я бы призвал к некоторой осмотрительности. Кажется, каждые несколько лет кто-то объявляет жесткий диск мертвым. Тем временем производители жестких дисков продолжают находить способы оставаться актуальными.

Нет никаких сомнений в том, что рынок жестких дисков переживает период упадка и перехода. Продажи жестких дисков снижаются из года в год. Потребители переходят на твердотельные накопители или вообще отказываются от компьютеров Mac и ПК и выполняют больше работы на мобильных устройствах.

Несмотря на это, инновации и разработка жестких дисков продолжаются. Мы заполняем наши собственные Storage Pods жесткими дисками емкостью 8 ТБ. Жесткие диски емкостью 10 ТБ уже поставляются, а 3,5-дюймовые диски еще большей емкости не за горами.

Производители жестких дисков постоянно повышают плотность записи — количество информации, которое вы можете физически втиснуть на диск. Они также нашли способы вместить больше пластин в один приводной механизм, а затем наполнить его гелием. К сожалению, это не заставляет диск плавать, разбивая мои фантазии о создании дирижабля Backblaze для центра обработки данных.

Итак, SSD — единственное будущее для хранения данных? Ненадолго. Seagate по-прежнему твердо верит в будущее жестких дисков. По оценкам финансового директора, жесткие диски будут существовать еще 15-20 лет. Исследователи прогнозируют, что жесткие диски, которые появятся на рынке в течение следующего десятилетия, будут хранить на порядок больше данных, чем сейчас, — 100 ТБ и более.

Думаете, что это исключено? Представьте себе, что в 1956 году вы передаете оператору RAMAC жесткий диск емкостью 10 ТБ и говорите ему, что 3,5-дюймовое устройство в их руках содержит в два миллиона раз больше данных, чем тот большой ящик перед ними. Они бы подумали, что вы сошли с ума.

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 накоплении, 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 один миллиарду 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.

Читайте также: