от дискеты до HDD и SSD / Habr

На одном процессоре компьютеры далеко не уехали бы, как и на одной оперативной памяти или накопителях в виде аудиокассет. Несколько компаний стояли у истоков современных видов накопителей — HDD и SSD, переживших гибкие магнитные диски и перфокарты. Сегодня мы поговорим об истории Seagate, представившей в 1980 году первый жёсткий диск ёмкостью 5 мегабайт.

Из истории накопителей

В 1920-1950-х годах в качестве способа хранения и передачи информации для компьютеров использовали перфокарты и перфоленты. Они пришли в компьютерную отрасль из ткацких станков.С помощью перфорации станки делали определённое количество опусканий и подъёмов нитей, чтобы отобразить рисунок на ткани. Скорость работы с этим носителем была невысокой, много времени уходило на перфорацию выведенных в процессе расчётов данных и ввод новых перфокарт в машину для дальнейших вычислений. Изобретатели в то время работали над относительно новыми способами ввода и хранения данных – над магнитными лентами и проволокой.

Способ магнитной записи был запатентован в 1898 году датским физиком и инженером Вальдемаром Поульсеном. В качестве носителя он использовал не ленту, а проволоку. С усилителя сигнал подавался на записывающую головку, вдоль которой с постоянной скоростью перемещалась проволока и намагничивалась соответственно сигналу. В 1927 году немецкий инженер Фриц Пфлеймер нанёс напыление порошка оксида железа на тонкую бумагу и запатентовал метод, но патент отменили из-за изобретения тридцатилетней давности. Обе эти идеи использовала компания AEG, представившая в 1935 году «Магнетофон-К1» на магнитной ленте производства химического концерна BASF.

«Магнетофон-К1»

В 1950 году Национальное бюро стандартов США построило компьютер SEAC. В нём в качестве накопителей использовали металлическую проволоку в кассетах.

Кассета с магнитной проволокой для компьютера SEAC

В 1951 году впервые использовали в компьютере магнитную ленту – в UNIVAC. Компьютер построили для нужд Военно-воздушных сил и топографической службы армии США. В качестве носителя использовали накопитель UNISERVO с лентами из никелированной бронзы шириной 13 миллиметров и длиной до 450 метров. Одна лента вмещала 1 440 000 шестибитных символов.

Ленточные накопители UNISERVO для UNIVAC

Магнитная лента в бытовых компьютерах в 1970-х годах использовалась в виде кассет. Программы воспроизводили либо с помощью специальных накопителей, либо с помощью обычных домашних аудиомагнитофонов. Магнитные ленты до сих пор используются — например, на них хранят результаты работы Большого адронного коллайдера в CERN, с ними работает НАСА и некоторые крупные корпорации с огромными архивами. На них делают бэкапы, когда нужно хранить большие объёмы данных.

Преимущество этого метода хранения состоит в цене. В IBM считают, что до 80% корпоративных данных можно записать на ленту. Но за низкую цену приходится платить низкой скоростью — доступ осуществляется последовательно, так что придётся ждать от нескольких десятков секунд до минуты для получения нужного файла.

Проблему скорости доступа в 1960-е годы решала команда Алана Шугарта в IBM. Вместо ленты инженеры предложили гибкий магнитный диск с кожухом. В 1971 году IBM представила первую 8-дюймовую дискету на 80 килобайт и дисковод.

Оператор ЭВМ использует 8-дюймовую дискету

Основание Seagate Technology

После ухода из IBM Алан Шугарт продолжил работу с флоппи-дисками. В 1973 году он на деньги инвесторов основал Shugart Associates, которая вскоре представила 5 ,25-дюймовый мини-дискету в качестве замены громоздкому 8-дюймовому старшему брату. В сентябре 1976 года Shugart Associates предлагала привод за 390 долларов и десять дискет за 45 долларов. В 1977 году компанию купила Xerox, а в 1986 продала бизнес Narlinger Group.

В компании разработали интерфейс SCSI (Small Computer System Interface), который изначально неофициально назывался Shugart Associates System Interface.

Символично, что в издании Computerworld за 1976 год на одной странице уместилась заметка о похоронах перфокарт IBM и о запуске продаж мини-флоппи дисководов от Shugart Associates.

Computerworld, 1976 год

5 1⁄4-дюймовый флоппи-дисковод Shugart SA400

В 1979 году Алан Шугарт основал новую компанию — Shugart Technology. Целью предприятия было создание жёсткого диска размером с дисковод для 5,25-дюймовых флоппи-дисков, но в десять раз большей скоростью и в 15 раз большей ёмкостью. Сохранить название не удалось, так как уже существовала Shugart Associates, работавшая в той же отрасли, созданная тем же человеком, но принадлежавшая другой компании. Поэтому Shugart Technology переименовали в Seagate Technology.

Гонка за ёмкостью и скоростью

Спустя год после основания Seagate Technology компания представила жёсткий диск ST 506 ёмкостью 5 мегабайт. Продажи шли успешно благодаря двум факторам: ряд компаний взял диски Seagate за стандарт, и IBM выбрала этот диск для своего компьютера IBM PC/XT.

В 1981 наступил переломный момент: компания выпустила ST-412 — жёсткий диск, вмещавший 10 Мб, в котором для записи использовался метод RLL. Метод прибавлял диску до 50% скорости передачи данных благодаря более плотной упаковке данных.

Семейство персональных компьютеров PC/XT компания IBM представила 8 марта 1983 года. Новые модели ПК получили 5,25-дюймовые жёсткие диски объёмом от 10 или 20 мегабайт.

В 1982 году Seagate захватила половину рынка с продажами более 40 миллионов долларов США, а в 1984 году стала крупнейшим производителем, продав жёстких дисков на 344 миллиона долларов. В 1986 году компания производила 200 000 дисков в месяц, в 1988 отгрузила более пяти миллионов жёстких дисков — в том числе благодаря успешным продажам Commodore 64 PC.

В начале 1980-х годов появился первый коммерчески успешный портативный компьютер — 11-килограммовый Osborne-1 с флоппи-дисководами. Чуть позже появился Compaq PORTABLE с похожим дизайном. Commodore SX-64 стал первым лэптопом с цветным дисплеем.

В 1990-х устройства стали гораздо более лёгкими и компактными, на рынок вышли NEC UltraLite, который впервые получил обозначение «ноутбук», Apple PowerBook 100 и IBM ThinkPad. Компактным моделям было нужно подходящее по размерам устройство для хранения данных. В 1990-м Seagate предложила 2,5-дюймовый жёсткий диск.

В 1992 году на арену вышли диски Barracuda — первые HDD со шпинделем, вращающимся со скоростью 7200 оборотов в минуту. Их ёмкость составила 6,8 гигабайт — этого хватало для хранения почти полутора сотен музыкальных альбомов. Через четыре года спустя вышла новая линейка — Cheetah со скоростью вращения шпинделя 10 000 оборотов в минуту.

В 1993 году, когда Всемирная паутина состояла из 130 сайтов, Seagate стала первой компанией, продавшей 50 миллионов HDD. Через пару лет в США количество домохозяйств с одним компьютером или более превысило 36 миллионов.

За 20 лет ёмкость жёстких дисков увеличилась в тысячи раз. В 2005 году в моём компьютере стоял диск на 500 гигабайт. К марту 2012 года Seagate удалось добиться плотности записи в 1 терабит на квадратный дюйм.

Не обошлось и без проблем. В 2009 году в Barracuda 7200.11 нашли ошибку, которая приводила к блокировке жёсткого диска и невозможности получить доступ к данным без специального оборудования. Некоторым пользователям удавалось восстанавливать данные самостоятельно, с помощью информации от друзей и на форумах.

В декабре 2014 года Seagate начала продавать 8-терабайтные жёсткие диски. На одном магнитном диске внутри HDD уместились 1,33 ТБ данных благодаря технологии SMR, когда запись ведётся очень близко друг к другу, практически без интервала между дорожками, как при записи обычным методом.

Твердотельные накопители и гибриды

В 1978 году американская StorageTek разработала на основе RAM-памяти первый полупроводниковый накопитель современного типа. В 1982 году подобные накопители сделала Cray для суперкомпьютеров Cray-1 и Cray X-MP. Эти накопители работали со скоростью 100 МБит/с и 320 МБит/с соответственно.

Диски на flash-памяти появились в 1995 году, их представила израильская компания M-Systems. Они предназначались для нужд военных и созданы для работы при высоких температурах и сильных вибрациях, при которых обычная техника ломалась.

Лишь в 2006 году Samsung анонсировала первый в мире ноутбук с NAND-памятью вместо HDD. Это был Samsung Q30, ноутбук с 12,1-дюймовым дисплеем и 32 гигабайтами памяти SSD. Его продавали только на корейском рынке по цене в 3700 долларов. При этом процессор был не самый шустрый – 1,2 ГГц Celeron M753.

Для сравнения: ThinkPad X60 с 12-дюймовым дисплеем разрешением 1400х1050, HDD на 80 гигабайт и процессором Intel Core 2 Duo L7400 с тактовой частотой 1,5 ГГц стоил в России 2 500 долларов. За 3500 долларов можно было купить ASUS Lamborghini VX2 с Intel Core 2 Duo T7400 с тактовой частотой 2,1 ГГц и видеокартой NVIDIA GeForce Go 7700 на 512 мегабайт, на тот момент самой мощной среди ноутбуков.

Seagate подключилась к производству SSD-накопителей в 2007 году, выпустив гибрид. Через пару лет вышел первый SSD от компании.

В 2016 году, десять лет спустя, Seagate анонсировала 3,5-дюймовый SSD ёмкостью 60 терабайт. Подобные устройства рассматривают как продукт для высоконагруженных научных и/или метеорологических систем, производящих сложные вычисления.

В марте 2016 года Seagate представила самый быстрый PCI Express SSD в мире с пропускной способностью в 10 ГБ/с. Ближайший конкурент от Samsung показал результат только в 5,6 ГБ/с.

Слияния и поглощения

В 2006 году Seagate, выбранная Forbes компанией года, поглотила своего конкурента – компанию Maxtor Corporation. Maxtor до сделки была третьим в мире по величине производителем жёстких дисков, она была основана в 1982 году тремя бывшими сотрудниками IBM. Сумма сделки составила 1,9 миллиардов долларов. Samsung HDD обошлась компании дешевле — в 1,4 миллиарда долларов.

В 2011 году у компаний Western Digital, Hitachi, Seagate, Samsung HDD и Toshiba возникли проблемы с производством дисков. Предприятия в Таиланде, где изготавливали некоторые важные детали для дисков, затопило. Тогда же Seagate завершила покупку Samsung HDD. По условиям сделки Seagate получила все активы подразделения Samsung HDD, включая большинство предприятий, технологий, патентов и сотрудников. Вместе с подразделением в Seagate перешли несколько менеджеров высшего звена Samsung.

Спустя год Seagate приобрела 64,5% акций французской компании LaCie, с которой долгое время сотрудничала и выпускала некоторые модели жёстких дисков. Стоимость контрольного пакета акций оценили в 186 миллионов долларов, что немало, даже для крупных компаний.

Крупнейшие на данный момент игроки рынка HDD – Western Digital, Seagate и Toshiba. Доли практически не меняются с 2012 года: WD забрала 43-44%, Seagate – 39-40%, а Toshiba медленно выросла с 13,35% в 2012 году до 17% в 2016.

Прогнозы на будущее

В Википедии твердотельный накопитель определили как «компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти, которое пришло на смену HDD». У нас уже есть SSD и в 500 ГБ, и в 1 ТБ, но мы продолжаем упорно пользоваться жёсткими дисками.

Стоит вспомнить Историю «мягких» (гибких) накопителей: CERN для хранения результатов работы Большого адронного коллайдера использует магнитную ленту, кроме них совмещают облака с магнитными лентами НАСА и телеканал Discovery. А магнитная лента – гораздо более архаичный, на первый взгляд, инструмент для хранения данных.

В 2015 году корпорации собирали менее 30% всей информации, а к 2025 году по прогнозу IDC они будут создавать около 60% мировых данных. За последние десять лет данные создавались в основном за счёт развлекательного контента, теперь объёмы данных будут расти из-за автоматизации и межмашинного взаимодействия. «Классические» жёсткие диски продолжат превалировать на рынке благодаря соотношению цены, скорости и качества. Пока цены на HDD и SSD не сравняются, это вряд ли изменится.

Да, это жёстко: история и перспективы HDD

В этом материале вы узнаете краткую историю жёстких дисков, их устройство, преимущества и недостатки, а также ближайшие перспективы развития подобных устройств. Материал подготовлен совместно со специалистом отдела корпоративных продуктов REG.RU Павлом Кишеней.

С чего всё начиналось

Необходимость хранить цифровые данные появилась сразу с изобретением первых компьютеров. Изначально объёмы информации были невелики и всё помещалось на бумажном носителе. Тексты программ операторы вводили в первые компьютеры в ручном режиме. 

Следующим этапом в развитии носителей стала перфокарта — небольшой лист картона с отверстиями. При этом отсутствие отверстия обозначало цифру «1», а его присутствие — «0». Только двоичный код, только хардкор!

Источник: Computerhope.com

Дальнейшим развитием технологий стали накопители на магнитной ленте. От них, в отличие от перфокарт, не отказались даже и сегодня: в некоторых финансовых организациях их используют до сих пор. Во многом это связано с высокой стоимостью и сложностью их замены на другие типы накопителей. 

Первый жёсткий диск появился в 1956 году. Он был величиной с крупный шкаф и весил почти тонну. 

Источник: Thenextweb.com

Технологии постоянно совершенствовались, и уже в 1983 году появился всем привычный формат 3,5-дюймовых жёстких дисков, который широко распространён сегодня. При этом конструкция HDD также принципиально не менялась с того времени. Выросла только плотность упаковки информации.

Как работает HDD 

Все накопители можно условно разделить на жёсткие диски (HDD) и твердотельные диски (SSD). 

По строению HDD очень похожи на проигрыватели виниловых пластинок, в которых «пластинка» делает от 5 000 оборотов в минуту. 

Источник: Ixbt.com

Чем больше дисков, тем больший объём информации можно записать на устройство. HDD производят из композитных материалов, особого пластика и стекла. Сами магнитные диски покрываются специальным ферромагнитным материалом. Именно этот тонкий слой и будет хранить информацию. 

Вся площадь делится на окружности — дорожки.

Они, в свою очередь, делятся на отрезки, тем самым разделяя площадь всего диска на сектора. Если выделить все дорожки одного радиуса на всех пластинах, то получится цилиндр.

Так, чтобы получить доступ к отдельной ячейке памяти, нужно знать: 

1. Номер цилиндра.

2. Номер головки чтения.

3. Номер сектора.

Основной недостаток жёстких дисков — большое количество движущихся частей. Со временем это приводит к отказу устройства, поэтому даже у самого надёжного HDD есть свой ограниченный ресурс. К физическим ограничениям производительности жёстких дисков относятся: 

— ограничение скорости вращения самого диска; 

— ограничение скорости перемещения считывающей головки; 

— физическая инертность головки чтения-записи; 

— плотность записи информации на единице площади пластины.

С твердотельными накопителями, которые появились значительно позже HDD (во второй половине 90-х), всё гораздо проще. Отсутствует понятие пластин, вместо них используются банки данных: на монтажной плате размещается некоторое количество MLC/SLC чипов, каждый из которых представляет собой условный банк данных. Данные на чипе хранятся постранично, что несколько напоминает структуру оперативной памяти. 

Источник: Go-radio.ru

Чтобы получить доступ к единичному объёму данных, нам потребуется:

1. Номер банка памяти.

2. Номер страницы памяти.

3. Адрес строки.

К физическим ограничениям твердотельных накопителей можно отнести скорость передачи информации внутри платы, а также скорость работы флеш-накопителей.

SSD в целом значительно быстрее HDD, но цена 1 гигабайта в них выше.  

Как измеряется производительность жёстких дисков

Для оценки скорости жёстких дисков используются три метрики: 

1. Скорость последовательной записи или чтения. При таких бенчмарках информация записывается или считывается в ячейки памяти, идущие по порядку. Средний показатель для большинства HDD — 200–300 Мбит/с . 

2. Скорость случайной записи или чтения. В подобных тестах данные записываются или считываются в ячейках памяти из разных областей, не следующих по порядку. Средний показатель для большинства HDD — 50–100 Мбит/с.

3. Количество операций ввода/вывода в секунду (IOPS). Здесь оценивается количество блоков, которое успевает считаться или записаться на носитель за секунду. В среднем HDD показывают от 130 до 230 IOPS. В то же время SSD могут демонстрировать результаты в десятки тысяч IOPS. 

Также дополнительно существует параметр времени доступа. Он показывает время задержки от момента получения запроса доступа к данным до момента начала передачи информации.

Перспективы развития HDD

Спрос на хранение больших массивов данных постоянно увеличивается, и потребность в HDD в ближайшие 10–15 лет будет сохраняться на достаточно высоком уровне. 

Кроме того, есть методы, которые отчасти нивелируют некоторые недостатки HDD. Например, RAID-массивы для ускорения работы и повышения надёжности. Также существует специальное ПО, позволяющее сочетать накопители разных типов, в том числе HDD и SSD. 

Технология HDD применяется как в обычных домашних компьютерах, так и в дата-центрах. Например, в серверном оборудовании REG.RU мы используем только производительные HDD и SSD. Кроме того, мы постоянно обновляем парк наших устройств (сейчас в нём более 7 500 жёстких дисков и 4 500 твердотельных накопителей), чтобы у пользователей всегда было самое свежее железо. Также мы: 

— Используем подходящий тип дисков для каждой задачи. Для хранения — HDD, для файлов, к которым нужно обращаться часто, — SSD. 

— Применяем технологии дисковых массивов для увеличения производительности, надежности и объёма. Например, RAID 1 для повышения надёжности накопителей или RAID 0 для увеличения скорости. 

— Мониторим состояние накопителей на серверах REG.RU. Наш основной инструмент — встроенная утилита самодиагностики дисков S.M.A.R.T. Именно по её показаниям можно спрогнозировать оставшийся ресурс накопителя. Отслеживаемые параметры для жёстких дисков и твердотельных накопителей несколько отличаются. Общими показателями для них являются температура (Airflow_Temperature_Cel) и количество ошибок чтения (Raw Read Error Rate). 

— Следим за новинками индустрии и предлагаем самые современные решения.

 Закат эпохи HDD возможен, если совпадут два ключевых фактора: 

1. Цена гигабайта SSD сравняется или станет ниже цены гигабайта HDD. 

2. Весь развлекательный контент (фильмы, сериалы, игры и другое) окончательно переедет в облака, и пользователям не понадобится хранить локально большие массивы данных. Однако все эти облачные массивы всё ещё будет необходимо где-то хранить глобально. Поэтому при таком сценарии возможно исчезновение жёстких дисков с рынка потребительской электроники, но сохранение сильных позиций в дата-центрах. 

Так что,  несмотря на то, что SSD за последние 10 лет существенно сбросили в цене, а облачные сервисы привлекают своей простотой и удобством всё больше пользователей, как технология жёсткие диски будут актуальны ещё долгое время!

⌘⌘⌘

Поделитесь в комментариях, какой накопитель используется в вашем компьютере или ноутбуке. А если у вас есть какой-нибудь раритет вроде 5,25-дюймовой дискеты, перфокарты или старого IDE-HDD, также обязательно напишите в комментариях и приложите фотографию! Иначе мы не поверим!

Размер имеет значение или история форм-факторов HDD

Современный компьютер невозможно представить без основного носителя информации — жесткого диска. Это один из основных компонентов системы, вытеснить который не смогли никакие новомодные концепции вроде популярной несколько лет назад идеи «тонких клиентов» — бездисковых интернет-терминалов, использующих в качестве постоянного хранилища данных ресурсы всемирной сети. Наоборот, в наши дни жесткие диски все чаще находят применение в устройствах, далеких от персональных компьютеров — это и цифровые видеомагнитофоны, и бытовые mp3-плееры, mp3-автомагнитолы и так далее. Даже в, казалось бы, такой специфической области, как цифровая фотография, где одним из важнейших факторов является мобильность, только жесткий диск (например, IBM «Microdrive») способен на сегодняшний день предоставить емкость, измеряемую сотнями мегабайт. Однако в большинстве случаев термин «жесткий диск» ассоциируется с 3,5-дюймовым устройством (рис. 1). И это не удивительно, так как это самый популярный форм-фактор жестких дисков. Но его появлению и закреплению в качестве стандарта предшествовали многие события…

Рис. 1 — Один из первых 3,5″ жестких дисков в мире.

Немного истории

Первый жесткий диск был представлен фирмой IBM в 1956 году. Он назывался RAMAC, обладал 5-мегабайтной емкостью и состоял из пятидесяти 24-дюймовых пластин. Безусловно, кроме названия и основных принципов работы, это устройство ни имеет ничего общего с тем, что мы привыкли подразумевать под жестким диском. В то время еще даже не существовало названия «винчестер», которое прочно вошло в лексикон всех, кто имеет отношение к информационным технологиям. Этот термин появился лишь в 1973 году, когда все та же IBM представила модель 3340, имевшую неофициальное название «Винчестер». Это был 60-мегабайтный жесткий диск, состоявший из четырех 14-дюймовых пластин. Нужно сказать, что физический размер накопителей на ранних этапах развития компьютерной индустрии был далеко не самым важным фактором при их проектировании и производстве, так как основной упор делался на емкость и скорость. Однако со временем достаточно остро встал вопрос об уменьшении размеров жестких дисков. И вот через 6 лет после выпуска «Винчестера», в 1979 году, IBM была анонсирована модель 3310 — первый жесткий диск с 8-дюймовыми пластинами. Этот форм-фактор пришел на смену 14-дюймовому, который являлся стандартом де-факто на протяжении почти 10 лет. Практически вслед за этим событием (в 1980 году) Seagate представила жесткий диск ST-506, имевший форм-фактор 5,25 дюйма (5 мегабайт, 4 пластины). Достижение столь малых по тем временам размеров накопителей позволило использовать их в первых персональных компьютерах. Данный форм-фактор приобрел небывалую популярность и использовался в ПК на протяжении многих последующих лет. Даже появление в 1984 году первого жесткого диска с более прогрессивным размером 3,5″, ставшим в последствии одним из важнейших стандартов всей индустрии информационных технологий, практически не повлияло в тот момент на ситуацию на рынке, где продолжали доминировать 5,25″ устройства.

Компанией, представившей первый 3,5″ жесткий диск была небольшая шотландская фирма Rodime plc¹. Модель называлась RO352, имела емкость 10 мегабайт и две 3,5″ пластины. Практически сразу же после выпуска этого диска Rodime запатентовала данный форм-фактор, как свое изобретение. Патент был выдан без каких-либо препятствий и в тот момент никто из производителей жестких дисков не придал этому факту особого значения.

Практически одновременно с Rodime разработками в области 3,5″ жестких дисков занимался Дервуд Кинси (Derwood Kinsey), основатель калифорнийской фирмы Evkin Corp. Но ряд просчетов в проектировании и отсутствие достаточного количества финансовых вложений сделали свое дело: ни один жесткий диск компанией Evkin Corp. не был выпущен.

Нужно отметить, что первоначально этот форм-фактор использовался преимущественно в портативных ПК, но со временем получил безоговорочное признание и в среде их настольных собратьев.

Шотландские пионеры

Итак, что же это за загадочная компания, внесшая столь весомый вклад в развитие компьютерной индустрии, название которой сегодня практически никому неизвестно?

Rodime была основана в 1979 году в Шотландии и до недавнего времени занималась исследованиями в области устройств хранения данных. В начале 80-х годов прошлого столетия помимо чисто исследовательской деятельности компания занималась непосредственно выпуском жестких дисков разнообразных форм-факторов. Однако, не выдержав конкуренции с гигантами винчестерного строения, в 1991 году компания полностью ушла с рынка жестких дисков и распродала практически все свои активы на аукционе. Штат был сокращен до минимума, и активная деятельность вскоре полностью прекращена. Тем не менее, Rodime не закрылась, оставаясь владельцем десятка разнообразных патентов, связанных с устройствами хранения данных. В число этих патентов, конечно же, входил и упоминавшийся выше патент на 3,5″ жесткие диски.

Как уже было сказано, анонс 3,5″ жесткого диска не произвел революции среди производителей, так как диски, использующие новую технологию, были поначалу слишком дороги в производстве (как, впрочем, подавляющее большинство продуктов новых технологий на этапе внедрения на рынок) и, кроме этого, существовал достаточно большой спрос на 5,25″ устройства. Кроме того, если во время появления 5,25″ жестких дисков уже были распространены флоппи-дисководы соответствующего форм-фактора, то в случае 3,5″ устройств такого катализатора не было. Однако некоторое движение на зарождающемся рынке жестких дисков нового форм-фактора все же происходило. Seagate, уже тогда являвшийся одним из ведущих производителей в отрасли, практически через год после появления 3,5″ дисков продемонстрировал работающий прототип такого устройства. Но клиенты компании посчитали, что особой нужды в новом форм-факторе нет, и Seagate прекратил разработки в этом направлении до лучших времен, которые, как известно, наступили достаточно быстро.

Тем временем практически все производители жестких дисков, выпускавшие 3,5″ винчестеры, приобрели соответствующую лицензию у Rodime. Все, кроме крупнейшего на тот момент — Seagate Technology Inc. Вообще нужно сказать, что политика Seagate в отношении патентов, принадлежащих конкурентам, всегда была непримиримой. То есть, если юристы компании считали, что лицензионные отчисления можно не платить, так как патент, по их мнению, неправомерен, то эти самые отчисления не платились и патент всячески пытались аннулировать.

Нет ничего удивительного в том, что такой подход не устраивал компанию Rodime, которой отнюдь не помешали бы свежие финансовые вливания. Поэтому в 1991 году Rodime инициировала судебное разбирательство в отношении Seagate. Предметом разбирательства стали жесткие диски модели ST157, безоговорочно попадавшие, по мнению Rodime, под действие пресловутого патента.

Seagate, в свою очередь, попыталась доказать, что патенты такого рода не имеют права на существование. Для этого в начале 1992 года Seagate создала специальную группу, которая должна была добиться отмены патента на 3,5″ форм-фактор. В группу вошли: IBM, Digital Equipment Corp., Maxtor, Quantum, Micropolis, Areal, Kalok, Fujitsu, Hitachi, Toshiba и Alps (последняя — на правах наблюдателя). От Hewlett-Packard, Conner Peripherals и JVC был получен отказ. Очевидно, что у такой группы была масса возможностей осуществить задуманное Seagate. Но нельзя забывать, что все члены группы к этому времени уже заплатили Rodime соответствующие отчисления. И хотя вся эта акция была затеяна не только для отмены конкретного патента Rodime, но для устранения самого понятия «патент на физические размеры жесткого диска», внутри группы вскоре произошел раскол, и давление на Службу патентов и торговых знаков США было ослаблено.

Во время судебного разбирательства Rodime находилась в весьма плачевном состоянии. К 1998 году в компании осталось 3 сотрудника (2 в Шотландии и один в США), а одна акция компании стоила около полутора американских центов.

Тем не менее, такая, казалось бы, безнадежная ситуация, в итоге завершилась триумфом Rodime. И хотя на это потребовалось 9 (!) лет судебных разбирательств, Rodime была щедро вознаграждена — сумма штрафа, назначенная судом, составила 45 миллионов долларов США.

Такое окончание дела привело к резкому скачку стоимости акций Rodime, что, в свою очередь, обусловило дальнейшую, несколько неожиданную, судьбу компании: в конце 2000 года Rodime купила фирму Littlewoods Leisure, занимающуюся разнообразными играми, ставками, лотереями вокруг профессиональных спортивных состязаний и была переименована в Sportech plc.

Но не стоит забывать, что кроме патента на 3,5″ жесткий диск у Rodime есть и другие действующие патенты…

¹ plc (public limited company) — общество с ограниченной ответственностью

История жестких дисков — от первого HDD до SSD: gluhovski_igor — LiveJournal

Вы знали, что первый жесткий диск был медленный, весил тонну и имел 5 МБ? Сегодня в его огромном корпусе, можно было бы уместить тысячи современных накопителей HDD или SSD. В данной статье подведены итоги почти шести десятилетий истории жестких дисков. Так что удобно устраивайтесь в креслах и пересмотрите какая была история развития жесткого диска.

В самом начале стоит упомянуть, что жесткий диск, история создания которого начинается с XIX века, когда были запатентованы первые перфокарты. Однако это решение не было совершенным, и до начала Второй мировой войны было заменено на барабан памяти.

IBM 350 1956

IBM 350 оказался настоящим прорывом в области хранения данных из которого и началась история hdd. Благодаря использованию 50 магнитных пластин диаметром 24 дюйма, вращающихся со скоростью 1200 оборотов в минуту, он практически во всех отношениях шел впереди популярных тогда решений.

В 1956-61 годы компания IBM выпустила более 1000 компьютеров IBM 305 RAMAC, оборудованных дисковыми накопителями. Несмотря на то, что прошло уже 60 лет, современные жесткие диски все еще работают по тому же принципу что и IBM 350.

1965 IBM 2310,

Вскоре, основываясь на опыте с модели 350, компания IBM начала создавать все более и более мощные конструкции. Жесткий диск IBM 1301 с 1961 года мог хранить 28 МБ данных на 25 дисках. Каждый из них имел специальную головку, что позволило сократить время доступа к данным от 600 до 180 мс. В 1965 году был создан модуль хранилища IBM 2310, использующий сменные картриджи объемом 1 МБ.

1970 год IBM 3300

В 1970 году дебютировала на рынке модель IBM 3300 с поворотным механизмом коррекции ошибок. Система состояла из двух модулей со сменными носителями, и стоила в сегодняшнем эквиваленте около 400 тыс. долларов. Один носитель данных (так называемый Disk Pack) содержит в себе 11 дисков диаметром 14-дюймов и имел емкость 100 МБ, а начиная с 1974 года – 200 МБ. Модули можно было комбинировать друг с другом, так что жесткие диски первый раз стали в состоянии предложить гигабайтовые емкости. По-прежнему серьезным препятствием были большие размеры привода.

Магнитные диски HDD в первый раз встретились с реальной конкуренцией в 1976 году. Компания Dataram представила тогда привод Bulk Core, который сегодня считается родоначальником дисков SSD (Solid State Drive). В них использовалась так называемая ферритовая память, характерной чертой которой было отсутствие механических элементов. Время доступа к данным, составляло всего 2 мс. Решение было интересным, но также очень дорогим и непрактичным. Если перевести цену памяти Bulk Core на нынешние условия, то 1 ТБ дискового пространства обойдется около 1,6 млрд долларов. Билл Гейтс на все свое состояние сможет купить около 49 ТБ пространства для хранения данных. Немного, как для самого богатого человека в мире.

1980 год диск ST-506

Настоящая революция в индустрии жестких дисков состоялась только в 1980 году, когда компания Shugart Technology представила диск ST-506. Он обеспечивал объем такой же, как IBM 350 в 1956 году, то есть 5 МБ. Однако имел „миниатюрный” формат в 5,25 дюйма и весил „всего” 3,2 кг. Его можно было уместить в первых корпусах ПК. ST-506 одержал рыночный успех, а компания Shugart сегодня известна как Seagate.

Еще одним важным новшеством на рынке была премьера диска Rodime RO352 в 1983 году. Эта, несуществующая уже шотландская компания умудрилась уместить накопитель HDD объемом 10 МБ в 3,5-дюймовом корпусе. Так родился стандарт, который до сегодняшних дней используют все модели жестких дисков.

80-е годы на рынке жестких дисков стали периодом миниатюризации и стандартизации. Появились интерфейсы SCSI и IDE, а японский концерн Toshiba во второй половине десятилетия разработал технологию памяти полупроводниковых NAND flash.

В 1988 году на рынке дебютировал первый жесткий диск в формате 2,5 дюйма — PrairieTek 220 емкостью 20 МБ. Так же, как Rodime RO352, он считался важным прорывом в эволюции HDD. Десять лет спустя диски 2,5 дюйма стали массово использоватся в ноутбуках. В 2006 году формат 2,5 дюйма стал стандартом на рынке жестких дисков с интерфейсом SATA.

1992 год — Seagate представила диск емкостью 2,1 ГБ

В начале 90-х развитие жестких дисков ускорилось в результате бума на ПК. IBM первую гигабайтную модель HDD вывел на рынок уже в 1991 году. Это была модель 0663 Corsair — 3,5-дюймовая конструкция с 8 дисками. Год спустя компания Seagate представила диск емкостью 2,1 ГБ с дисками, вращающимися со скоростью 7200 оборотов в минуту.

1995 год — первый диск FFD

В 1995 году израильская компания M-Systems разработала первый диск FFD (Fast Flash Disk), который своим форматом 3,5 дюйма был похож на классические жесткие диски, однако при этом имел основу NAND. Он не имел никаких движущихся элементов, предлагал очень короткое время доступа и, что особенно важно, считался исключительно прочным и надежным. Решения, рожденные под аббревиатурой FFD стоили кучу денег, но пришлись по вкусу военным. Также они стали использоваться для регистраторов полета, в народе называемые черными ящиками.

Конец XX века это времена пластин, вращающихся с огромными скоростями. В 1996 году компания Seagate создала жесткие диски семейства Cheetah. Первые модели разгонялись до 10000 оборотов в минуту, а в моделях Cheetah X15 с 2000 года диски вращались со скоростью 15000 об. Это были самые быстрые жесткие диски с интерфейсом IDE. Оценили их за эффективность, но не одобрили из-за производимого высокого шума.

Можно с уверенностью сказать, что XXI век наступил для жестких дисков в конце 2002 года, наряду с выпуском универсального интерфейса SATA. Новое поколение накопителей HDD полюбили игроки. Особенно те, которые могли позволить себе покупку двух дисков и соединение их в массив RAID0. Разъем SATA быстро стал стандартом, и так же быстро начал развиваться. В 2004 году дебютировала вторая генерация (SATA II 3 Gb/s), а спустя пять лет — третья (SATA III 6 Gb/s). Когда в 2006 году начали дешеветь дорогие раньше флеш-памяти NAND, HDD заимели серьезного конкурента в виде первых SSD.

Современный SSD диск

Пионерами новой технологии стали два рынка ведущих производителей – Samsung и SanDisk. В 2010 году к ним присоединилась компания Plextor, известная своим производством надежных оптических приводов.

Емкость жестких дисков в 1 ТБ была достигнута в 2007 году компанией Hitachi. Для достижения той же емкости с помощью первого жесткого диска, нужно соединить друг с другом 200 тысяч модулей IBM 350. Если предположить, что каждый из них весил тонну, то их суммарная масса соответствует массе двух атомных авианосцев или одного супертанкера. Это было девять лет назад. Сегодняшние жесткие диски способны поместить на 3,5-дюймовом носителе более 10 ТБ данных.

Современные флеш-накопители все еще не предлагают таких емкостей, однако имеют другой, более важный козырь – недостижимую для жестких дисков скорость чтения и записи данных. Сочетание высокопроизводительных контроллеров и все более дешевых NAND flash, привело к очередной революции. Сегодня все чаще ssd рассматриваются в качестве хранилища данных, как бы возвращаясь к своим корням. В новых компьютерах жесткий диск, история создания которого началась более полувека назад, все чаще и чаще заменяется меньшими, но многократно более эффективными  твердотельными накопителями.

Откуда эта перемена? Генерирует ее падения цен на SSD, а также растущие потребности пользователей, особенно геймеров. Почти десять лет назад первые доступные в магазинах диски SSD предлагали 32 ГБ пространства для хранения данных и стоили столько же, сколько новый ноутбук среднего класса (около 700 долларов).

Сегодня популярны модели объемом 240-256 ГБ, можно купить за гораздо более низкую цену. Емкость такого носителя вполне достаточна для тех, у кого данные хранятся вне компьютера – на внешнем диске или в интернет-облаке. В 2007 году о SSD можно было только мечтать. Сегодня же с его помощью, можно за относительно небольшую цену модернизировать свой персональный компьютер.

Жесткие диски_ история

Года полтора назад ИТ-сообщество во главе с корпорацией Intel праздновало сорокалетие знаменитого «закона Мура», на многие годы вперед предугадавшего технологические темпы развития индустрии создания полупроводниковых интегральных микросхем (памяти, микропроцессоров и пр.) и по сей день остающегося одним из краеугольных ориентиров для тех, кто двигает ИТ-бизнес. Но сегодня у нас есть не менее, а может и более весомый повод для празднования юбилеев: 13 сентября 1956 года, то есть ровно полвека назад компания IBM представила свой первый накопитель на жестких магнитных дисках (позднее данные устройства получили полуофициальное прозвище «винчестер»). И это изобретение со временем фактически создало огромную индустрию магнитных накопителей, без которых сейчас немыслимо ни одно мало-мальски мощное вычислительное устройство, поскольку подавляющее большинство информации, которыми оперируют эти самые вычислительные устройства, хранится именно на магнитных носителях. Фактически, более чем на полвека накопители на жестких магнитных дисках стали основным средством хранения и оперативной выдачи, бурно накапливаемой человечеством информации, победив и ленточные накопители, и оптические носители, и полупроводниковые ППЗУ/флэш. И хотя будущее магнитных накопителей не раз подвергалось сомнениям (ввиду различных физических ограничений, которые ученым каждый раз удавалось успешно преодолевать с помощью новых эффектов и технологий), на ближайшие десятилетия они все же останутся в строю ввиду уникального сочетания важных потребительских свойств. А переживут ли накопители на магнитных дисках свой вековой юбилей, мы узнаем совсем скоро — по прошествии следующих 50 лет. 😉 И закон Мура мы помянули неспроста — развитие отрасли магнитных накопителей идет все эти годы бок о бок с полупроводниковой индустрией. Между ними гораздо больше общего, чем может показаться на первый взгляд. Даже темпы миниатюризации (роста плотности элементов), «предопределенные» законом Мура для микросхем, почти в точности те же и для магнитных носителей информации. Достаточно сказать, что минимальные размеры битов магнитной записи на пластинах винчестеров сейчас (и в течение ряда последних лет) очень точно повторяли минимальные размеры элементов кремниевых транзисторов в самых современных микропроцессорах и памяти. Интересно, что первая микросхема, предопределившая другую, основную ветвь развития индустрии информационных и компьютерных технологий (ИКТ), появилась даже позднее, чем первый «винчестер»: она заработала 12 сентября 1958 года в компании Texas Instruments (изобретателями микросхемы по праву считают Джека Килби и одного из основателей Intel Роберта Нойса). Кстати, за её изобретение в 2000 году присудили Нобелевскую премию по физике, хотя физики как таковой при создании микросхемы было немного. Просто Килби и Нойс «всего-навсего» придумали технологию, которая совершила полный переворот в электронной промышленности. К сожалению, за изобретение винчестера «Нобеля» пока никому не дали. И уже вряд ли дадут… Итак, первый винчестер оказался на 2 года старше первой микросхемы! (Кстати, готовьтесь — ровно через 2 года, 12 сентября 2008 индустрия будет отмечать полувековой юбилей микросхем. ;)) Что представлял собой первый накопитель на магнитных дисках? В отличие от маленькой микросхемы (кристалла, который и тогда, в 1958 году умещался на одном пальце) первый жесткий диск был огромным шкафом, в котором находился пакет из 50 большущих пластин диаметром 24 дюйма (более 60 см) каждая. Диск носил имя RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) и был разработан в лаборатории IBM в калифорнийском городе Сан-Хосе (позднее ставшем сердцем Силиконовой долины). Пластины диска были покрыты «краской» из магнитного оксида железа — подобной той, что использовалась при строительстве знаменитого на весь мир моста Golden Gate в Сан-Франциско. Информационная емкость этого гиганта составляла 5 Мбайт (5 млн. байт), что по нынешним понятиям кажется смешной цифрой, но тогда это был High-End сегмента Enterprise. 😉 Пластины были смонтированы на вращающемся шпинделе, а механический кронштейн (один!) содержал головки чтения и записи и перемещался вверх-вниз на вертикальном стержне, причем время доставки головки до нужной магнитной дорожки составляло менее одной секунды. Как видим, данная концепция во многом послужила прототипом для всех последующих жестких дисков — вращающиеся жесткие пластины («блины») с магнитным покрытием, концентрические дорожки записи, быстрый доступ к любой случайно выбранной дорожке (см. название RAMAC). Только теперь для каждой магнитной поверхности используется отдельная пара головок чтения-записи, а не общие на весь диск. Метод быстрого доступа к произвольному месту носителя (random access) произвел настоящую революцию в устройствах хранения, поскольку по сравнению с главенствующими тогда магнитными лентами позволял резко увеличить производительность при доступе. Один такой RAMAC весил почти тонну (971 кг) и сдавался в аренду по цене 35 000 долларов в год (тогда это равнялось стоимости 17 новых легковых автомобилей)! В эти дни компания Hitachi Global Storage Technologies, которая является правопреемницей винчестерного бизнеса IBM, и впитала в себя ее умудренных опытом разработки жестких дисков специалистов, бурно празднует 50-летие этого гиганта на проходящей в Санта-Кларе (Калифорния) выставке DISKCON USA 2006. Следующим знаковым шагом IBM на этом поле стало создание накопителя IBM 3340. Этот «шкафчик» был уже меньше (высотой около метра), и во время своего появления в июне 1973 году рассматривался как научное «чудо». При плотности магнитной записи 1,7 Мбит на квадратный дюйм он оснащался маленькими аэродинамическими головками (то есть головки впервые стали «парить» над вращающейся магнитной поверхностью под действием аэродинамических сил) и герметичной «коробкой» («банкой»), в которой помещались пластины с головками. Это защищало диски от пыли и загрязнений и позволяло кардинально уменьшить рабочее расстояние между головкой и пластиной (высоту «полета»), что привело к существенному росту плотности магнитной записи. IBM 3340 по праву считают отцом современных жестких дисков, поскольку именно на этих принципах они и строятся. Данные накопители имели несменяемую емкость 30 Мбайт плюс столько же (30 Мбайт) в сменном отсеке. Что и дало причину называть его «Винчестером» — по аналогии со знаменитой винтовкой 30-30 Winchester. Прогресс, кстати, коснулся не только конструкции и плотности записи, но и времени доступа, которое разработчикам удалось уменьшить до 25 миллисекунд (сравните это с 10-20 мс для современных куда более миниатюрных жестких дисков)! Позднее в этом же 1973 году IBM выпустила и первый в мире малогабаритный жесткий диск FHD50, основанный на принципах IBM 3340: в полностью закрытый корпус были заключены магнитные пластины с головками, причем головки не перемещались между пластинами. Кстати, само внедрение принципа «одна магнитная поверхность — одна пара головок» (то есть отказ от перемещения головок между пластинами) произошло чуть ранее: в 1971 году IBM выпустила модель 3330-1 Merlin (названную в честь мифического средневекового волшебника), где и применила этот принцип. К этому же событию относится и первое внедрение серво-технологии для позиционирования головок на пластинах, позднее трансформировавшуюся в TrueTrack Servo Technology от IBM (только по ней у IBM более 40 патентов). В современных дисках сервометки располагаются на расстоянии примерно 240 нм друг от друга и позволяют позиционировать головку на дорожке с точностью до 7 нанометров! Любопытно, что накопители типа IBM 3340 предназначались для коллективного пользования, то есть компании могли арендовать место на этом жестком диске по цене 7,81 доллара за мегабайт в месяц. Поэтому необходимость в малогабаритных индивидуальных накопителях тоже была. В 1979 году IBM ввела в обращение тонкопленочную технологию изготовления магнитных головок. Это позволило довести плотность магнитной записи до 7,9 млн. бит на квадратный дюйм.     В 1982 году компания Hitachi, Ltd. удивила мир, впервые выпустив накопитель H-8598 объемом 1 Гбайт, то есть, преодолев психологически значимый рубеж. Этот накопитель емкостью 1,2 Гбайт насчитывал десять 14-дюймовых пластин и два набора головок чтения/записи в двухактуатороной конфигурации. При скорости чтения в 3 Мбайт в секунду (для сравнения — в настольных винчестерах такая скорость была достигнута лишь примерно десятилетие спустя) модель H-8598 работала на 87% быстрее, чем продукты предшествующего поколения. Спустя 6 лет Hitachi снова поставила рекорд, выпустив накопитель емкостью 1,89 Гбайт, использующий 8 дисков диаметром по 9,5 дюймов. Эта модель H-6586 стала первым диском класса мэйнфреймов, который человек мог переносить (весила около 80 кг). В 80-х годах прошлого века произошло еще два знаменательных события для индустрии магнитных накопителей. Сначала были выпущены компактные накопители форм-фактора 5,25 дюйма, которые помещались в соответствующие отсеки персональных компьютеров IBM PC (первый IBM 5100 Portable Computer был создан в 1975 году, и некоторое время изделия этой линейки 51х0, а позднее и знаменитые IBM PC 5150 использовали кассетные накопители). А затем в конце 80-годов американская компания Conner Peripherals, основанная в 1986 году сооснователем Seagate Финисом Коннером (Finis Conner), первой в мире выпустила на рынок 3,5-дюймовые жесткие диски с соленоидным мотором. Это открыло новую эру в индустрии магнитных накопителей — данный форм-фактор уже давно считается основным для жестких дисков, а более крупные (по габаритам) винчестеры вскоре прекратили выпускать как бесперспективные. IBM не раз была пионером в выпуске как миниатюрных винчестеров для ноутбуков, так и первой в мире представила в 1999 году однодюймовый жесткий диск — знаменитый Microdirve. Любопытно, что эти сверхминиатюрные диски использовали ту же скорость вращения пластин (3600 об./мин.), что и гигантские модели H-8598 и H-6586, но их вместительность и скорость при этом оказалась заметно выше! И этот прогресс был достигнут всего за какие-то 10-15 лет! Если сравнивать Microdrive с RAMAC, то в пространство последнего поместятся 323 тысячи «микродрайвов», а их суммарная емкость составит 2 500 терабайт! В 2005 году Hitachi GST выпустила уже 10-миллионный Microdrive. А первый 2,5-дюймовый винчестер был выпущен именно IBM — в 1991 году — и носил имя Tanba-1 (появление линейки Travelstar). Он имел объем 63 Мбайт, весил всего 215 грамм (3,5-дюймовые диски той поры весили раза в 3 больше). Хотя ударостойкость этих носимых малюток была никудышная по нынешним меркам — в 60 раз меньше, чем у современных аналогов. Кстати, до сих пор Hitachi GST занимает уверенное первое место в мире по выпуску малогабаритных жестких дисков. В середине 90-х годов прошлого века IBM предложила еще как минимум две революционные технологии, которыми сейчас пользуются все производители жестких дисков. Во-первых, это магнитные головки на гигантском магниторезистивном эффекте (так называемые GMR heads, впервые появившиеся в дисках серии Deskstar 16GP в 1997 году), что позволило резко увеличить плотность записи (до 2,7 Гбит/кв.дюйм) и в последующее десятилетие наращивать плотность записи порой даже быстрее, чем «по закону Мура». 🙂 Об этом я писал не раз, поэтому повторяться не стану. А во-вторых, это так называемый No-ID sector format (новый способ форматирования магнитных пластин), позволяющий увеличить плотность еще на 10%. Это также сейчас используется уже всеми производителями. Примерно тогда же стали резко возрастать скорости вращения магнитных пластин 3,5-дюймовых винчестеров — диски для ПК дружно «пошустрели» до 5400, а затем и до 7200 об./мин. (последнее — стандарт уже в течение десятилетия), а диски сегмента Enterprise раскрутились до 10 000, а затем и до 15 000 об./мин. Кстати, тоже не без помощи IBM, хотя Seagate считает, что именно она сделала первый в индустрии пятнадцатитысячник. 😉 Интересно, однако, что именно компания Hitachi первой повысила скорость вращения выше 10 000 — до 12 000 об./мин. в своей модели DK3F-1 емкостью 9,2 Гбайт, выпущенной в 1998 году и побившей рекорды производительности. В ней использовались новые пластины уникального дизайна с диаметром 2,5 дюйма (позднее они стали стандартом в 15-тысячниках). В 2003 году IBM ввела в обращение так называемые фемто-слайдеры, размеры которых существенно меньше, чем прежде. Это позволило компании, ставшей уже Hitachi GST, выпустить несколько новых интересных серий дисков. Кстати, полет современных головок над поверхностью пластин по размерам пропорционален полету гигантского авиалайнера на высоте… 1 миллиметр над землей! Полувековой юбилей жесткого диска индустрия отметила и еще одним замечательным достижением — впервые за 50 лет появились накопители, которые используют иной принцип магнитной записи, чем был применен в RAMAC. А именно — перпендикулярную магнитную запись (PMR), когда магнитные домены ориентированы не вдоль, а поперек тонкой магнитной пленки на поверхности пластины. Hitachi GST продемонстрировала перпендикулярную магнитную запись еще в апреле 2005 года на образцах с плотностью записи 233 Гбит на кв. дюйм. Поперечная ориентация магнитных доменов в тонкой пленке (хотя и несколько более толстой, чем для аналогичных моделей с продольной записью) существенно увеличивает стабильность хранения информации, что необходимо для преодоления последствий так называемого суперпарамагнитного эффекта. Правда, не Hitachi или Toshiba, а Seagate стала первой компанией, которая выпустила в продажу первые накопители с PRM зимой 2006 года. Зато Hitachi оснастила свои первые PRM-диски, вышедшие летом 2006 года, уже вторым поколением PMR-технологии. Впрочем, отдавая дань времени, отметим, что для RAMAC рассматривалась как продольная, так и перпендикулярная магнитная запись, и тогда было отдано предпочтение продольной, что и определило развитие отрасли на целые полвека! 🙂 Теоретически PMR способна поднять плотность магнитной записи до 500 Гбит на кв. дюйм (это примерно 500 Гбайт для емкости 2,5-дюймового винчестера). Дальнейшие же планы по наращиванию плотности магнитной записи в Hitachi связывают с технологией так называемой patterned media (когда пленка исходно «гранулирована» до нужного уровня плотности записи), что позволит повысить емкость носителей еще на порядок. Далее придет очередь термически-активируемой магнитной записи с оцениваемым пределом плотности до 15 000 Гбит на кв. дюйм, что продлит жизнь накопителей на магнитных дисках года так до 2020-го, а то и дольше. Далее масштабы магнитных доменов переходят на атомарный уровень, и, возможно, в игру вступит спинтроника или появятся иные хорошие альтернативы магнитным накопителям. * * * Согласно исследованиям ученых калифорнийского университета в Беркли, сейчас каждый год создается около 400 000 терабайт новой информации только за счет электронной почты. Население в 6,3 миллиарда человек ежегодно создают по 800 Мбайт информации каждый, то есть около 5 000 000 терабайт новых данных в год, 92% которых хранится на жестких дисках. Сюда, разумеется, не входит многократно копируемая и тиражируемая информация. Индустриальные аналитики прогнозируют ежегодный рост продаж жестких дисков с 409 млн. накопителей в 2006 году до более 650 млн. дисков в 2010 году, то есть на 12-15% ежегодно. Большая доля этого роста придется на бурно растущий рынок бытовой электроники, то есть скоро жесткий диск станет непременным атрибутом типичных домашних электронных устройств. А спрос, как известно, рождает предложение. Поэтому сомневаться в перспективности и жизнеспособности индустрии накопителей на магнитных дисках в обозримом будущем не приходится. Индустрия вплотную подошла к тому, чтобы одолеть еще один психологически важный рубеж — на сей раз в 1 Терабайт для емкости единичного накопителя (форм-фактора 3,5 дюйма). Кто станет первым, выпустившим такой диск? Ближе всех к этому подошли Seagate, уже выпустившая 750-гигабайтный винчестер, и Hitachi. Оба этих производителя уже продают жесткие диски на пластинах емкостью по 160 Гбайт (до 187,5 у Seagate). Однако Hitachi давно освоила пятипластинный дизайн, тогда как Seagate пока ограничивается 4-пластинным (а до 250-гигабайтных пластин пока далековато). Следовательно, наиболее близко к терабайтнику подошла именно Hitachi. Более того, сотрудники Hitachi GST утверждают, что уже в конце этого года они начнут отгрузки накопителя емкостью 1 Тбайт! Когда же произойдет официальное объявление этой модели? Уж не в 50-летний ли юбилей винчестера?.. 😉 * * * Безусловно, развитие индустрии накопителей на жестких магнитных дисках осуществлялось силами не одного только Голубого Гиганта, и многие известные и мощные игроки приняли в этом посильное участие. Было время, когда компаний, выпускающих винчестеры, было больше, чем пальцев у человека (не только на руках ;)). Хотя сейчас их ряды стремительно редеют. 🙂 И в ряду тех, кто первым выпустил тот или иной знаковый для рынка продукт или решение присутствуют и Seagate, и Western Digital, и Quantum, и ряд японских компаний. Однако слава первопроходца здесь, конечно, принадлежит IBM и ее правопреемнице Hitachi GST. И радует, что даже спустя полвека, преодолев на своем пути немалые трудности (и слияния), эта именитая команда разработчиков продолжает радовать потребителей новыми и часто революционными продуктами, оставаясь одной из немногих компаний в этой области, кто не паразитирует на чужих идеях и исследованиях, а генерирует свои собственные, вкладывая туда немалые финансы и оставаясь на самой вершине технологической пирамиды. С юбилеем!     Алекс Карабуто ([email protected]) Опубликовано — 13 сентября 2006 г.

60 лет с жёсткими дисками. Из истории HDD.

Тридцать лет назад жёсткий диск был дорогой опцией. Десятилетиями он обретал статус повседневного накопителя, появился даже повод посмеяться — у вас в компьютере накопитель с крутящимся диском? Почему не флэш-память, скорость доступа к которой куда выше?

1956 год. Погрузка в транспортный самолет первого компьютерного жесткого диска от IBM. Весил около тонны и имел емкость памяти в 5 Мегабайт.

За каких-то шесть десятков лет ёмкость жёсткого диска выросла в миллион раз, стоимость мегабайта упала в пару миллионов раз, скорость чтения возросла в сто тысяч раз. Из огромного аппарата для бизнес-приложений жёсткий диск стал обыденностью любого домашнего вычислительного устройства. В отдельных категориях намагниченные «блины» исчезают в пользу флэш памяти, которая пусть и дороже, зато быстрее и не боится тряски. Но кое-где жёсткие диски будут доминировать ещё очень долго.

Необходимость

До появления Московского метрополитена обычные люди передвигались пешком или на трамваях, хотя перегруженность улиц бурно растущей столицы ощущалась. Примерно так же до жёсткого диска были свои методы постоянного хранения данных, которые удовлетворяли базовые потребности, но явно были недостаточны для будущих вычислительных машин.

Каждый раз вводить код программы вручную — сложно и очень неудобно. Владельцы дешёвых персоналок из восьмидесятых согласятся с этим: им доводилось перепечатывать множество символов из компьютерного журнала, просто чтобы разок поиграть в любимую игрушку. Затем долго искать ошибку в набранном. А потом ещё раз вводить эту же программу для повторной игры или сутками оставлять компьютер включённым, чтобы программа не сбросилась.

Первое устройство чтения и записи данных для вычислительных машин было не электромагнитным, а бумажным. Дырочки в перфокартах из тонкого картона кодировали информацию, которую считывал компьютер. Некоторые устройства могли пробивать информацию на неиспользованные перфокарты. Скорость чтения измеряли в картах в минуту. Типичное число — от 300 до 2000 карт/минуту, то есть пару тысяч символов в секунду эти устройства читать могли. Запись была медленней — до 300 карт в минуту, порядка 400 символов в секунду.

После Второй мировой по миру зашагала магнитная лента, до этого бывшая немецким военным секретом. Как и звук, информацию можно записывать на магнитную ленту для последующего чтения, она останется там даже после отключения питания. Такой носитель впервые для коммерческой ЭВМ использовали в UNIVAC I. Ряды машин с крутящимися бобинами магнитной ленты навсегда врезались в общественное восприятие как вычислительные машины шестидесятых.

Такой способ уже быстрее: до 10 ленточных накопителей UNISERVO сохраняли на полудюймовой магнитной ленте 128 бит на дюйм. Скорость чтения и записи составляла 7 200 символов в секунду — куда выше перфоленты и перфокарт. Магнитная лента обладает одним большим недостатком: с такого носителя данные приходится читать последовательно. Для достижения нужного фрагмента ленту нужно проматывать, что сказывается на скорости отклика.

Со скоростью доступа получше у прародителя жёсткого диска — магнитного барабана. Такой накопитель выглядел как быстро вращающийся металлический цилиндр, покрытый ферромагнитным слоем. В большинстве конструкций несколько неподвижных считывающих головок записывают или читают данные с магнитных дорожек, расположенных на внешней поверхности. Магнитные барабаны часто были оперативной памятью, иногда выступали в качестве внешнего накопителя.

У этого экземпляра многие из 192 головок коснулись поверхности барабана — опасность, знакомая жёстким дискам. Приблизительная ёмкость: четверть мегабайта. Kreg Steppe.

В качестве ОЗУ барабаны вытеснила память на магнитных сердечниках. Для внешней памяти появился новый накопитель, где считывающие головки работали с магнитной поверхностью пластин.

Рождение

Многие хорошие вещи в мире вычислительной техники, которые сегодня считаются стандартом, впервые появились в IBM. Позднее гигант продавал подразделения из-за возросшей конкуренции. Эта же участь постигла жёсткий диск: он родился в IBM в 1956 году, много лет был одним из ведущих продуктов компании, но позднее, в 2002 году, производственные мощности были проданы Hitachi Global Storage Technologies.

Отцом жёсткого диска часто называют Рейнольда Джосона. До HDD он уже работал с системами хранения данных: изобрёл систему mark sense, которая позволяла размечать карандашом на карточках данные, которые преобразовывались в перфокарты. В 1952 году IBM, компания из штата Нью-Йорк, направляет Джонсона в город Сан-Хосе в Калифорнии для создания лаборатории на Западном побережье США.

Промо-материал IBM про достижения новой лаборатории.

К 1954 году команда Джонсона изобрела новый тип носителя. Впервые он был представлен 13 сентября 1956 года. Вероятно, этот день можно считать днём рождения жёсткого диска. Это была машина, состоящая из 50 алюминиевых пластин диаметром 24 дюйма (≈61 сантиметр). В ней умещалось всего лишь 5 миллионов 6-битных слов — 3,75 мегабайта. Сегодня это размер не сильно раздутой веб-страницы сайта в Интернете.

Та самая, часто демонстрируемая фотография: погрузка IBM 305 RAMAC в самолёт. Явно постановочная фотография покрасоваться: для погрузки нужно развернуться на 180°. Маловероятно, что бригада грузчиков сможет подхватить ящик весом в тонну.

IBM продавала не комплектующие, а готовые компьютеры. Устройство IBM 350 — тот самый жёсткий диск — было одной из частей компьютера IBM 305 RAMAC. Как следует из названия Random Access Method of Accounting and Control, это было решение для управления и ведения финансовой отчётности на предприятиях. Первый инженерный прототип диска появился в июне 1956 года, реальные коммерческие поставки системы начались в январе 1958 года.

50 пластин по две поверхности для записи, покрытых ферромагнитным слоем. Всего 100 слоёв для записи, на каждом слое — 100 дорожек. Диски вращались на скорости 1200 оборотов в минуту. Скорость доступа составляла 8,800 6-битных слов в минуту (примерно 51 КБ/с). Была лишь одна пара головок для чтения и записи, которую вверх-вниз для выбора нужной пластины толкал специальный механизм. Эта конструкция с головками весила около 1,4 кг, но могла проскочить от верхней до нижней пластины меньше чем за секунду.

Учебный фильм IBM о компьютере RAMAC. Заметна работа жёсткого диска.

Компьютер IBM RAMAC 305 с одним таким диском IBM 350 предоставлялся за плату в 3200 долларов в месяц (аналог примерно 27 тыс. $ сегодня). Инженеры хотели сделать версию с ёмкостью повыше, но маркетологи не знали, зачем она кому-то может понадобиться.

Тридцать лет спустя

Новые компьютеры IBM содержали накопители на жёстких дисках большей ёмкости. Выходцы из компании и другие специалисты создавали свои предприятия по производству новинки.

Эпоха больших компьютеров, доступных только крупным предприятиям, уходила. Было ещё далеко до общедоступности, но первые персональные компьютеры постепенно появлялись. Поначалу это были слабые машины без графического интерфейса. Объём ОЗУ рос, процессоры становились мощнее, зарождались оконные системы.

5,25-дюймовый ST-506 от Shugart Technology (ныне Seagate) раскручивается. 5 мегабайтов, 1500 долларов. 1980 год.

Но в начале восьмидесятых накопителем первых микрокомпьютеров чаще всего были дискеты, картриджи или магнитная лента. В крайнем случае программу приходилось набирать в память компьютера самостоятельно. Жёсткие диски были дороги. Часто они выглядели как внешние устройства, подключаемые отдельно. К примеру, у оригинального Macintosh (2495$, 1984) был лишь привод дискет. К дорогой машине Apple Lisa (9,995 $) подключался жёсткий диск Apple ProFile, стоимостью 3499 долларов.

Цена жёстких дисков была сравнима со стоимостью компьютеров, стандартов подключения было много. Число производителей росло: среди них были не только знакомые сегодня Seagate, Western Digital, но и Rodime, Shugart Associates и Control Data. Многие из них сотрудничали и разрабатывали унифицированные стандарты для подключения: SCSI, 40-пиновый IDE и ESDI. Следуя за размером дискет, жёсткие диски стали меньше: 5,25 дюйма, после производители освоили 3,5-дюймовый стандарт, затем попробовали 2,5-дюйма.

Звуки работы 3,5-дюймового Western Digital WD93028-X. 20 мегабайтов, 1989 год.

К 1985 году число участников рынка жёстких дисков достигло 75. С того момента поглощениями, слияниями и банкротствами оно падало. К концу восьмидесятых жёсткий диск подешевел, и начал встречаться в качестве стандарта в компьютере. К концу восьмидесятых стоимость мегабайта накопителя упала ниже пятидесяти долларов. 20-мегабайтный диск Western Digital в марте 1989 года стоил всего 899 долларов. В начале десятилетия накопитель аналогичного объема обходился в четыре раза дороже.

Шестьдесят лет спустя и дальше

К 1999 году число производителей упало до 15. В 2009 году их было 6. Сегодня всего три компании в мире производят жёсткие диски.

За шестьдесят лет ёмкость жёсткого диска достигла десятка терабайт. Если бы речь шла про автомобиль, то за шестьдесят лет развития в четырёхдверный седан помещался бы небольшой город, а сам он стоил бы как спичечный коробок.

Ёмкость пластин растёт за счёт разнообразных ухищрений. Пластины первых жёстких дисков покрывались одним магнитным слоем, сегодня их куда больше, и каждый выполняет свою функцию. На смену головкам на основе эффекта гигантского магнитного сопротивления пришли головки с туннельным магниторезистивным эффектом. Головки пишут данные не горизонтально, а вертикально, что позволяет повысить плотность записи. Гермозону некоторых дисков заполняют гелием, чтобы увеличить число пластин.

За десятки лет жёсткий диск начал уменьшаться до немыслимых размеров. Появились диски диаметром в дюйм и меньше. Казалось, жёсткие диски будут в каждом устройстве: от порноразмерных 3,5-дюймовых в стационарных компьютерах до мобильных телефонов. Реальность распорядилась иначе.

Шесть форматов: 8-, 5,25-, 3,5-, 2,5-, 1,8- и 1-дюймовые жёсткие диски.

Сегодня дешевеет флэш-память, выполненная в виде микросхем без движущихся частей. Сначала она поставила крест на крошечных форматах жёстких дисков в аудиоплеерах, затем начала появляться в ноутбуках и настольных компьютерах. Диски на ней быстрее, потребляют меньше энергии, тише в работе и не боятся тряски. Движущихся частей нет — отклик куда ниже. Твердотельные накопители пока дороже, а их ячейки имеют ограниченный ресурс перезаписи. Впрочем, цена продолжает опускаться, а циклов записи твердотельника нетерпеливому на смену гаджетов пользователю хватает с избытком.

И всё равно в ближайшее время жёсткие диски никуда не уйдут. Они прослужат миру ещё не одно десятилетие, а возможно, останутся как архивный формат надолго. Магнитная лента, которая вроде как исчезла, всё равно существует в качестве архивного накопителя. Когда-то жёстким дискам может грозить что-то подобное — несколько узкопрофессиональных применений.

Сами производители говорят, что термоассистируемая магнитная запись и её дальнейшее развитие позволят жёстким дискам оставаться конкурентоспособными ещё лет двадцать. Возможно, лет через десять обычный жёсткий диск будет умещать сотню терабайт.

Рекомендуется к просмотру: 

Жесткий диск — история создания и принцип работы

Дата публикации: 20.05.2016 04:13

• История создания

Принцип работы любого, современного компьютера требует хранилища данных. Это роль выполняет жесткий диск. Сложно представить, что первый жестких диск занимал место целого холодильника, весил почти тонну, но имел всего 3,5 Мб памяти на 50 металлических дисках, диаметром в 61 см. Такой винчестер стоял на старинном IBM 350. С развитием технологий винчестеры стали гораздо меньше в размерах и увеличили объем памяти. Современные накопители на жестких магнитных дисках имеют объем до 6 Тб (6144 Гб) на 5-ти 3,5 дюймовых магнитных дисках, а занимает он совсем маленькое место внутри корпуса ПК. На заметку: в городе Электросталь вы можете отремонтировать свой компьютер или ноутбук в сервисном центре «FixPC» по низким ценам.

• Принцип работы

Принцип работы современных жестких дисков основан на сверхсжатой, герметичной записи данных, т.е. запись на магнитный диск производится в герметичной камере корпуса самого жесткого диска. Производители утверждают, что вакуум способствует более плотной записи данных. Сами запись и чтение данных с винчестера производятся с помощью специальных головок, на конце которых вставлены иголки. Магнитный диск разделен на сектора для удобства записи. Каждый сектор имеет свое уникальное имя, зашифрованное в шестнадцатеричном коде. Адресная шина на материнской плате ПК направляет головку в нужный сектор, при запросе пользователя. Информация записывается в виде двоичного кода т. е. в виде нулей и единиц.

• Характеристики

Интерфейсом жесткого диска называется совокупность каналов передачи данных. Современные жесткие способны передавать данные со скоростью 4 Гбит/с. Это достигается за счет скоростного интерфейса Sata. В 2009 году Samsung разработали жесткий диск с интерфейсом USB 2.0.
Другой, немаловажной, характеристикой жесткого диска является его емкость. Как было сказано выше емкость современного жесткого диска составляет 6 Тб.
Скорость вращения магнитного диска влияет на скорость передачи данных. В настоящее время скорость вращения магнитных дисков составляет 4200-7200 об/мин на ноутбуках, а на ПК этот показатель достигает да 10000 об/мин.

Основой для магнитных дисков служит алюминий. От больших алюминиевых болванок отрезаются заготовки, далее заготовкам предается нужный вид и размер. Далее рабочая поверхность полируется, а после полировки наносится магнитное покрытие. Параллельно с дисками готовятся корпуса и считывающие элементы винчестера. Далее все собирается в единый корпус и выкачивается весь воздух из камеры магнитного диска, а также добавляется фильтр для пыли (на случай если в гермокамере осталась пыль). Кроме этого, на данном этапе производится форматирование магнитного диска т. е. на его делят на секторы.

• Производители

Изначально существовало много компаний, производивших винчестеры для настольных ПК, но под натиском конкуренции и прогресса, они были разорены или проданы другим, более крупным, компаниям. В начале 2000 годов были популярны винты от компании Fujitsu, они считались самыми лучшими. Fujitsu существует и сейчас, но она производит винчестеры премиум-класса для серверов. Если вы собираетесь выбрать жесткий диск и не можете определиться с выбором, то можете обратиться в сервисный-центр «FixPC» специалисты помогут Вам с выбором. Из рынка настольных ПК их заставила выйти неудача с микросхемой контроллера. Сейчас на рынке преобладают накопители Toshiba, которые отличаются надежностью и высокой скоростью вращения магнитного диска. Производством винчестеров ПК занимается также и японский бренд Hitachi, после покупки у IBM структур, производящих данного вида накопители.
Что же касается стоимости жестких дисков, то она с момента появления этого вида устройств, значительно понизилась. Современные производители высчитывают себестоимость своих продуктов по цене $0,000035 за Мб. Для сравнения, первый жесткий диск стоял порядка $9200 за единицу товара.