VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

ВВЕДЕНИЕ

В прошлом вся информация, содержащаяся на компьютере хранилась на перфокартах или магнитных лентах, но объём информации, который они могли сохранить был слишком мал. Эту проблему решили при помощи жёстких дисков, объём хранения информации увеличился в миллионы раз.

Жесткий диск – один из основных компонентов компьютера, в задачи которого входит хранение информации для работы компьютера и не только. Цель данной работы провести анализ и показать развитие жёсткого диска.

НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ВИНЧЕСТЕРА

Устройство.

Жёсткий диск состоит из гермозоны и блока электроники.

Гермозона.

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 окислов железа, марганца и других металлов (точный состав и технология нанесения держатся в секрете). Большинство устройств содержит 1 или 2 пластины.

Диски жёстко закреплены на шпинделе. Во время работы шпиндель вращается со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту (4800, 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. Пока диски не разогнались до скорости, необходимой для «взлёта» головок, парковочное устройство удерживает головки в зоне парковки. Это предотвращает повреждение головок и поверхности пластин. Устройство позиционирования головок состоит из неподвижной пары сильных, как правило, неодимовых, постоянных магнитов и 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, а для выравнивания давления устанавливают тонкую металлическую или пластиковую мембрану. Другие выравнивают давление через небольшое отверстие с фильтром, способным задерживать очень мелкие 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 так же при прогреве устройства во время работы.

Пылинки, оказавшиеся при сборке в жёстком диске и попавшие на поверхность диска, при вращении сносятся на ещё один фильтр — пылеуловитель.

ТИПЫ УСТРОЙСТВ

Базовые типы устройств

Промышленность производит несколько видов винчестеров, которые предназначены для решения различных универсальных и специализированных задач.

В современном компьютере может стоять несколько жестких дисков. Например: для установки операционной системы лучше использовать SSD диск который будет намного производительнее чем обычный HDD (hard disk drive). На HDD диске лучше хранить мультимедиа файлы.

У каждого из этих видов жёстких дисков есть свои плюсы и минусы

Плюсы SSD диска:

1. Производительность

2. Низкое энергопотребление

3. Бесшумность

4. Размеры (меньше чем HDD)

Минусы SSD диска:

1. Высокая цена

2. Маленький объём дискового пространства

3. Недолговечность

Плюсы HDD диска:

1. 1Большой объём дискового пространства

2. Низкая цена

3. Долговечность

Минусы HDD диска:

1. Производительность по сравнению с SSD накопителем намного меньше

2. Крупные размеры

3. Создаёт шум при вращении магнитного диска

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВИНЧЕСТЕРА

Основными характеристиками жестких дисков являются:

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

• Ёмкость - количество данных, которые могут храниться накопителем. Ёмкость современных устройств достигает 2000 ГБ (2 ТБ). В отличие от принятой в информатике системе 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.

• Время произвольного доступа - 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.

• Скорость вращения шпинделя - 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 - 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./сек 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 - сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии.

• Скорость передачи данных при последовательном доступе:

1. внутренняя зона диска: от 44,2 до 74,5 МБ/с;

2. 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 современных HDD он обычно варьируется от 8 до 32 МБ.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ

На данный момент в мире существуют несколько крупнейших производителей винчестеров (Maxtor Corporation, Western Digital, Samsung Group, IBM, Toshiba Corporation) мне кажется, что кто то из этих производителей в ближайшем будущем изобретёт новое поколение винчестеров. Они будут работать в сотни раз быстрее чем SSD, а их объём увеличится в тысячи раз, при этом цена их будет не очень большой, т.к. изобретут новые материалы, на которых будет храниться информация. Возможно в будущем обычные пользователи не будут использовать винчестеры, а будут пользоваться облачным хранилищем. Винчестеры будут использовать только для серверов, которые будут хранить всю информацию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Прошло не так и много времени с момента создания первого винчестера он был создан под именем «IBM 350» поступает в продажу четвёртого сентября 1956 года. Масса этого винчестера была 1 тонна а объём равен 30 мегабайт.

Нынешние SSD винчестеры весят около 100 грамм при объёме в 100 гигабайт и более, разница очевидна и это еще не предел развития.