search
top

Вдоль и поперек жесткого диска.

Вдоль и поперек жесткого диска

Традиционные винчестеры вскоре не смогут обеспечить нас потребными объемами виртуальных хранилищ информации — виной тому законы физики, которые невозможно обойти. Остается лишь разрубить этот узел и выбрать качественно иное решение. Перспектива для новых моделей жестких дисков сегодня уже определена: нужно научиться «писать» и «читать» данные, расположенные не вдоль, а поперек ферромагнитного слоя. О тон, как далеко этот путь заведет разработчиков накопителей нового поколения, в какой-то степени можно судить уже сегодня.

Емкость больше — размеры меньше

Жесткие диски по-прежнему остаются наиболее надежными устройствами, которые пока не могут быть заменены другими накопителями информации ни в серверах, ни в рабочих станциях, ни в настольных компьютерах, ни в ноутбуках. Они используют принцип записи, известный уже более 100 лет и основанный на изменении ориентации полюсов микрочастиц ферромагнетика (магнитных доменов), которая изменяется под воздействием электромагнитной головки и впоследствии может считываться. Поскольку домены изменяют направление полюсов вдоль поверхности, такой метод записи информации называется продольным. В отличие от магнитофонной кассеты или гибкого диска, в винчестерах ферромагнитный слой нанесен на алюминиевые или стеклянные пластины. Отсюда и название — жесткий диск (в противоположность гибкому, флоппи).

Первые накопители подобного рода появились еще в 1956 г. но настоящий шквал разработок и производства этих изделий начался с появлением персональных компьютеров. За последние 20 лет емкость жестких дисков увеличилась более чем в 200 тыс. раз. Но объем данных, требующих хранения и обработки, возрастает все сильнее. Связано это в первую очередь с тем, что теперь домашние ПК используются для игр с высокой детализацией изображения и к тому же должны оцифровывать и воспроизводить музыку и видео, а в сфере профессионального применения системы оперируют объемами данных в сотни и тысячи гигабайт.

К сожалению, прогресс в области технологий изготовления жестких дисков с трудом поспевает за возрастающими потребностями рынка, и в последние 10 лет прирост их емкости составлял около 10 раз за каждые 5 лет. Правда, одновременно уменьшались размеры. Сначала распространились устройства форм-фактора 3,5 дюйма и «вымерли» 5,25-дюймовые. Затем начали активно производиться еще более компактные (2,5 дюйма), используемые в ноутбуках. А с конца 90-х гг. прошлого века было освоено производство «микродрайвов» (форм-фактор 1 дюйм) для фотоаппаратуры, КПК, миниатюрных плееров и т.д.

Эволюция жестких дисков (А — форм-фактор 3,5 дюйма; В — 2,5 дюйма; В — 1 дюйм, «микродрайв»)

Для повышения емкости винчестеров можно увеличить число поверхностей, используемых для хранения информации, т.е. смонтировать на одном шпинделе 2, 4 и более пластин и соответственно увеличить количество головок. Однако при этом значительно возрастет шум, производимый устройством при работе, УСИЛИТСЯ его нагрев и повысится процент ошибок при операциях записи и чтения. А дополнительная нагрузка по «отлову» этих ошибок замедлит работу.

Целесообразнее не увеличивать количество пластин, а уменьшать размеры ферромагнитных частиц и зазор головок. Чем меньше частица, тем компактнее каждый бит данных и больше информации умещается на единице площади поверхности диска. Сегодняшние технологии позволяют сделать ферромагнитные «пылинки» столь малыми, что теоретически плотность записи можно довести до 5000 Гбайт на одну пластину жесткого диска. Однако сделать это на практике не позволяет одно «но».

«Наша перпендикулярность»

К сожалению, ограничения, обусловленные физическими законами, часто оказываются непреодолимыми. В нашем случае плотность записи на диск лимитирована так называемым суперпарамагнитным эффектом. Его суть сводится к следующему. При уменьшении размеров ферромагнетика частицы становятся все более зависимыми от термических колебаний соседних молекул, и магнитные домены начинают утрачивать ориентацию полюсов. Этот эффект сказывается даже в нормальных условиях, при комнатной температуре. А что же будет при работе жесткого диска, когда он разогревается до 50С и более? Из-за спонтанной утраты ориентации доменов возникают сначала единичные, а затем и многочисленные «выбитые биты»; информация теряется. Поэтому практический максимум емкости одной пластины в составе винчестера при продольной записи ограничен. Раньше утверждали, что он не превышает 100 Гбайт, потом стали говорить о 150, а, согласно последним данным, можно «поднять планку» и до 200 Гбайт.

К счастью, с суперпарамагнетизмом тоже можно бороться. До некоторой степени влияние этого эффекта можно понизить, используя антиферромагнетик. Подложку, содержащую частицы такого вещества, помещают непосредственно под рабочим слоем, и это позволяет добиться более высокой плотности данных. Но подобный метод не дает возможности увеличить емкость пластины, скажем, в 10 раз — для этого требуется принципиально иное решение.

Как говорят в Англии, необходимость — мать изобретения. Возникла потребность в использовании нового принципа записи — и он был найден. Точнее, разработчики вспомнили об идее голландского ученого XIX в. Вальдемара Пульсена — пионера электромагнитной записи звука, основанной не на продольном, а на перпендикулярном способе, при котором магнитные домены располагаются в слое не параллельно поверхности, как в классическом варианте, а поперечно. При такой ориентации запись становится более компактной, поскольку домены занимают меньше места. Кроме того, можно значительно уменьшить расстояние между ними — так называемую переходную зону — и получить дополнительный выигрыш в плотности данных.

Схема продольной (слева) и перпендикулярной (справа) записи: А — ферромагнитный слой; Б — антиферромагнитная подложка; В — электромагнитная головка.

Дебюты в новом качестве

И вот совсем недавно появились накопители, работающие на принципе перпендикулярной записи. В марте 2005 г. компания Hitachi Global Storage Technology (HGST) продемонстрировала первое устройство этого типа с плотностью 200 Гбайт на пластину. Ее новый винчестер, названный Hitachi Deskstar 7K400. обладает емкостью 400 Гбайт (скорость вращения шпинделя 7200 об./мин.). Использование упомянутого принципа, согласно данным компании, позволяет создать миниатюрный накопитель форм-фактора 1 дюйм емкостью 20 Гбайт и в ближайший год достичь объема хранимых данных в 1 Тбайт (терабайт) на жестких дисках 3,5 дюйма.

Чуть позже HGST, в начале июня 2005 г., другой гигант «жестко-дискового» производства, компания Seagate, анонсировал быстрый винчестер Momentus 5400.3 форм-фактора 2,5 дюйма емкостью 160 Гбайт (скорость вращения дисков 5400 об./мин.), предназначенный для ноутбуков. Эта модель стала существенным подспорьем для пользователей мобильных компьютеров, винчестеры которых до последнего времени не могли хранить столько же данных, сколько их более крупные «собратья» в настольных ПК. Применение технологии FDE (Full Disk Encryption) позволяет обеспечить более высокую защиту хранимой информации, чем прежде. В наступающем году Seagate планирует изготовить более быстрое устройство с частотой вращения шпинделя 7200 об./мин., также использующее перпендикулярную запись.

Hitachi Deskstar 7K400 — Seagate Momentus 5400.3

Согласно предварительным неофициальным данным, в ближайшем будущем можно ожидать появления приводов с перпендикулярной записью от Samsung, Fujitsu и Toshiba. Во всяком случае, их интерес в этой области уже обнародован.

50 лет назад, когда появился первый жесткий диск емкостью 5 Мбайт, никто не мог ожидать, что в наши дни головка винчестера работающего ПК будет проделывать путь в сотни километров за час, «паря» над поверхностью диска на минимальной высоте в 1/10000 толщины человеческого волоса. Вероятно, уже через 5-7 лет мы станем свидетелями рождения накопителей такого объема, какой сегодня нельзя даже представить. Будут ли они похожи на современные, привычные для нас устройства?

Обязательно загляните сюда:

  • Где купить или продать сайт? Биржа купли-продажи сайтов и доменовГде купить или продать сайт? Биржа купли-продажи сайтов и доменовГде купить домен? Всем привет. Сегодня я расскажу про одну биржу сайтов и доменов, которая занимает одно из ведущих мест по популярности. Все наверняка сталкивались с покупкой доменов. […]
  • Процессор.Процессор.Процессор Процессор – выращенный по специальной технологии кристалл кремния, который содержит в себе множество отдельных элементов – транзисторов. На любом процессорном кристалле […]
  • Басы — жемчужина Лиманского районаБасы — жемчужина Лиманского районаБасы Собираясь писать статью о своём родном селе Басы, я хотел показать всю красоту этого древнейшего населённого пункта Астраханской области. Но потом решил рассказать и о проблемах, […]
  • 8 марта. Поздравления с 8 Марта.8 марта. Поздравления с 8 Марта.Поздравления с 8 Марта Перед Женским днем мужчины делятся на две категории. Первые предпочитают «не заморачиваться» и традиционно из года в год одаривают своих женщин мимозой, […]
  • Корпуса типа Super-Big-Tower и FileServer.Корпуса типа Super-Big-Tower и FileServer.Корпуса типа Super-Big-Tower и FileServer Super-Big-Tower по своим параметрам незначительно отличается от корпуса Big-Tower. Единственным отличием является то, что он имеет 2 или 3 […]
  •  Система условных обозначений диодов. Диоды малой мощности. Система условных обозначений диодов. Диоды малой мощности.Диоды малой мощности Несмотря на интенсивное развитие микроэлектроники, дискретные полупроводниковые приборы, и в частности различные группы диодов, находят широкое применение в […]
banner ad
top