Что такое жесткий диск компьютера?

Что такое жесткий диск компьютера? Расшифровка
На чтение 31 мин. Просмотров 6 Опубликовано
Содержание
  1. Анатомия накопителей: жёсткие диски
  2. Гермозона
  3. Метод черепичной магнитной записи
  4. Примечания
  5. Производители
  6. Стоимость
  7. Характеристики
  8. Хронология

Анатомия накопителей: жёсткие диски

Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, это не новое супергеройское трио из вселенной Marvel. Речь идёт о хранении наших драгоценных цифровых данных. Нам нужно где-то их хранить, надёжно и стабильно, чтобы мы могли иметь к ним доступ и изменять за мгновение ока. Забудьте о Железном человеке и Торе — мы говорим о жёстких дисках!

Итак, давайте погрузимся в изучении анатомии устройств, которые мы сегодня используем для хранения миллиардов битов данных.

Механический

накопитель на жёстких дисках

(hard disk drive, HDD) был стандартом систем хранения для компьютеров по всему миру в течение более 30 лет, но лежащие в его основе технологии намного старше.

Первый коммерческий HDD компания IBM выпустила в 1956 году, его ёмкость составляла аж 3,75 МБ. И в целом, за все эти годы общая структура накопителя не сильно изменилась. В нём по-прежнему есть диски, которые используют для хранения данных намагниченность, и есть устройства для чтения/записи этих данных. Изменился же, и очень сильно, объём данных, который можно на них хранить.

В 1987 году можно было купить HDD на 20 МБ примерно за 350 долларов; сегодня за такие же деньги можно купить 14 ТБ: в 700 000 раз больший объём.

Мы рассмотрим устройство не совсем такого размера, но тоже достойное по современным меркам: 3,5-дюймовый HDD Seagate Barracuda 3 TB, в частности, модель ST3000DM001, печально известную своим высоким процентом сбоев и вызванных этим юридических процессов. Изучаемый нами накопитель уже мёртв, поэтому это будет больше похоже на аутопсию, чем на урок анатомии.

Основную массу жёсткого диска составляет литой металл. Силы внутри устройства при активном использовании могут быть довольно серьёзными, поэтому толстый металл препятствует изгибанию и вибрациям корпуса. Даже в крошечных 1,8-дюймовых HDD в качестве материала корпуса используются металл, однако обычно они делаются не из стали, а из алюминия, потому что должны быть как можно более лёгкими.

Перевернув накопитель, мы видим печатную плату и несколько разъёмов. Разъём в верхней части платы используется для двигателя, вращающего диски, а нижние три (слева направо) — это контакты под перемычки, позволяющие настраивать накопитель под определённые конфигурации, разъём данных SATA (Serial ATA) и разъём питания SATA.

Serial ATA впервые появился в 2000 году. В настольных компьютерах это стандартная система, используемая для подключения приводов к остальной части компьютера. Спецификация формата претерпела множество ревизий, и сейчас мы пользуемся версией 3.4. Наш труп жёсткого диска имеет более старую версию, но различие заключается только в одном контакте в разъёме питания.

В подключениях передачи данных для приёма и получения данных используется дифференцированный сигнал: контакты A и A- используются для передачи инструкций и данных в жёсткий диск, а контакты B — для получения этих сигналов. Подобное использование спаренных проводников значительно снижает влияние на сигнал электрического шума, то есть устройство может работать быстрее.

Если говорить о питании, то мы видим, что в разъёме есть по паре контактов каждого напряжения ( 3.3, 5 и 12V); однако большинство из них не используется, потому что HDD не требуется много питания. Эта конкретная модель Seagate при активной нагрузке использует менее 10 Вт. Контакты, помеченные как PC, используются для precharge: эта функция позволяет вытаскивать и подключать жёсткий диск, пока компьютер продолжает работать (это называется горячей заменой (hot swapping)).

Контакт с меткой PWDIS позволяет удалённо перезагружать (remote reset) жёсткий диск, но эта функция поддерживается только с версии SATA 3.3, поэтому в моём диске это просто ещё одна линия питания 3.3V. А последний контакт, помеченный как SSU, просто сообщает компьютеру, поддерживает ли жёсткий диск технологию последовательной раскрутки шпинделей staggered spin up.

Перед тем, как компьютер сможет их использовать, диски внутри устройства (которые мы скоро увидим), должны раскрутиться до полной скорости. Но если в машине установлено много жёстких дисков, то внезапный одновременный запрос питания может навредить системе. Постепенная раскрутка шпинделей полностью устраняет возможность таких проблем, но при этом перед получением полного доступа к HDD придётся подождать несколько секунд.

Сняв печатную плату, можно увидеть, как она соединяется с компонентами внутри устройства. HDD

не герметичны

, за исключением устройств с очень большими ёмкостями — в них вместо воздуха используется гелий, потому что он намного менее плотный и создаёт меньше проблем в накопителях с большим количеством дисков. С другой стороны, не стоит и подвергать обычные накопители открытому воздействию окружающей среды.

Благодаря использованию таких разъёмов минимизируется количество входных точек, через которые внутрь накопителя могут попасть грязь и пыль; в металлическом корпусе есть отверстие (большая белая точка в левом нижнем углу изображения), позволяющее сохранять внутри давление окружающей среды.

Теперь, когда печатная плата снята, давайте посмотрим, что находится внутри. Тут есть четыре основных чипа:

Компоненты печатной платы различных HDD могут отличаться. Для больших объёмов требуется больше кэша (в самых современных монстрах может быть до 256 МБ DDR3), а чип основного контроллера может быть чуть более изощрённым в обработке ошибок, но в целом различия не так велики.

Открыть накопитель просто, достаточно открутить несколько болтов Torx и вуаля! Мы внутри…

Учитывая, что он занимает основную часть устройства, наше внимание сразу привлекает большой металлический круг; несложно понять, почему накопители называются

дисковыми

. Правильно их называть

пластинами

; они изготавливаются из стекла или алюминия и покрываются несколькими слоями различных материалов. Этот накопитель на 3 ТБ имеет три пластины, то есть на каждой стороне одной пластины должно храниться 500 ГБ.

Изображение довольно пыльное, такие грязные пластины не соответствуют точности проектирования и производства, необходимого для их изготовления. В нашем примере HDD сам алюминиевый диск имеет толщину 0,04 дюйма (1 мм), но отполирован до такой степени, что средняя высота отклонений на поверхности меньше 0,000001 дюйма (примерно 30 нм).

Базовый слой имеет глубину всего 0,0004 дюйма (10 микронов) и состоит из нескольких слоёв материалов, нанесённых на металл. Нанесение выполняется при помощи химического никелирования с последующим вакуумным напылением, подготавливающих диск для основных магнитных материалов, используемых для хранения цифровых данных.

Этот материал обычно является сложным кобальтовым сплавом и составлен из концентрических кругов, каждый из которых примерно 0,00001 дюйма (примерно 250 нм) в ширину и 0,000001 дюйма (25 нм) в глубину. На микроуровне сплавы металлов образуют зёрна, похожие на мыльные пузыри на поверхности воды.

Каждое зерно обладает собственным магнитным полем, но его можно преобразовать в заданном направлении. Группирование таких полей приводит к возникновению битов данных (0 и 1). Если вы хотите подробнее узнать об этой теме, то прочитайте этот документ Йельского университета. Последними покрытиями становятся слой углерода для защиты, а потом полимер для снижения контактного трения. Вместе их толщина составляет не больше 0,0000005 дюйма (12 нм).

Скоро мы увидим, почему пластины должны изготавливаться с такими строгими допусками, но всё-таки удивительно осознавать, что всего за 15 долларов можно стать гордым владельцем устройства, изготовленного с нанометровой точностью!

Однако давайте снова вернёмся к самому HDD и посмотрим, что же в нём есть ещё.

Жёлтым цветом показана металлическая крышка, надёжно крепящая пластину к

электродвигателю привода шпинделя

— электроприводу, вращающему диски. В этом HDD они вращаются с частотой 7200 rpm (оборотов/мин), но в других моделях могут работать медленнее. Медленные накопители имеют пониженный шум и энергопотребление, но и меньшую скорость, а более быстрые накопители могут достигать скорости 15 000 rpm.

Чтобы снизить урон, наносимый пылью и влагой воздуха, используется фильтр рециркуляции (зелёный квадрат), собирающий мелкие частицы и удерживающий их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. Над дисками и рядом с фильтром есть один из трёх разделителей пластин: помогающих снижать вибрации и поддерживать как можно более равномерный поток воздуха.

В левой верхней части изображения синим квадратом указан один из двух постоянных стержневых магнитов. Они обеспечивают магнитное поле, необходимое для перемещения компонента, указанного красным цветом. Давайте отделим эти детали, чтобы видеть их лучше.

То, что выглядит как белый пластырь — это ещё один фильтр, только он очищает частицы и газы, попадающие снаружи через отверстие, которое мы видели выше. Металлические шипы — это

рычаги перемещения головок

, на которых находятся

головки чтения-записи

жёсткого диска. Они с огромной скоростью движутся по поверхности пластин (верхней и нижней).

Другие сокращения:  Что означает OSA? -определения OSA | Аббревиатура Finder

Посмотрите это видео, созданное The Slow Mo Guys, чтобы увидеть, насколько они быстрые:

В конструкции не используется чего-то вроде

шагового электродвигателя

; для перемещения рычагов по соленоиду в основании рычагов проводится электрический ток.

Обобщённо их называют

звуковыми катушками

, потому что они используют тот же принцип, который применяется в динамиках и микрофонах для перемещения мембран. Ток генерирует вокруг них магнитное поле, которое реагирует на поле, созданное стержневыми постоянными магнитами.

Не забывайте, что дорожки данных крошечны, поэтому позиционирование рычагов должно быть чрезвычайно точным, как и всё остальное в накопителе. У некоторых жёстких дисков есть многоступенчатые рычаги, которые вносят небольшие изменения в направление только одной части целого рычага.

В некоторых жёстких дисках дорожки данных накладываются друг на друга. Эта технология называется черепичной магнитной записью (shingled magnetic recording), и её требования к точности и позиционированию (то есть к попаданию постоянно в одну точку) ещё строже.

На самом конце рычагов есть очень чувствительные головки чтения-записи. В нашем HDD содержится 3 пластины и 6 головок, и каждая из них

плавает

над диском при его вращении. Для этого головки подвешены на сверхтонких полосках металла.

И здесь мы можем увидеть, почему умер наш анатомический образец — по крайней мере одна из головок разболталась, и что бы ни вызвало изначальный повреждение, оно также погнуло один из рычагов. Весь компонент головки настолько мал, что, как видно ниже, очень сложно получить её качественный снимок обычной камерой.

Однако мы можем разобрать отдельные части. Серый блок — это специально изготовленная деталь под названием

«слайдер»

: когда диск вращается под ним, поток воздуха создаёт подъёмную силу, поднимая головку от поверхности. И когда мы говорим «поднимает», то имеем в виду зазор шириной всего 0,0000002 дюйма или меньше 5 нм.

Чуть дальше, и головки не смогут распознавать изменения магнитных полей дорожки; если бы головки лежали на поверхности, то просто поцарапали бы покрытие. Именно поэтому нужно фильтровать воздух внутри корпуса накопителя: пыль и влага на поверхности диска просто сломают головки.

Крошечный металлический «шест» на конце головки помогает с общей аэродинамикой. Однако чтобы увидеть части, выполняющие чтение и запись, нам нужна фотография получше.

На этом изображении другого жёсткого диска устройства чтения и записи находятся под всеми электрическими соединениями. Запись выполняется системой

тонкоплёночнойиндуктивности

(thin film induction, TFI), а чтение —

туннельныммагнеторезистивным

устройством (tunneling magnetoresistive device, TMR).

Создаваемые TMR сигналы очень слабы и перед отправкой должны проходить через усилитель для повышения уровней. Отвечающий за это чип находится рядом с основанием рычагов на изображении ниже.

Как сказано во введении к статье, механические компоненты и принцип работы жёсткого диска почти не изменились за многие годы. Больше всего совершенствовалась технология магнитных дорожек и головок чтения-записи, создавая всё более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводило к увеличению объёма хранимой информации.

Однако механические жёсткие диски имеют очевидные ограничения скорости. На перемещение рычагов в нужное положение требуется время, а если данные разбросаны по разным дорожкам на различных пластинах, то на поиски битов накопитель будет тратить довольно много микросекунд.

Прежде чем переходить к другому типу накопителей, давайте укажем ориентировочные показатели скорости типичного HDD. Мы использовали бенчмарк CrystalDiskMark для оценки жёсткого диска WD 3.5″ 5400 RPM 2 TB:

В первых двух строчках указано количество МБ в секунду при выполнении последовательных (длинный, непрерывный список) и случайных (переходы по всему накопителю) чтения и записи. В следующей строке показано значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке показана средняя задержка (время в микросекундах) между передачей операции чтения или записи и получением значений данных.

В общем случае мы стремимся к тому, чтобы значения в первых трёх строчках были как можно больше, а в последней строчке — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих числах, мы просто используем их для сравнения, когда будем рассматривать другой тип накопителя: твердотельный накопитель.

Гермозона

Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, дискообразные пластины с магнитным покрытием (в некоторых моделях разделённые сепараторами), а также блок головок с устройством позиционирования и электроприводшпинделя.

Вопреки расхожему мнению, в подавляющем большинстве устройств внутри гермозоны нет вакуума. Одни производители делают её герметичной (отсюда и название) и заполняют очищенным и осушенным воздухом или нейтральными газами, в частности, азотом, а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану (в таком случае внутри корпуса жёсткого диска предусматривается маленький карман для пакетика силикагеля, который абсорбирует водяные пары, оставшиеся внутри корпуса после его герметизации).

Другие производители выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие (несколько микрометров) частицы. Однако в этом случае выравнивается и влажность, а также могут проникнуть вредные газы. Выравнивание давления необходимо, чтобы предотвратить деформацию корпуса гермозоны при перепадах атмосферного давления (например, в самолёте) и температуры, а также при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в гермозоне и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.

Блок головок — пакет кронштейнов (рычагов) из сплавов на основе алюминия, совмещающих в себе малый вес и высокую жёсткость (обычно по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки[источник не указан 2694 дня].

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла (IBM), но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (от 3600 до 15 000). При такой скорости вблизи поверхности пластины создаётся мощный воздушный поток, который приподнимает головки и заставляет их парить над поверхностью пластины.

Форма головок рассчитывается так, чтобы при работе обеспечить оптимальное расстояние от пластины. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки.

Сепаратор (разделитель) — пластина, изготовленная из пластика или алюминия, находящаяся между пластинами магнитных дисков и над верхней пластиной магнитного диска. Используется для выравнивания потоков воздуха внутри гермозоны.

Метод черепичной магнитной записи

Метод черепичной магнитной записи[en] — технология SMR (англ. Shingled Magnetic Recording) был реализован в начале 2022-х годов.

В нём используется тот факт, что ширина области чтения меньше, чем ширина записывающей головки. Запись дорожек в этом методе производится с частичным наложением в рамках групп дорожек (пакетов). Каждая следующая дорожка пакета частично закрывает предыдущую (подобно черепичной кровле), оставляя от неё узкую часть, достаточную для считывающей головки.

По своей специфике она радикально отличается от более популярных технологий записи CMR и PMR[12][13][14].

Черепичная запись увеличивает плотность[en] записанной информации (технология применяется производителями жестких дисков для повышения плотности записи данных, что позволяет им умещать большее количество информации на каждой пластине винчестера), однако осложняет перезапись — при каждом изменении требуется полностью перезаписать весь пакет перекрывающихся дорожек.

Технология позволяет увеличить ёмкость жёстких дисков на 15—20 %, в зависимости от конкретной реализации; при этом не лишена недостатков, главный из которых — низкая скорость записи/перезаписи, что критично при использовании в клиентских компьютерах.

Официально, технология черепичной магнитной записи применяется главным образом в НЖМД для центров обработки данных (ЦОД), используются для архивов и приложений типа WORM (write once, read many), где редко необходима перезапись.

Компании WD и Toshiba в конце 2022-х намеренно скрывали информацию об использовании в ряде своих накопителей, ориентированных на потребительский сегмент, данной технологии; её использование приводит к несовместимости накопителей с некоторыми моделями файловых серверов и к невозможности их объединения в RAID-массивы[15], а также к падению скорости произвольной записи.

Кроме того, ошибки в прошивке некоторых SMR-дисков WD приводили к потере данных при использовании файловой системы ZFS[16][17].

Что касается третьего крупнейшего произволителя жёстких дисков, Seagate, она сообщала об использовании SMR в документации к некоторым дискам, но скрывала её в случае других[15][18].

Примечания

  1. ↑Reference Guide — Hard Disk Drives (англ.). Дата обращения: 28 июля 2009.Архивировано 23 августа 2022 года.
  2. ↑http://www.storagereview.com/guide/histEarly.htmlАрхивная копия от 29 ноября 2022 на Wayback Machine Reference Guide — Hard Disk Drives — Early Disk Drives (англ.)
  3. ↑IBM Archives: IBM 3340 direct access storage facility
  4. ↑Жёсткий диск или винчестер?Архивная копия от 20 июня 2022 на Wayback Machine
  5. ↑Словарь русского арго. — ГРАМОТА.РУ. В. С. Елистратов. 2002.
  6. ↑Timeline: 50 Years of Hard Drives
  7. ↑Nanoelectronics and Photonics, p. 82.
  8. ↑ 12Жёсткие диски объёмом свыше 20 Тбайт перейдут на стеклянные пластины // 3DNews, 07.11.2020
  9. ↑2,4 Тбит на квадратный дюйм к 2022 году // 3DNews, 08.06.2009
  10. ↑17 августа в истории… революционные винчестерыАрхивная копия от 18 августа 2022 на Wayback Machine // Ferra.ru
  11. ↑Иллюстрация Western Digital с прогнозом по снижению стоимости терабайта в HDD и SSD (Western Digital Stuns Storage Industry with MAMR Breakthrough for Next-Gen HDDs — Anandtech, October 12, 2022 (англ.))
  12. ↑Chip, 2022, № 11, с. 116.
  13. ↑Технология SMR открывает новые горизонты магнитной записи КомпьютерПресс № 12, 2022
  14. ↑Черепичная магнитная запись aka SMR
  15. ↑ 12Все производители жестких дисков пойманы на использовании «вредительской» технологии записи // CNews, 17.04.2020
  16. ↑Выявлена несовместимость SMR-дисков WD с ZFS, которая может привести к потере данных
  17. ↑WD Red SMR Drive Compatibility with ZFS |
  18. ↑Некоторые HDD Seagate и Western Digital тайно используют SMR // 3DNews, 15.04.2020
  19. ↑TDK освоила 1 терабит на квадратный дюйм, 3DNews, 07.10.2009.
  20. ↑Д. Анисимов, Е. Патий. Индустрия жёстких дисков: дальше — больше // «Экспресс электроника». — 2007. — № 3.
  21. ↑ 12Эльяс Касми.Seagate выпустила «первый в мире» жесткий диск объемом 16 ТБ с радикально новой технологией (рус.). CNews (5 декабря 2022). Дата обращения: 19 февраля 2021.
  22. ↑Seagate to expand HDD storage capacity
  23. ↑X3T10 791D Revision 4c Working Draft (англ.). American National Standard for Information Technology — AT Attachment Interface for Disk Drives. Technical Committee of the International Committee on Information Technology Standards. — Черновик стандарта ANSI X3.221 — 199x. Дата обращения: 16 апреля 2022. (недоступная ссылка)
  24. ↑В спецификациях АТА и SCSI отсутствуют команды для этого
  25. ↑Во всех серийно используемых стандартах, начиная с ST-506/ST-412, разработанного в начале 1980-х годов.
  26. ↑IDEMA Announces a New Sector Length Standard (неопр.).
  27. ↑The page is no longer availableАрхивная копия от 11 июля 2022 на Wayback Machine
  28. ↑WD Align Tool
  29. ↑Product FeaturesАрхивная копия от 19 сентября 2022 на Wayback Machine
  30. ↑Windows Vista support for large-sector hard disk drives (англ.). Microsoft (29 мая 2007). Дата обращения: 14 апреля 2022.Архивировано 23 августа 2022 года.
  31. ↑Information about Microsoft support policy for large sector drives in Windows (англ.). Microsoft (4 марта 2022). Дата обращения: 14 апреля 2022.Архивировано 23 августа 2022 года.
  32. ↑ 12345UPgrade № 4, 2022, с. 23.
  33. ↑2022 Hard Drive Review: Testing 61,590 Hard Drives / Backblaze, May 17, 2022, Andy Klein (англ.)
  34. ↑Desire Athow.Seagate confirms 20TB HAMR hard disk drives have been shipped (неопр.). Tech Radar (18 декабря 2020). Дата обращения: 8 января 2021.
  35. ↑В спецификации диска Medalist 545xe (Seagate ST3660A) заявлены параметры: форматированный объём 545,5 Мб и геометрия 1057 цилиндров × 16 головок × 63 сектора × 512 байт в секторе = 545 513 472 байт. Однако заявленный объём 545,5 из геометрии получается только если её поделить на 1000×1000; при делении на 1024×1024 получается значение 520,2. Medalist 545XE (англ.) (недоступная ссылка). Seagate (17 августа 1994). Дата обращения: 8 декабря 2008.Архивировано 9 мая 2008 года.
  36. ↑Другой пример: заявлен объём 320 Гб и количество доступных секторов 625 142 448. Однако если количество секторов умножить на их размер (512), то в результате получится 320 072 933 376. «320» отсюда получаются только делением на 1000³, при делении на 1024³ получается только 298.Barracuda 7200.9 320 GB PATA hard drive (ST3320833A) (англ.). Seagate. — закладка Technical Specifications. Дата обращения: 8 декабря 2008.Архивировано 23 августа 2022 года.
  37. ↑База знаний Seagate. Стандарты измерения ёмкости запоминающего устройства
  38. ↑UPgrade № 4, 2022, с. 20.
  39. ↑https://courses.cs.washington.edu/courses/cse378/10sp/lectures/lec26.pdf
  40. ↑logo-symantec-dark-source
  41. ↑News, Tips, and Advice for Technology Professionals — TechRepublic
  42. ↑SSD Throughput, Latency and IOPS Explained — Learning To Run With Flash | The SSD Review
  43. ↑Dataidol.com is For Sale | BrandBucket
  44. ↑Hard Disk Drive: Mechatronics and Control, p21
  45. ↑Best internal hard drives 2022: The best high-capacity HDDs to buy from £100 | Expert Reviews
  46. ↑Обзор Scythe Quiet Drive
  47. ↑Коллекция утилит для низкоуровневой диагностики и ремонта жёстких дисков (неопр.). Архивировано 23 августа 2022 года.
  48. ↑Утилита диагностики и ремонта жёстких дисков UDMA-3000 с модулями для множества моделей (неопр.). Архивировано 23 августа 2022 года.
  49. ↑New Operating Structure for Toshiba’s HDD Business // toshiba.co
  50. ↑ 12UPgrade № 4, 2022, с. 25.
  51. ↑Пресс-релиз HGST // Western Digital (англ.)
  52. ↑Western Digital покупает Hitachi (неопр.) (недоступная ссылка). Upgrade Special (9 марта 2022). Дата обращения: 17 марта 2022.Архивировано 2 апреля 2022 года.
  53. ↑Минус один // UPgrade : журнал. — 2022. — № 10 (514). — С. 7. — ISSN1680-4894.
  54. ↑Компании Seagate и Samsung объявили о широкомасштабном согласовании стратегий (неопр.). Новости Seagate (19 апреля 2022). Дата обращения: 2 июля 2022.
  55. ↑Компания Seagate завершает приобретение направления жёстких дисков компании Samsung (неопр.). Новости Seagate (19 декабря 2022). Дата обращения: 2 июля 2022.
  56. ↑Why are some hard drives more reliable than others? // ExtremeTech, September 23, 2022
  57. ↑How Three Hard Drive Companies Gobbled Up The Industry
  58. ↑Крупнейший производитель увеличит выпуск пластин для жёстких дисков чтобы справиться с информационным цунами // 3DNews, 13.01.2021
  59. ↑Жёсткие диски объёмом свыше 20 Тбайт перейдут на стеклянные пластины // 3DNews, 7.11.2020
  60. ↑Единственный производитель стеклянных пластин для жёстких дисков стал жертвой хакерской атаки // 3DNews, 22.04.2021
  61. ↑Disk Drive Prices (1955—2022) (англ.). Дата обращения: 10 января 2022.Архивировано 14 июля 2022 года.
  62. ↑Жесткие диски подорожали // UPgrade : журнал. — 2022. — 31 октября (№ 42). — С. 31. — ISSN1680-4694.
  63. ↑Эксперты: дефицит жёстких дисков только усилится (неопр.). Вести.ru (9 ноября 2022). Дата обращения: 9 ноября 2022.
  64. ↑Мировой рынок HDD рухнул под напором пандемии. CNews, 16.04.2020
  65. ↑Рынок жёстких дисков стремительно сжимается, виноваты пандемия, приставки и SSD. 3DNews Daily Digital Digest, 16.04.2020
  66. ↑Валерий Кодачигов.Новая криптовалюта спровоцировала двукратный рост цен на жесткие диски (рус.) // Ведомости : газета. — 2021. — 10 мая.
  67. ↑Андрей Ставицкий.В России резко подорожали жесткие диски (рус.). Lenta.ru (11 мая 2021). Дата обращения: 29 мая 2021.
  68. ↑Артур Хамзин.Жёсткие диски в России подорожали в несколько раз из-за популярности криптовалюты Chia (рус.). 3DNews (11 мая 2021). Дата обращения: 29 мая 2021.
  69. ↑Ксения Мурашева.В России в 2-3 раза выросли цены на жёсткие диски (рус.). ferra.ru (11 мая 2021). Дата обращения: 29 мая 2021.
  70. ↑Эльяс Касми.В России в разы подорожали жесткие диски (рус.). CNews (11 мая 2021). Дата обращения: 29 мая 2021.
  71. ↑Первый жесткий диск — IBM 350 | Квадра
  72. ↑UPgrade № 4, 2022, с. 21.
  73. ↑UPgrade № 4, 2022, с. 21—22.
  74. ↑ 123UPgrade № 4, 2022, с. 22.
  75. ↑UPgrade № 4, 2022, с. 23—24.
  76. ↑UPgrade № 4, 2022, с. 24.
  77. ↑Выпущен двухтерабайтный винчестерЛента.ру
  78. ↑Samsung: 1.8″ Spinpoint N3U HDD With Native USBАрхивная копия от 1 января 2022 на Wayback Machine (англ.)
  79. ↑Western Digital Releases 1TB 2.5-inch Laptop Hard Drive (недоступная ссылка) (англ.)
  80. ↑Новости Hardware | Новости и статьиАрхивная копия от 14 августа 2022 на Wayback Machine // Ф-Центр
  81. ↑Новый виток эволюции: 3-ТБ жёсткие диски (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 16 января 2022.Архивировано 19 января 2022 года.
  82. ↑Hitachi начинает выпуск жёстких дисков ёмкостью 1 ТБ с одной пластиной
  83. ↑журнал «Компьютерная газета Хард Софт» 7/2022, стр.15
  84. ↑4 внешних терабайта // UPgrade : журнал. — 2022. — 19 сентября (№ 36). — С. 43. — ISSN1680-4694. Архивировано 20 августа 2022 года.
  85. ↑Seagate представила жёсткий диск ёмкостью 4 Тб (неопр.) (недоступная ссылка). Дата обращения: 26 сентября 2022.Архивировано 19 января 2022 года.
  86. ↑Digital enlists helium for 6TB energy-efficient drives (недоступная ссылка)
  87. ↑Western Digital выпустила первую в мире 10-терабайтную модель HDD с гелием вместо воздуха (неопр.).
  88. ↑Western Digital unveils world’s first 10TB hard drive: Helium-filled, shingled recording
  89. ↑Объем жесткого диска Toshiba MG07ACA — 14 ТБ (рус.), iXBT.com. Дата обращения 20 декабря 2022.
  90. ↑Cal Jeffrey.Seagate announces »world’s first» 16TB 3.5-inch hard drive (англ.)  (неопр.) ?. https://www.techspot.com (3.12.2022).
Другие сокращения:  Общий анализ крови оак

Производители

Изначально на рынке было большое разнообразие жёстких дисков, производившихся множеством компаний. В связи с ужесточением конкуренции, бурным ростом ёмкости, требующим современных технологий, и понижением норм прибыли большинство производителей было либо куплено конкурентами, либо перешло на другие виды продукции.

В середине 1990-х годов существовала компания Conner Peripherals[en], которую впоследствии купила Seagate.

В первой половине 1990-х существовала фирма Micropolis[en], производившая очень дорогие SCSI-диски премиум-класса для серверов.

Но при выпуске первых в отрасли винчестеров на 7200 об./мин. ею были использованы некачественные подшипники шпинделя, поставлявшиеся фирмой Nidec, и Micropolis понесла фатальные убытки на возвратах, разорилась и была полностью выкуплена компанией Seagate.

Жёсткие диски выпускала и компания NEC.

Fujitsu продолжает выпускать жёсткие диски для ноутбуков и SCSI-диски, но покинула массовый рынок настольных накопителей в 2001 году из-за массово выходившей из строя микросхемы контроллера Cirrus Logic (некачественный флюс приводил к коррозии паек).

До этого жёсткие диски Fujitsu считались[кем?] лучшими в секторе настольных компьютеров[источник не указан 1577 дней], имея превосходные характеристики вращающихся поверхностей, практически без переназначенных на заводе секторов.

Подразделение IBM, диски которого доселе считались практически эталонными, после роковых неудач, связанных с массовыми отказами дисков для настольных компьютеров в начале 2000-х (окислялись контакты неудачно выполненного разъёма гермобанки), купила фирма Hitachi в 2002 году[50].

Достаточно яркий след в истории жёстких дисков оставила компания Quantum Quantum Corp.[en], но и она в начале 2000-х потерпела неудачи, даже ещё более трагические, чем IBM и Fujitsu: в жёстких дисках Quantum серии CX выходила из строя микросхема коммутатора головок, расположенная в гермобанке диска, что приводило к весьма дорогостоящему извлечению данных с вышедшего из строя диска.

Одним из лидеров в производстве дисков являлась компания Maxtor. В 2001 году Maxtor выкупила подразделение жёстких дисков компании Quantum и тоже не избежала проблем с репутацией из-за так называемых «тонких» дисков. В 2006 году Maxtor приобрела компания Seagate[50].

Весной 2022 года производство Hitachi приобрела компания Western Digital (заводы 3,5-дюймовых дисков были переданы Toshiba в 2022 году)[51][52][53]; в то же время Samsung продала своё HDD-подразделение компании Seagate[54][55].

С 2022 года осталось три основных производителя — Seagate, Western Digital и Toshiba[56][57].

Также HGST, Inc.[en] (Hitachi Global Storage Technologies).

Производители пластин

Стоимость

С начала выпуска жёстких дисков в 1956 году их цена снизилась с десятков тысяч долларов до десятков долларов в середине 2022-х годов. Стоимость ёмкости снизилась с 9200 до 0,000035 $ за один мегабайт[61].

В результате наводнения в Таиланде 2022 года были затоплены заводы по производству жёстких дисков Western Digital, Seagate Technology, Hitachi и Toshiba. По сообщению IDC, это привело к падению выпуска жёстких дисков на треть[62].

По оценкам Piper Jaffray, в IV квартале 2022 года дефицит жёстких дисков на мировом рынке составит 60—80 млн единиц при объёме спроса в 180 миллионов, по состоянию на 9 ноября 2022 года цены на жёсткие диски уже выросли в пределах от 10 до 60 %[63].

В 2020 году в связи с пандемией COVID-19 производители жёстких дисков заметно сократили выпуск накопителей, но в дальнейшем, по оценкам экспертов, этот рынок снова начнёт расти (по крайней мере, в нише накопителей для систем хранения). Речь идет о жёстких дисках объёмом до 20 Тбайт.

Накопители большей ёмкости в ближайшие год-два будут переходить на запись с подогревом (HAMR), для которой, как считается, лучше подходят стеклянные пластины, а не алюминиевые. Ожидаемый с распространением связи 5G рост данных в сетях потребует новых и более ёмких систем хранения, с чем SSD не смогут справиться, удалённая работа и Интернет вещей тоже станут источником ощутимого роста спроса на накопители HDD[64][65].

Другие сокращения:  Атэ – что означает? Определение, значение, примеры употребления

В мае 2021 года, в связи с запуском криптовалюты Chia (англ.), основанной на майнинге посредством HDD, произошло подорожание жёстких дисков 2—3 раза[66][67][68][69][70].

Характеристики

  • Интерфейс (англ. interface) — техническое средство взаимодействия двух разнородных устройств, что в случае с жёсткими дисками является совокупностью линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии (контроллеры интерфейсов), и правил (протокола) обмена. Современные серийно выпускаемые внутренние жёсткие диски в разное время использовали интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, SCSI, SAS. В ряде устройств на базе жёстких дисков могли также применяться интерфейсы eSATA, FireWire, SDIO, Fibre Channel, USB 2, USB 3, Thunderbolt.
  • Ёмкость (англ. capacity) — количество данных, которые могут храниться накопителем. С момента создания первых жёстких дисков в результате непрерывного совершенствования технологии записи данных их максимально возможная ёмкость непрерывно увеличивается. Плотность записи на жёстких дисках за 50 лет (с 1961 по 2022 год) увеличилась в 60 млн раз[32]. Для дисков с форм-фактором дисководов 3,5 дюйма на 2022 год она достигала 6, 8 или 10 ТиБ[33], а к 2020 году — 20 ТиБ[34]. В отличие от общепринятой в информатике системы двоичных приставок, обозначающих кратную 1024 величину, производителями при обозначении ёмкости жёстких дисков используются величины, кратные 1000. Так, ёмкость жёсткого диска, маркированного как «200 ГБ», составляет 186,2 ГиБ[35][36][37].
  • Физический размер (форм-фактор; англ. dimension) — почти все накопители 2001—2008 годов для персональных компьютеров и серверов имеют ширину либо 3,5, либо 2,5 дюйма — под размер стандартных креплений для них соответственно в настольных компьютерах и ноутбуках. Также получили распространение форматы 1,8, 1,3, 1 и 0,85 дюйма. Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюйма. Во времена создания первых жёстких дисков у IBM существовало правило: все модели должны были проходить через стандартный дверной проём в 75 см[38].
  • Время произвольного доступа (англ. random access time) — среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска, зависит от скорости вращения. Диапазон этого параметра — от 2,5 до 16 мс, часто в спецификациях указывают среднее время доступа порядка 8—10 мс[39]. Как правило, минимальным временем обладают диски для серверов, самым большим — диски для портативных устройств. Для сравнения, у SSD-накопителей этот параметр меньше 1 мс, кроме того, SSD способны обрабатывать несколько случайных запросов одновременно.
  • Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200, 5400 и 7200 (ноутбуки); 5400, 5700, 5900, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры); 10 000 и 15 000 об./мин. (серверы и высокопроизводительные рабочие станции). Увеличению скорости вращения шпинделя в винчестерах для ноутбуков препятствует гироскопический эффект, влияние которого пренебрежимо мало в неподвижных компьютерах.
  • Надёжность (англ. reliability) — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживает технологию S.M.A.R.T.
  • Количество операций ввода-вывода в секунду (англ. IOPS) — зависит от скорости вращения, размера запросов и локализации запросов. У современных дисков на 7200 об/с этот параметр оценивается как около 75—100 оп./с при произвольном доступе к накопителю, и определяется в большей степенью временем произвольного доступа[40][41]. При линейных (последовательных) операциях показатели «iops» определяются общим временем передачи данных и вычисляются через линейную скорость чтения и размер операций[42][43].
  • Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.
  • Сопротивляемость ударам (англ. G-shock rating) — сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.
  • Скорость передачи данных (англ. Transfer Rate) при последовательном доступе различается для областей диска (зон, ZBR[44])[45]:
  • Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 128 МБ.

Хронология

  • 1956 год — первый жёсткий диск IBM 350[en] в составе первого серийного компьютера IBM 305 RAMAC[en][71]. 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 млн 6-битных слов (3,5 МБ в пересчёте на 8-битные слова — байты).
  • 1961 год — в жёстком диске IBM 1301[en] головки чтения/записи впервые были установлены для каждого диска; 28 МБ[72].
  • 1973 год — в жёстком диске IBM 3340[en], названном 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 МБ[73].
  • 1979 год — в жёстком диске IBM 3370[en] 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[74].
  • 1980 год — первый 5,25-дюймовый Winchester, ShugartST-506; 5 МБ (промышленные накопители IBM достигали ёмкости в 1 ГБ[74]). Жёсткие диски типоразмера 5,25″ производились до 1998 года[32].
  • 1981 год — 5,25-дюймовый Shugart ST-412; 10 МБ[74].
  • 1983 год — первый 3,5-дюймовый жёсткий диск, выпущенный небольшой шотландской компанией Rodime[en]; 10 МБ. Данный форм-фактор был запатентован Rodime как собственное изобретение[32].
  • 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 200 грамм[32].
  • 1992 год — первый жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 7200 об./мин.; 2,1 ГБ[32].
  • 1995 год — максимальная ёмкость 2 ГБ.
  • 1996 год — первый жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 10 000 об./мин., Seagate Cheetah[75].
  • 1997 год — максимальная ёмкость 10 ГБ.
  • 1998 год — стандарты UDMA/33[en] 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[76].
  • 2002 год — стандарт ATA/ATAPI-6 и накопители ёмкостью 137 ГБ.
  • 2003 год — стандарт 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 — стандарты SATA II (Serial ATA 3G) и SAS (Serial Attached SCSI).
  • 2005 год — Seagate выпускает ST1[en] — 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[77].
  • 2009 год — Samsung выпустила первые жёсткие диски с интерфейсом USB 2.0[78].
  • 2009 год — Western Digital объявила о создании 2,5-дюймовых HDD объёмом 1 ТБ (плотность записи — 333 ГБ на одной пластине)[79].
  • 2009 год — появление стандарта SATA III (SATA 6G).
  • 2022 год — Seagate выпускает жёсткий диск объёмом 3 ТБ.
  • 2022 год — Samsung выпускает жёсткий диск с пластинами, у которых плотность записи — 667 ГБ на одной пластине[80].
  • 2022 год — Western Digital выпустила первый диск на 750-гигабайтных пластинах[81].
  • 2022 год — Hitachi и Seagate выпустили диски на 1-терабайтных пластинах[82][83].
  • 2022 год — Seagate представила первый в мире 3,5-дюймовый диск объёмом 4 ТБ[84][85].
  • 2022 год — Western Digital выпускает диск на 6 ТБ с 7 пластинами вместо 5[86].
  • 2022 год — Western Digital выпустила первый в мире диск на 10 ТБ с гелием вместо воздуха внутри корпуса. Имеет 7 пластин[87][88].
  • 2022 год — Toshiba выпустила диск MG07ACA, ёмкость которого составляет 14 ТБ[89].
  • 2022 год — используя технологию HAMR, Seagate выпустила первый в мире жёсткий диск объёмом 16 ТБ[90][21].
  • 2020 год — WDC и Seagate выпускают жёсткие диски объёмом 20 Тбайт[8].
hdd винчестер Жесткий Диск компьютеры памяти
Оцените статью
Расшифруй.Ру
© 2025 Расшифруй.Ру