Spôsob zápisu údajov na pevný disk. Pevný disk (magnetické úložisko, pevný disk, HDD)

Dobrý deň, priatelia!

Dnes si povieme niečo o pevnom disku. Vzácny používateľ počítača o ňom nepočul!

Winchester, alias HDD (Hard Disk Drive), alias pevný disk je zariadenie na ukladanie informácií.

HDD dostal svoj slangový názov podľa slávnej pušky, s ktorou belosi dobyli Ameriku. Jeden z prvých modelov pevných diskov mal označenie „30/30“, čo sa zhodovalo s kalibrom tejto strelnej zbrane.

Nižšie budeme hovoriť o pevných diskoch počítača.

Ako je usporiadaný pevný disk počítača?

Zvážime, ako sa tradičný (elektromechanický) pevný disk používaný v osobných počítačoch strojnásobí. Jeho základom je jeden alebo viacero informačných diskov. Prvé modely pevných diskov používali hliníkové disky.

Ale tieto prvé modely boli veľké a malé.

Flexibilné a pevné disky

Tie „skrutky“ (ďalší slangový výraz) mali fyzickú veľkosť a mali zhruba veľkosť 5,25“ disketovej mechaniky. V počiatkoch počítačového priemyslu sa dáta ukladali aj na 5,25" a 3,5" diskety.

Mechanika na čítanie a zápis takýchto diskov sa nazývala FDD. (disketová mechanika).

Tieto disky boli vyrobené z okrúhleho kusu plastu potiahnutého na oboch stranách feromagnetickým povlakom. Boli tenké a flexibilné, odtiaľ názov pohonu. Na ochranu pred vonkajšími vplyvmi boli tieto disky umiestnené v štvorcovom plastovom obale.

Disky v HDD majú podobnú štruktúru, sú však hrubšie a neohýbajú sa, čo sa odráža aj v názve. Na takýto disk sa pomocou centrifúgy nanesie tenká feromagnetická vrstva oxidov kovov. Údaje sa zapisujú a čítajú pomocou magnetických hláv.

Pri zápise do magnetickej hlavy je privádzaný informačný signál, ktorý mení orientáciu domén (feromagnetických častíc) vo feromagnetickej vrstve.

Pri čítaní zmagnetizované sekcie indukujú v hlave prúd, ktorý je následne spracovaný riadiacim obvodom (ovládačom). Požiadavky na rýchlosť a objemy dát neustále rástli. Do tejto oblasti boli vyslané najlepšie mysle sveta. A pevné disky, rovnako ako zvyšok počítačového hardvéru, boli neustále vylepšované.

Disky sa začali vyrábať zo skla a sklokeramiky. To umožnilo znížiť ich hmotnosť, hrúbku a zvýšiť rýchlosť otáčania.

Rýchlosť otáčania disku sa zvýšila z 3600 otáčok za minútu na 5400, 7200 a potom až na 10 000 a dokonca až na 15 000 otáčok za minútu! Pre porovnanie povedzme, že rýchlosť otáčania disku vo FDD bola 360 ot./min.

Čím vyššia je rýchlosť otáčania, tým rýchlejšie sa údaje čítajú.

feromagnetická vrstva

Feromagnetickú vrstvu je možné nanášať na povrch diskov dvoma spôsobmi – galvanickým nanášaním a vákuovým nanášaním. V prvom prípade sa disk ponorí do roztoku kovových solí a nanesie sa naň tenký film kovu (kobaltu).

Pri vákuovom nanášaní sa disk vloží do utesnenej komory, odčerpáva sa z nej vzduch a pomocou elektrického výboja sa ukladajú kovové častice.

Na vrch magnetickej vrstvy je nanesený ochranný uhlíkový povlak. Chráni tenkú magnetickú vrstvu pred zničením (a stratou informácií) v prípade možného kontaktu s hlavou.

Pevný disk môže mať jeden alebo viac fyzických diskov. V druhom prípade sú disky zostavené do jedinej konštrukcie a otáčajú sa synchrónne. Každý disk má dve strany s feromagnetickou vrstvou, dáta čítajú dve rôzne hlavy (umiestnené hore a dole).

Hlavy sú tiež zostavené do jednej konštrukcie a pohybujú sa synchrónne.

Mechanizmus pohybu hláv obsahuje cievku s drôtom a pevný permanentný magnet. Keď sa na cievku privedie prúd, vytvorí sa v nej magnetické pole, ktoré interaguje s magnetom. Výsledná sila pohybuje cievkou s celou pohyblivou časťou mechanizmu (a tiež hlavami).

Mechanizmus obsahuje pružinu, ktorá pri výpadku prúdu posúva hlavy do pôvodnej polohy. (miesto na parkovanie). Tým sa zabráni poškodeniu hláv a diskov.

Všimnite si, že malé neodýmové magnety, ktoré vytvárajú konštantné magnetické pole, sú veľmi silné!

V pracovnom stave sa disky otáčajú konštantnou rýchlosťou, hlavy sa "vznášajú" nad diskom. Počas rotácie dochádza k aerodynamickému prúdeniu, ktoré zdvíha hlavy. Ako sa technológia zlepšuje, vzdialenosť medzi hlavami a diskom sa zmenšuje.

Teraz sa zmenšila na niekoľko desiatok nanometrov!

Zníženie vzdialenosti umožňuje zvýšiť hustotu záznamu informácií. Do rovnakého objemu tak možno vtesnať viac informácií.

Čítajte a píšte hlavy

Použitie moderných pevných diskov magnetorezistentné hlavy.

Kryštál magnetorezistora môže meniť svoj odpor v závislosti od veľkosti a smeru magnetického poľa. Pri prechode hlavy cez oblasti s rôznou magnetizáciou sa zmení jej odpor, ktorý zachytí riadiaci obvod.

Hlava pevného disku obsahuje v skutočnosti dve hlavy – čítaciu a zapisovaciu. Nahrávacia hlava funguje na rovnakom princípe ako hlava u starších magnetofónov, ktoré používali kazety s magnetickými páskami.

Obsahuje otvorené jadro, v ktorého medzere sa vytvára magnetické pole, ktoré mení orientáciu magnetických domén na povrchu disku. "Vinutie" hlavy je vytlačené pomocou fotolitografie.

Vreteno a HDA

Hlavný motor pevného disku (vreteno), ktorý disk roztáča, obsahuje hydrodynamické ložisko. Od guľkového ložiska sa líši tým, že má oveľa menšie radiálne hádzanie.

V moderných pevných diskoch je hustota záznamu informácií veľmi vysoká, stopy sú umiestnené veľmi blízko seba.

Veľké množstvo radiálneho hádzania by nezvýšilo hustotu záznamu, alebo (so zmenšením vzdialenosti medzi stopami) by hlava počas jednej otáčky „skákala“ po susedných stopách. Hydrodynamické ložisko obsahuje tenkú vrstvu maziva medzi pohyblivými a stacionárnymi časťami.

Na záver povedzme, že vreteno, disky, hlava s pohonom sú umiestnené v samostatnej priehradke. Prvé modely pevných diskov obsahovali netesné priehradky vybavené filtrom s veľmi malými článkami na vyrovnávanie tlaku.

Potom sa objavili hermetické priehradky, ktoré mali v sebe dieru, uzavretú pružnou membránou. Membrána sa môže ohýbať v oboch smeroch, aby kompenzovala rozdiel tlaku vzduchu vo vnútri a mimo priestoru hlavy.

V ďalšej časti článku budeme pokračovať v oboznámení sa s tým, ako je pevný disk usporiadaný a ako funguje.

Victor Geronda bol s vami. Vidíme sa na blogu!

Pevné disky

Vykonáva ho študent
skupiny 40-101B.
Karimov K.R.
učiteľ:
Usov P.A.

1. Princíp fungovania pevného disku.. 3

2. Diskové zariadenie.. 5

3. Prevádzka pevného disku.. 10

4. Hlasitosť, rýchlosť a čas prístupu.. 12

5. Rozhrania pevného disku .. 14

6. Externé pevné disky .. 16

Ako funguje pevný disk

Pevný disk je jedným z najpokročilejších a najkomplexnejších zariadení moderného osobného počítača. Jeho disky sú schopné pojať mnoho megabajtov informácií prenášaných veľkou rýchlosťou. Zatiaľ čo takmer všetky počítačové komponenty sú tiché, pevný disk vrčí a vŕzga, čo z neho robí jedno z mála počítačových zariadení, ktoré obsahujú mechanické aj elektronické komponenty.

Základné princípy fungovania pevného disku sa od jeho počiatkov zmenili len málo. Zariadenie pevného disku je veľmi podobné bežnému gramofónu. Len pod telom môže byť niekoľko platní namontovaných na spoločnej osi a hlavy dokážu čítať informácie z oboch strán každej platne naraz. Rýchlosť otáčania platní (u niektorých modelov dosahuje 15 000 otáčok za minútu) je konštantná a je jednou z hlavných charakteristík. Hlava sa pohybuje pozdĺž dosky v určitej pevnej vzdialenosti od povrchu. Čím menšia je táto vzdialenosť, tým väčšia je presnosť čítania informácií a tým väčšia môže byť hustota záznamu informácií. Pri pohľade na pevný disk vidíte len pevné kovové puzdro. Je kompletne utesnený a chráni mechaniku pred prachovými časticami, ktoré v prípade, že sa dostanú do úzkej medzery medzi hlavou a povrchom disku, môžu poškodiť citlivú magnetickú vrstvu a znefunkčniť disk. Okrem toho puzdro chráni disk pred elektromagnetickým rušením. Vo vnútri puzdra sú všetky mechanizmy a niektoré elektronické komponenty. Mechanizmy sú samotné disky, na ktorých sú informácie uložené, hlavy, ktoré zapisujú a čítajú informácie z diskov, ako aj motory, ktoré to všetko uvádzajú do pohybu. Disk je okrúhla doska s veľmi plochým povrchom, často vyrobená z hliníka, menej často z keramiky alebo skla, potiahnutá tenkou feromagnetickou vrstvou. Disky sú vyrobené. Mnoho diskov používa vrstvu oxidu železa (čo je povlak na konvenčnej magnetickej páske), ale najnovšie pevné disky pracujú s vrstvou kobaltu hrubou asi desať mikrónov. Takýto povlak je odolnejší a navyše dokáže výrazne zvýšiť hustotu záznamu. Technológia jeho aplikácie je blízka technológii používanej pri výrobe integrovaných obvodov.

Počet diskov môže byť rôzny - od jedného do piatich, počet pracovných plôch je dvakrát väčší (dva na každom disku). Ten (rovnako ako materiál použitý na magnetický povlak) určuje kapacitu pevného disku. Niekedy sa vonkajšie povrchy vonkajších diskov (alebo jedného z nich) nepoužívajú, čo umožňuje znížiť výšku jednotky, ale počet pracovných plôch sa zníži a môže sa ukázať ako nepárny.

Magnetické hlavy čítajú a zapisujú informácie na disky. Princíp záznamu je vo všeobecnosti podobný tomu, ktorý sa používa v bežnom magnetofore. Digitálne informácie sa premieňajú na striedavý elektrický prúd privádzaný do magnetickej hlavy a potom sa prenášajú na magnetický disk, ale vo forme magnetického poľa, ktoré môže disk vnímať a „pamätať“. Magnetický povlak disku je súborom malých oblastí spontánnej (spontánnej) magnetizácie. Pre názornosť si predstavte, že disk je pokrytý vrstvou veľmi malých šípok kompasu, ktoré ukazujú rôznymi smermi. Takéto častice šípok sa nazývajú domény. Vplyvom vonkajšieho magnetického poľa sú vlastné magnetické polia domén orientované v súlade s jeho smerom. Po ukončení pôsobenia vonkajšieho poľa sa na povrchu disku vytvoria zóny zvyškovej magnetizácie. Týmto spôsobom sa zachovajú informácie zapísané na disk. Oblasti zvyškovej magnetizácie, keď sa kotúč otáča oproti medzere magnetickej hlavy, v ňom indukujú elektromotorickú silu, ktorá sa mení v závislosti od veľkosti magnetizácie. Súprava diskov namontovaná na vretenovej osi je poháňaná špeciálnym motorom kompaktne umiestneným pod ním. Rýchlosť otáčania kotúčov je zvyčajne 7200 ot./min. Aby sa skrátil čas na dosiahnutie pracovného stavu pohonu, motor, keď je zapnutý, nejaký čas pracuje v nútenom režime. Preto musí mať zdroj napájania počítača rezervu na špičkový výkon. Teraz o práci hláv. Pohybujú sa pomocou presného krokového motora a akoby sa „vznášajú“ vo vzdialenosti zlomku mikrónu od povrchu disku, bez toho, aby sa ho dotkli. V dôsledku zaznamenávania informácií sa na povrchu diskov vytvárajú zmagnetizované oblasti vo forme sústredných kruhov. Nazývajú sa magnetické dráhy. Pri pohybe sa hlavy zastavia nad každou ďalšou skladbou. Súbor dráh umiestnených pod sebou na všetkých povrchoch sa nazýva valec. Všetky hlavy pohonu sa pohybujú súčasne a pristupujú k valcom s rovnakým názvom s rovnakými číslami.

Diskové zariadenie

Typický pevný disk pozostáva z HDA a dosky elektroniky. Všetky mechanické časti sú umiestnené v HDA a všetka riadiaca elektronika je na doske okrem predzosilňovača umiestneného vo vnútri HDA v tesnej blízkosti hláv.

Pod diskami je motor - plochý, ako v disketových mechanikách, alebo zabudovaný do vretena obalu disku. Pri otáčaní kotúčov vzniká silný prúd vzduchu, ktorý cirkuluje po obvode HDA a je neustále čistený filtrom inštalovaným na jednej z jeho strán.

Bližšie ku konektorom, na ľavej alebo pravej strane vretena, je otočný polohovadlo, trochu pripomínajúce vežový žeriav: na jednej strane osi sú tenké, dlhé a ľahké nosné magnetické hlavy smerujúce k diskom a na druhej krátka a masívnejšia stopka s vinutím elektromagnetického pohonu. Pri otáčaní vahadla polohovadla sa hlavy pohybujú v oblúku medzi stredom a okrajom kotúčov. Uhol medzi osami polohovadla a vretena sa volí spolu so vzdialenosťou od osi polohovadla k hlavám tak, aby sa os hlavy pri otáčaní čo najmenej odchyľovala od dotyčnicovej dráhy.

V skorších modeloch bola kolíska pripevnená na osi krokového motora a vzdialenosť medzi dráhami bola určená veľkosťou kroku. V moderných modeloch sa používa takzvaný lineárny motor, ktorý nemá žiadnu diskrétnosť a inštalácia na dráhe sa vykonáva podľa signálov zaznamenaných na diskoch, čo výrazne zvyšuje presnosť pohonu a hustota záznamu na diskoch.

Vinutie polohovadla je obklopené statorom, ktorý je permanentným magnetom. Keď sa na vinutie aplikuje prúd určitej veľkosti a polarity, vahadlo sa začne otáčať v príslušnom smere so zodpovedajúcim zrýchlením; Dynamickou zmenou prúdu vo vinutí môžete polohovadlo nastaviť do ľubovoľnej polohy. Takýto pohonný systém sa nazýva Voice Coil (hlasová cievka) - analogicky s kužeľom reproduktora.

Na drieku je zvyčajne umiestnená takzvaná magnetická západka - malý permanentný magnet, ktorý sa pri krajnej vnútornej polohe hláv (pristávacia zóna - pristávacia zóna) priťahuje k povrchu statora a fixuje vahadlo v tejto polohe. . Ide o takzvanú parkovaciu polohu hláv, ktoré zároveň ležia na povrchu disku, v kontakte s ním. V mnohých drahých modeloch (zvyčajne SCSI) je na upevnenie polohovadla k dispozícii špeciálny elektromagnet, ktorého kotva blokuje pohyb vahadla vo voľnej polohe. Informácie sa nezaznamenávajú v pristávacej zóne diskov.

V zostávajúcom voľnom priestore sa nachádza predzosilňovač signálu odoberaného z hláv a ich spínač. Polohovač je pripojený k doske predzosilňovača flexibilným plochým káblom, avšak u niektorých pevných diskov (najmä u niektorých modelov Maxtor AV) je vinutie napájané samostatnými jednožilovými vodičmi, ktoré majú tendenciu sa počas aktívnej prevádzky lámať. HDA je naplnená obyčajným bezprašným vzduchom pod atmosférickým tlakom. V HDA krytoch niektorých pevných diskov sú špeciálne vyrobené malé okienka utesnené tenkou fóliou, ktoré slúžia na vyrovnávanie tlaku vo vnútri a vonku. V niektorých modeloch je okno uzavreté filtrom prepúšťajúcim vzduch. V niektorých modeloch pevných diskov sú osi vretena a polohovadla upevnené iba na jednom mieste - na skrini pevného disku, v iných sú dodatočne pripevnené skrutkami ku krytu HDA. Druhé modely sú citlivejšie na mikrodeformáciu pri upevňovaní - stačí silné dotiahnutie upevňovacích skrutiek, aby došlo k neprijateľnému vychýleniu osí. V niektorých prípadoch sa takéto skreslenie môže stať ťažko zvrátiteľným alebo úplne nezvratným. Doska elektroniky je odnímateľná, pripojená k HDA cez jeden alebo dva konektory rôznych prevedení. Doska obsahuje hlavný procesor pevného disku, ROM s programom, operačnú pamäť RAM, ktorá sa zvyčajne používa ako vyrovnávacia pamäť disku, digitálny signálový procesor (DSP) na prípravu zaznamenaných a spracovanie čítaných signálov a logiku rozhrania. Na niektorých pevných diskoch je program procesora úplne uložený v ROM, na iných je jeho určitá časť zaznamenaná v servisnej oblasti disku. Na disk je možné zaznamenať aj parametre disku (model, sériové číslo atď.). Niektoré pevné disky uchovávajú tieto informácie v elektricky preprogramovateľnej pamäti ROM (EEPROM).

Mnoho pevných diskov má špeciálne technologické rozhranie s konektorom na doske elektroniky, prostredníctvom ktorého môžete pomocou stolného zariadenia vykonávať s diskom rôzne servisné operácie - testovanie, formátovanie, preraďovanie chybných oblastí atď. Pre moderné pohony značky Conner je technologické rozhranie vyrobené v štandarde sériového rozhrania, čo umožňuje pripojiť ho cez adaptér k alfanumerickému terminálu alebo COM portu počítača. V ROM je zaznamenaný takzvaný testovací monitorovací systém (TMOS), ktorý vníma príkazy zadané z terminálu, vykonáva ich a výsledky odosiela späť do terminálu. Prvé pevné disky, ako napríklad diskety, sa vyrábali s čistými magnetickými povrchmi; počiatočné označenie (formátovanie) urobil spotrebiteľ podľa vlastného uváženia a mohol ho vykonať ľubovoľný počet opakovaní. V prípade moderných modelov sa označenie vykonáva počas výrobného procesu; súčasne sa na disky zapisujú servo informácie - špeciálne značky potrebné na stabilizáciu rýchlosti otáčania, vyhľadávanie sektorov a sledovanie polohy hláv na povrchoch. Nie je to tak dávno, čo sa na zaznamenávanie informácií serva používala samostatná plocha (vyhradená), podľa ktorej sa ladili hlavy všetkých ostatných plôch. Takýto systém si vyžadoval vysokú tuhosť upevnenia hlavíc, aby medzi nimi po prvotnom označení nevznikali nezrovnalosti. Teraz sa servo informácie zaznamenávajú v intervaloch medzi sektormi (vložené), čo umožňuje zvýšiť užitočnú kapacitu paketu a odstrániť obmedzenie tuhosti pohyblivého systému. Niektoré moderné modely používajú kombinovaný sledovací systém - vstavané servo informácie kombinované s vyhradeným povrchom; v tomto prípade sa na vybranom povrchu vykoná hrubé nastavenie a jemné nastavenie - na vstavaných značkách.

Keďže servo informácie sú referenčným označením disku, radič pevného disku ich v prípade poškodenia nedokáže sám obnoviť. Pri softvérovom formátovaní takéhoto pevného disku je možné prepísať iba hlavičky a kontrolné súčty dátových sektorov.

Pri prvotnom označovaní a testovaní moderného pevného disku vo výrobe sa takmer vždy nájdu chybné sektory, ktoré sa zapíšu do špeciálnej tabuľky premapovania. Počas bežnej prevádzky radič pevného disku nahradí tieto sektory náhradnými, ktoré sú na tento účel špeciálne ponechané na každej stope, skupine stôp alebo vyhradenej oblasti disku. Vďaka tomu nový pevný disk vytvára zdanie úplnej absencie povrchových defektov, hoci v skutočnosti sú takmer vždy prítomné.

Po zapnutí napájania procesor pevného disku otestuje elektroniku a potom vydá príkaz na zapnutie motora vretena. Keď sa dosiahne určitá kritická rýchlosť otáčania, hustota vzduchu unášaného povrchmi diskov sa stane dostatočnou na to, aby prekonala silu tlačenia hláv na povrch a zdvihla ich do výšky od zlomkov po niekoľko mikrónov nad povrchy. diskov - hlavy "plávajú". Od tohto momentu, kým otáčky neklesnú pod kritickú hlavu, „visia“ na vzduchovom vankúši a povrchov kotúčov sa vôbec nedotýkajú.

Potom, čo disky dosiahnu rýchlosť otáčania blízku nominálnej (zvyčajne 3600, 4500, 5400 alebo 7200 ot./min.), hlavice sa odstránia z parkovacej zóny a začne sa hľadanie značiek serva presne stabilizovať rýchlosť otáčania. Potom sa načítajú informácie z oblasti služieb - najmä tabuľka preradenia chybných sekcií.

Na konci inicializácie sa polohovadlo otestuje iteráciou po zadanej sekvencii stôp - ak je úspešná, procesor nastaví príznak pripravenosti na rozhraní a prepne sa do režimu prevádzky rozhrania.

Počas prevádzky systém sledovania polohy hlavy na disku neustále pracuje: z nepretržite čítaného signálu sa extrahuje chybový signál, ktorý sa privádza do spätnoväzbového obvodu, ktorý riadi prúd vinutia polohovadla. V dôsledku odchýlky hlavy od stredu dráhy vzniká vo vinutí signál, ktorý sa snaží vrátiť ju na svoje miesto.

Aby sa vyrovnali rýchlosti dátových tokov – na úrovni čítania/zápisu a externého rozhrania – majú pevné disky medzipamäť, často mylne nazývanú vyrovnávacia pamäť, zvyčajne s veľkosťou niekoľkých desiatok alebo stoviek kilobajtov. V mnohých modeloch (napríklad Quantum) sa vyrovnávacia pamäť nachádza vo všeobecnej pracovnej pamäti RAM, kde sa najskôr načíta prekryvná časť riadiaceho firmvéru, a preto je skutočná veľkosť vyrovnávacej pamäte menšia ako celé množstvo pamäte RAM ( 80-90 kb so 128 kb RAM pre Quantum). Ostatné modely (Conner, Caviar) majú samostatnú vyrovnávaciu pamäť a procesorovú RAM.

Keď je napájanie vypnuté, procesor pomocou energie zostávajúcej v kondenzátoroch dosky alebo extrahovaním z vinutia motora, ktorý zároveň funguje ako generátor, vydá príkaz na nastavenie polohovadla do parkovacej polohy, ktorý má čas na vykonanie, kým rýchlosť otáčania neklesne pod kritickú. V niektorých pevných diskoch (Quantum) je to uľahčené pružinovým vahadlom umiestneným medzi diskami, ktoré je neustále vystavené tlaku vzduchu. Pri zoslabení prúdenia vzduchu kolískový ovládač dodatočne zatlačí polohovadlo do parkovacej polohy, kde ho zafixuje západkou. Pohyb hláv smerom k vretene uľahčuje aj dostredivá sila vznikajúca pri otáčaní kotúčov.

Prevádzka pevného disku

Teraz - vlastne o procese pevného disku. Po prvotnom nastavení elektroniky a mechaniky prejde mikropočítač s pevným diskom do režimu čakania na príkazy z ovládača umiestneného na systémovej doske alebo karte rozhrania. Po prijatí príkazu zapne požadovanú hlavu, vyhľadá požadovanú stopu pomocou servo impulzov, počká, kým požadovaný sektor „dosiahne“ hlavu, a prečíta alebo zapíše informácie. Ak radič požadoval čítanie/zápis nie jedného sektora, ale viacerých, pevný disk môže pracovať v takzvanom blokovom režime, pričom využíva RAM ako vyrovnávaciu pamäť a kombinuje čítanie/zápis s prenosom informácií do alebo z radiča.

Pre optimálne využitie povrchu disku sa používa takzvaný zónový záznam (Zoned Bit Recording - ZBR), ktorého princíp spočíva v tom, že na externých stopách, ktoré sú dlhšie (a teda aj informačná kapacita), sa informácie zaznamenávajú vo vyššej hustote. ako na interných.. V rámci celého povrchu sa vytvorí až tucet alebo viac takýchto zón s konštantnou hustotou záznamu; podľa toho je rýchlosť čítania a zápisu na vonkajších zónach vyššia ako na vnútorných. Vďaka tomu budú súbory umiestnené bližšie k „začiatku“ pevného disku vo všeobecnosti spracované rýchlejšie ako súbory umiestnené bližšie k jeho „koncu“.

Teraz o tom, odkiaľ pochádzajú neuveriteľne veľké počty hláv uvedené v parametroch pevných diskov. Kedysi tieto čísla – počet valcov, hláv a sektorov na ceste – skutočne znamenali reálne fyzikálne parametre (geometriu) pevného disku. Pri použití ZBR sa však počet sektorov líši od stopy k stope a pre každý pevný disk sú tieto čísla iné - preto sa začala používať takzvaná logická geometria, kedy pevný disk oznamuje ovládaču nejaké podmienené parametre, napr. a pri prijímaní príkazov sám prevádza logické adresy na fyzické. Zároveň sú na pevnom disku s logickou geometriou, napríklad 520 valcov, 128 hláv a 63 sektorov (celkový objem - 2 GB), s najväčšou pravdepodobnosťou dva disky - a štyri hlavy na čítanie / zápis.

Najnovšia generácia pevných diskov využíva PRML (Partial Response, Maximum Likelihood) a S.M.A.R.T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology - technológia pre analýzu a reporting vlastného monitorovania). Prvý z nich bol vyvinutý z dôvodu, že pri existujúcich hustotách záznamu už nie je možné jasne a jednoznačne prečítať signál z povrchu disku - úroveň rušenia a skreslenia je veľmi vysoká. Namiesto priamej konverzie signálu sa porovná so sadou vzoriek a na základe maximálnej podobnosti sa urobí záver o príjme toho či onoho kódového slova - približne rovnakým spôsobom ako čítame slová, v ktorých chýbajú písmená resp. skreslený.

Pevný disk, ktorý implementuje technológiu SMART, si vedie štatistiku svojich prevádzkových parametrov (počet štartov / zastavení a odpracovaných hodín, čas zrýchlenia vretena, zistené / opravené chyby atď.), ktoré sa pravidelne ukladajú do flash ROM alebo do služby oblasti disku. Tieto informácie sa zhromažďujú počas životnosti pevného disku a môžu si ich kedykoľvek vyžiadať analytické programy; môže sa použiť na posúdenie stavu mechaniky, prevádzkových podmienok alebo približnej pravdepodobnosti poruchy.

Podobné informácie.

Počítač je nenahraditeľnou súčasťou ľudskej spoločnosti. Spracováva obrázky, zvuky, čísla, slová. Našťastie sa všetky informácie dajú uložiť, aby sa nestratili ani po vypnutí počítača.

Úlohou pevného disku v počítači je veľmi rýchlo ukladať a získavať informácie. Pevný disk je úžasný vynález počítačového priemyslu. Dokáže uložiť astronomické množstvo informácií. Toto miniatúrne zariadenie zaznamenáva pomocou fyzikálnych zákonov takmer neobmedzené množstvo informácií.

Ak náhodou naformátujete pevný disk, bude možné z neho obnoviť údaje, ale bude to dlhé a drahé.

Ako funguje pevný disk?

Aby ste pochopili - musíte sa zlomiť. Pevný disk pozostáva z piatich hlavných častí:

Ak chceme toto zariadenie používať roky, je potrebné disk chrániť. Aká by mohla byť škoda? Poškodenie disku nie je metafora. V takýchto tenkých vrstvách sa hmotnosť hlavy rovná hmotnosti 747 lietadiel a hmotnosť 747 lietadiel je porovnateľná s hmotnosťou stotisíc pasažierov letiacich rýchlosťou 100 kilometrov za hodinu. Odchýlka v zlomkoch milimetra a je to...

Akú dôležitú úlohu zohráva sila trenia, keď rocker začne čítať informácie, pohybuje sa až 60-krát za sekundu. Kolískový motor je neviditeľný, pretože tento elektromagnetický systém funguje na interakcii dvoch prírodných síl – elektriny a magnetizmu. Táto interakcia urýchľuje rocker na rýchlosť svetla.

Predtým, ako sme hovorili o komponentoch, teraz si povieme niečo o ukladaní dát. Dáta sú uložené v úzkych stopách na povrchu disku. Počas výroby sa na disku vytvorí viac ako 200 000 týchto skladieb. Každá stopa je rozdelená na sektory. Mapa stôp a sektorov umožňuje hlave určiť, kam písať alebo kde čítať informácie. Povrch disku je hladký a lesklý, no pri bližšom skúmaní je štruktúra zložitejšia. Ferimagnetický film na povrchu si pamätá všetky zaznamenané informácie. Hlava zmagnetizuje mikroskopickú oblasť na filme nastavením magnetického momentu takejto bunky na jeden zo stavov "0" alebo "1", každá takáto nula a jedna sa nazývajú bity. Hodnota bitu plus mínus zodpovedá orientácii magnetického poľa a netreba sa báť o bezpečnosť dát, pretože kvalitná fotografia zaberá asi 29 miliónov týchto buniek a je rozptýlená v 12 rôznych sektoroch. Znie to pôsobivo, ale v skutočnosti také neuveriteľné množstvo bitov zaberá veľmi malú plochu na povrchu disku. Každý štvorcový centimeter povrchu obsahuje 31 miliárd bitov. Toto myslím pod pojmom pamäť.

Pevný disk zaznamenáva a odosiela informácie rýchlosťou, ktorú je ťažké si predstaviť. Pomocou zákonov magnetizmu si tenký film ľahko zapamätá mnoho rôznych encyklopédií alebo státisíce fotografií. Pevný disk je v skutočnosti úžasne malé zariadenie, ktoré zaznamenáva akékoľvek informácie v malých kúskoch. Toto majstrovské dielo techniky posúva hranice inteligentnej fyziky kúsok po kúsku.

HDD ("winchester", hdd, pevný disk - angl.) - zariadenie na ukladanie informácií založené na magnetických platniach a účinku magnetizmu.

Platí všade v osobných počítačoch, notebookoch, serveroch atď.

Zariadenie s pevným diskom. Ako funguje pevný disk.

V podlahe zapečatené blok obsahuje obojstranné dosky, na ktorých sú nanesené magnetická vrstva zasadené na hriadeľ motora a otáča sa rýchlosťou 5400 otáčky za minútu Blok nie je úplne utesnený, ale hlavne neprepúšťa malé častice a nepripúšťa kolísanie vlhkosti. To všetko nepriaznivo ovplyvňuje životnosť a kvalitu pevného disku.

V moderných pevných diskoch sa používa hriadeľ. To poskytuje menej hluku počas prevádzky, výrazne zvyšuje životnosť a znižuje možnosť zaseknutia hriadeľa v dôsledku zrútenia.

Čítanie a písanie je ukončené blok hlavy.

V prevádzkyschopnom stave, hlavy stúpať nad povrchom disku na diaľku ~10 nm. Sú aerodynamické a stúpať nad povrchom disku kvôli vzostupný prúd z otočného taniera. Magnetické hlavy môžu byť umiestnené na oboch stranách platne, ak sú magnetické vrstvy nanesené na každej strane magnetického disku.

Pripojená hlavná jednotka má pevná poloha, to znamená, že hlavy sa pohybujú všetky spolu.

Všetky hlavy sú ovládané špeciálom pohonná jednotka založené na elektromagnetizmu.

Neodymový magnet vytvára magnetické lúka, v ktorom sa hlavná jednotka môže pohybovať vysokou reakčnou rýchlosťou pod vplyvom prúdu. Ide o najlepší a najrýchlejší spôsob pohybu bloku hláv a koniec koncov, raz sa blok hláv posúval mechanicky, pomocou ozubených kolies.

Keď je disk vypnutý, aby sa hlavy neponárali na disk a poškodený ho, upratujú v parkovacia plocha hlavy(parkovacia zóna, parkovacia zóna).

Umožňuje vám tiež prepravovať offline pevné disky bez akýchkoľvek špeciálnych obmedzení. Vo vypnutom stave disk vydrží veľké zaťaženie a nepoškodí sa. V zapnutom stave môže aj malé zatlačenie pod určitým uhlom zničiť magnetickú vrstvu platničky alebo poškodiť hlavy pri dotyku disku.

Moderné pevné disky majú okrem utesnenej časti aj vonkajšiu riadiace panel. Kedysi sa všetky riadiace dosky vkladali do základnej dosky počítača v rozširujúcich slotoch. Nebolo to pohodlné z hľadiska všestrannosti a schopností. Pri dnešných pevných diskoch sa všetka elektronika a rozhrania disku nachádzajú na malej doske plošných spojov v spodnej časti pevného disku. Vďaka tomu je možné každému disku nakonfigurovať určité parametre, ktoré sú výhodné z hľadiska jeho štruktúry, dodávajú mu napríklad zvýšenie rýchlosti alebo tichší chod.

Na pripojenie rozhrania a napájania sa používajú štandardné bežné konektory / a Molex/Napájanie SATA.

Zvláštnosti.

Pevné disky sú najpriestrannejší správcov informácií a týkajúcich sa spoľahlivý. Objem diskov neustále rastie, no v poslednej dobe je to kvôli niektorým zložitosti a pre ďalšie rozširovanie objemu sú potrebné nové technológie. Dá sa povedať, že pevné disky išli pri dosahovaní maximálnych možností prakticky rovno. Rozšíreniu pevných diskov uľahčil najmä pomer cenový objem. Vo väčšine prípadov stojí gigabajt miesta na disku menej ako 2,5 rubľov.

Výhody a nevýhody pevných diskov vs.

Pred príchodom pevného skupenstva SSD(SSD disk) - disky, pevné disky nemali konkurentov. Teraz majú pevné disky smer, ktorým sa majú zamerať.

Nevýhody pevných diskov(pevný disk) (ssd) disky:

• nízka rýchlosť sekvenčného čítania
• nízka prístupová rýchlosť
• pomalá rýchlosť čítania
• trochu pomalšia rýchlosť zápisu
• vibrácie a mierny hluk počas prevádzky

Aj keď na druhej strane, pevné disky majú iné závažnejšie výhody ku ktorým SSD akumulátory sa snažia a usilujú.

klady pevné disky (pevný disk) v porovnaní s pevným stavom (ssd) disky:

• výrazne lepšia objemová cena
• najlepším ukazovateľom spoľahlivosti
• vyššia maximálna hlasitosť
• v prípade zlyhania mnohonásobne väčšia šanca na obnovu dát
• vďaka svojej kompaktnosti a veľkej kapacite 2,5 diskov najlepšia voľba pre použitie v mediálnych centrách

O čom stojí za pozornosť pri výbere pevného disku môžete vidieť v našom článku "". Ak potrebujete opravu pevného disku alebo obnovu dát, môžete sa obrátiť na.

Prednáška číslo 5: Ukladanie informácií

Plán

1. Pevné disky
2. Jednotky SSD

1. Pevné disky

Odkaz na históriu

Počas vývoja pevných diskov sa zmenilo šesť veľkostí – tvarových faktorov.

Obrázok 1. Rozmery HDD

1956 – Pevný disk IBM 350 ako súčasť prvého sériovo vyrábaného počítača IBM 305 RAMAC. Mechanika zaberala krabicu veľkosti veľkej chladničky s hmotnosťou 971 kg a celková kapacita pamäte 50 tenkých diskov s priemerom 610 mm, ktoré sa v nej otáčali pokrytých čistým železom, bola asi 5 miliónov 6-bitových bajtov ( 3,5 MB v prepočte na 8-bitové bajty).
1980 - prvý 5,25-palcový Winchester, Shugart ST-506, 5 MB.
1981 - 5,25-palcový Shugart ST-412, 10 MB.
1986 - SCSI, ATA(IDE) štandardy.
1991 - maximálna kapacita 100 MB.
1995 - maximálna kapacita 2 GB.
1997 - maximálna kapacita 10 GB.
1998 - štandardy UDMA/33 a ATAPI.
1999 – IBM uvádza Microdrive s kapacitou 170 a 340 MB.
2002 - štandard ATA / ATAPI-6 a disky s kapacitou nad 137 GB.
2003 - vzhľad SATA.
2005 - maximálna kapacita 500 GB.
- Štandard Serial ATA 3G (alebo SATA II), vznik SAS (Serial Attached SCSI).
2006 - aplikácia metódy kolmého záznamu v komerčných pohonoch.
- vzhľad prvých "hybridných" pevných diskov obsahujúcich blok flash pamäte.
2007 – Hitachi predstavuje prvý komerčný 1TB disk.
2009 – založené na platniach Western Digital s kapacitou 500 GB, potom spoločnosť Seagate Technology LLC vydala 2 TB modely.
– Western Digital oznámil vytvorenie 2,5-palcových HDD s kapacitou 1 TB (hustota záznamu – 333 GB na jednej platni)
- vznik štandardu SATA 3.0 (SATA 6G).
2010 – Seagate začína s vývojom 3TB HDD.

HDD definícia a zariadenie
Pevný disk alebo HDD(Angličtina) Ťažkodiskriadiť,HDD), HDD, Winchester, v počítačovom slangu "skrutka", ťažké, pevný disk- zariadenie na uchovávanie informácií na princípe magnetického záznamu. Je to hlavné pamäťové médium vo väčšine počítačov.

V zásade sa HDD skladá z nasledujúcich hlavných blokov:
Blok elektroniky obsahuje kontakty a mikroobvod, na ktorých sú umiestnené: riadiaci ovládač HDD, napájacie konektory, blok jumperov, káblový konektor (pripojovacie rozhranie).
mechanický blok pozostáva z magnetických platní, vretena, vahadla, osí otáčania vahadla, serva vahadla, čítacej a zapisovacej hlavy.
Rám- toto je dizajn, v ktorom sú umiestnené všetky prvky HDD.

Obrázok 2. Schéma HDD zariadenia

Obrázok 3. Zariadenie HDD

Princípy ukladania informácií na HDD
Informácie na HDD sa zaznamenávajú na pevné (hliníkové, keramické alebo sklenené) platne potiahnuté vrstvou feromagnetického materiálu (oxidu železa), najčastejšie oxidu chromitého. HDD používa jednu až niekoľko platní na rovnakej osi.
Dáta sú uložené na platniach vo forme sústredných stôp, z ktorých každá je rozdelená na sektory s veľkosťou 512 bajtov, ktoré pozostávajú z horizontálne orientovaných domén. Orientácia domén v magnetickej vrstve slúži na rozpoznanie binárnej informácie (0 alebo 1). Veľkosť domén určuje hustotu záznamu dát s cieľom adresovať povrchový priestor platní disku, ktoré sa delia na stopy sú koncentrické prstencové oblasti. Každá skladba je rozdelená na rovnaké segmenty - sektorov.

Valec- súbor stôp v rovnakej vzdialenosti od stredu na všetkých pracovných plochách platní pevného disku. Číslo hlavyšpecifikuje pracovnú plochu, ktorá sa má použiť (t. j. špecifickú dráhu z valca) a číslo sektora– špecifický sektor na trati.

Organizácia čítania/zápisu dát prebieha vďaka čítacím/zápisovým hlavám (GCHZ). V prevádzkovom režime sa GChZ nedotýka povrchu platní v dôsledku vrstvy prichádzajúceho prúdu vzduchu, ktorá sa pri rýchlom otáčaní vytvára v blízkosti povrchu. Vzdialenosť medzi hlavou a diskom je niekoľko nanometrov (pri moderných diskoch asi 10 nm). Absencia mechanického kontaktu zaisťuje dlhú životnosť zariadenia. Pri absencii rotácie disku sú hlavy umiestnené pri vretene alebo mimo disku v bezpečnej zóne (parkovacia zóna), kde je vylúčený ich abnormálny kontakt s povrchom diskov.

Obrázok 4. Organizácia platne HDD.

Režimy adresovania

Existujú 2 hlavné spôsoby adresovania sektorov na disku: sektor hlavy valcov(Angličtina) valec— hlavu— sektore, CHS) A lineárne blokové adresovanie(Angličtina) lineárne blokovať adresovanie, LBA).

CHS
Pri tejto metóde je sektor adresovaný svojou fyzickou polohou na disku s 3 súradnicami - číslo valca, číslo hlavy A číslo sektora. V moderných diskoch so vstavanými radičmi tieto súradnice už nezodpovedajú fyzickej polohe sektora na disku a sú to „logické súradnice“
CHS adresovanie predpokladá, že všetky stopy v danej oblasti disku majú rovnaký počet sektorov. Ak chcete použiť adresovanie CHS, musíte to vedieť geometria použitý disk: celkový počet valcov, hláv a sektorov v ňom. Spočiatku museli byť tieto informácie zadané ručne; v štandarde ATA bola zavedená funkcia autodetekcie geometrie (príkaz Identify Drive).

LBA
Pri tejto metóde je adresa dátových blokov na nosiči špecifikovaná pomocou logickej lineárnej adresy. LBA adresovanie sa začalo implementovať a používať v roku 1994 v spojení so štandardom EIDE (Extended IDE). Štandardy ATA vyžadujú vzájomnú zhodu medzi režimami CHS a LBA:
LBA = [ (valec * počet hláv + hlavy) * sektory/stopa ] + (sektor-1)
Metóda LBA zodpovedá mapovaniu sektorov pre SCSI. BIOS radiča SCSI vykonáva tieto úlohy automaticky, to znamená, že metóda logického adresovania bola od začiatku typická pre rozhranie SCSI.
Špecifikácie HDD

V súčasnosti sa rozlišujú nasledujúce charakteristiky HDD:

Rozhranie(Angličtina) rozhranie) - súbor komunikačných liniek, signálov odosielaných cez tieto linky, technické prostriedky, ktoré podporujú tieto linky pravidiel (protokolu) ústredne.
Komerčne dostupné pevné disky môžu používať rozhrania:

Kapacita(Angličtina) kapacita) - množstvo dát, ktoré je možné uložiť na disk. Od vzniku prvých pevných diskov sa v dôsledku neustáleho zdokonaľovania technológie záznamu dát neustále zvyšuje ich maximálna možná kapacita. Kapacita moderných pevných diskov (s tvarovým faktorom 3,5 palca) na začiatku roka 2010. až 2 000 GB (2 terabajty). Spoločnosť Seagate však potvrdila vývoj 3TB HDD.

Poznámka: Na rozdiel od systému predpôn prijatého v informatike, ktorý označuje násobok 1024 (pozri: binárne predpony), výrobcovia pri označovaní kapacity pevných diskov používajú hodnoty, ktoré sú násobkami 1000. Kapacita pevného disku teda s označením „200 GB“ je 186,2 GB.

Fyzická veľkosť (faktor tvaru) (Angličtina) rozmer). Takmer všetky moderné (2001-2008) disky pre osobné počítače a servery majú šírku 3,5 alebo 2,5 palca – veľkosť štandardných držiakov pre ne v stolných počítačoch a prenosných počítačoch. Dostupné aj vo veľkostiach 1,8", 1,3", 1" a 0,85". Výroba pohonov vo formáte 8 a 5,25 palca bola ukončená.

Čas náhodného prístupu (Angličtina) náhodný prístup čas) - čas, počas ktorého je zaručené, že pevný disk vykoná operáciu čítania alebo zápisu na ktorúkoľvek časť magnetického disku. Rozsah tohto parametra je malý - od 2,5 do 16 ms. Serverové disky majú spravidla minimálny čas (napríklad Hitachi Ultrastar 15K147 má 3,7 ms), najrelevantnejšie sú disky pre prenosné zariadenia (Seagate Momentus 5400.3 - 12.5).

Rýchlosť vretena (Angličtina) vreteno rýchlosť) je počet otáčok vretena za minútu. Čas prístupu a priemerná rýchlosť prenosu dát do značnej miery závisia od tohto parametra. V súčasnosti sa pevné disky vyrábajú s týmito štandardnými rýchlosťami otáčania: 4200, 5400 a 7200 (notebooky), 5400, 7200 a 10 000 (osobné počítače), 10 000 a 15 000 ot./min (servery a vysokovýkonné pracovné stanice).

Spoľahlivosť(Angličtina) spoľahlivosť) – je definovaný ako stredný čas medzi poruchami ( MTBF). Túto technológiu podporuje aj veľká väčšina moderných pohonov S.M.A.R.T.

Počet IOPS - pre moderné disky je to asi 50 ops / s s náhodným prístupom k jednotke a asi 100 ops / s so sekvenčným prístupom.

Spotreba energie je dôležitým faktorom pre mobilné zariadenia.

Úroveň hluku- hluk, ktorý vytvára mechanika pohonu počas jeho prevádzky. Udáva sa v decibeloch. Tiché disky sú zariadenia s hlučnosťou okolo 26 dB alebo menej. Hluk pozostáva z hluku otáčania vretena (vrátane aerodynamického hluku) a hluku z polohy.

Odolnosť proti nárazu (Angličtina) G— šok hodnotenie) - odolnosť pohonu voči náhlym tlakovým rázom alebo rázom, meraná v jednotkách prípustného preťaženia v zapnutom a vypnutom stave.

Rýchlosť prenosu (Angličtina) Prestup sadzba) pre sekvenčný prístup:

• vnútorná disková zóna: od 44,2 do 74,5 Mb / s;
• Vonkajšia disková zóna: 60,0 až 111,4 MB/s.

Veľkosť vyrovnávacej pamäte- Vyrovnávacia pamäť je medzipamäť navrhnutá na vyrovnávanie rozdielov v rýchlosti čítania/zápisu a prenose rozhrania. Na diskoch z roku 2009 sa zvyčajne pohybuje od 8 do 64 MB.

Hustota záznamu na tanieri (hustota plochy) závisí od vzdialenosti medzi dráhami (priečna hustota) a minimálnej veľkosti magnetickej domény (pozdĺžna hustota). Zovšeobecňujúcim kritériom je hustota záznamu na jednotku plochy disku alebo kapacitu platne. Čím vyššia je hustota záznamu, tým vyššia je rýchlosť výmeny dát medzi hlavami a vyrovnávacou pamäťou (vnútorná prenosová rýchlosť). Postupne sa rezervy rastu v dôsledku technologického skoku uvedeného vyššie začali znižovať. Do roku 2003 dosiahla typická kapacita platní pevného disku 80 GB. V roku 2004 sa objavili disky s platňami s kapacitou 100 MB, v roku 2005 - 133 MB, v roku 2009 - 333 GB

Minimálna adresovateľná dátová oblasť na pevnom disku je sektore. Veľkosť sektora je tradične 512 bajtov. V roku 2006 IDEMA oznámila prechod na sektor s veľkosťou 4096 bajtov, ktorý sa má dokončiť do roku 2010.

Vo finálnej verzii Windows Vista, vydanej v roku 2007, je obmedzená podpora pre jednotky s touto veľkosťou sektora.

Technológie pre zápis dát na pevné disky

Princíp fungovania pevných diskov je podobný ako pri fungovaní magnetofónov. Pracovná plocha disku sa pohybuje vzhľadom na čítaciu hlavu (napríklad vo forme induktora s medzerou v magnetickom obvode). Pri privedení striedavého elektrického prúdu (počas záznamu) na hlavovú cievku výsledné striedavé magnetické pole z hlavovej medzery ovplyvňuje feromagnet povrchu disku a mení smer vektora doménovej magnetizácie v závislosti od sily signálu. Pri čítaní vedie pohyb domén v medzere hlavy k zmene magnetického toku v magnetickom obvode hlavy, čo vedie k vzniku striedavého elektrického signálu v cievke vplyvom elektromagnetickej indukcie.

V poslednej dobe sa na čítanie používa magnetorezistívny efekt a v diskoch sa používajú magnetorezistívne hlavy. V nich vedie zmena magnetického poľa k zmene odporu v závislosti od zmeny sily magnetického poľa. Takéto hlavy umožňujú zvýšiť pravdepodobnosť spoľahlivosti čítania informácií (najmä pri vysokých hustotách záznamu informácií).

Metóda paralelného zápisu
Bity informácií sa zaznamenávajú pomocou malej hlavy, ktorá pri prechode po povrchu rotujúceho disku magnetizuje miliardy horizontálnych diskrétnych oblastí – domén. Každá z týchto oblastí je logická nula alebo jednotka v závislosti od magnetizácie.

Maximálna dosiahnuteľná hustota záznamu pri použití tejto metódy je približne 23 Gb/cm². V súčasnosti sa táto metóda postupne nahrádza metódou kolmého záznamu.

Spôsob kolmého záznamu
Metóda kolmého záznamu je technika, pri ktorej sú bity informácií uložené vo vertikálnych doménach. To vám umožní použiť silnejšie magnetické polia a znížiť plochu materiálu potrebnú na záznam 1 bitu. Hustota záznamu moderných vzoriek je 60 Gb / cm². Pevné disky s kolmým záznamom sú na trhu od roku 2005.

Metóda tepelného magnetického záznamu
Metóda tepelného magnetického záznamu teplo-asistovanémagnetickénahrávanie,HAMR) je v súčasnosti najperspektívnejšia z existujúcich, teraz sa aktívne rozvíja. Táto metóda využíva bodové zahrievanie disku, čo umožňuje hlave magnetizovať veľmi malé oblasti jeho povrchu. Po vychladnutí disku sa magnetizácia „zafixuje“. Tento typ pevného disku ešte nebol prezentovaný na trhu (od roku 2009), existujú iba experimentálne vzorky s hustotou záznamu 150 Gb / cm². Vývoj HAMR technológií prebieha už pomerne dlho, no odborníci sa stále líšia v odhadoch maximálnej hustoty záznamu. Hitachi teda volá limit 2,3-3,1 Tb/cm² a zástupcovia Seagate Technology navrhujú, že budú schopní zvýšiť hustotu záznamu HAMR médií až na 7,75 Tb/cm². Široké využitie tejto technológie by sa malo očakávať v rokoch 2011-2012.

Technológia RAID

RAID (anglické redundantné pole nezávislých/lacných diskov) je redundantné pole nezávislých/lacných pevných diskov - matica niekoľkých diskov riadených radičom, vzájomne prepojených vysokorýchlostnými kanálmi a vnímaných ako celok. V závislosti od typu použitého poľa môže poskytnúť rôzne stupne odolnosti voči chybám a výkonu. Slúži na zvýšenie spoľahlivosti ukladania dát a/alebo na zvýšenie rýchlosti čítania/zápisu informácií (RAID 0).

RAID 0

RAID 0 ("Striping") je diskové pole 2 alebo viacerých diskov, v ktorom sú informácie rozdelené do blokov A n a sekvenčne zapisované na pevné disky. V súlade s tým sa informácie zapisujú a čítajú súčasne, čo zvyšuje rýchlosť.

Obrázok 5. Rozloženie RAID 0

Žiaľ, ak niektorý z diskov zlyhá, informácie sa nenávratne stratia, preto sa používajú buď doma, alebo na ukladanie odkladacieho súboru, odkladacieho súboru.

RAID 1

RAID 1 (zrkadlenie - „zrkadlenie“). V tomto prípade jeden disk úplne opakuje druhý, čo zaručuje funkčnosť v prípade zlyhania jedného disku, ale množstvo využiteľného priestoru sa zníži na polovicu. Keďže sa disky kupujú súčasne, v prípade chybnej šarže môžu zlyhať oba disky. Rýchlosť zápisu sa približne rovná rýchlosti zápisu na jeden disk, čítať je možné z dvoch diskov naraz (ak radič túto funkciu podporuje), čím sa rýchlosť zvyšuje.

Obrázok 6. Rozloženie RAID 1

Používa sa najčastejšie v malých kanceláriách na databázy, prípadne na uloženie operačného systému.

RAID 10

RAID 10 (RAID 1+0). Spája princípy RAID 0 a RAID 1. Pri použití má každý pevný disk svoj „zrkadlový pár“, pričom sa využíva polovica využiteľného priestoru. Je funkčný, pokiaľ je z každého páru jeden pracovný disk. Najvyššia rýchlosť zápisu/prepisovania, porovnateľná s RAID 5 z hľadiska rýchlosti čítania. Používa sa na ukladanie databáz pri vysokej záťaži.

RAID 5

RAID 5. V tomto prípade sa všetky dáta rozdelia do blokov a pre každú sadu sa vypočíta kontrolný súčet, ktorý sa uloží na jeden z diskov - cyklicky sa zapíše na všetky disky poľa (striedavo na každý), a použije sa na obnoviť údaje. Odolné voči strate maximálne jedného disku.

Obrázok 7. Rozloženie RAID 5

RAID 5 má vysoké rýchlosti čítania – informácie sa čítajú takmer zo všetkých diskov, ale znížený výkon zápisu – vyžaduje výpočet kontrolného súčtu. Najkritickejšou operáciou je však prepísanie, pretože prebieha v niekoľkých fázach:
1) Čítanie údajov
2) Prečítajte si kontrolný súčet
3) Porovnanie nových a starých údajov
4) Napíšte nové údaje
5) Zápis nového kontrolného súčtu
6) Používajú sa, keď sa vyžaduje veľký objem a vysoká rýchlosť čítania.

RAID 6

RAID 6 (ADG). Logické pokračovanie RAID 5. Rozdiel je v tom, že kontrolný súčet sa počíta 2-krát, a preto má väčšiu spoľahlivosť (je stabilný pri výpadku viac ako 2 diskov) a nižší výkon.

Obrázok 8. Rozloženie RAID 6

Organizáciu prevádzky RAID zabezpečujú radiče RAID, ktoré môžu byť: zabudované do základnej dosky, interné (vo forme dosky) a externé.

Obrázok 9. Interný radič RAID

Dve alebo viac jednotiek pripojených k radiču na serveri alebo externý diskový kryt pripojený k radiču, v závislosti od zvolenej úrovne odolnosti voči chybám, chráni pred zlyhaním jednej alebo viacerých jednotiek pri zachovaní prevádzkyschopnosti.

S energeticky nezávislou vyrovnávacou pamäťou a diskami SAS chráni pred problémami s výpadkom napájania, s výnimkou prípadov, keď dôjde k elektrickému poškodeniu zariadenia. Ak je však server poškodený, údaje sa môžu stratiť.

Chráni údaje pred:
- hardvérové ​​problémy - porucha, poškodenie, porucha zariadenia. Čiastočne iba z zlyhania pevných diskov;
- výpadky napájania - čiastočne chráni dáta uložené vo vyrovnávacej pamäti radiča vo fronte zápisu, ale na obmedzený čas a iba vtedy, ak je v ovládači batéria.

Nechráni pred:
- zlyhania softvéru;
— ľudský faktor;
- problémy s infraštruktúrou (hoci všetky pripojenia sa spravidla nachádzajú vo vnútri servera);
— nehody;
- katastrofy.

Hlavným účelom aplikácie je chrániť dáta pred stratou v prípade zlyhania pevného disku, pričom jedným z dôvodov zavedenia je aj potreba zvýšeného výkonu diskového subsystému.

Radiče RAID dodáva mnoho spoločností: IBM, DELL, SUN, HP, Adaptec, 3ware, LSI a ďalšie.

Externé pole RAID

Obrázok 10.Externé pole RAID

Prvá úroveň. Disky a radič sú umiestnené v samostatnom externom systéme. Jeden alebo viac serverov je možné pripojiť k externému poli pomocou rôznych rozhraní, ako sú SAS, iSCSI, FC. Takmer všetky takéto systémy majú zdvojené ventilátory a napájacie zdroje, mnohé poskytujú možnosť inštalácie duplikačného regulátora. Samotné externé polia RAID sú výkonnejšie a spoľahlivejšie ako interné radiče RAID a možno ich rozšíriť na viac ako sto jednotiek (pomocou políc na disky).

V súčasnosti má mnoho modelov pokročilé monitorovacie a kontrolné nástroje, a to ako pre samotné pole, tak aj pre údaje na ňom. Prostriedky monitorovania stavu diskov vopred upozorňujú na prípadnú poruchu, väčšina hodných výrobcov mení disky iba na základe týchto správ, ešte pred nefunkčnosťou. Niektoré modely majú možnosť robiť snímky - (snapshot), čo umožňuje chrániť dáta a zjednodušuje zálohovanie.

Chráni údaje pred:
- hardvérové ​​problémy - čiastočne, v prítomnosti duplikácie všetkých systémov.
- Zlyhania softvéru – niektoré polia majú čiastočne funkciu vytvárania okamžitých kópií, čo pomôže vytvoriť viacero snímok;
- problémy s infraštruktúrou - chránia pod podmienkou zdvojenia všetkých polí mimo servera;
- výpadky napájania - čiastočne, chráni dáta vo vyrovnávacej pamäti radiča pre zápis v prítomnosti batérie. Prítomnosť redundantných zdrojov napájania zaručuje vyššiu spoľahlivosť.

Nechráni pred:
— ľudský faktor;
— nehody;
- katastrofy.

Dôvodom implementácie je buď potreba konsolidácie úložných zdrojov, ich jednoduchšia správa, možnosť simultánneho prístupu (napríklad pri vytváraní klastra), alebo potreba vysokého výkonu, prípadne potreba väčšej spoľahlivosti (zdvojenie cesty k ovládaču).

Typickí predstavitelia triedy: Xyratex 5xxx/6xxx, Dell MD3000, IBM 3XXX, HP MSA 2000.

2. Jednotky SSD

Obrázok 11. Jednotka SSD

Jednotka SSD (SSD, Solid State Drive) je počítačové úložné zariadenie založené na pamäťových čipoch riadených radičom. SSD disky neobsahujú pohyblivé mechanické časti.

Existujú dva typy pevných diskov: SSD založené na pamäti podobnej počítačovej RAM a SSD založené na flash pamäti.

V súčasnosti sa disky SSD používajú v kompaktných zariadeniach: notebooky, netbooky, komunikátory a smartfóny. Niektorí známi výrobcovia už úplne prešli na výrobu SSD diskov, napríklad Samsung v roku 2011 predal svoju divíziu pevných diskov spoločnosti Seagate.

Existujú hybridné pevné disky, takéto zariadenia kombinujú pevný disk (HDD) a relatívne malý SSD disk v jednom zariadení ako vyrovnávaciu pamäť (pre zvýšenie výkonu a životnosti zariadenia, zníženie spotreby energie). Doteraz sa takéto disky používajú najmä v prenosných zariadeniach (notebooky, mobilné telefóny atď.).

Obrázok 12 Hybridný disk Seagate Momentus XT 500 GB

Obrázok 13 Hybridný disk Seagate Momentus XT 500 GB

Obrázok 14 Hybrid Drive Electronics Seagate Momentus XT 500 GB

História vývoja

1978 - Americká spoločnosť StorageTek vyvinula prvý polovodičový pohon moderného typu (založený na pamäti RAM).
1982 - Americká spoločnosť Cray predstavila polovodičovú pamäť RAM pre svoje superpočítače Cray-1 s rýchlosťou 100 Mbps a Cray X-MP s rýchlosťou 320 Mbps s kapacitou 8, 16 alebo 32 miliónov 64 -bité slová.
1995 - Izraelská spoločnosť M-Systems predstavila prvý polovodičový flash disk.
2008 - Juhokórejskej spoločnosti Mtron Storage Technology sa podarilo vytvoriť SSD disk s rýchlosťou zápisu 240 MB/s a rýchlosťou čítania 260 MB/s, čo predviedla na výstave v Soule. Kapacita tohto disku je 128 GB. Podľa spoločnosti sa výroba takýchto zariadení začne v roku 2009.
2009 – Super Talent Technology uvádza na trh 512GB SSD, OCZ predstavuje 1TB SSD.

V súčasnosti sú najvýznamnejšími spoločnosťami, ktoré vo svojich aktivitách intenzívne rozvíjajú smer SSD, Intel, Kingston, Samsung Electronics, SanDisk, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial a ADATA. O tento trh navyše prejavuje záujem aj Toshiba.

Zariadenie a prevádzka

Existujú dva typy SSD diskov:

NAND SSD
NAND SSD sú disky postavené na použití neprchavý pamäť (NAND SSD), sa objavil relatívne nedávno s oveľa nižšími nákladmi (od 2 USD za gigabajt) a začal s istotou dobývať trh. Až donedávna boli v rýchlosti zápisu výrazne horšie ako tradičné disky - pevné disky, ale kompenzovali to vysokou rýchlosťou získavania informácií (počiatočné polohovanie). Flash disky SSD sa už vyrábajú s rýchlosťami čítania a zápisu, ktoré sú mnohonásobne vyššie ako možnosti pevných diskov. Vyznačujú sa relatívne malými rozmermi a nízkou spotrebou energie.

RAM SSD
RAM SSD sú disky postavené na použití nestály pamäte (rovnaké, aké sa používajú v PC RAM) sa vyznačujú ultrarýchlym čítaním, zápisom a vyhľadávaním informácií. Ich hlavnou nevýhodou je extrémne vysoká cena (od 80 do 800 amerických dolárov za gigabajt). Používajú sa najmä na zrýchlenie práce veľkých databázových systémov a výkonných grafických staníc. Takéto disky sú zvyčajne vybavené batériami na šetrenie dát v prípade straty energie a drahšie modely sú vybavené zálohovacími a / alebo online zálohovacími systémami.

Výhody a nevýhody
Výhody v porovnaní s pevnými diskami (HDD):

• žiadne pohyblivé časti;
• vysoká rýchlosť čítania / zápisu, často presahujúca šírku pásma rozhrania pevného disku (SAS / SATA II 3 Gb / s, SAS / SATA III 6 Gb / s, SCSI, Fibre Channel atď.);
• nízka spotreba energie;
• úplná absencia hluku v dôsledku absencie pohyblivých častí a chladiacich ventilátorov;
• vysoká mechanická odolnosť;
• široký rozsah prevádzkových teplôt;
• stabilita času čítania súborov bez ohľadu na ich umiestnenie alebo fragmentáciu;
• malé rozmery a hmotnosť;
• veľký modernizačný potenciál ako pre samotné pohony, tak aj pre technológie na ich výrobu.
• oveľa menej citlivé na vonkajšie elektromagnetické polia.

nevýhody:

• Hlavnou nevýhodou SSD je obmedzený počet cyklov zápisu. Bežná (MLC, Multi-level cell, multi-level memory cells) flash pamäť umožňuje zapísať dáta asi 10 000-krát. Drahšie typy pamätí (SLC, jednoúrovňové bunky, jednoúrovňové pamäťové bunky) - viac ako 100 000-krát schémy vyrovnávania záťaže sa používajú na boj proti nerovnomernému opotrebovaniu. Kontrolér ukladá informácie o tom, koľkokrát boli bloky prepísané, a ak je to potrebné, „prehodí“;
• Problém kompatibility SSD diskov so zastaranými a dokonca mnohými aktuálnymi verziami rodiny OS Microsoft Windows, ktoré nezohľadňujú špecifiká SSD diskov a navyše ich opotrebúvajú. Používanie swapového mechanizmu (stránkovania) na SSD operačnými systémami tiež pravdepodobne zníži životnosť disku;
• Cena gigabajtu SSD diskov je výrazne vyššia ako cena gigabajtu HDD. Navyše cena SSD diskov je priamo úmerná ich kapacite, zatiaľ čo cena tradičných pevných diskov závisí od počtu platní a rastie pomalšie so zvyšujúcou sa kapacitou úložiska.

Microsoft Windows a počítače tejto platformy s jednotkami SSD.

Systém Windows 7 predstavuje špeciálne optimalizácie pre prácu s jednotkami SSD. Pri SSD diskoch s nimi tento operačný systém funguje inak ako s bežnými HDD. Windows 7 napríklad neaplikuje defragmentáciu na technológie SSD, Superfetch a ReadyBoost a ďalšie techniky čítania, ktoré urýchľujú načítanie aplikácií z bežných HDD.

Predchádzajúce verzie systému Microsoft Windows túto špeciálnu optimalizáciu nemajú a sú navrhnuté tak, aby fungovali iba s bežnými pevnými diskami. Preto napríklad niektoré operácie so súbormi systému Windows Vista, ak zostanú nezakázané, môžu znížiť životnosť SSD. Operácia defragmentácie by mala byť zakázaná, pretože prakticky žiadnym spôsobom neovplyvňuje výkon média SSD a iba ho dodatočne opotrebováva.

V roku 2007 spoločnosť ASUS vydala netbook EEE PC 701 so 4 GB SSD. Dňa 9. septembra 2011 spoločnosť Dell oznámila prvú kompletnú sadu notebookov Dell Precision s polovodičovou pamäťou na trhu v objemoch 512 GB s jednou jednotkou a 1 TB s dvoma jednotkami pre modely počítačov M4600 a M6600, v tomto poradí. Výrobca stanovil cenu za jeden 512GB SATA3 disk v čase oznámenia na 1 120 dolárov.

SSD disk používajú tablety Acer - modely Iconia Tab W500 a W501, Fujitsu Stylistic Q550 so systémom Windows 7.

Počítače Mac OS X a Macintosh s jednotkami SSD

Operačný systém Mac OS X od verzie 10.7 (Lion) plne implementuje podporu TRIM pre polovodičovú pamäť nainštalovanú v systéme.

Od roku 2010 Apple predstavuje počítače v rade Air, ktoré sú plne vybavené iba polovodičovou pamäťou založenou na pamäti NAND Flash. Do roku 2010 si kupujúci mohol vybrať bežný pevný disk pre tento počítač, ale ďalší vývoj radu v prospech maximálneho odľahčenia a zmenšenia skríň počítačov tejto série si vyžiadal úplné odmietnutie konvenčných pevných diskov v prospech pevných diskov. . Množstvo zahrnutej pamäte v počítačoch série Air sa pohybuje od 64 GB do 512 GB. Podľa J.P. Spoločnosť Morgan predala od svojho uvedenia 420 000 počítačov s pevným stavom NAND Flash.

3. Magnetické a optické mechaniky

Nezávislé štúdium.