Жесткий диск
Накопитель на жестких магнитных дисках
(НЖМД), обычно называемый просто жестким диском или
винчестером (любящие краткость и не обращающие внимания
на чистоту родного языка компьютерщики, а за ними и
многие пользователи, называют его также "винтом"
или "хардом") - один из ключевых компонентов
любого персонального компьютера.
Это электронно-механическое устройство,
на котором хранятся все ваши данные и программы, часто
даже в большей степени, чем чисто электронные компоненты
(процессор, набор микросхем, память и графическая плата),
определяет производительность, надежность ПК и удобство
работы с ним.
Вся менее чем 50-летняя история индустрии
НЖМД - это история борьбы за повышение поверхностной
плотности записи на носитель. О том, насколько эта борьба
была успешной, говорит лишь одна цифра: за прошедшие
с 1956 г., когда был выпущен первый НЖМД, годы поверхностная
плотность записи выросла примерно в 16 миллионов раз!
И этот процесс продолжается, причем нарастающими темпами.
Конечно, жесткий диск характеризуется
не только плотностью записи, но и множеством других
параметров, однако большинство из них в конечном счете
оказываются зависящими от этой основополагающей величины,
в которой различают две составляющих - продольную, т.
е. количество бит данных, записываемых на единицу длины
дорожки, и поперечную, т. е. количество дорожек, умещающихся
на единице длины по радиусу диска. С емкостью диска
все ясно - при заданных размерах дисковой пластины чем
больше поверхностная плотность, тем больше данных на
нее помещается. Когда речь идет о миниатюризации, повышение
плотности позволяет разместить те же или большие объемы
данных на пластинах меньшего размера. Не столь очевидно,
но не менее велико влияние плотности записи на скорость
считывания и записи информации - ведь чем больше бит
данных умещается на одной дорожке диска, тем больше
при той же скорости вращения скорость их записи/считывания.
Плотность записи влияет и на такой важный параметр диска,
как время доступа, - большая плотность позволяет уменьшить
размеры пластин, а следовательно, расстояния, на которые
необходимо передвигать головки для поиска нужного сектора.
Повышение плотности записи достигается
двумя путями: с одной стороны, это совершенствование
самих дисковых пластин и применение специальных технологий
для их обработки и нанесения магнитного покрытия, с
другой - достижения в технологии изготовления головок
чтения-записи и обработки поступающих от них сигналов,
позволяющие записывать магнитные домены все меньшего
размера и надежно распознавать считываемые с них сигналы
на фоне шумов.
Чтобы обеспечить надежные запись
и считывание данных со столь высокими плотностями, необходимо
совершенствовать и электромеханические компоненты жесткого
диска. Для уменьшения случайных отклонений головок от
записанных дорожек вместо шариковых подшипников в шпиндельных
двигателях НЖМД стали применять гидродинамические подшипники,
которые позволили также снизить "шумность"
и повысить ударостойкость накопителей. Точность и скорость
позиционирования головок удалось поднять благодаря использованию
двухступенчатых позиционеров с так называемыми микроактуаторами.
В лабораториях компаний, разрабатывающих
новые модели жестких дисков, уже получены значения поверхностной
плотности записи, превышающие 300 Гбит/дюйм2. Это означает,
что в недалеком будущем "однотарелочный" 3,5-дюйм
жесткий диск будет иметь емкость более 400 Гбайт!
Поскольку речь в нашем обзоре идет
о сборке настольных ПК, мы ограничимся рассмотрением
наиболее массовых дисков с интерфейсом IDE (Ultra ATA
и Serial ATA) форм-фактора 3,5 дюйма. По емкости они
перешагнули рубеж 300 Гбайт, скорость вращения большинства
из них - 7200 об/мин (хотя продолжают выпускаться и
более дешевые модели со скоростью 5400 об/мин, а недавно
появились и более дорогие со скоростью 10 000 об/мин)
емкость буферной памяти - не меньше 2 Мбайт.
Вверх
Что внутри
Накопитель на жестких магнитных дисках
состоит из четырех главных элементов, каждый из которых
вносит свой вклад в его общие характеристики: носителя
(пакета дисковых пластин, вращающихся на одной оси),
головок чтения-записи, позиционера (устройства, "наводящего"
головки на нужную дорожку) и контроллера, обеспечивающего
согласованное управление всеми элементами диска и передачу
данных между ним и компьютером. Данные хранятся на пластинах
в виде концентрических дорожек, каждая из которых делится
на секторы, содержащие данные и коды коррекции ошибок.
Количество секторов на дорожке в современных дисках
варьируется в зависимости от длины дорожки, т. е. на
внешних дорожках секторов больше, а на внутренних меньше
(так называемый метод зон-но-битовой записи - zoned
bit recording). Пример разбивки поверхностей пластин
конкретного диска на зоны, количество секторов на дорожке
в каждой зоне и соответствующие скорости передачи приведены
в таблице.
Несомненно, главный параметр любого
жесткого диска - его емкость, т. е. количество байтов
данных, которое можно на него записать. Определяющие
факторы для этого параметра - поверхностная плотность
записи, размер и количество дисковых пластин. Поверхностная
плотность определяется размером магнитных частиц покрытия
пластин, а также размерами зазора головки записи-чтения.
Уменьшение размера магнитных частиц в конечном итоге
может привести к так называемому сверхпарамагнитному
эффекту, когда магнитный домен может самопроизвольно
изменить направление своей намагниченности за счет теплового
движения молекул. Чтобы избежать этого эффекта, применяются
специальные многослойные покрытия - с антиферромагнитной
связью (AFC) и так называемые синтетические ферримагнетики
(SFM). Сейчас большое внимание уделяется также покрытиям,
способным обеспечить вертикальную запись на носителях,
обладающих магнитооптическими свойствами (в них применяются
пленки на основе сплава тербия, железа и кобальта).
Не менее важно для повышения поверхностной
плотности уменьшение размеров головки записи-чтения.
Сейчас практически все изготовители жестких дисков применяют
головки чтения на основе супер-магниторезистивного спинового
клапана (GMR-SV), в котором ток протекает в плоскости
головки (current-in-plane, CIP). Перспективные разработки
направлены на исследование туннельных магниторезистивных
(TMR) структур и супермагниторезистивных спиновых клапанов,
в которых ток протекает перпендикулярно плоскости головки
(current-perpendicular-plane, CPP).
Поперечная плотность записи, т. е.
количество дорожек на единице длины радиуса диска, увеличивается
за счет повышения точности позиционирования головок
(применяются двухступенчатые схемы позиционирования,
в которых обычный позиционер на основе "звуковой
катушки" осуществляет грубое позиционирование,
а затем подвес головки точно "доводится" так
называемым пьезоэлектрическим микроак-туатором). На
поперечную плотность записи влияют также нерегулярные
боковые биения пластин, обусловленные неидеальностью
подшипников шпиндельного двигателя. Поэтому применяют
керамические подшипники, а в последнее время все большее
распространение получают двигатели с гидродинамическими
подшипниками (FDB, Fluid Dynamic Bearing), в которых
вместо шариков используется специальное масло. Еще один
фактор, ограничивающий поперечную плотность, - точность
записи на диск сервоинформа-ции. Эта информация записывается
на дисковые пластины специальным устройством на заключительном
этапе изготовления накопителя.
Отметим, что увеличение количества
дисковых пластин, а следовательно, и головок чтения-записи,
во-первых, удорожает диск, а во-вторых, снижает его
надежность. Поэтому изготовители современных жестких
дисков стараются уменьшить количество пластин до 2-3,
а для изделий, требующих повышенной надежности, и до
одной.
Второй по значению параметр диска
- внутренняя скорость передачи данных между головкой
записи-чтения и поверхностью магнитных пластин (в отличие
от внешней, с которой данные передаются по интерфейсу
между диском и компьютером). Она, как и емкость, в первую
очередь определяется поверхностной плотностью записи,
а во вторую - скоростью вращения. Могут возразить, что
скорость вращения оказывает большее влияние на скорость
передачи, однако рост скоростей вращения происходит
намного медленнее, чем рост плотности записи. Каждый
шаг в этом направлении сопряжен с массой проблем, связанных
с повышением потребления мощности, тепловыделения, шумов,
необходимостью увеличения механической прочности пластин,
разработки новых двигателей и т. п. В то же время скорость
передачи при переходе от скорости вращения 5400 к 7200
об/мин увеличивается всего на 30%, в то время как достижимое
гораздо "меньшей кровью" увеличение плотности
записи в два раза поднимает скорость вдвое.
Третий важный параметр любого жесткого
диска - время доступа к данным. Оно определяется скоростью
перемещения позиционера и расстоянием, которое ему необходимо
проходить, а следовательно, диаметром дисковых пластин,
и латентностью, т. е. средним временем появления под
головкой нужного сектора после ее выхода на заданную
дорожку. Латентность, которая считается равной времени
полуоборота диска, напрямую зависит от скорости вращения
и для современных дисков, вращающихся со скоростями
5,4, 7,2, 10 и 15 тыс. об/мин, составляет, соответственно,
5,6, 4,2, 3 и 2 мс. Полное время доступа для массовых
3,5-дюйм IDE-дисков обычно составляет 8-12 мс, а для
SCSI-дисков высшего класса может быть меньше 5 мс.
Четвертый параметр - объем буферной
памяти (кэш-буфера) накопителя. Увеличение объема буфера
позволяет увеличить внешнюю скорость передачи благодаря
использованию специальных алгоритмов кэширования, в
первую очередь так называемому упреждающему чтению,
т. е. чтению в буфер не только заданного сектора, но
и последующих секторов дорожки, с тем чтобы дальнейшая
выборка данных происходила из буфера. Разработка более
эффективных алгоритмов кэширования позволит еще больше
поднять скорость передачи данных.
Внешняя скорость передачи определяется
в первую очередь типом и пропускной способностью интерфейса
накопителя. Ясно, что пропускная способность интерфейса
должна быть по крайней мере не меньше внутренней скорости
передачи данных с учетом кэширования в буферной памяти.
При этом следует различать интерфейсы радиальной структуры,
например Serial АТА (каждый накопитель подключается
к контроллеру отдельным кабелем), и шинной, когда на
одной шине данных может находиться более одного (2 для
АТА и до 15 для SCSI) накопителя.
К сожалению, до настоящего времени
система обозначений интерфейсов жестких дисков не стандартизирована:
существует несколько систем, и каждый изготовитель придерживается
той, которая ему больше нравится. Чтобы вам легче было
ориентироваться в мешанине обозначений, мы приводим
таблицу их соответствия.
Уровень шума, создаваемый накопителем,
- тоже немаловажный параметр, особенно если диск установлен
в домашнем компьютере или развлекательном центре. Для
снижения шума применяются специальные демпфирующие устройства,
двигатели с гидродинамическими подшипниками. Нередко
изготовители предусматривают специальные "бесшумные"
режимы работы, когда в ущерб производительности снижаются
скорости вращения дисковых пластин и позиционирования
головок.
Наконец, надежность - последний по
счету, но не по значению важный параметр накопителя.
Мы уже упоминали такой радикальный путь повышения надежности,
как уменьшение числа пластин и, соответственно, головок.
Кроме этого, изготовители принимают специальные меры
повышения надежности, оснащая контроллер диска специальными
средствами самодиагностики, обнаружения ошибок, "скрытия"
дефектных секторов и т. п. Такие технологии, как S.M.A.R.T.,
позволяют заблаговременно прогнозировать надвигающийся
отказ диска.
Вверх
Выбор
После прошедших в последние годы
слияний и покупок в индустрии жестких дисков осталось
всего семь основных изготовителей, из которых 3,5-дюйм
IDE-диски выпускают только пять: Hitachi, Maxtor, Samsung,
Seagate и Western Digital (WD). Основные параметры современных
серий 3,5-дюйм IDE-дисков приведены в таблице.
При выборе жесткого диска следует
руководствоваться прежде всего основным предназначением
собираемого компьютера: если это сверхмощная игровая
и мультимедийная машина, стоит брать наиболее производительные
модели (в последнее время по производительности лидировали
диски Hitachi, раньше выпускавшиеся компанией IBM, но
эта ситуация в любой момент может измениться; вообще
говоря, разница в производительности современных дисков
одного класса разных изготовителей составляет, как правило,
не больше 10%); если ПК предназначается для несложных
работ офисного характера, можно остановиться на недорогой
модели со скоростью вращения 5400 об/мин; если у вас
спальня совмещена с кабинетом, следует подумать о комфорте
спящей "второй половины" или детей во время
ваших ночных бдений в Интернете, выбрав наиболее "тихую"
модель (до последнего времени из производительных дисков
со скоростью вращения 7200 об/мин наименее шумными считались
Seagate Barracuda IV и V, но корпорация Samsung, похоже,
изменила положение, выпустив свою последнюю серию Spin
Pjomt P80).
Жесткий
диск Samsung SP-1604N новейшей серии SpinPoint P80 и
PCI - контроллер Serial ATA и Ultra ATA/133 Promise
SATA 150TX2+
Если вы приобретаете диск большой
емкости для относительно старого компьютера, готовьтесь
к сюрпризам: например, из вашего 180-Гбайт диска старый
АТА-контроллер будет "видеть" не более 137
Гбайт, и вам придется либо смириться с потерей четверти
емкости диска, либо покупать дополнительную PCI-плату
(например, комбинированный контроллер Serial АТА и Ultra
АТА/133 Promise SATA 150TX2+). АТА-контроллеры, встроенные
в современные наборы микросхем (в частности, "южные
мосты" ICH4 и 5 в НМС Intel), свободны от этого
ограничения.
Нынешний "переходный период"
от параллельного IDE-интерфейса к последовательному
также чреват некоторыми "ловушками". Так,
на многих системных платах последних моделей уже имеются
разъемы для подключения дисков Serial АТА, однако при
попытке подключить только что купленный диск вы скорее
всего обнаружите, что в комплекте платы есть 7-жильный
сигнальный кабель, но нет 15-жильного кабеля питания,
найти же последний на российском рынке, по крайней мере
на момент написания этого обзора, практически нереально.
Вверх
|
