Какие носители информации существуют. Что такое HDD, жёсткий диск и винчестер. Компактные оптические диски

Урок #66. Что такое съемный носитель

Съемные носители информации предназначены для хранения ваших данных вне вашего компьютера. Ими очень удобно пользоваться для переноса ваших файлов с одного компьютера на другой. Я уверен, что вам хорошо известны такие съемные носители.

Наиболее популярными съемными носителями информации в настоящее время являются флешки, флеш-карточки, съемные жесткие диски и оптические диски (CD и DVD). Думаю, что пользоваться компьютером и ничего не знать о них невозможно.

Давайте более подробно остановимся на каждом из перечисленных устройств и научимся с ними работать.
Но перед тем как мы начнем, хочу рассказать о некоторых параметрах съемных носителей, которые влияют в первую очередь на их стоимость:

1. Объем – это основной параметр любого носителя информации и не только съемного. Для измерения объема используют те же единицы, что и для измерения объема данных (информации). Мы знаем, что вся информация на компьютере хранится в виде файлов. Чтобы как-то измерять объем информации, была введена специальная единица измерения, которая получила название – байт .Есть и более мелкие единицы – биты , и 1 байт = 8 бит . Что такое биты и почему 1 байт равен 8 битам , мы разбирать не будем. Это абсолютно необязательная информация для обычного пользователя. Но все же приведу пример, который даст представление о том, что такое байт . Объем информации в 1 байт - это одна буква в текстовом документе.В 1 байте , как вы понимаете, заключен незначительный объем информации (всего лишь один символ), поэтому обычно применяют более крупные единицы.

1 килобайт (Кбайт) = 1024 байт;
1 мегабайт (Мбайт) = 1024 килобайт;
1 гигабайт (Гбайт) = 1024 мегабайтам;
1 терабайт (Тбайт) = 1024 гигабайтам.

Приставки «кило», «мега» и т. п. позаимствованы из обычной жизни, но в отличие от, например, 1 километра, содержащего 1000 метров, 1 килобайт содержит 1024 байта. Почему так произошло нам знать совсем не обязательно. Объем информации - это величина весьма условная и в обычной жизни все давно округляют 1024 до 1000.

Итак, объем носителя информации – это основной его показатель, влияющий на его стоимость. Чем больше объем носителя информации, тем выше его стоимость.

1. Скорость чтения (записи) информации с носителя (на носитель). Поскольку объемы съемных носителей с каждым годом растут, то этот показатель становится немаловажным. Конечно, если вы приобретете флешку для переноса ваших текстовых документов с компьютера на компьютер, то скорость в этом случае практически не важна, так как текстовые файлы обычно имеют незначительный объем. А вот если вам нужно переписать на флешку большое количество видео или музыкальных файлов, то тут скорость записи играет важную роль, и от нее будет напрямую зависеть время, через которое файлы перепишутся на флешку. Тоже самое касается и флеш-карт, которые используются в цифровых фотоаппарата. Чем быстрее скорость записи такой флеш-карты, тем быстрее происходит запись фотографии на нее и тем быстрее фотокамера готова к съемке следующего кадра.Давайте разберемся с понятием скорости передачи данных, так как оно используется очень часто и у начинающих пользователей с этим возникают проблемы.За базовую единицу измерения скорости передачи информации в компьютерном мире был принят бит в секунду , также обозначается - бит/с (англ. bits per second, bps ). Скорость передачи информации может указываться не только как характеристика носителей информации, но и применяется в сетях, в том числе скорость подключения к сети Интернет обозначается именно в битах в секунду .

Мы уже знаем, что бит , это минимальный объем информации и в основном используют большую величину – байт , равную восьми битам. Поэтому, когда вам говорят, что скорость вашего подключения к сети Интернет равна 1 Мбит/с, то это НЕ ЗНАЧИТ , что вы за секунду скачаете 1 Мегабайт информации. Чтобы перевести Мегабиты в Мегабайты нам нужно разделить скорость вашего подключения на 8 и в нашем случае мы получим 0,125 Мбайт/с, что составляет 125 килобайт за секунду . Часто встречается такое обозначение:

Килобит за секунду – Кб/с
Килобайт за секунду – КБ/с

Обращайте внимание на то, заглавная или строчная буква «Б» в этом обозначении.

1. Размер устройства . Этот параметр весьма условный и подходит не для всех типов устройств, но в основном тенденция такова – чем меньше устройство, тем выше его цена

Урок #67. Оптические диски

CD диски (рис.197) или их еще называют компакт-дисками (CD произошло от англ. Compact Disc ) уже практически вышли из употребления, хотя они длительное время были основным носителем для переноса информации между компьютерами. Их объем обычно составлял около 700 Мб. Для чтения таких дисков используется специальное устройство – CD-привод (рис. 198).

Рис. 197. Оптический диск	Рис. 198. CD-привод оптических дисков

Данные с диска читаются при помощи лазерного луча. Есть приводы, которые позволяют производить только чтение данных с CD дисков, а есть и так называемые пишущие приводы , которые позволяют производить запись на диск.

Пустые диски, предназначенные для записи, на компьютерном сленге называют болванкой . Различают две основные группы компакт-дисков (болванок):

• CD-R – на такой диск можно записать информацию только один раз;
• CD-RW – диски предназначенные для многократной записи. Информацию на таких дисках можно стирать и записывать вновь.

Обычно на CD-приводе указывается скорость чтения/записи, например, 24Х. Это скорость, с которой привод способен производить чтение данных с диска или записывать информацию на диск. Скорость указывается кратной 150 Кб/с (т. е. 153 600 бит/с). Например, 24-скоростной привод обеспечивает максимальную скорость чтения (или записи) CD, равную 24 × 150 = 3600 Кб/с. Это означает, что, например, при копировании информации с CD-диска на ваш компьютер, за одну секунду привод перенесет 450 килобайт данных. Если вы копируете фильм, который имеет размер 650 Мегабайт, то на его копирование на компьютер будет затрачено около 24 минут. Вот такая простая арифметика.

Со временем компакт-диски были вытеснены DVD дисками.

DVD (ди-ви-ди, англ. Digital Versatile Disc - цифровой многоцелевой диск; также англ. Digital Video Disc - цифровой видеодиск) - имеет такой же размер, как и компакт-диск, но использует другую технологию, позволяющую значительно увеличить объем информации, который он способен вместить. Для чтения DVD дисков используют DVD-приводы, которые также могут читать и компакт-диски. А вот CD-приводы неспособны прочесть DVD-диски.

В настоящий момент наиболее популярны DVD диски форматов DVD-5 и DVD-9. На диски DVD-5 можно записать 4,37 ГБ (Гигабайт) информации, а на диски DVD-9 – 7,95ГБ.

Единица скорости (1x) чтения/записи DVD составляет 1 385 000 бит/с (т.е. около 1352 Кб/с = 1,32 Мб/с), что примерно соответствует 9-й скорости (9x) чтения/записи CD, которая равна 9 × 150 = 1350 Кб/с. Таким образом, 16-скоростной привод обеспечивает скорость чтения (или записи) DVD равную 16 × 1,32 = 21,12 Мб/с.

Так же как и у компакт дисков, DVD диски разделяют на группы:

• DVD-R – предназначены для однократной записи;
• DVD-RW – перезаписываемые диски.

Также исторически появилось еще одно деление DVD дисков на «плюсовые» (обозначаютсяDVD+R и DVD+RW ) и «минусовые» (обозначаются DVD-R и DVD-RW ).

«Плюсовые» болванки появились позже и являются усовершенствованной версией «минусовых». Основное, значимое для конечного пользователя, отличие «плюсовых» и «минусовых» болванок состоит в следующем. При перезаписи DVD-RW диска нужно предварительно с него информацию удалить, а вот при перезаписи DVD+RW диска информацию удалять не нужно, привод способен записать новую информацию поверх старой. Но для работы с «плюсовыми» болванками нужно иметь пишущий DVD-привод, поддерживающий этот формат (практически все современный DVD-приводы этот формат поддерживают).

В погоне за увеличением объема носителей информации производители постоянно создают что-то новое. Так появился еще один формат – Blu-ray Disc , BD (блю-рэй, англ. blue ray - синий луч). Диски формата Blu-ray имеют те же размеры, что и CD и DVD диски (120 мм), но существенно отличаются вместительностью. По технологии Blu-ray изготавливают диски, имеющие один или два слоя для записи данных. Однослойные диски могут вмещать до 25ГБ информации, а двухслойные – до 50ГБ. Есть диски для одноразовой записи – BD-R , и для многоразовой записи –BD-RE .

Само собой, для чтения и записи таких дисков нужен специальный привод, поддерживающий технологию Blu-ray. Скорость записи также значительно выросла. Единица скорости (1x) чтения/записи Blu-ray составляет 36 Мбит/с, что позволяет записать объем информации в 25ГБ на однослойный диск на 12-ой скорости примерно за 8 минут.

Большинство компьютеров в настоящее время оснащаются приводами оптических дисков. Для того чтобы установить диск в привод, нужно нажать на кнопку, расположенную на нем (рис.199).

После того, как диск помещен в лоток достаточно легким нажатием закрыть лоток. После этого информация, записанная на диске, станет доступна и с ней можно будет ознакомиться, например, с помощью программы Проводник .

Урок #68. Флеш-накопители

Флеш-накопители или просто флешки – это самые популярные и распространенные в настоящее время съемные носители информации. В компьютерных магазинах вы сможете найти огромный выбор флешек. Они отличаются цветом, формой и материалом корпуса, и вы всегда сможете подобрать флешку по своему вкусу (рис.202). Но все же основной параметр флешки – это ее размер, т.е. объем информации, который на нее можно записать.

В продаже вы найдете флешки объемом от сотен мегабайт, до нескольких десятков и даже сотен гигабайт. Причем разница в цене может быть не пропорциональна разнице в объеме, поэтому перед покупкой флешки сравните цены разных по объему устройств и выберите оптимальное для себя сочетание цена-объем.

Флешка подключается к компьютеру через так называемый универсальный разъем – USB (Universal Serial Bus – универсальная последовательная шина, рис. 203).

Этот разъем стал очень популярным и с помощью него ккомпьютеру подключается огромное количество различных устройств, начиная с флешек и заканчивая принтерами, сканерами, фотоаппаратами и видеокамерами.

Обычно на компьютере вы можете найти несколько USB разъемов (2, 4 и даже 8). Они расположены на задней панели компьютера. Но так как эти разъемы стали очень популярны, то производители компьютерных корпусов стали их размещать на передней или боковой стенкекомпьютера, что позволило получить к разъемам быстрый доступ и подключать устройства без лишних движений. Обычно эти разъемы обозначены специальным значком (рис. 204).

На ноутбуках обычно устанавливают два или три USB разъема (рис.203).

Разъем USB, в отличие от других разъемов компьютера, позволяет подключать и отключать устройства во время работы компьютера. Это означает, что вы можете отключать устройство, например, вынимать флешку, не выключая компьютер, но тут есть свои нюансы работы и о них мы поговорим чуть позже.

Урок #69. Внешние жесткие диски

Наравне с флешками используются и внешние жесткие диски (рис.205). Они имеют большие габариты, нежели флешки, но и объем хранимой на них информации значительно больше. Объемы современных съемных жестких дисков исчисляются сотнями гигабайт и достигают нескольких терабайт. Соответственно и цена жесткого диска будет зависеть от его объема. Кроме этого на цену жесткого диска влияет и его геометрический размер – чем меньше жесткий диск, тем, как правило, большую сумму за него придется выложить.

Часто жесткие диски обозначают сокращенно HDD – от англ. Hard Drive Disk (жесткий диск). В разговорной речи вы можете услышать еще название «винчестер» или «винт».

Внешние жесткие диски подключаются к компьютеру через уже нам знакомый разъем USB (рис.206).

Урок #70. Карты памяти

Карты памяти или флеш-карты - это компактные электронные запоминающие устройства, используемые для хранения информации (рис.207). Современные карты памяти изготавливаются на основе флеш-памяти, т.е. по тому же принципу, что и флешки.

Если у вас есть цифровой фотоаппарат, то в нем обязательно будет установлена одна из карт памяти, изображенных на рисунке 207. Тип памяти, которая устанавливается в конкретную модель фотоаппарата, определяется производителем.
Наиболее популярные в настоящее время карты типа SD - Secure Digital Memory Card (рис.208). Эти карты имеют несколько типоразмеров и применяются в основном в портативныхустройствах (фотоаппараты, сотовые телефоны, КПК и т.д.).
Карты памяти используются именно как устройства хранения информации, т.е. на них фотоаппаратзаписывает отснятые фотографии, а в карманномкомпьютере (КПК) вы можете использовать карту как жесткий диск вашего компьютера, т.е. сохранять свои файлы на карту или устанавливать на нее программы.
При работе с портативными устройствами неминуемо возникает необходимость подключить устройство к компьютеру, для того чтобы переписать информацию на устройство или с устройства. Тоже самое и с цифровым фотоаппаратом – рано или поздно возникает необходимость перекинуть фотографии накомпьютер. Как же это сделать?

Рис. 209. Кардридер

С картами флеш-памяти очень удобно работать через устройство, которое называется кардридер , от англ. card reader (рис.209).
Обычно кардридер представляет собой маленькую коробочку с различными разъемами и вы можете одновременно подключить к компьютеру карты памяти различных форматов.
Сам кардридер подключается к компьютеру через USB разъем.
В продаже вы можете встретить кардридеры различной конфигурации и размеров, но при приобретении кардридера обращайте внимание на то, какие типы карт флеш-памяти он поддерживает. Есть кардридеры, которые поддерживают, например, только карты Secure Digital . Если вы хотите приобрести универсальный кардридер, то ищите в его обозначении надпись «all in one » или «all in 1 ». Это означает, что данное устройство работает со всеми типами памяти.

Урок #71. Как скачать фотографии с фотоаппарата

Если у вас есть цифровой фотоаппарат, но нет картридера, то для переноса фотографий можно воспользоваться следующим способом.

1. В комплекте с фотоаппаратом всегда идет кабель для подключения к USB разъему. Подключите этим кабелем фотоаппарат к компьютеру.
2. Включите фотоаппарат.
3. Операционная система попытается самостоятельно определить, что за устройство было подключено к компьютеру.

Если у вас есть подключение к Интернету, то, скорее всего, вам просто понадобится подождать около минуты, пока Windows определит ваш фотоаппарат и установит необходимый драйвер.

Драйвер – это программа, которая является своеобразным посредником между операционной системой и устройством. Драйвер “объясняет” операционной системе, что это за устройство установлено и как нужно с ним работать.

Если у вас нет подключения к Интернету то, скорее всего вам понадобится установить драйвер самостоятельно. В комплекте с фотоаппаратом всегда идет диск, на котором обычно находится драйвер к устройству. Изучите инструкцию к фотоаппарату и установите необходимые программы в соответствии с описанием.

1. После установки драйвера появиться диалоговое окно (рис.210):

1. Самый простой вариант – это выбрать пункт Просмотр файлов . Откроется окно программыПроводник , в котором вы сможете работать с фотографиями на флеш-карте вашегофотоаппарата таким же образом, как и на компьютере. Т.е. вы сможете просто скопировать файлы и вставить их в нужную папку на компьютере.

Второй способ – это воспользоваться пунктом Импортировать изображения и видеозаписи . Появится окно Импорт изображений и видео (рис.211).

Рис. 211. Импорт изображений и видео

В этом окне можно настроить параметры импорта изображений, выбрав соответствующий пункт. Откроется окно Импорт параметров (рис.212). В этом окне можно настроить папку, в которую будут фотографии копироваться с фотокамеры. По умолчанию фотографии импортируются в папку Изображения , которая находится в Библиотеках . Далее вы можете задать имя папки, которая будет создаваться при импорте фотографий с фотокамеры.

Посмотрите на рисунок 212. Сейчас выбраны следующие настройки – фотографии будут импортироваться (копироваться) с фотокамеры в библиотеку Изображения , при этом в папкеИзображения будет создана новая папка и ей будет присвоено имя в виде сегодняшней даты.

Рис. 212. Импорт параметров

После того, как вы выполните настройки импорта, нажмите ОК и в окне Импорт изображений и видео нажмите кнопку Импорт (рис.211). Ваши фотографии будут скопированы на компьютер.

Урок #72. Работаем со съемными носителями

При работе со съемными носителями информации есть нюансы, которые следует знать. Когда мы устанавливаем диск в привод оптических дисков или подключаем к USB разъему компьютеравнешнее запоминающее устройство (флешку, съемный жесткий диск или кардридер с картой памяти), то в операционной системе Windows срабатывает автозапуск. Это означает, что операционная система автоматически обнаруживает новый носитель информации и, пытаясь предугадать наши действия, выводит окно со списком операций, которые мы можем провести (рис.213 и 214).

Вы можете выбрать из списка удобное вам действие или закрыть окно Автозапуск и получить доступ к информации съемного носителя информации через программу Проводник . Кстати говоря, пункт Открыть папку для просмотра файлов как раз приведет к запуску Проводника , в котором будет отображаться содержимое съемного носителя информации.

Окно Автозапуск может у вас и не появиться. Дело в том, что возможность Windows по автоматическому запуску используют злоумышленники для активации своих вирусов и вредоносных программ на вашем компьютере. По этой причине некоторые антивирусные программы и некоторые программы, предназначенные для защиты компьютера, могут блокировать Автозапуск . В этом случае доступ к информации, находящейся на съемном устройстве, можно получить через программу Проводник .

Запускаем Проводник и отобразим содержимое папки Компьютер (рис.215). Я подключил ккомпьютеру флешку, размером около двух гигабайт и установил DVD диск в привод оптических дисков.

На рисунке 215 вы видите, что появился новый раздел в папке Компьютер , который называетсяУстройства со съемными носителями . В этом разделе отображается значок привода оптических дисков (обозначен буквой Е ), и съемный диск G - это моя флешка.
Чтобы мне начать работать с информацией данных дисков (E и G ) мне нужно в них зайти, кликнув дважды левой кнопкой мыши на соответствующем значке съемного устройства.

Работать с файлами, расположенными на флеш-устройствах (флешках и картах памяти) и на съемных жестких дисках, ничем не отличается от работы с файлами на компьютере. Это значит, что вы можете копировать, перемещать и удалять информацию с этих устройств. Только будьте внимательны – при удалении информации со съемных носителей она НЕ ПОМЕЩАЕТСЯ вКорзину , а сразу удаляется.

Рис. 215. Отображение съемных устройств в Проводнике

Файлы, расположенные на оптических дисках, вы можете только копировать или запускать. Для удаления или записи информации на оптические диски нужно использовать дополнительную программу, о которой мы поговорим в дальнейшем.

Теперь давайте разберемся с тем, как правильно извлекать съемные носители информации изкомпьютера. Здесь есть несколько правил, которых я придерживаюсь и рекомендую их вам.

Если вы работаете с информацией, расположенной на оптическом диске, то до извлечения оптического диска из привода убедитесь, что с этого диска не запущен какой-либо файл или программа. Нет ничего страшного, если вы извлечете диск при запущенном с него файле. Просто операционная система потеряет связь с этим файлом и попросит вас снова установить диск. Т.е. никакого вреда ни диску, ни файлам на нем расположенным вы не нанесете, только потеряете немного времени на повторную установку диска и повторное его извлечение после закрытия файла.

С флешками, картами памяти и съемными жесткими дисками ситуация другая. Если вы просто извлечете устройство из разъема, то вы можете повредить информацию, которая на этом устройстве находится, а в некоторых случаях и само устройство.

Перед изъятием устройства из компьютера необходимо его отключить. Для этого в Windows есть инструмент, который называется . Чтобы получить к нему доступ необходимо в Области уведомлений выбрать соответствующий значок (рис.216), затем кликнуть на нем левой кнопкой мыши и появится меню (рис.217), в котором будут перечислены все диски, доступные на вашем компьютере. Из списка необходимо выбрать диск, который необходимо отключить, т.е. нашу флешку, кардридер с картами памяти или съемный жесткий диск.

После этого в Области уведомлений появится информационное сообщение (рис.218):

Домашнее задание:

1. Если в вашем компьютере установлен привод оптических дисков, то установите, с какими дисками он работает (CD, DVD, Blu-ray). Эта информация обычно находится на лотке привода (рис.199). Если привод позволяет записывать диски, то на нем будет надпись «RW» или «Recoder».

2. Если у вас есть карта памяти, например, в фотоаппарате, то выясните ее размер и тип. Эта информация вам понадобится, если вы решите приобрести карту большего объема или кардридер.

3. Если у вас нет кардридера, скопируйте фотографии с карты памяти с помощьюWindows (рис. 210).

4. Подключите вашу флешку к компьютеру через USB разъем, запустите с нее какой-либо файл и попробуйте ее отключить через Безопасное извлечение устройств и дисков (рис.216). Должно появиться окно с предупреждением (рис.219). Затем закройте файл, запущенный ранее, и повторите действие. Должно появиться информационное сообщение как на рисунке 218.

В постоянной погоне за гигагерцами и гигабитами в секунду, которые пропускает через себя центральный процессор, мы очень часто забываем, что в компьютере есть много других важных компонентов, требующих улучшения, например оперативная память, а также накопители, которые хранят обработанные данные. Развитие устройств, позволяющих хранить информацию, так же важно, как и увеличение вычислительной способности ЦПУ. В этой статье мы расскажем о том, какие перспективы стоят перед современными носителями информации, такими как жесткие диски.

Во второй части статьи мы опишем будущее накопителей на оптических дисках, в третьей же постараемся рассмотреть некоторые наиболее интересные и принципиально новые разработки из области микроэлектронных механических систем, которые, возможно, будут использоваться в устройствах, пришедших на смену традиционным HDD и менее традиционным, но вполне знакомым CD, DVD и BlueRay.

Чтобы иметь возможность сравнивать между собой разнообразные типы носителей, нужно выделить некоторые характеристики, присущие каждому из них. Такие, например, как скорость чтения или записи, среднее время поиска произвольного элемента данных (Random Seek), а также стоимость хранения единицы данных. Если же мы хотим сравнивать накопители данных, которых еще нет в природе, но они появятся на свет в будущем, то нам нужно постараться разбить их все на три большие группы: те, которые вот-вот начнут производиться и в ближайшее время появятся на рынке; те, которые станут массовыми в более-менее обозримом будущем и, наконец, те, что появятся только при благоприятном стечении обстоятельств и успешном окончании всех исследований, связанных с их внедрением в жизнь. В самом деле, трудно сравнивать современный винчестер с временем произвольного доступа в 9.0 мс с каким-нибудь накопителем далекого будущего, у которого эта же характеристика будет на несколько порядков лучше (т. е. меньше), но которого пока нет на полках магазинов и не будет в ближайшие полсотни лет. Естественно, в Интернете подобными сравнениями продолжают заниматься, забывая, что опытный образец, появившийся в сверхсекретной лаборатории Силиконовой долины и работающий лишь при температуре, близкой к абсолютному нулю, - это еще не то же самое, что винчестер, который стоит в компьютере у вас на рабочем столе.

Тенденции развития магнитных накопителей информации

Начнем с жестких дисков, поскольку сегодня это, пожалуй, самый распространенный и востребованный тип накопителя, и в ближайшие 3-4 года острой конкуренции со стороны других видов накопителей винчестерам испытывать, по-видимому, не придется. Соперники пока однозначно проигрывают либо по скорости, либо по емкости, либо по стоимости, а чаще всего - по нескольким показателям сразу.

Что представляет из себя винчестер сегодня, мы все хорошо знаем: емкость - скажем, от 20 до 400 гигабайт, среднее время поиска - от 8 до 12 мс, скорость последовательного чтения/записи - 30-40 Мб/сек. В принципе, характеристики неплохие, хотя, опять же, смотря с чем сравнивать: оперативная память-то побыстрее работать будет (зато и подороже оказывается, да к тому же, при выключении из сети полностью "забывает" все, что в нее было записано, - согласитесь, существенный недостаток); перезаписываемые DVD-диски куда дешевле (но вот по скорости работы и рядом не лежали, к тому же и емкость у них сравнительно маленькая).

Если вспомнить, какие объемы данных приходится считывать и записывать на винчестер при работе с мультимедиа, а также то, что большинство современных ОС так или иначе использует его в качестве дополнения к оперативной памяти, записывая туда своп-файл, становится очевидным, что как бы ни были хороши характеристики винчестеров, их было бы неплохо улучшить. В первую очередь производителям хотелось бы увеличить упомянутые скорость чтения/записи и поиска, а также емкость. На втором месте стоят габариты, а также энергопотребление и ударопрочность вкупе с надежностью. Естественно, в будущих моделях винчестеров эти характеристики будут обязательно улучшены, остаются только вопросы: как и когда?

Добиться увеличения скорости считывания можно двумя путями: либо увеличивая плотность записи информации, либо заставляя "блины" винчестера вращаться с большей скоростью. И тот и другой способ имеют свои недостатки. При увеличении скорости вращения шпинделя винчестеры начинают гораздо сильнее греться и становятся более шумными, не говоря уже о том, что материал, из которого сделаны пластины, должен быть достаточно прочным, чтобы выдержать соответствующие механические нагрузки и не деформироваться. Технология их изготовления становится сложнее, и это отражается на их стоимости: она существенно выше. Зато помимо увеличения линейной скорости считывания при этом еще и уменьшается среднее время поиска - за счет того, что головка раньше оказывается над нужным сектором дорожки. Проблему с излишним трением и шумом частично помогут решить гидродинамические подшипники, которые сравнительно недавно стали использовать некоторые производители, но все равно нам кажется маловероятным, что скорость вращения шпинделя в 3,5"" винчестерах может превысить 15-20 тысяч оборотов в минуту, какие бы "хитрые" и "навороченные" подшипники ни использовались.

При увеличении плотности записи также наблюдаются свои негативные побочные эффекты, но с ними все же проще бороться. Зато к плюсам можно отнести увеличение емкости накопителя, а это для производителей винчестеров во многом куда более важный параметр, чем среднее время поиска. Ведь на него среднестатистический покупатель обращает больше внимания. Поэтому компании-производители жестких дисков чаще всего пытаются улучшить свою продукцию именно этим способом.

Суперпарамагнитный предел

Помеха на пути достижения сверхвысокой плотности записи

Пластина современного жесткого диска состоит из стеклянной или алюминиевой подложки с нанесенным сверху магнитным покрытием. Отдельные участки этого покрытия могут быть намагничены одним из двух возможных способов, которые обозначают ноль и единицу (т. е. 1 байт). Такая намагниченная область называется магнитным доменом, и представляет собой миниатюрный магнитик с определенной ориентацией южного и северного магнитных полюсов. Если задать намагниченность домена, информация будет записана. В конечном счете, плотность записи информации определяют размеры этого самого домена. Казалось бы, уменьшайте себе размеры доменов на здоровье, и будут винчестеры такими емкими, какими только можно себе представить, однако не все так просто.

Те из нас, кто не забыл еще школьную физику, могут поднапрячься и вспомнить, что все вещества делятся на парамагнитные, диамагнитные и ферромагнитные. Диамагнитными являются те вещества, которые, находясь вне магнитного поля, не обладают магнитными свойствами - понятно, что для создания накопителей информации они не годятся. Атомы и молекулы парамагнитных веществ, напротив, уже сами по себе, еще до того, как на них начало действовать внешнее магнитное поле, представляют собой элементарные магнитики - однако они тоже мало подходят для создания накопителей. И лишь ферромагнетики, в которых в качестве элементарных магнитиков выступают магнитные зерна достаточно большого размера, подходят для длительного хранения информации.

Чтобы записать один бит информации, головка винчестера создает определенным образом направленное магнитное поле, которое ориентирует все элементарные магнитики домена преимущественно в одном направлении. Эта ориентация благополучно сохраняется в течение длительного времени уже после того, как головка прекратила свое воздействие на ферромагнетик. Однако даже после многократной записи в домене всегда остаются такие магнитные зерна, магнитная ориентация которых не совпадает с ориентацией всего домена; причем относительное содержание "плохих" зерен тем больше, чем меньше зерен в домене, то есть, чем меньше его размер. Если попытаться сделать домен слишком маленьким, то относительное количество "плохих" зерен окажется настолько большим, что информационный сигнал невозможно уже будет выделить на фоне шума. Из сложившейся ситуации существует два выхода - поиск новых парамагнитных материалов с малыми и по преимуществу однородными магнитными зернами и разработка алгоритмов, позволяющих выделять полезный сигнал даже при низком соотношении "сигнал/шум". Однако и тут существует свой предел возможностей. Если магнитное зерно будет слишком малым, то тепловой энергии окружающей среды с лихвой хватит на то, чтобы спонтанно сменить его намагниченность. Грубо говоря, в этом случае мы получим вещество, очень близкое по свойством к парамагнитному - винчестеры, изготовленные из таких материалов, смогут работать лишь при охлаждении жидким азотом или, что еще хуже, жидким гелием. Из-за этого квазиперехода ферромагнитного вещества в парамагнитное описанное ограничение и получило название суперпарамагнитного предела.

Ну и помимо чисто физического ограничения в виде суперпарамагнитного предела существует еще и техническое, связанное с процессом записи и чтения информации, для которого, как уже упоминалось, используется специальная головка. В самых первых моделях винчестеров головка была универсальной - одна и та же малюсенькая катушка индуктивности использовалась как для чтения, так и для записи информации. Современные головки состоят из двух частей: записывающей (катушки индуктивности) и читающей (магниторезистивной головки, изменяющей свое сопротивление в зависимости от напряженности магнитного поля). Естественно, размеры головки конечны, и сегодня именно они во многом определяют размеры минимальной намагничиваемой области - домена. Однако в современных винчестерах размер домена настолько мал, что для дальнейшего его уменьшения производителям потребуется перешагнуть через суперпарамагнитный предел.

Именно поэтому специалисты ведущих компаний, разрабатывающих жесткие диски, уже давно бьются над возникшей проблемой, и надо сказать, весьма успешно. Пути развития технологий и собственные ноу-хау, позволяющие в будущем преодолеть суперпарамагнитный предел, разработаны каждой из них. Причем некоторые уже применяются при серийном производстве винчестеров, некоторые используются только в опытных образцах, но со дня на день будут использоваться и при конвейерной сборке, некоторые, возможно, так никогда и не доберутся до массового использования.

AFC

Пожалуй, первой ласточкой, предвещавшей скорую победу над суперпарамагнитным пределом, явилась технология создания магнитно-компенсированных пленок, предложенная фирмой IBM. Суть идеи заключается в нанесении на диск винчестера трехслойного антиферромагнитного покрытия под названием AFC (antiferromagnetically-coupled, антиферромагнитная пара), в котором пара магнитных слоев разделена специальной изолирующей прослойкой из рутения.

За счет того что расположенные друг под другом магнитные домены имеют антипараллельную ориентацию магнитного поля, они образуют пару, которая оказывается более устойчивой к спонтанному перемагничиванию, чем одиночный "плоский" домен. Пробные партии винчестеров, использующих технологию AFC, появились в 2001 году, но массовое ее использование началось только сейчас. Однако AFC не является абсолютной панацеей - это лишь маленькое усовершенствование старой технологии, позволяющее увеличить емкость винчестеров в 4-8 раз, но не больше.

PMR

Существенно больший выигрыш сулит применение перпендикулярной записи (PMR, Perpendicular Magnetic Recording). Эта технология известна достаточно давно, ее исследованиями активно занимались уже лет 20-30 назад, однако довести дело до работающего и недорогого в производстве устройства тогда не получилось. Сейчас о PMR вновь вспомнили, разработкой новых жестких дисков на основе этой технологии весьма плодотворно занимается компания Seagate. В августе 2002 года в Питтсбурге (США) ею был организован специальный научный центр, в планы которого входило тщательное исследование не только PMR, но и других проблем, связанных с созданием перспективных накопителей информации на магнитных носителях. Как следует из названия, PMR, в отличие от классической технологии записи, использует магнитные домены с перпендикулярным (а не параллельным поверхности диска) магнитным полем.

Это позволяет уменьшить продольные размеры домена, слегка увеличив при этом его высоту. Кроме того, в случае PMR соседние инвертные биты (1 и 0) уже не глядят друг на друга одноименными полюсами, которые, как известно, отталкиваются, - это позволяет уменьшить размер междоменного пространства, по сравнению с классической технологией записи, что еще больше увеличивает емкость винчестеров.

Понятно, что для реализации PMR необходимо применять как совершенно иную конструкцию головки чтения/записи, так и новую структуру магнитной поверхности диска. Головка, записывающая методом PMR, должна иметь всего один основной полюс сердечника, второй полюс будет вспомогательным. Основной полюс сердечника создает сильное магнитное поле, линии которого выходят перпендикулярно магнитной поверхности диска; проходя через специальный внутренний магнитный слой, они замыкаются на широком вспомогательном полюсе сердечника. Естественно, наиболее сильное по величине поле будет у основного полюса - там и будет происходить перемагничивание домена, у широкого вспомогательного полюса поле будет слишком слабое, чтобы воздействовать на поверхность диска, и она при записи останется без изменений. Так же как и AFC, PMR - это технология уже готовая к применению в серийном производстве. Использующие ее винчестеры должны появиться если не в этом, то в следующем 2005 году.

HAMR и SOMA - технологии 2010 года

К числу наиболее перспективных технологий будущего, в задачу которых входит дополнить PMR, когда та исчерпает свои ресурсы и подойдет к очередному пределу, можно отнести термомагнитную запись (HAMR, Heat Assistant Magnetic Recording) и самоорганизующиеся магнитные решетки (SOMA, Self-Organized Magnetic Array). Дитер Веллер, директор отделения исследований в области носителей центра Seagate, считает, что HAMR призвана в очередной раз изменить принцип чтения и записи данных, а SOMA - процесс изготовления магнитного напыления для дисков.

Особенность HAMR заключается в использовании магнитных материалов с высокой коэрцитивной силой, которые обеспечивают высокую термостабильность записанных участков поверхности. Для записи информации магнитный домен предварительно разогревается с помощью сфокусированного лазерного пучка. Диаметр пучка и определяет размер области, соответствующей одному биту информации. При повышении температуры домена происходит существенное изменение его магнитных свойств (уменьшается коэрцитивная сила), и, таким образом, нагретые участки становятся способными к намагничиванию. Естественно, что для внедрения HAMR в серийное производство необходимо решить множество проблем, таких как разработка недорогих и миниатюрных лазеров с очень маленькой длиной волны (иначе будет невозможно создать фокусирующую систему), также необходимо обеспечить эффективный теплоотвод от пластин (вспомним, как греются современные винчестеры, что же будет, если их еще и лазером подогревать, словно пищу в микроволновке?!) и еще ряд других. Однако тот факт, что специалисты Seagate уже собрали действующую экспериментальную установку, реализующую запись по технологии HAMR, говорит о том, что эти проблемы будут, скорее всего, успешно решены. Компания обещает, что HAMR получит применение в коммерческих продуктах уже в 2010 году.

Тем не менее, как уже говорилось, для дальнейшего повышения плотности записи необходимо еще и изменить технологию изготовления самих магнитных дисков, добиваясь равномерности и однородности слоя частиц, составляющих его поверхность. Если этого не сделать, то не поможет ни HAMR, ни любые другие ухищрения с записывающей головкой. Модернизация механизмов чтения/записи должны идти рука об руку с улучшением материалов и качества напыления магнитного слоя. Здесь специалисты видят выход в использовании уже упоминавшейся технологии SOMA, которая предусматривает формирование на поверхности диска монодисперсного слоя "самоорганизующихся магнитных массивов" из мельчайших однородных железно-платиновых конгломератов размером около 3 нм (3 нм - это 10-15 атомов твердого вещества, выложенных в ряд).

Применение этой "нанотехнологии" позволит существенно снизить уровень нестабильности отдельных магнитных зерен и уменьшить размеры намагничиваемой области для записи бита данных. В Seagate считают, что все это может позволить выпускать накопители емкостью в десятки, а может быть, даже сотни терабайт. Причем случится это не в заоблачном будущем, а к началу следующего десятилетия.

Вместо заключения

Как мы видим, совершенствование жестких дисков на их пути к достижению суперпарамагнитного предела может привести к тому, что они вольют в себя некоторые свойства ближайших конкурентов - оптических носителей информации, таких как CD и DVD. Естественно, все это приведет к резкому возрастанию их сложности, а значит и стоимости. В то же самое время, лишенные каких-либо суперпарамагнитных пределов, оптические устройства будут развиваться, захватывая все новые и новые рубежи, одерживая очередные победы, и, вероятно, лет через десять-пятнадцать по всем основным характеристикам превзойдут магнитные накопители. Во второй части статьи мы попробуем разобраться с будущим CD и DVD, а также их многочисленными модификациями и преемниками.