Информационная емкость жесткого диска ответ

Обновлено: 07.07.2024

3.4. ПАМЯТЬ КОМПЬЮТЕРА

НАКОПИТЕЛИ НА ЖЕСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ

Разобранный жёсткий диск Samsung HD753LJ

(модель ёмкостью 750 ГБ, произведен в марте 2008 года)

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. Hard ( Magnetic ) Disk Drive , HDD , HMDD ), жёсткий диск, винчестер — устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые, керамические или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется от одной до нескольких пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Название «Винчестер»

По одной из версий, название «винчестер» накопитель получил благодаря фирме IBM, которая в 1973 году выпустила жёсткий диск модели 3340, впервые объединивший в одном неразъёмном корпусе пластины диска и считывающие головки. При его разработке инженеры использовали краткое внутреннее название «30-30», что означало два модуля (в максимальной компоновке) по 30 МБ каждый. Кеннет Хотон , руководитель проекта, по созвучию с обозначением популярного охотничьего ружья « Winchester 30-30» предложил назвать этот диск «винчестером». В Европе и США название «винчестер» вышло из употребления в 1990-х годах, в русском же языке сохранилось и получило полуофициальный статус, а в компьютерном сленге сократилось до слов «винт» (наиболее употребимый вариант).

Характеристики

Интерфейс (англ. interface ) — совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена. Серийно выпускаемые жёсткие диски могут использовать интерфейсы ATA (он же IDE и PATA), SATA, SCSI, SAS, FireWire, USB, SDIO и Fibre Channel .

Ёмкость (англ. capacity ) — количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 Гб (2 Тб). В отличие от принятой в информатике системы 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 ГБ.

Физический размер (форм-фактор). Почти все современные (2001—2008 года) накопители 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 дюйма , 1,3 дюйма , 1 дюйм и 0,85 дюйма . Прекращено производство накопителей в форм-факторах 8 и 5,25 дюймов .

Время произвольного доступа (англ. random access time ) — время, за которое винчестер гарантированно выполнит операцию чтения или записи на любом участке магнитного диска. Диапазон этого параметра невелик — от 2,5 до 16 мс. Как правило, минимальным временем обладают серверные диски (например, у Hitachi Ultrastar 15K147 — 3,7 мс), самым большим из актуальных — диски для портативных устройств (Seagate Momentus 5400.3 — 12,5).

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, 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об / мин (серверы и высокопроизводительные рабочие станции).

Надёжность (англ. reliability ) — определяется как среднее время наработки на отказ (MTBF). Также подавляющее большинство современных дисков поддерживают технологию S.M.A.R.T.

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

Потребление энергии — важный фактор для мобильных устройств.

Уровень шума — шум, который производит механика накопителя при его работе. Указывается в децибелах. Тихими накопителями считаются устройства с уровнем шума около 26 дБ и ниже. Шум состоит из шума вращения шпинделя (в том числе аэродинамического) и шума позиционирования.

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:

· внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 Мб/ с ;

· внешняя зона диска: от 60,0 до 111,4 Мб/ с .

Объём буфера — буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В дисках 2009 года он обычно варьируется от 8 до 64 Мб.

Производители

Устройство

Схема устройства накопителя на жёстких магнитных дисках.

Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники.

Гермозона включает в себя корпус из прочного сплава, собственно диски (пластины) с магнитным покрытием, блок головок с устройством позиционирования, электропривод шпинделя.

Блок головок — пакет рычагов из пружинистой стали (по паре на каждый диск). Одним концом они закреплены на оси рядом с краем диска. На других концах (над дисками) закреплены головки.

Диски (пластины), как правило, изготовлены из металлического сплава. Хотя были попытки делать их из пластика и даже стекла, но такие пластины оказались хрупкими и недолговечными. Обе плоскости пластин, подобно магнитофонной ленте, покрыты тончайшей пылью ферромагнетика — окислов железа, марганца и других металлов. Точный состав и технология нанесения держатся в секрете. Большинство бюджетных устройств содержит 1 или 2 пластины, но существуют модели с большим числом пластин.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (3600, 4200, 5400, 7200, 10 000, 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. Это предотвращает повреждение головок и рабочей поверхности пластин. Шпиндельный двигатель жёсткого диска трехфазный, что обеспечивает стабильность вращения магнитных дисков, смонтированных на оси (шпинделе) двигателя. Статор двигателя содержит три обмотки, включенные звездой с отводом посередине, а ротор — постоянный секционный магнит. Для обеспечения малого биения на высоких оборотах в двигателе используются гидродинамические подшипники.

Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных неодимовых постоянных магнитов или электромагнитов, а также катушки на подвижном блоке головок.

Вопреки расхожему мнению, 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 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 электроники

В ранних жёстких дисках управляющая логика была вынесена на MFM или RLL контроллер компьютера, а плата электроники содержала только модули аналоговой обработки и управления шпиндельным двигателем, позиционером и коммутатором головок. Увеличение скоростей передачи данных вынудило разработчиков уменьшить до предела длину аналогового тракта, и в современных жёстких дисках блок электроники обычно содержит: управляющий блок, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), буферную память, интерфейсный блок и блок цифровой обработки сигнала.

Интерфейсный блок обеспечивает сопряжение электроники жёсткого диска с остальной системой.

Блок управления представляет собой систему управления, принимающую электрические сигналы позиционирования головок, и вырабатывающую управляющие воздействия приводом типа «звуковая катушка», коммутации информационных потоков с различных головок, управления работой всех остальных узлов (к примеру, управление скоростью вращения шпинделя), приёма и обработки сигналов с датчиков устройства (система датчиков может включать в себя одноосный акселерометр, используемый в качестве датчика удара, трёхосный акселерометр, используемый в качестве датчика свободного падения, датчик давления, датчик угловых ускорений, датчик температуры).

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

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

Блок цифровой обработки сигнала осуществляет очистку считанного аналогового сигнала и его декодирование (извлечение цифровой информации). Для цифровой обработки применяются различные методы, например, метод PRML ( Partial Response Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике). Осуществляется сравнение принятого сигнала с образцами. При этом выбирается образец, наиболее похожий по форме и временным характеристикам с декодируемым сигналом.

Низкоуровневое форматирование

На заключительном этапе сборки устройства поверхности пластин форматируются — на них формируются дорожки и секторы. Конкретный способ определяется производителем и/или стандартом, но, как минимум, на каждую дорожку наносится магнитная метка, обозначающая её начало.

Геометрия магнитного диска

С целью адресации пространства поверхности пластин диска делятся на дорожки — концентрические кольцевые области. Каждая дорожка делится на равные отрезки — секторы. Адресация CHS предполагает, что все дорожки в заданной зоне диска имеют одинаковое число секторов.

Цилиндр — совокупность дорожек, равноотстоящих от центра, на всех рабочих поверхностях пластин жёсткого диска. Номер головки задает используемую рабочую поверхность (то есть конкретную дорожку из цилиндра), а номер сектора — конкретный сектор на дорожке.

Чтобы использовать адресацию CHS, необходимо знать геометрию используемого диска: общее количество цилиндров, головок и секторов в нем. Первоначально эту информацию требовалось задавать вручную; в стандарте ATA-1 была введена функция автоопределения геометрии (команда Identify Drive ).

Особенности геометрии жёстких дисков со встроенными контроллерами

Зонирование

Резервные секторы

Для увеличения срока службы диска на каждой дорожке могут присутствовать дополнительные резервные секторы. Если в каком либо секторе возникает неисправимая ошибка, то этот сектор может быть подменён резервным (англ. remapping ). Данные, хранившиеся в нём, при этом могут быть потеряны или восстановлены при помощи ECC, а ёмкость диска останется прежней. Существует две таблицы переназначения: одна заполняется на заводе, другая — в процессе эксплуатации. Границы зон, количество секторов на дорожку для каждой зоны и таблицы переназначения секторов хранятся в ЗУ блока электроники.

Логическая геометрия

По мере роста емкости выпускаемых жёстких дисков их физическая геометрия перестала вписываться в ограничения, накладываемые программными и аппаратными интерфейсами. Кроме того, дорожки с различным количеством секторов несовместимы со способом адресации CHS. В результате контроллеры дисков стали сообщать не реальную, а фиктивную, логическую геометрию, вписывающуюся в ограничения интерфейсов, но не соответствующую реальности. Так, максимальные номера секторов и головок для большинства моделей берутся 63 и 255 (максимально возможные значения в функциях прерывания BIOS INT 13h), а число цилиндров подбирается соответственно ёмкости диска. Сама же физическая геометрия диска не может быть получена в штатном режиме работы и другим частям системы неизвестна.

Технологии записи данных

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

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

Метод параллельной записи

На данный момент это всё ещё самая распространенная технология записи информации на НЖМД. Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных образцов — 60 Гбит/см².

Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи

История прогресса накопителей

· 1980 год — первый 5 ,25 - дюймовый Winchester , Shugart ST-506, 5 Мб .

· 1981 год — 5,25-дюймовый Shugart ST-412, 10 Мб.

· 1986 год — стандарты SCSI, ATA(IDE).

· 1991 год — максимальная ёмкость 100 Мб.

· 1995 год — максимальная ёмкость 2 Гб.

· 1997 год — максимальная ёмкость 10 Гб.

· 1998 год — стандарты UDMA/33 и ATAPI.

· 1999 год — IBM выпускает Microdrive ёмкостью 170 и 340 Мб.

· 2002 год — стандарт ATA/ATAPI-6 и накопители емкостью свыше 137 Гб.

· 2003 год — появление SATA.

· 2005 год — максимальная ёмкость 500 Гб.

· 2005 год — стандарт Serial ATA 3G (или SATA II).

· 2005 год — появление SAS (Serial Attached SCSI).

· 2006 год — применение перпендикулярного метода записи в коммерческих накопителях.

· 2006 год — появление первых «гибридных» жёстких дисков, содержащих блок флеш-памяти.

· 2007 год — Hitachi представляет первый коммерческий накопитель ёмкостью 1 Тб.

· 2009 год — на основе 500-гигабайтных пластин Western Digital , затем Seagate Technology LLC выпустили модели ёмкостью 2 Тб.

· 2009 год — Western Digital объявила о создании 2,5-дюймовых HDD объемом 1 Тб (плотность записи — 333 Гб на одной пластине)

Под емкостью или объемом любого запоминающего устройства подразумевают, как правило, не его физические габаритные размеры, а то количество информации, которое может сохраняться данным носителем. Для указания ёмкости запоминающего устройства, производители пользуются более правильными величинами, чем принято в информатике.
Известно, что приставка кило означает тысячу. Соответственно, один килобайт, в понятиях производителя запоминающего устройства, означает тысячу байт.

В информатике применяется несколько иная система исчислений и один килобайт подразумевает 1024 байт.
В традиционной системе измерений 1 килобайт = 1000 байт, 1 мегабайт = 1 000 000 байт, 1 гигабайт равен 1 000 000 000 байт. В информатике, где круглым числом принято считать 1024, всё выглядит несколько иначе: 1 килобайт = 1024 байт, 1 мегабайт = 1024 Кбайт, 1 гигабайт = 1024 мегабайт.
По этой причине возникают некоторые несоответствия.

Если вы приобретаете жесткий диск, ёмкость которого, указанная производителем, составляет 250 гигабайт, операционная система определит емкость, лишь в 238 гигабайт. Из-за подобных разночтений иногда возникают конфликты покупателя с продавцом, когда покупатель считает, что его обманули.

Вся информация, которая хранится на жестком диске, физически располагается в секторах, на обеих сторонах магнитных дисков. Сектор это фрагмент дорожки. Сами же дорожки жесткого диска именуются цилиндрами. При первом запуске, любой жесткий диск необходимо отформатировать.

Перед форматированием, полный объем жесткого диска, по желанию пользователя, можно разделить на несколько логических дисков, каждому из которых будет присвоена буква латинского алфавита: C, D, E, F.
При форматировании жесткого диска происходит проверка каждого сектора и ему присваивается так называемый префикс и суффикс. Префикс является заголовком (началом) сектора и позволяет определить его порядковый номер, а суффикс записывается в конце сектора и содержит контрольную сумму, позволяющую определить исправность сектора и целостность сохраненных в нем данных.

При форматировании запоминающего устройства создаются кластеры, которые являются логической минимальной величиной для хранения данных. Самый маленький по объему файл может занимать меньше одного кластера, но под его хранение так же будет использован ровно один кластер.Как правило, объем одного кластера составляет 4096 байт. Если же сохраняемый файл имеет объем всего 300 байт, он также целиком займет один кластер. Свободное место, оставшееся в кластере, не будет использоваться для хранения других файлов.

Теперь рассмотрим принципы сохранения данных на жестком диске. Для начала следует запомнить, что имена файлов хранятся отдельно от самих файлов. В классическом исходном варианте, на заре развития информатики, существовало понятие каталог. С момента появления операционной системы Windows, каталоги стали называть папками. Современному пользователю и в голову не приходит, что в папке хранятся только имена файлов, а не сами файлы.

По своей сути, каталог (папка) это список, в котором содержатся названия файлов. Названия файлов содержат в себе, помимо имени файла и его расширения, точный адрес на жестком диске, где хранится сам файл. При обращении пользователя к файлу, точнее к его имени, процессор считывает техническую скрытую информацию о расположении файла на жестком диске и приступает к его чтению, если не был выбран режим редактирования.

Физически, все имена файлов хранятся в Master File Table (MFT) — защищенный, скрытый системный файл.
Учитывая всё вышеизложенное, становится легко понять, что в случае перемещения файла из папки в папку, в пределах одного логического диска, фактически сам файл остается на месте, только имя файла переписывается из одного каталога в другой. Если же мы переносим файл на другой логический диск, тогда производится запись имени файла в каталог другого диска, а также происходит копирование файла.

Носители информации

Носитель информации (информационный носитель) – любой материальный объект, используемый человеком для хранения информации. Это может быть, например, камень, дерево, бумага, металл, пластмассы, кремний (и другие виды полупроводников), лента с намагниченным слоем (в бобинах и кассетах), фотоматериал, пластик со специальными свойствами (напр., в оптических дисках) и т. д., и т. п.

Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно чтение (считывание) имеющейся на нём информации.

Носители информации применяются для:

записи;
хранения;
чтения;
передачи (распространения) информации.

Зачастую сам носитель информации помещается в защитную оболочку, повышающую его сохранность и, соответственно, надёжность сохранения информации (например, бумажные листы помещают в обложку, микросхему памяти – в пластик (смарт-карта), магнитную ленту – в корпус и т. д.).

К электронным носителям относят носители для однократной или многократной записи (обычно цифровой) электрическим способом:

оптические диски (CD-ROM, DVD-ROM, Blu-ray Disc);
полупроводниковые (флеш-память, дискеты и т. п.);
CD-диски (CD – Compact Disk, компакт диск), на который может быть записано до 700 Мбайт информации;
DVD-диски (DVD – Digital Versatile Disk, цифровой универсальный диск), которые имеют значительно большую информационную ёмкость (4,7 Гбайт), так как оптические дорожки на них имеют меньшую толщину и размещены более плотно;
диски HR DVD и Blu-ray, информационная ёмкость которых в 3–5 раз превосходит информационную ёмкость DVD-дисков за счёт использования синего лазера с длиной волны 405 нанометров.

Электронные носители имеют значительные преимущества перед бумажными (бумажные листы, газеты, журналы):

по объёму (размеру) хранимой информации;
по удельной стоимости хранения;
по экономичности и оперативности предоставления актуальной (предназначенной для недолговременного хранения) информации;
по возможности предоставления информации в виде, удобном потребителю (форматирование, сортировка).

Есть и недостатки:

хрупкость устройств считывания;
вес (масса) (в некоторых случаях);
зависимость от источников электропитания;
необходимость наличия устройства считывания/записи для каждого типа и формата носителя.

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск – запоминающее устройство (устройство хранения информации), основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала – магнитные диски. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной («парковочной») зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации обычно совмещают с накопителем, приводом и блоком электроники. Такие жёсткие диски часто используются в качестве несъёмного носителя информации.

Оптические (лазерные) диски в настоящее время являются наиболее популярными носителями информации. В них используется оптический принцип записи и считывания информации с помощью лазерного луча.

DVD-диски могут быть двухслойными (емкость 8,5 Гбайт), при этом оба слоя имеют отражающую поверхность, несущую информацию. Кроме того, информационная емкость DVD-дисков может быть еще удвоена (до 17 Гбайт), так как информация может быть записана на двух сторонах.

Накопители оптических дисков делятся на три вида:

без возможности записи - CD-ROM и DVD-ROM (ROM – Read Only Memory, память только для чтения). На дисках CD-ROM и DVD-ROM хранится информация, которая была записана на них в процессе изготовления. Запись на них новой информации невозможна;
с однократной записью и многократным чтением – CD-R и DVD±R (R – recordable, записываемый). На дисках CD-R и DVD±R информация может быть записана, но только один раз;
с возможностью перезаписи – CD-RW и DVD±RW (RW – Rewritable, перезаписываемый). На дисках CD-RW и DVD±RW информация может быть записана и стерта многократно.

Основные характеристики оптических дисководов:

емкость диска (CD – до 700 Мбайт, DVD – до 17 Гбайт)
скорость передачи данных от носителя в оперативную память – измеряется в долях, кратных скорости 150 Кбайт/сек для CD-дисководов;
время доступа – время, нужное для поиска информации на диске, измеряется в миллисекундах (для CD 80–400 мс).

В настоящее время широкое распространение получили 52х-скоростные CD-дисководы – до 7,8 Мбайт/сек. Запись CD-RW дисков производится на меньшей скорости (например, 32х-кратной). Поэтому CD-дисководы маркируются тремя числами «скорость чтения х скорость записи CD-R х скорость записи CD-RW» (например, «52х52х32»).
DVD-дисководы также маркируются тремя числами (например, «16х8х6»).

При соблюдении правил хранения (хранение в футлярах в вертикальном положении) и эксплуатации (без нанесения царапин и загрязнений) оптические носители могут сохранять информацию в течение десятков лет.

Флеш-память (flash memory) – относится к полупроводникам электрически перепрограммируемой памяти (EEPROM). Благодаря техническим решениям, невысокой стоимости, большому объёму, низкому энергопотреблению, высокой скорости работы, компактности и механической прочности, флеш-память встраивают в цифровые портативные устройства и носители информации. Основное достоинство этого устройства в том, что оно энергонезависимое и ему не нужно электричество для хранения данных. Всю хранящуюся информацию во флэш-памяти можно считать бесконечное количество раз, а вот количество полных циклов записи, к сожалению, ограничено.

У флеш-памяти есть как свои преимущества перед другими накопителями (жесткие диски и оптические накопители) , так и свои недостатки, с которыми вы можете познакомиться из таблицы, расположенной ниже.

Жесткий диск , накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) (magnetic hard disk storage, Hard Disk Drive, HDD), винчестер - разновидность накопителей , составляющих неразборную конструкцию, которая функционально служит основой внешней памяти персонального компьютера и входит в состав устройств, встроенных в их системные блоки . Название «жесткий» накопитель получил в отличие от носителей информации на гибких магнитных лентах и оптических дисках .

Следует различать понятия «физических дисков» (например, жестких или гибких) и «логических дисков» (обозначаются «С», «D» и т.д.), которые представляют собой относительно автономные разделы физических дисков с точки зрения операционной системы . Разбиение диска на логические разделы и их форматирование обычно производится в процессе установки операционной системы.

Основными составными частями конструкции НЖМД являются: блок покрытых магниточувствительным материалом (окиси железа в более ранних моделях или окиси хрома в более поздних моделях) круглых дисковых пластин; блок считывающих и записывающих головок; электромеханический привод, обеспечивающий вращение дисков и позиционирование на их поверхности головок; электронная схема управления, включающая определенный вид интерфейса, например EIDE, IDE, SATA, SCSI.

Дисковые пластины (platter) устанавливаются на центральном шпинделе. Каждая пластина разбита на последовательно расположенные дорожки и секторы, соответствующие зонам остаточной намагниченности, созданной головками.

Как правило, головки чтения и записи (read-write head) находятся на специальном позиционере (head actuator). Для перемещения позиционера используются преимущественно линейные двигатели (типа voice coil - «звуковая катушка»). В винчестерах применяется несколько типов головок: монолитные, композитные, тонкопленочные, магниторезистивные (MR, Magneto-Resistive), а также головки с усиленным магниторезистивным эффектом (GMR, Giant Magneto-Resistive). Магниторезистивная головка, разработанная IBM в начале 1990-х, представляет собой комбинацию из двух головок: тонкопленочной для записи и магниторезистивной для чтения. Подобные головки позволяют почти в полтора раза увеличить плотность записи. Еще больше позволяют повысить плотность записи GMR-головки. Головки не касаются поверхностей дисков, а перемещаются над ними на расстоянии долей микрона благодаря создаваемым потокам воздуха (эффект Бернулли).

Внутри любого винчестера обязательно находится электронная плата, которая расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи и усиливает их от головок чтения.

Под пакетом дисков со шпинделем размещается двигатель. В более ранних моделях винчестеров для привода позиционеров применялся шаговый двигатель, поэтому расстояние между дорожками определялось величиной его шага. В современных моделях используется линейный двигатель, который не имеет дискретности, характерной для шагового двигателя. Поэтому наведение магнитных головок на дорожку производится точнее, что обеспечивает большую плотность записи на дисках.

С помощью специальных кабелей жесткий диск соединяется с разъемами на материнской плате или плате расширения.

В ходе выполнения процедуры так называемого низкоуровневого форматирования (low-level formatting) на жесткий диск записывается информация, которая определяет разметку винчестера на цилиндры и секторы. Структура формата включает в себя различную служебную информацию: байты синхронизации, идентификационные заголовки, байты контроля четности. В современных винчестерах такая информация записывается однократно при изготовлении винчестера. Повреждение этой информации при самостоятельном низкоуровневом форматировании чревато полной неработоспособностью диска и необходимостью восстановления этой информации в заводских условиях.

В связи с тем, что механизм НЖМД очень чувствителен к мельчайшим частицам пыли, жесткие диски нельзя вскрывать или разбирать в домашних условиях. При необходимости восстановления данных с поврежденного накопителя следует обратиться в специализированный сервисный центр.

Основными характеристиками НЖМД являются: емкость, плотность записи на поверхности дисков, скорость записи/считывания и передачи данных, емкость кэш-буфера, время безотказной работы, а также размеры дисков, скорость вращения дисковых пластин и ударопрочность. Средним временем поиска (измеряется в миллисекундах) называется время, необходимое накопителю, чтобы переместить головки от одного цилиндра к другому.

В старых дисках (и в современных флоппи-дисководах) применяется метод модифицированной частотной модуляции MFM (Modified Frequency Modulation), в более новых моделях - метод RLL (Run Length Limited), который кодирует записываемую информацию так, чтобы длина серии нулей лежала в определенном диапазоне, обычно от 2 до 7. В этом случае метод обозначается как RLL (2,7). На дорожку записывается до 27 секторов, причем плотность записи примерно на 50% выше, чем у MFM. Существует также усовершенствованный метод ARLL (Advanced RLL), обычно имеющий параметры (1,7) и (3,9), который позволяет записать до 43 секторов на одну дорожку.

В современных винчестерах применяется более эффективный, хотя и сложный в реализации метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood), что можно перевести как метод максимального правдоподобия при частично перекрывающемся отклике от соседних дорожек. Дорожки расположены так близко, что головка считывает сигналы от нескольких соседних дорожек сразу, а затем на основе методов теории вероятностей выделяется сигнал от нужной дорожки по критерию максимума функции правдоподобия, которая на лету вычисляется специализированным процессором цифровой обработки сигналов, установленным на плате управления диском. При этом плотность записи повышается еще на 40-50%.

Для дальнейшего повышения плотности записи применяется также зонный метод записи ZBR (Zoned Bit Recording). На внешних дорожках диска можно разместить с той же плотностью большее количество данных, чем на внутренних. Поэтому диск разбивается по радиусу на несколько зон в виде концентрических колец. В пределах каждой зоны число секторов постоянно и растет при удалении от центра диска. Поэтому, кстати, скорость доступа к данным у 3,5 и 5,25-дюймовых накопителей зависит от положения данных на диске. Для 1,8 и 2,5-дюймовых накопителей эта техника, как правило, не применяется. На современных дисках давно уже используется логическая, а не физическая адресация данных, поэтому различное число секторов на разных дорожках никому не мешает.

Принципы современной технологии изготовления жесткого диска были разработаны в 1973 американской фирмой IBM. Новое устройство, которое могло хранить до 16 килобайт информации, имело 30 цилиндров (дорожек) для записи, каждый из которых был разбит на 30 секторов. Поэтому оно получило название 30/30. Известные винтовки винчестер имеют калибр 30/30, поэтому жесткие диски тоже стали называться «винчестерами». Кроме того, разрабатывался жесткий диск в американском городе Винчестере.

В 1979 Файнис Коннер и Алан Шугарт основали фирму Seagate Technology , которая начала массовое производство пятидюймовых жестких дисков. Емкость первой модели ST-506 составляла 6 Мб. В 1983 Seagate разработала НЖМД ST-412 емкостью 12 Мб., который был использован в IBM PC/XT. Интерфейсы, использованные в ST-506/412, стали прообразом для интерфейсов ESDI и IDE.

В течение 1997–2000 был достигнут значительный прогресс в развитии НЖМД. Так, максимальная емкость серийно выпускаемых 3,5 дюймовых накопителей выросла с 25 до 75 Гбайт, плотность записи – с 3,7 до 14,5 Гбит/дюйм. Максимальная скорость вращения дисковых пластин за это время не изменилась и осталась равной 72000 об/мин. Емкость кэш-буфера также осталась в пределах 2048 Кбайт.

В период 2001-2002 на мировой рынок фирмами IBM, Maxtor DiamondMax и Western Digital выпущены жесткие диски емкостью 120 и 160 Гбайт (скорость вращения от 5400 до 7200 об/мин). В первой половине 2003 разработчикам вновь удалось удвоить плотность записи (уже с 30-35 до 60-70 Гбит/дюйм, плотность записи на одну пластину достигла 100 Гбайт), что повлекло за собой увеличение емкости накопителей со 160 до 300 Гбайт и снижение стоимости одного гигабайта емкости в 1,3-1,7 раза. На этой основе систематически происходит уменьшение размеров НМЖД.

Так, начиная с 2003 на рынки начали поступать в массовом порядке ударопрочные 2,5‛ НЖМД, в 2004 появились 1,8‛ НЖМД емкостью 30 Гбайт формата PCMCI/PC Card формата, 1‛ НЖМД, выполненные в формате CompactFlash емкостью 2 и 4 Гбайт, а также 0,85‛ диски фирмы Toshiba емкостью 2 и 4 Гбайт. В 2006 фирма Western Digital запланировала выпуск жестких дисков 1,0 и 1,8‛ емкостью 5 Гбайт, а также 2,5‛ дисков емкостью 100 и 120 Гбайт. Постоянно происходит и расширение области их применения: они начали активно использоваться не только в мобильных, но и стационарных персональных компьютерах, а также в бытовых и персональных мобильных устройствах (портативных аудио/видео проигрывателях, цифровых видео- и фотоальбомах, смартфонах, телефонах, КПК и т.п.).

С 1995 винчестеры все большего числа фирм начали обеспечиваться системами оперативного наблюдения за своим техническим состоянием - Smart (Self Monitoring And Reporting Technology). В настоящее время действует стандарт SMART II, поддерживающий внутреннюю самодиагностику и самоконтроль по многим атрибутам.

В 2005 компания HGST (Hitachi Global Storage Technologies) объявила о начале поставки жестких дисков, использующих технологию «Перпендикулярной магнитной записи». При обычной технологии намагниченные частицы, изменяющие ориентацию при записи, размещены параллельно рабочей поверхности диска. «Перпендикулярная» их ориентация значительно снижает площадь занимаемой ими поверхности. Первые НЖМД, выпускаемые HGST, имеют плотность записи 120 Гбит/кв. дюйм. В будущем предполагается увеличить плотность записи до 230 Гбит/кв. дюйм. Внедрением технологии перпендикулярной записи также занимаются такие компании, как Seagate Technology, Toshiba и Maxtor.

В 2006 компанией Seagate был представлен жесткий диск для настольных систем емкостью 750 Мб. В 2007 планируется наладить массовый выпуск терабайтных жестких дисков. Большинство современных жестких дисков оснащаются значительным объемом кэш-памяти, обеспечивающей значительно более быстрый доступ к данным (от 8 до 32 и более мегабайт).

Информационная емкость жесткого диска - важное понятие для систем хранения данных. За ним скрывается полный объем накопителя. Сейчас получили распространение две методики его расчета. Они дают разные результаты, и это не разбирающихся в данном вопросе пользователей вводит в заблуждение.

В чем проблема?

Человек обрабатывает информацию в Так исторически сложилось, и никто от этого не хочет отказываться. Нам так удобней. В ее состав входят числа от 0 до 9 (некоторые считают от 1 до 10, но это сути не меняет). А вот компьютер обрабатывает данные в Она базируется на 0 (отсутствии сигнала) и 1 (наличии напряжения). Вот и получается, что информационная емкость жесткого диска может быть определена по двоичной или по десятичной При этом необходимо учитывать один важный момент. В первой из них 1 килобайт составляет 2 10 , или 1024 байта. Этим значением пользуются программисты, и так определяют объем информации все ОС «Виндовс» на сегодняшний день. А вот во втором случае это значение будет равно 10 3 , или 1000 байт. Так считают информацию люди и производители накопителей. Как несложно понять, человек может купить жесткий диск с одними характеристиками, а ОС «Виндовс» покажет ему немножко другую информацию. При этом информационная емкость жесткого диска для двоичной системы будет меньше, а для десятичной - больше. А вот количество остается неизменным. Определяющим в этом случае является то, каким способом считать.

Пересчет

Сделаем пересчет на примере накопителя на 500 Гб (по данным производителя) и определим процент потерь. Для начала уточним то, что приставка "гига" в десятичной системе означает 10 9 , а в двоичной - 2 30 . Для начала умножаем 500 Гб на 10 9 . Это позволит получить размер в байтах. Для перехода к двоичной системе нужно полученное значение 500 х 10 9 разделить на 2 30 , и мы получим 465 Гб. Это и будет информационная емкость жесткого диска в новой системе. Далее определим процент потерь при переходе между ними. Для этого от 500 Гб вычтем 465 Гб и разделим полученное значение на 500 Гб. В результате получаем 0,07. Если это значение умножим на 100, то узнаем разницу в процентах. Это будет 7%.

Вот и получается, что объем накопителя, который покажет ОС «Виндовс», уменьшается сразу на полученное значение. Хорошо, если человек разбирается и понимает это. Но бывают и другие случаи, когда обиженный клиент приходит в магазин и начинает выяснять отношения. При этом продавца обвиняют в том, что он продал «обрезанный» накопитель. Клиент не понимает того, что максимальная емкость жесткого диска - величина неизменная на самом деле. Но ее значение может изменяться в зависимости от метода подсчета. И разница между ними составляет 7% независимо от объема. Это утверждение справедливо для всех устройств хранения информации, в том числе и флешек, и дискет, и компакт-дисков.

Заключение

Полная емкость жесткого магнитного диска является ключевым параметром, на который покупатели обращают внимание перед приобретением. Но при этом мало кто задумывается о том, что ее значение будет меньше на 7% в ОС «Виндовс». А ведь это надо учитывать и брать устройство с определенным запасом, чтобы потом не покупать второй накопитель.

Читайте также: