Зміст
1. Історія розвитку жорсткого диску
2. Жорсткі диски
2.1 Перший жорсткий диск
2.2 Принцип роботи жорсткого диска
2.3 Пристрій диска
2.4 Робота жорсткого диска
2.5 Об'єм, швидкість і час доступу
2.6 Інтерфейси жорстких дисків
2.7 Зовнішні жорсткі диски
3. Терабайти наступають
4. Відновлення інформації
4.1 Відновлення даних жорсткого диска: що робити в критичній ситуації
5. Альтернативні носії інформації
5.1 Твердотільні накопичувачі
Висновок
Список використаної літератури
1. Історія розвитку жорсткого диску
З моменту своєї появи в 50-і роки накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД) зазнали не менш істотні зміни, чим вся решта підсистема комп'ютера. Не стосуючись зовнішніх інтерфейсів, спробуємо заглянути всередину накопичувача – під кожух, на якому звичайно є грізний напис, що категорично забороняє це робити.
Перший накопичувач на жорстких магнітних дисках, що використовує повітряний зазор між головками і магнітною поверхнею, володів місткістю 5 млн. символів (символ, на відміну від байта, має довжину 7 біт). Він розміщувався на збірці з 50 пластин діаметром 60,9 см.
На початку 60-х років для створення зазору було запропоновано використовувати потік повітря, що утворюється при обертанні збірки з пластин, що дозволило зменшити зазор приблизно 20 мкм. Для запобігання попаданню пилу збірка головок і пластин була поміщена в герметичний кожух. У кожусі є отвір, прикритий мікропористим фільтром, для вирівнювання зовнішнього і внутрішнього тиску. Наявність повітря усередині кожуха принципова: він необхідний для створення повітряної подушки, на яку спирається головка.
Таким чином, основоположні принципи конструкції накопичувачів на жорстких дисках були сформовані близько 40 років тому. Проте всі підсистеми поволі еволюціонували, що привело до вражаючих в плані місткості і продуктивності результатам.
Першим накопичувачем, що має формфактор 5,25 дюйма, був ST-506 виробництва фірми Seagate. Його місткість складала 5 Мбайт. Наступний пристрій виробництва тієї ж фірми – ST-412 місткістю 10 Мбайт – стало стандартним накопичувачем комп'ютера IBM PC XT. Узявши його за точку відліку, простежимо за еволюцією різних підсистем накопичувачів на жорстких магнітних дисках.
Для зберігання інформації використовуються круглі пластини (platters), зібрані в пакет. Пластини виготовляються з алюмінієвого сплаву. У перших накопичувачах магнітний шар наносився методом поливу, як на магнітну стрічку. Він складався з найдрібніших частинок оксидів заліза і інших металів, що намагнічуються в процесі запису, і що пов'язує, яке сполучає частинки один з одним із пластинами.
Основною тенденцією в конструкції накопичувачів є підвищення щільності запису. У певний момент розмір частинок виявився дуже великий, тому в сучасних накопичувачах використовуються пластини з напиленим тонкоплівковим магнітним шаром. Це дозволяє зменшити розмір магнітного домена, а отже, щільність запису. Тонкоплівкове напилене покриття має гладшу поверхню, що дозволяє зменшити зазор між головкою і поверхнею пластини, а це, у свою чергу, компенсує зниження напруженості магнітного поля, пов'язане із зменшенням розміру доменів. Необхідність зменшення мікронерівностей привела до використання скла замість алюмінієвого сплаву як матеріал для виготовлення пластин. Скляні пластини застосовуються в деяких моделях накопичувачів IBM.
Поверхня пластини розбита на концентричні кільцеві доріжки, які служать для запису і зберігання інформації. Доріжки повинні розташовуватися якомога ближче один до одного для підвищення щільності запису і зменшення часу позиціонування головок (але не настільки близько, щоб створювати взаємні перешкоди). Доріжка розбита на сектори, які є мінімальною одиницею даних при доступі до накопичувача. Традиційно в кожному секторі зберігається 512 байт корисної інформації.
Спочатку кожна доріжка була розбита на 17 секторів. Це призводило до того, що щільність запису на периферійних доріжках була значно (у два і більше разів) менша, ніж на центральних. Тому в сучасних накопичувачах використовується технологія зонального запису (ZoneBitRecording). Поверхня пластини розбивається на деяку кількість (більше десяти) концентрично розташованих зон. У кожній зоні доріжка містить певну кількість секторів, що зменшується від периферії до центру. Це дозволяє ефективніше використовувати поверхню пластини і підвищити загальну щільність запису.
Подальший резерв підвищення щільності запису був вишуканий в способах модуляції. ЕДС, яка наводиться в головці при читанні, пропорційна не рівню магнітного поля, а швидкості його зміни. Якщо записати на магнітний носій сигнал прямокутної форми (подати меандр на головку запису), то лічений потім сигнал матиме форму загострених імпульсів відповідної полярності, що виникають в моменти зміни напряму магнітного потоку. Якщо кодувати одиницю сигналом високого рівня, а нуль – низького, то при записі довгої послідовності нулів або одиниць відбудеться збій синхронізації пристрою читання, оскільки запис проводиться із змінною від доріжки до доріжки щільністю. Для подолання цього явища деяка кількість змін напряму намагніченості повинна відбуватися навіть при записі суцільних масивів з нулів або одиниць. Першим способом була так звана частотна модуляція (FM). Вона вийшла з вживання ще до появи перших персональних комп'ютерів, і я згадуємо про неї тільки тому, що розуміння її принципу полегшить подальше читання. Отже, при частотній модуляції відбувається один перехід на початку кожного біта, а ще один – у середині бітового інтервалу, якщо записуваний біт є одиницею. При записі довільної послідовності з нулів і одиниць на кожен біт доводиться в середньому півтора переходи.
Модифіковану частотну модуляцію (MFM), можливо, пам'ятають деякі з ветеранів. Вона відрізняється від FM тим, що перехід на початку бітового інтервалу відбувається тільки при записі нуля, якщо перед ним також записаний нуль. При цьому кількість переходів на біт знижується удвічі, що дозволяє підвищити щільність запису. Відмітимо, що облік попереднього записаного біта при записі поточного дозволив удвічі підвищити щільність запису.
У технології RLL (RunLengthLimit) кодуються групи з 2 або 4 байт, що дозволяє ще більше підвищити щільність запису. Одним з результатів підвищення щільності запису стало послаблення сигналу від головки читання. Для боротьби з цим шкідливим явищем була упроваджена технологія PRML (partialresponse, maximumlikelihood), що дозволила підвищити щільність запису ще на 30-40%. Лічений головкою, аналоговий по суті, сигнал переводиться в цифрову форму і проходить обробку за допомогою цифрового сигнального процесора для відновлення найбільш правдоподібної його форми. Все це трохи схоже на ворожіння на кавовій гущі, але сучасні накопичувачі, що використовують еволюційний розвиток цієї технології – EPRML, майже завжди правильно прочитують те, що на них було записано.
Ще одним нововведенням, що стосується власне магнітних носіїв, є зникнення поганих секторів з нових дисків. Зрозуміло, що виготовити пластину без дефектів практично нереально. Раніше на кожному накопичувачі була заповнена техніком уручну під час заводських випробувань таблиця поганих секторів. Сьогодні нічого подібного немає. Куди ж ділися погані сектори? На жаль, нікуди вони не ділися, просто таблиця в нових накопичувачах записується безпосередньо в контроллер, а погані сектори переадресовуються на запасні. Швидше за все, це робиться з маркетингових міркувань – приємно узяти в руки новенький накопичувач без єдиного недоліка. Більш того, переадресація може проводитися накопичувачем у фоновому режимі, тобто якщо сектор, наприклад, читався не з першого разу, то у внутрішніх таблицях він позначається як поганий, а замість нього призначається сектор з резерву. Дістати з накопичувача інформацію про дійсне положення справ можна тільки за допомогою спеціальних сервісних програм.
Крім того, назавжди пішов параметрInterleave (перекриття секторів). За наявності повільної електроніки і повільних програм сектора на доріжці було вигідніше розміщувати не підряд (1-2-3-4.), а з перекриттям (1-10-2-11.), з тим щоб при послідовному читанні до моменту, коли прочитаний сектор оброблений, до головки якраз під'їхав наступний, інакше довелося б чекати майже цілий оборот шпинделя. Але святе місце порожнім не буває: замість перекриття секторів з'явилися зсуви секторів і доріжок.
Перемикання на сусідню поверхню навіть в межах одного циліндра займає в середньому близько однієї мілісекунди. Це складається з дуже малого часу перемикання головок, контролера, що проводиться електронними схемами, і часу встановлення головки. Доріжки, навіть розташовані на різних сторонах однієї і тієї ж поверхні, через погрішності виготовлення знаходяться не строго один під одним, а з деяким розкидом. Для того, щоб встановити головку точно на доріжку, потрібно рахувати певну кількість сервоінформації, а на це йде додатковий час. Проте за мілісекунду шпиндель накопичувача з частотою обертання 7200 об/хв встигає обернутися майже на одну восьму обороту. Тому перший сектор наступної доріжки в циліндрі зміщений відносно попереднього приблизно на 45о, що дозволяє почати читання якраз в той момент, коли закінчений процес установки головки.
Перехід до сусіднього циліндра також вимагає часу (типове значення 2-4 мс). З урахуванням цього перший сектор першої доріжки наступного циліндра зрушений щодо останнього сектора останньої доріжки попереднього циліндра. Ці хитрування дозволяють понизити втрати часу на очікування того моменту, коли потрібний сектор опиниться під головкою в режимі безперервного читання довгих файлів. На жаль, процес випадкового читання/запису не піддається оптимізації, тому необхідно проводити дефрагментацію диска, щоб повністю реалізувати закладений в накопичувачі потенціал.