HDD

HDD (Hard (Magnetic) Disk Drive) – накопитель на жестких магнитных дисках. При обозначении данного понятия используются также термины «жесткий диск», «HDD», «HMDD», «винчестер», «HMDD» и сленговые наименования.

HDD – это энергонезависимое, перезаписываемое компьютерное запоминающее устройство. Является основным накопителем данных во всех современных ноутбуках и настольных ПК.

Основная часть всех НЖМД производится всего несколькими компаниями: Seagate, Western Digital, Samsung, а также ранее принадлежавшим IBM подразделением по производству дисков фирмы Hitachi.

Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок производства НЖМД еще в 2001 году.

Toshiba является основным производителем 2,5- и 1,8-дюймовых ЖД для ноутбуков.

Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor известная своими «умными» алгоритмами кэширования. В 2006 году состоялось слияние Seagate и Maxtor. В середине 1990-х годов Seagate купила компанию Conner.

История прогресса НЖМД

1. 1956 — продажа первого жёсткого диска IBM 350 RAMAC, 5 Мб. Он весил около тонны, занимал два ящика — каждый размером с большой холодильник, а общий объем памяти 50 вращавшихся в нем покрытых чистым железом тонких дисков диаметром с большую пиццу составлял 5 мегабайтов.
2. 1980 — первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб.
3. 1986 — Стандарт SCSI.
4. 1991 — Максимальная ёмкость 100 Мб.
5. 1995 — Максимальная ёмкость 2 Гб.
6. 1997 — Максимальная ёмкость 10 Гб.
7. 1998 — Стандарты UDMA/33 и ATAPI.
8. 1999 — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб.
9. 2002 — Взят барьер адресного пространства выше 137 Гб.
10. 2003 — Появление SATA.
11. 2005 — Максимальная ёмкость 500 Гб.
12. 2005 — Стандарт Serial ATA 3G.
13. 2005 — Появление SAS (Serial Attached SCSI).
14. 2006 — Применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях.
15. 2006 — Появление «гибридных» жёстких дисков, содержащих дополнительный блок флэш-памяти ёмкостью в единицы гигабайт.
16. 2007 — Hitachi представляет накопитель емкостью 1000 Гб.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома.

В первых НЖМД пластина была одна, а в более новых – несколько пластин на одной оси.

Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образуемого у поверхности при быстром вращении.

Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках 5-10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков, головки находятся у шпинделя в безопасной зоне, где исключен их контакт с поверхностью дисков.

НЖМД имеет ряд определяющих характеристик, от которых зависит его производительность.

Потребление энергии — очень важный фактор для ноутбуков. При использовании в настольных ПК имеет второстепенное значение.

Физический размер (форм-фактор) — почти все современные накопители для персональных компьютеров и серверов имеют размер либо 3,5, либо 2,5 дюйма. Последние чаще применяются в ноутбуках. Другие распространённые форматы — 1,8 дюйма, 1,3 дюйма и 0,85 дюйма.

Интерфейс — это набор, состоящий из линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил обмена.

Современные накопители могут использовать интерфейсы ATA (AT Attachment, он же IDE — Integrated Drive Electronic, он же Parallel ATA), (EIDE), Serial ATA, SCSI (Small Computer System Interface), SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel.

Время произвольного доступа (random access time) составляет от 3 до 15 мс.

Скорость вращения шпинделя (spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и скорость передачи данных.

Объем — это количество данных, которые могут храниться накопителем. В современных НЖМД он может достигать 1000 Гб. Производителями, при обозначении объема жёстких дисков используются кратные 1000 величины, т.е., объем 200 Гб, составляет на практике 186,2 Гб.

Надёжность (reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (Mean Time Between Failures, MTBF). Это технология оценки состояния жёсткого диска встроенной аппаратурой самодиагностики, а также механизм предсказания времени выхода его из строя.

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

Сопротивляемость ударам (G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки g во включённом и выключенном состоянии.

Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) – внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/с; внешняя зона диска: от 74,0 до 111,4 Мб/с.

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже.

Жёсткий диск состоит из следующих основных узлов: корпус из прочного сплава, собственно жесткие диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя и блок электроники.

Блок электроники НЖМД обязательно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя).

Блок ПЗУ хранит управляющие программы для блоков управления и цифровой обработки сигнала, а также служебную информацию НЖМД.

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жесткого диска с остальной системой.

Буферная память сглаживает разницу скоростей интерфейсной части и накопителя (используется быстродействующая статическая память). Увеличение размера буферной памяти позволяет увеличить скорость работы накопителя.

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood).

Принцип работы жестких дисков.

Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки. При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них, изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Фото разобранного жесткого диска: