Винчестеры
Жесткие магнитные диски представляют собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью (до 7200 об/мин), заключенных в металлический корпус.
В современных винчестерах магнитные головки как бы "летят" на расстоянии долей микрона (меньше толщины человеческого волоса) от поверхности вращающихся дисков.
За счет малого расстояния между диском и головкой достигает большая плотность записи (количество дорожек на каждом диске может достигать нескольких тысяч, а количество секторов на дорожке - нескольких десятков). В результате информационная емкость жестких дисков может составлять 10 Гбайт и более.
За счет большой скорости вращения жесткие диски обеспечивают высокую скорость считывания/записи информации, которая у самых высокоскоростных может достигать 30 Мбайт/с.
В целях сохранения информации и работоспособности жесткие диски необходимо оберегать от ударов и резких изменений пространственной ориентации в процессе работы.
"Падение" головки на рабочую поверхность диска может привести к повреждению магнитного слоя или выходу из строя самой головки.
Основные интерфейсы жестких дисков:
• IDE
• Serial ATA.
Название «винчестер»
По одной из версий, название «винчестер» (англ. Winchester) накопитель получил благодаря работавшему в фирме IBM Кеннету Хотону (англ. Kenneth E. Haughton), руководителю проекта, в результате которого в 1973 году был выпущен жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 мегабайт каждый, что по созвучию совпало с обозначением популярного охотничьего оружия — винтовки Winchester Model 1894, использующего винтовочный патрон «30-30 Winchester». Также существует версия, что название произошло исключительно из-за названия патрона, также выпускавшегося Winchester Repeating Arms Company, первого созданного в США боеприпаса для гражданского оружия «малого» калибра на бездымном порохе, который превосходил патроны старых поколений по всем показателям и немедленно завоевал широчайшую популярность.
В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус, а в компьютерном сленге сократилось до слова «винт» или «хард».
Технологии записи данных
Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). 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 намагниченности 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 за счёт электромагнитной индукции.
С середины 1990-х на рынке устройств хранения информации начали применяться головки на основе эффекта гигантского магнитного сопротивления (ГМС).
С начала 2000-х в головки на основе эффекта ГМС стали заменяться на головки на основе туннельного магниторезистивного эффекта (в них изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления в зависимости от изменения напряжённости магнитного поля; подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации, особенно при больших плотностях записи информации). В 2007 году устройства на основе туннельного магниторезистивного эффекта с оксидом магния (эффект открыт в 2005) полностью заменили устройства на основе эффекта ГМС.
Метод продольной записи
Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. При этом вектор намагниченности домена расположен продольно, то есть параллельно поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от направления намагниченности.
Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см2. К 2010 году этот метод был практически вытеснен методом перпендикулярной записи.
Метод перпендикулярной записи
Метод перпендикулярной записи — технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Предыдущий метод записи, параллельно поверхности магнитной пластины, привёл к тому что в определённый момент инженеры упёрлись в «потолок» — дальше увеличивать плотность информации на дисках было невозможно. И тогда вспомнили о другом способе записи, который был известен ещё с 70-х годов прошлого века.
Плотность записи при этом методе резко подскочила — на свыше 30 % ещё на первых образцах (на 2009 год — 400 Гбит/дюйм2 / 62 Гбит/см2). А теоретический предел отодвинулся на порядки и составляет 1 Тбит на квадратный дюйм.
Жёсткие диски с перпендикулярной записью стали доступны на рынке с 2006 года. Благодаря перпендикулярной записи винчестеры продолжают бить рекорды ёмкости, вмещая уже по 8 и даже 10 Терабайт.
История прогресса накопителей
1956 год — жёсткий диск IBM 350 в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC. Накопитель занимал ящик размером с большой холодильник и имел вес 971 кг, а общий объём памяти 50 вращавшихся в нём покрытых чистым железом тонких дисков диаметром 610 мм составлял около 5 миллионов 6-битных слов (3,5 Мб в пересчёте на 8-битные слова — байты).
1961 год — в жёстком диске IBM 1301 головки чтения/записи впервые были установлены для каждого диска, 28 Мбайт.
1973 год — в жёстком диске IBM 3340, названным Winchester, впервые были применены лёгкие головки чтения/записи, парящие над вращающимся диском под действием аэродинамических сил, что позволило значительно уменьшить воздушный зазор между диском и головкой. Также впервые пластины и головки были упакованы в гермокамеры, что исключило внешние воздействия на механизм, 30 Мбайт.
1979 год — в жёстком диске IBM 3370 впервые магнитные головки были изготовлены по тонкоплёночной технологии, разрабатываемой с конца 1960-х годов. Благодаря этому плотность записи увеличилась до 7,53 Мбит на дюйм. Тонкоплёночные головки чтения/записи производились до 1991 года, после чего их заменили магниторезистивные головки.
1980 год — первый 5,25-дюймовый Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб (промышленные накопители IBM достигали ёмкости в 1 Гбайт). Жесткие диски типоразмера 5,25" производились до 1998 года.
1981 год — 5,25-дюймовый Shugart ST-412, 10 Мб.
1983 год — первый 3,5 дюймовый жёсткий диск, выпущенный небольшой шотландской компанией Rodime, 10 Мб. Данный форм-фактор был запатентован Rodime как собственное изобретение.
1985 год — стандарт ESDI, доработанный стандарт ST-412
1986 год — стандарты SCSI, ATA (IDE).
1990 год — максимальная ёмкость 320 Мб.
1991 год — IBM выпускает первый 2,5 дюймовый жёсткий диск Tamba-1 ёмкостью 63 Мб и весом чуть более 200г.
1992 год — первый жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин, 2,1 Гбайт.
1995 год — максимальная ёмкость 2 Гб.
1996 год — первый жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 10 000 об/мин, Seagate Cheetah.
1997 год — максимальная ёмкость 10 Гб.
1998 год — стандарты UDMA/33 и ATAPI.
1999 год — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб.
2000 год — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 500 Мб и 1 Гб. В этом же году появились первые жёсткие диски со скоростью вращения шпинделя 15 000 оборотов в минуту, выпущенные Seagate и IBM. На этом гонка скоростей вращения прекратилась.
2002 год — стандарт ATA/ATAPI-6 и накопители ёмкостью свыше 137 Гб.
2003 год — появление SATA.
2003 год — Hitachi выпускает Microdrive ёмкостью 2 Гб.
2004 год — Seagate выпускает ST1 — аналог Microdrive ёмкостью 2,5 и 5 Гб.
2005 год — максимальная ёмкость 500 Гб.
2005 год — стандарт Serial ATA 3G (или SATA II).
2005 год — появление SAS (Serial Attached SCSI).
2005 год — Seagate выпускает ST1 — аналог Microdrive ёмкостью 8 Гб.
2006 год — применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях.
2006 год — появление первых «гибридных» жёстких дисков, содержащих блок флеш-памяти.
2006 год — Seagate выпускает ST1 — аналог Microdrive ёмкостью 12 Гб.
2007 год — Hitachi представляет первый коммерческий накопитель ёмкостью 1 Тб.
2009 год — на основе 500-гигабайтных пластин Western Digital, затем Seagate выпустили модели ёмкостью 2 Тб.
2009 год — Samsung выпустила первые жёсткие диски с интерфейсом USB 2.0
2009 год — Western Digital объявила о создании 2,5-дюймовых HDD объёмом 1 Тб (плотность записи — 333 Гб на одной пластине).
2009 год — появление стандарта SATA 3.0 (SATA 6G).
2010 год — Seagate выпускает жёсткий диск объёмом 3 Тб.
2010 год — Samsung выпускает жёсткий диск с пластинами, у которых плотность записи — 667 Гб на одной пластине.
2011 год — Western Digital выпустила первый диск на 750-Гб пластинах.
2011 год — Hitachi выпустила первый диск на 1 Тб пластинах.
2011 год — Seagate представила первый в мире 3,5-дюймовый диск объемом 4 Тбайта.
2013 год — Western Digital выпускает диск на 6 ТБ с 7 пластинами вместо.
2014 год — Western Digital выпустила первый в мире диск на 10 ТБ с гелием вместо воздуха. Имеет 7 пластин.
Интересные факты
Во времена создания первых жёстких дисков у IBM существовало правило: все модели должны были проходить через стандартный дверной проём в 75 см.
Плотность записи на жёстких дисках за 50 лет увеличилась в 60 млн раз.
