Наше оборудование

Почта

Логин:
Пароль:

 

Сейчас на сайте

Сейчас 2032 гостей онлайн

Жесткий диск.

 

Несмотря на то, что жесткие диски являются электронно-механическими устройствами, а не чисто электронными, им характерно почти столь же быстрое улучшение основных параметров, как и для полупроводниковых чипов - по той же причине, за счет совершенствования технологии производства. В частности, емкость жестких дисков также растет экспоненциально (рис. 3.1), удваиваясь в среднем каждые 10 месяцев (у современных полупроводниковых чипов удвоение количества элементов на кристалле, согласно закону Мура, происходит в среднем за 24 месяца). Параллельно с ростом емкости происходит и улучшение параметров, определяющих быстродействие.

 

Плотностьзаписи и емкость жестких дисков

Основой для роста емкости жестких дисков является постоянное увеличение плотности магнитной записи за счет применения более совершенных магнитных материалов и магнитных головок. В современных жестких дисках используются алюминиевые, а в некоторых случаях и стеклянные пластины с многослойным покрытием из магнитных и немагнитных материалов. Сверху находятся защитный слой из алмазоподобного графита и смазывающий слой толщиной 2 нм. Эти слои предохраняют от разрушений магнитное покрытие и головку в случае их соприкосновения в процессе работы. Магнитные головки на основе эффекта гигантской магниторезистивности (GMR - Giant Magneto Resistance) также имеют защитное покрытие (Fujitsu и Seagate вместо покрытия используют миниатюрные полусферы из алмазоподобного графита). Типичная величина зазора между головкой и поверхностью диска (это высота, на которой головка "летит" над диском) составляет 10-15 нм, при этом расстояние от головки до магнитного слоя значительно больше - около 30 нм из-за присутствия других слоев. Схема устройства современного жесткого диска приведена на рис. 3.2.

рис. 3.2.

На современном этапе уменьшаются размер частиц в магнитном покрытии, толщина магнитного и других слоев покрытия пластин, размер магнитных головок при одновременном повышении их чувствительности, также уменьшается зазор между магнитной головкой и поверхностью диска. Все это приводит к росту плотности записи. Однако бесконечно уменьшать размеры намагниченного участка нельзя, так как начиная с некоторого уровня ферромагнитные свойства исчезают и материал начинает вести себя как парамагнетик. Наличие парамагнитного предела ограничивает достижимый уровень плотности записи. Предельные значения зависят от многих факторов, так что возможности для поиска оптимального решения существуют. Еще несколько лет назад достижимая плотность магнитной записи оценивалась в 30 Гбит на квадратный дюйм, нынешние оценки отодвигают парамагнитный предел за 300 Гбит на квадратный дюйм. Так, один из лидеров технологии магнитной записи компания Fujitsu разработала новое многослойное магнитное покрытие со стабилизирующим слоем (Март 2001г.). На этом покрытии в лабораторных условиях были достигнуты плотности записи 57 Гбит на квадратный дюйм (для 3.5-дюймовой пластины это соответствует емкости 78 Гб). По прогнозу Fujitsu, к 2003 году в серийных изделиях плотность записи достигнет 100 Гбит на квадратный дюйм. А предел для новой многослойной технологии - 300 Гбит на квадратный дюйм. Такие величины действительно могут быть достигнуты при применении новых магнитных головок - туннельных магниторезистивных (TMR - Tunneling Magneto Resistive).

Реально достигнутые плотности записи в промышленных изделиях составляют сейчас около 90 Гбит на квадратный дюйм (120 Гб на 3.5-дюймовую пластину). Если темпы роста сохраняться примерно до 2007 года, то емкость жестких дисков достигнет фантастических по сегодняшним меркам величин, измеряемых терабайтами. Еще более высокие плотности записи могут быть достигнуты при переходе от нынешнего горизонтального к вертикальному способу записи, при котором направление намагничивания перпендикулярно поверхности пластины. Надо отметить, что на определенном этапе повышения плотности записи потребуется существенное усовершенствование механизма позиционирования магнитной головки над дорожками записи (рис.). Вместо обычного одноступенчатого актуатора на базе электрического привода будет применяться двухступенчатый с обычным актуатором и дополнительным микроактуатором для тонкой наводки на дорожку.

Рост плотности записи приводит не только к увеличению емкости, но и к уменьшению стоимости жестких дисков в расчете на единицу емкости хранения. В настоящее время стоимость хранения информации (в пересчете на мегабайт) у IDE дисков чуть-ли не самая минимальная по сравнению со всеми другими устройствами хранения данных. IDE диски уступают только накопителям на магнитной ленте, которые из-за последовательного доступа к информации не нашли широкого применения в ПК. Нижняя граница емкости выпускаемых жестких дисков определяется емкостью одной поверхности пластины (половиной емкости пластины, так как иногда используется только одна ее сторона). Диск может содержать несколько пластин, их количество задает верхнюю границу емкости (для дисков с интерфейсом АТА максимальное количество пластин составляет сейчас 2, для дисков с интерфейсом SCSI бывает и 10-12). Чем меньше пластин и, соответственно, магнитных головок, тем дешевле обходится жесткий диск. Поэтому производители заинтересованы в постоянном увеличении плотности записи, чтобы обходиться меньшим количеством пластин и головок, особенно для наиболее массовых моделей. Находясь в условиях жесточайшей конкуренции, они просто вынуждены постоянно предлагать новые модели, с большей плотностью записи и с большей емкостью. Жесткие диски последнего поколения, рассчитанные на персональные компьютеры (с интерфейсом АТА), имеют плотность записи 100 Гб на пластину.

 

Скорость вращения, время доступа, емкость буфера

Все перечисленные в заголовке параметры наряду с плотностью записи и интерфейсом подключения определяют производительность жестких дисков. Рост плотности записи автоматически приводит к увеличению производительности, так как возрастают скорости чтения и записи данных, определяемые линейной плотностью записи и скоростью вращения пластины. Однако и увеличение скорости вращения тоже оправдано, так как оно приводит не только к росту скоростей чтения и записи, но и к уменьшению задержки при обращении к диску. С ростом скорости вращения уменьшается так называемое скрытое время (latency), то есть время, необходимое для того, чтобы нужный сектор с данными оказался под считывающей головкой. Среднее значение скрытого времени равно половине времени одного оборота и составляет для ряда стандартных значений скоростей вращения следующие величины: 5400 об/мин — 5.6 мс, 7200 об/мин — 4.2 мс, 10 000 об/мин — 3 мс и 15 000 об/мин — 2 мс. Другая составляющая задержки – время на позиционирование головки (время поиска). Эта составляющая у каждого производителя, впрочем, даже у каждой модели - своё. Так переход от скорости вращения 10 000 об/мин к скорости вращения 15 000 об/мин дает очень существенное уменьшение скрытого времени, однако при этом время доступа уменьшается не столь значительно (из-за время поиска). Поэтому увеличение скорости вращения желательно сопровождать также и уменьшением времени поиска. Обе эти задачи являются довольно сложными в техническом плане, поэтому заметный прогресс в этом направлении наблюдается только у высокопроизводительных (и дорогих) SCSI дисков. При высоких скоростях вращения (10 000 об/мин и более) для обеспечения стабильной работы необходимо применять дополнительные меры по снижению уровня возникающих колебаний. С этой целью вместо обычных шариковых подшипников стали применяться жидкостные. Жидкостные использует Seagete и в АТА дисках последних поколений. При их использовании повышается также стойкость к ударным воздействиям и снижается уровень шумов. Благодаря этому они стали применяться даже в недорогих жестких дисках со скоростью вращения 5400 об/мин.

Первый жесткий диск со скоростью вращения 15 000 об/мин выпустила фирма Seagate. Модель Cheetah X15 имеет не только рекордно высокую скорость вращения, но и одно из минимальных значений времени поиска (3.9 мс) и, как следствие, очень высокую производительность. Однако другие фирмы не сразу последовали за Seagate. Только через несколько месяцев жесткий диск со скоростью вращения 15 000 об/мин был выпущен фирмой IBM, сообщили о намерении выпускать соответствующие модели также фирмы Fujitsu и Quantum. Медлительность в данном случае вполне объяснима, так как лучшие диски со скоростью вращения 10 000 об/мин не сильно отставали по производительности за счет более высокой плотности записи (a Fujitsu MAJ3xxxMx/Allegro 6LE обеспечивает даже более высокую скорость чтения).

Внастоящее время жесткие диски на 10 000 об/мин составляют большую часть среди моделей с интерфейсом SCSI. Они вытеснили диски со скоростью вращения 7200 об/мин даже из сектора серверов начального уровня, так как предлагаются по привлекательным ценам и уже не имеют, в отличие от самых первых образцов, проблем с тепловыделением. Массовые жесткие диски с интерфейсом АТА имеют скорости вращения 7200 об/мин. Среднее время поиска составляет около 8-9 мс (для его снижения до уровня SCSI дисков требуется либо резкое снижение массы актуатора, что невыполнимо, либо повышение мощности, что дорого). При таком большом времени поиска уменьшение скрытого времени (5.6 мс и 4.2 мс) не является актуальной задачей, так как в конечном итоге время доступа уменьшится незначительно. В то же время скорость чтения с носителя и записи на носитель (а значит и общая производительность) и так растут по мере увеличения плотности записи.

Еще один параметр, оказывающий влияние на производительность жестких дисков — это объем буфера. И для SCSI, и для АТА моделей он постепенно увеличивается. Его величина лимитируется в основном стоимостными соображениями, так что снижение цен на микросхемы памяти в конечном счете приводит к увеличению объема буфера. У АТА жестких дисков объем буфера составляет обычно 2Мб или 8 Мб (512 Кб – Уже единицы), причем 512-килобайтный буфер используется только в моделях со скоростью вращения 5400 об/мин и ниже. Для SCSI дисков стандартным стал буфер емкостью 4 Мб, в новых моделях, претендующих на самый высокий уровень производительности, объем буфера увеличен до 8 Мб. Некоторые модификации жестких дисков, ориентированные на мультимедийные (аудио и видео) приложения, имеют буфер объемом 16 Мб.

Интерфейсы

Экспоненциальный рост плотности записи, наблюдаемый в последние годы, приводит не только к соответствующему росту емкости жестких дисков, но и к быстрому (тоже экспоненциальному) росту скорости чтения с носителя и записи на носитель. Растущие скорости внутренней передачи (с поверхности диска в буфер и из буфера на поверхность диска) требуют адекватного увеличения скоростных параметров интерфейса между жестким диском и компьютером. Хотя по скорости внутренней передачи отличие между производительными (с интерфейсом SCSI) и массовыми (с интерфейсом АТА) дисками не очень велико, требования к пропускной способности интерфейса серьезно различаются Обусловлено это тем, что SCSI интерфейс применяется в многодисковых системах, так что его пропускной способности должно хватать для эффективного одновременного обслуживания нескольких дисков. Возможности АТА интерфейса по обслуживанию многодисковых систем гораздо скромнее, соответственно скромнее и требования к его пропускной способности. В условиях быстрого роста внутренней скорости передачи данных у жестких дисков важное значение приобретает и временной фактор — интерфейс должен обеспечивать не только текущие потребности, но и иметь надлежащий потенциал для дальнейшего, в течение нескольких лет, развития. Интерфейс АТА себя практически исчерпал и ему на смену пришел Serial ATA.



Если Вы модернизируете свою старую машину, то SATA Вам не подойдет: вряд ли на Вашей материнской плате есть поддержка этих винчестеров, а использование переходников не только дорого, но и бессмысленно. Ну, а если Вы покупаете новый компьютер, то стоит оснастить его качественными и современными винчестерами, такими как Seagate ,Samsung, Western Digital с интерфейсом SATA.

 

В закладки!