1.2. На­ко­пи­те­ли на же­ст­ких маг­нит­ных дис­ках (нжмд)

В ПК глав­ным об­ра­зом ис­поль­зу­ют­ся НЖМД с не­съем­ны­ми маг­нит­ны­ми дис­ка­ми. По­это­му на­ко­пи­те­ли дан­но­го ти­па слу­жат ис­ключитель­но для хра­не­ния под­ле­жа­щих вы­пол­не­нию про­грамм и ин­фор­ма­ци­он­ных мас­си­вов. НЖМД по ем­ко­сти (объ­е­му хранимой ин­фор­ма­ции) значитель­но пре­вос­хо­дят НГМД. Несмотря на то, что жесткие диски являются не чисто электронными, а электронно-механическими устройствами, их характеристики растут столь же быстро, как и характеристики микросхем². Так, емкость жестких дисков в среднем удваивается в среднем каждые 9 месяцев. Параллельно с емкостью улучшаются и другие параметры дисков.

ВИНЧЕСТЕРСКИЙ ДИСК, винчестер, жесткий диск (Winchester disk, hard ffldisk). Постоянно закрепленный в дисководе жесткий магнитный диск или пакет дисков, заключенный вместе с головками записи-чтения в герметически закрытый корпус, заполненный очищенным от пыли обычным воздухом под атмосферным давлением. При вращении диска над ним создается "воздушная подушка", обеспечивающая зависание головок над поверхностью диска на высоте порядка нескольких микрон. Такая конструкция позволила существенно уменьшить величину и массу головок, толщину магнитного покрытия диска и при этом значительно увеличить плотность записи, а следовательно, и емкость дисков. Конструкция разработана в 1973 г. в филиале фирмы IBM в г. Винчестер (Великобритания). В. д. широко применяется в персональных компьютерах для записи, долговременного хранения и быстрого чтения больших объемов информации. Емкость В. д. персональных IBM-совместимых компьютеров может достигать нескольких гигабайт при времени записи-считывания одного бита, измеряемом в долях наносекунд

Первый НЖМД обладал общей емкостью 16 Кбайт, на каждой стороне диска располагалось 30 дорожек, на каждой дорожке 30 секторов и вследствие этого имел спецификацию, которая обозначалась как 30/30. Так как подобным образом обозначался калибр охотничьего ружья (винчестера), то в обиходе часто НЖМД называются «винчестерскими дисками» или просто «винчестерами».

НЖМД име­ет ту осо­бен­ность, что МД, сис­те­ма по­зи­цио­ниро­ва­ния и блок маг­нит­ных го­ло­вок по­ме­ще­ны в за­кры­тый кор­пус (см. рис.2). Первоначально головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками были заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке этого модуля на сам дисковод он автоматически соединялся с системой, подающей очищенный воздух. В современных винчестерах пакет дисков уже постоянно крепится на дисководе, система не герметична, а принудительная вентиляция отсутствует. Толщина воздушной подушки между диском и магнитной головкой, создаваемой аэродинамикой вращающегося диска и формой головки, гораздо тоньше человеческого волоса и составляет примерно 10-15 нм.

Винчестер смонтирован на оси-шпинделе, приводимой в движение специальным двигателем. Он содержит от одного до двенадцати дисков (диски с интерфейсом АТА поддерживают до 4 пластин, с интерфейсом SCSI – до 12 пластин).

В

от­личие от ГД, же­ст­кие МД вра­ща­ют­ся по­сто­ян­но при включен­ном ПК. Диа­метр дис­ков обычно со­став­ля­ет 133 мм или 89 мм. Па­кет же­ст­ких МД состоит из нескольких магнитных дисков, каждый магнитный диск обычно со­дер­жит 306, 612 или бо­лее до­ро­жек на ка­ж­дой ра­бочей по­верх­но­сти, а ка­ж­дая до­рож­ка со­дер­жит 17 и бо­лее сек­то­ров. Совокупность магнитных дорожек на всех магнитных дисках пакета, отстоящих на одинаковом расстоянии от оси вращения, образуют так называемыйцилиндр, каждый цилиндр имеет свой номер.

Скорость вращения двигателя для обычных моделей может составлять 3600, 4500, 5400, 7200, 10000 или даже 15000 об/мин. Сами диски представляют собой обработанные с высокой точностью алюминиевые или стеклянные пластины с многослойным покрытием из магнитных и немагнитных материалов. Сверху пластины находится защитный слой из алмазоподобного графита и смазывающий слой, толщиной порядка 2 нм. Эти два слоя предохраняют магнитный слой пластины и магнитные головки от разрушения в случае их соприкосновения в процессе работы.

Наиболее важной частью любого накопителя являются головки чтения-записи (read-write head). Как правило, они находятся на специальном позиционере (head actuator). Для перемещения позиционера используются преимущественно линейные двигатели (типа voice coil — «звуковая катушка»). В винчестерах применяются несколько типов головок: монолитные, композитные, тонкопленочные, магниторезистивные (MR, Magneto-Resistive), а также головки с усиленным магниторезистивным эффектом (GMR, Giant Magneto-Resistive) (их название часто ошибочно переводят как «гигантские магниторезистивные», хотя сами головки как раз стали меньше).

Магниторезистивная головка, разработанная IBM в начале 90-х годов, представляет собой комбинацию из двух головок: тонкопленочной для записи и магниторезистивной для чтения. Подобные головки позволяют почти на 50% увеличить плотность записи на носителе. Еще больше позволяют повысить плотность записи GMR-головки, технологией производства которых владеет пока только IBM.

Внутри любого винчестера обязательно находится печатная плата с электронными компонентами, которые необходимы для нормального функционирования устройства привода. Электроника расшифровывает команды контроллера жесткого диска, стабилизирует скорость вращения двигателя, генерирует сигналы для головок записи и усиливает их от головок чтения и т. п.

Технологии производства современных винчестерских дисков характеризуются стремлением к повышению плотности записи информации, которая измеряется в Мбитах/ кв.дюйм. Теоретическая предельная плотность записи по расчетам экспертов составляет порядка 300 Гбит/кв. дюйм. Повышение плотности записи требует уменьшения размеров частиц в магнитном покрытии, уменьшения толщины магнитного и других слоев покрытий, уменьшения размеров магнитных головок. Реально достигнутые плотности записи в рыночных образцах составляют порядка 20 Гбит/кв. дюйм. Рост плотности записи приводит не только к увеличению емкости жестких дисков, но и к снижению стоимости в расчете на единицу емкости хранения³. Это объясняется тем, что стоимость жестких дисков зависит от количества пластин на диске. Повышение плотности записи приводит к уменьшению числа пластин на диске и, следовательно, к удешевлению НЖМД.

Винчестерские диски характеризуются: размерами, емкостью, быстродействием, средним временем безотказной работы, поддерживаемым интерфейсом.

Габаритные размеры современных винчестеров характеризуются так называемым форм-фактором. Как правило, форм-фактор указывает горизонтальный и вертикальный размеры винчестера. В настоящее время горизонтальный размер жесткого диска может быть определен одним из следующих значений: 1,8; 2,5; 3,5 или 5,25 дюйма. Вертикальный размер характеризуется обычно такими параметрами, как Full Height (FH), Half-Height (HH), Third-Height (или Low-Profile, LP). Винчестеры «полной» высоты имеют вертикальный размер более 3,25 дюйма (82,5 мм), «половинной» — 1,63 дюйма, а «низкопрофильные» — около 1 дюйма.

Емкость винчестера может указываться как до, так и после форматирования. В последнем случае она, разумеется, несколько меньше. В ходе выполнения процедуры так называемого низкоуровневого форматирования (low-level formatting) на носитель записывается информация, которая определяет разметку носителя на цилиндры и секторы. Структура формата включает в себя различную служебную информацию: байты синхронизации, идентификационные заголовки, байты контроля четности и т. д. В современных винчестерах такая информация записывается однократно при изготовлении винчестера. Повреждение этой информации при самостоятельном низкоуровневом форматировании пользователем чревато полной неработоспособностью диска и необходимостью восстановления этой информации в заводских условиях.

Емкость винчестера измеряется в настоящее время в десятках Гигабайт.

Быстродействие НЖМД определяется средним временем доступа к информации. Последнее измеряется временным интервалом, в течение которого накопитель находит требуемые данные. Это время обычно представляет собой сумму времен, необходимых для позиционирования головок на нужную дорожку и ожидания требуемого сектора. Измеряется данная величина в миллисекундах. Для современных накопителей это время составляет обычно от 2 до 10 мс.

Среднее время безотказной работы MTBF (Mean Time Between Failure) вычисляется обычно как статистическая величина. Берется, допустим, 1000 винчестеров, которые работают непрерывно в течение месяца. Зная число отказавших за этот месяц винчестеров и общее время работы, определяют MTBF. Среднее время безотказной работы, рассчитанное по такой методике, оценивается примерно в 400 тысяч часов (> 40 лет).

Кон­трол­лер современного винчес­тер­ско­го дис­ка мо­жет под­дер­жи­вать один из сле­дую­щих ин­тер­фей­сов:

- SCSI - в от­личие от пре­ды­ду­щих интерфейсов, яв­ляю­щий­ся па­рал­лель­ным, а не по­следо­ва­тель­ным, что до­пол­ни­тель­но по­вы­ша­ет бы­ст­ро­дей­ст­вие, рассчитан на МД большой емкости и позволяет подключать до 7 МД;

0. IDE не­до­ро­гая аль­тер­на­ти­ва ин­тер­фей­са SCSI, позволяет подключать до 2 МД.