50 лет жестким дискам!
IBM/Hitachi чествует полувековую историю целой индустрии магнитных накопителей
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.
Данные на диске сконцентрированы, и, следовательно, операции с данными ускоряются. У каждого из них была своя голова, которая уменьшала время доступа от 600 до 180 мс. Хранение и передача данных стали проще, поскольку картридж, содержащий магнитный картридж, был в этом случае.
Мейнфрейм против компьютера для всех. Система состояла из двух модулей со съемными носителями и стоила эквивалент сегодняшних 400 000. долларов. Модули могут быть соединены вместе, поэтому жесткие диски могли впервые предлагать гигабайты памяти. Тем не менее основным препятствием был большой размер привода.
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.
Он использовал так называемый. ферритовой памяти, характерной особенностью которой было отсутствие механических компонентов. Время доступа к данным составляло всего 2 мс. Решение было интересным, но и очень дорогостоящим и, следовательно, непрофессиональным. Не так, как самый богатый человек в мире.
Он имел «миниатюрный» формат 5, 25 дюйма и весил всего 3, 2 кг. Годы на рынке жестких дисков были периодом стремительной миниатюризации и стандартизации. Позже, 2, 5-дюймовые диски стали широко использоваться в ноутбуках. Он не имел движущихся частей, предлагал очень короткое время доступа и, что важно, считался исключительно надежным и надежным носителем. Они также попали на бортовые самописцы, широко известные как черные ящики.
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. ;)
Их хвалят за их работу, проклятые за созданный шум. Предполагая, что каждый весит тонну, мы получим массу, соответствующую смещению двух атомных авианосцев или одного супертанкера. Сегодня диски все чаще используются в качестве хранилищ данных, возвращаясь к своим корням.
Емкость такого носителя достаточно для тех, кто хранит данные за пределами компьютера - на внешнем диске или в облаке Интернета. Сегодня, с его помощью, при относительно низких затратах, модернизировать свой ПК. Устройтесь поудобнее и расслабьтесь в креслах и проведете нас в путешествие по истории хранения данных.
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) минимальные размеры элементов кремниевых транзисторов в самых современных микропроцессорах и памяти.
У каждого из них была выделенная головка, которая уменьшала время доступа от 600 до 180 мс. Он имел «миниатюрный» размер 5, 25 дюйма и весил всего 3, 2 кг. 80-е годы на рынке жестких дисков были периодом стремительной миниатюризации и стандартизации. Нажмите, чтобы увеличить инфографику.
В большинстве случаев вы доберетесь до них, нажав клавишу или. Сначала перейдите в раздел загрузки, чтобы установить правильный порядок загрузки диска. Затем выберите Да, Вкл. Или Включено. Вы можете проверить в реальном времени, как ваша новая покупка. Когда состояние диска ухудшается, вы можете предотвратить потерю данных, создав резервную копию до сбоя устройства.
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…
Обе программы бесплатны, но первая имеет польский пользовательский интерфейс и также доступна в переносной версии. Переустановка операционной системы. Таким образом, вы не только избавитесь от большого количества дискового пространства, но и сможете оптимизировать свою операционную систему.
Привод должен быть оснащен соответствующим кабелем и программным обеспечением для клонирования содержимого дисков. Ваш новый диск, вероятно, не обеспечивает столько места, сколько старый, поэтому вам нужно уменьшить размер образа раздела, чтобы его содержимое соответствовало новому местоположению. На флеш-диске вы поместите операционную систему и наиболее важные приложения.
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.
Однако перед клонированием на внешний диск необходимо перенести большие объемы данных, таких как фильмы или музыкальные коллекции. Выполните команды на экране - в следующих диалогах выберите язык и версию клавиатуры, нажмите «Установить сейчас» и установите флажок, чтобы подтвердить, что вы принимаете условия лицензии.
Когда мастер запрашивает тип установки, укажите «Пользовательский». Практически каждое используемое в настоящее время электронное устройство оснащено хранилищем данных, таким как жесткий диск или флэш-память, другими словами, энергонезависимое пространство для хранения данных, которое хранится в нем, также когда компьютер выключен, т.е. отключен.
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.
Объем данных, хранящихся на компьютерах, постоянно растет. Увеличивается как объем файлов, так и тип материала - сегодня почти все документы и фотографии являются цифровыми. Следовательно, спрос на емкость диска неуклонно растет, как среди обычных пользователей, так и в случае центров обработки данных, содержащих огромное количество информации.
Протоколы жесткого диска были перфокартами. Это упростило создание ткани с повторяющимся рисунком. Перфорированные карты со временем эволюционировали в лентах. Их идея постоянно развивалась, но со временем материал, используемый для их производства, изменился.
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.
Стальная проволока использовалась в качестве первого носителя и вскоре заменена стальной лентой. Недостатком этого решения был его огромный вес. С другой стороны, легкие бумажные ленты, покрытые ферромагнитным материалом, например оксидом железа, были неустойчивыми. Чтобы сохранить данные на ленте, вам нужно использовать электромагнитную головку - с помощью сильного поля он устанавливает магнитный домен, который намагничивает ленту. Чтение - это проверка изменений поля.
Во-первых, они были не очень долговечны. Во-вторых, чтобы прочитать информацию с определенной части ленты, необходимо было поместить ее напротив считывающей головки, то есть перемотать ленту, что было неприятно. Об этом знает каждый владелец видеомагнитофона.
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)!
Он приобрел популярность в 70-х и 80-х годах, когда в магазинах появились первые флоппи-дисководы. Данные на карте были сохранены с помощью замочной скважины, а затем проверка введенной информации была проверена с помощью валидатора. Недостатками этого стандарта были очень малая мощность и низкая прочность. Перфорированные ленты дополняются. Они длиннее и, следовательно, более вместительны, но очень подвержены повреждениям. Карты были прочитаны электрическими щетками, которые закрывались барабаном в точке, где было разрезано отверстие.
Закрытие схемы было логичным. От 5 мегабайт до 1, 5 терабайт: технология жестких дисков быстро растет. Мы помним, когда мы жестко двигаемся или когда нам не хватает места. Сегодняшний спрос на гигабайты гигантский, а цифровая музыка, фотографии и видео - гигабайты на гигабайт.
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),
Текущая рекордная емкость продаваемых дисков составляет 1, 5 терабайта. Такие большие емкости можно получить за счет увеличения плотности записи, что внесло свой вклад в технологию перпендикулярной записи. Однако многие отмечают, что магнитная запись на дисках будет выбрана путем записи данных во флэш-память. Этот носитель данных - если он может быть использован - необходим встроенный компрессор для охлаждения. Только через следующие тридцать лет жесткие диски стали доступными для обычных пользователей, хотя они по-прежнему стоят целое состояние.
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.
Затем жесткие диски были куплены специальными чехлами - они упростили перенос около пяти килограммов. В дополнение к ограниченной емкости сегодняшних дисков был еще один недостаток: они были очень медленными. Позднее развитие дисковой технологии значительно ускорилось. Причина была посредственным временем доступа.
Последним большим успехом традиционного производства жестких дисков является перпендикулярная запись, которая позволяет избежать дублирования битов и, таким образом, разместить больше данных. Однако сегодня гораздо больше внимания уделяется производителям дисков более доступной флэш-памяти.
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)!
Стоимость аренды жесткого диска составляет около 5 тысяч. долларов в месяц. В конце концов, был выбран только съемный носитель, но имя осталось. Винчестеры выпускались в массовом порядке. Его имя является синонимом такого размера медиа. Жесткие диски будущего работают молча, и в то же время они несравненно быстрее и потребляют гораздо меньше энергии, чем их предшественники. Кроме того, модели, использующие флэш-память вместо движущихся пластин, являются ударопрочными. Главным препятствием для быстрого распространения этой технологии является цена: флеш-память по-прежнему очень дорогая.
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!
Никакой персональный компьютер не может работать без хранения, на котором хранятся операционная система и другие программы, а также все другие пользовательские файлы. Однако оказывается, что жесткие диски по-прежнему имеют право быть и еще не виноваты. Более того, в некоторых приложениях они вовсе не угрожают, по крайней мере в ближайшем будущем.
Важнейшим элементом на английском жестком диске являются быстро вращающиеся пластины, выполненные в основном из алюминия или стекла, покрытые тонким слоем магнитных носителей и электромагнитных головок, целью которых является чтение и запись данных. Подробные правила производительности жестких дисков вряд ли будут интересны большинству пользователей, поэтому достаточно сказать, что они используют ряд физических явлений, связанных с магнитной поляризацией и электрическим сопротивлением. Поскольку пластины движутся с высокой угловой скоростью, а головки находятся на концах подвижных рычагов, соединенных с перемычкой, некоторые из конструктивных решений основаны на соответствующем использовании механических явлений, включая аэродинамику.
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.
Интегрированная электроника управляет вращением дисков и движениями рук с головами, а также готовит и ставит в очередь операции чтения и записи с контроллера диска на системной плате. Все заключено в герметичный корпус, который защищает компоненты от вредного воздействия водяного пара, пыли и других загрязнений.
На протяжении многих лет жесткие диски прошли долгий путь и улучшили свои параметры, такие как емкость памяти, скорость записи и скорость чтения, а также время доступа, с постепенной миниатюризацией, не говоря уже об этом. Не только их размеры и вес уменьшились, но и огромное падение цен. В течение многих лет они были одним из стандартных и обычно наименее дорогостоящих компьютерных компонентов. В качестве примечания следует упомянуть, что «жесткий диск» по-польски по историческим причинам является выражением, которое нельзя заменить на кажущийся идентичный «жесткий диск».
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 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 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 , 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 , 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 зимой 2006 года. Зато Hitachi оснастила , 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.
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?.. ;)
Мы уже используем различного рода компьютеры без “винчестеров”: смартфоны, планшеты, ноутбуки – любые устройства, в которых вместо коробочек с вращающимися внутри пластинами установлены накопители на основе чипов флэш-памяти. И несмотря на то что в пересчете на 1 Гб твердотельные накопители пока не способны конкурировать по цене с классическими HDD, исход этого противостояния, кажется, предопределен: высокая скорость, низкое энергопотребление, высокая устойчивость к механическим нагрузкам, миниатюрность – все говорит о том, что рано или поздно SSD добьет механику.
Чтобы понять, как мы до этого дошли, давайте посмотрим, как развивалась история накопителей последние 50 с лишним лет.
Первый жесткий диск IBM 350 Disk Storage Unit был показан миру 4 сентября 1956 года. Он представлял собой громадный шкаф шириной 1,5 м, высотой 1,7 м, толщиной 0,74 м, весил почти тонну и стоил целое состояние. На его шпинделе было 50 дисков размером 24″ (61 см), покрытых краской, в которой содержался ферромагнитный материал. Д
иски вращались со скоростью 1200 оборотов в минуту, а суммарный объем хранимой на них информации был равен фантастическим по тем временам 4,4 Мб. Привод, на котором крепились головки, весил почти 1,5 кг, но ему требовалось меньше секунды на то, чтобы переместится от внутренней дорожки верхнего диска до внутренней дорожки нижнего. Представьте себе, насколько быстро должен был двигаться этот совсем не легкий механизм.
Изобретенный небольшой группой инженеров IBM 350 Disk Storage Unit был частью ламповой вычислительной системы IBM 305 RAMAC. Такие системы в 50-х и 60-х годах использовались исключительно в больших корпорациях и правительственных организациях. Интересно, что все идеи, заложенные в самом первом жестком диске, появившемся еще в эпоху ламповых компьютеров, дожили до сегодняшних дней: в современных накопителях тот же набор из дисков, покрытых ферромагнитным слоем, на которые записываются дорожки с данными, и блок головок чтения и записи, размещенный на “арме” с электромеханическим приводом. Кстати, идею головок, которые поднимаются над поверхностью диска за счет потока воздуха, создаваемого вращением самих дисков, тоже предложили инженеры IBM, и случилось это еще в 1961 году. Да и практически до конца 60-х годов все, что касалось жестких дисков, так или иначе исходило от IBM.
Дисковая гонка
В 1979 году Алан Шугарт, работавший ранее в IBM и принимавший участие в разработке IBM 350 Disk Storage Unit, объявил о создании компании Seagate Technology, и, пожалуй, именно с этого момента началась история жесткого диска как массового продукта.
В том же 1979 году Seagate создала первый диск формфактора 5,25″ ST-506 объемом 5 Мб, и год спустя его запустили в производство. Еще через год была выпущена модель ST-412 объемом 10 Мб. Именно эти диски использовались в легендарных персональных компьютерах IBM PC/AT и IBM PC/XT.
Western Digital, ставшая впоследствии основным конкурентом Seagate, была основана на девять лет раньше и на момент основания называлась General Digital Corporation (ее переименовали в 1971 году, через год после основания). Она занималась производством однокристальных контроллеров и различной электроникой. Первый контроллер для жестких дисков Seagate ST-506/ST-412 на одном чипе в 1981 году сделала именно Western Digital, и назывался он WD1010. Следующие семь лет WD принимала участие в совместной разработке стандарта АТА, занималась разработкой чипов для SCSI- и АТА-дисков, а в 1988 году приобрела дисковое подразделение Tandon Corporation и уже в 1990 году представила собственные жесткие диски серии Caviar. Более подробно об этой технике обсуждается на форуме электроники – http://www.tehnari.ru/f30/ .
Вообще, в 20-летнем промежутке, с 1985 по 2005 год, произошел настоящий бум дискового производства, и появилось огромное количество компаний, большая часть которых к настоящему времени либо вошла в состав основных гигантов Seagate и Western Digital, либо просто прекратила свое существование. Вспомните хотя бы хорошо известные некогда дисковые бренды – Conner, Fuji, IBM, Quantum, Maxtor, Fujitsu, Hitachi, Toshiba, зарекомендовавшие себя как производители хорошей техники. Все они так или иначе принимали участие в “дисковой гонке”, стартовавшей с того момента, когда HDD стал неотъемлемой частью персонального компьютера.
Параллельная вселенная
Практически с самого начала в компьютерах использовалось несколько различных видов памяти, но лишь потому, что совершенное запоминающее устройство так до сих пор и не придумано. Если представить себе, что нам удалось получить чипы, работающие так же быстро, как оперативная память, энергонезависимые, как флэш, но с большим ресурсом перезаписи и такого объема, как современные жесткие диски, то нам не нужно было бы делить эту память на отдельные устройства. Каждый же из существующих ныне видов запоминающих устройств несовершенен, причем в связи с тотальной миниатюризацией особенно несовершенными из-за своей механической природы оказываются жесткие диски. Они появились из идеи относительно недорого получить большой объем памяти, а следовательно, изначально требования по другим параметрам, таким, например, как скорость и надежность, так или иначе отходили на второй план. Поэтому неудивительно, что альтернативу HDD искали всегда.
Еще в 70-80-х годах неоднократно предпринимались попытки создания твердотельных накопителей (Solid State Drive, SSD) на основе динамической памяти, которые оснащались специальным контроллером и аккумуляторной батареей на случай обесточивания. Тогда это были почти безумные проекты, стоившие огромных денег, и воплощение они получали исключительно в суперкомпьютерах (IBM, Cray) и в системах, используемых для обработки данных в реальном времени (например, на сейсмических станциях). Позже, когда объемы чипов оперативной памяти существенно увеличились и их стоимость снизилась, подобные накопители появились в качестве решений для персональных компьютеров (например, хорошо известный i-RAM производства Gigabyte), но все равно остались уделом гиков, так и не получив массового распространения из-за относительной дороговизны и малого объема.
Другое направление SSD родилось из идеи создания чипа электрически перезаписываемого постоянного запоминающего устройства (EEPROM) большого объема. Проблема состояла в том, что записываемые ячейки можно разместить на кристалле достаточно плотно, но если нужно не только записывать, но и стирать, а затем записывать вновь, то нужна цепь, отвечающая за стирание, которая сильно увеличивает размер ячейки памяти.
Выход из положения в начале 80-х нашел ученый, работавший в компании Toshiba – доктор Фудзио Масуока. Он предложил скрестить два способа стирания ячеек постоянной памяти, и вместо того чтобы очищать весь чип целиком или, напротив, только одну ячейку стирать память достаточно большими блоками. В 1984 году Масуока представил свою разработку на конференции IEEE 1984 International Electron Devices Meeting (IEDM), а в 1989 году на International Solid-State Circuits Conference компания Toshiba показала разработанный концепт флэш-памяти NAND. Тогда даже в самых смелых мечтах вряд ли кто-то мог подумать, что чип небольшого объема со сложной схемой доступа к данным сможет конкурировать с жесткими дисками, которые уже вовсю набирали обороты.
Основанная в том же 1989 году израильская компания M-Systems первой начала работу над идеей флэш-диска, и в 1995 году выпустила DiskOnChip – накопитель на одном чипе. В нем была и флэш-память, и контроллер. Более того, этот однокристальный диск объемом 8,16 и 32 Мб уже тогда содержал в своей микропрограмме алгоритмы контроля износа ячеек и обнаружения и перераспределения поврежденных блоков. Кстати, именно M-Systems в 1999 году первой выпустит USB флэш-накопители – DiskOnKey, a IBM подпишет с компанией контракт и будет продавать их на территории США под собственным брендом.
Но для того чтобы SSD-накопители на основе флэш-памяти стали массовым продуктом, понадобилось еще примерно 10 лет. В 2006 году компания Samsung, к тому времени крупнейший производитель чипов памяти, выпустила первый в мире ноутбук с SSD-диском объемом 32 Гб. Уже через два года Apple показала MacBook Air, в котором опционально мог быть установлен SSD, а в 2010 году этот лэптоп стал выпускаться исключительно с твердотельными накопителями.
У современных SSD, безусловно, есть недостатки. Хотя, если хорошенько разобраться, их оказывается не так много: но большому счету всего один – высокая стоимость 1 Гб в сравнении с классическими жесткими дисками. Но полупроводниковая промышленность развивается очень быстро, разрабатываются новые типы памяти, совершенствуются алгоритмы работы контроллеров, объемы быстро увеличиваются, и стоимость постепенно снижается. Но и это еще не все.
Есть еще один важный аргумент, благодаря которому возникает мощная конкуренция и цены быстро становятся привлекательными простота изготовления твердотельных накопителей. По сути, собрать SSD – это то же самое, что собрать только плату контроллера для жесткого диска, и нужна для этого лишь сборочная линия плат с поверхностным монтажом. Это, конечно, очень упрощенно, но в целом верно. Сборка классического жесткого диска – процесс гораздо более сложный, а значит, дорогостоящий. Именно поэтому ни у кого не возникает сомнений, что до момента, когда SSD начнут активно вытеснять “винчестеры”, осталось совсем немного. Процесс уже пошел.
