Jak číst informace z pevného disku. Čtecí a psací hlavy. Specifikace pevného disku

Pokud vezmeme v úvahu pevný disk jako celek, skládá se ze dvou hlavních částí: jedná se o desku elektroniky, na které se takříkajíc nachází „mozek“ pevného disku. Obsahuje procesor, řídicí program, paměť s libovolným přístupem a zesilovač pro záznam a čtení. Mechanická část zahrnuje takové díly, jako je blok magnetických hlav se zkratkou BMG, motor, který otáčí destičky, a samozřejmě destičky samotné. Podívejme se na každou část podrobněji.

Hermetický blok.

Hermetický blok, známý také jako kryt pevného disku, je určen k zajištění všech částí a slouží také jako ochrana před prachovými částicemi, které se dostaly na povrch ploten. Je třeba poznamenat, že otevření HDA lze provést pouze v místnosti speciálně připravené, aby se zabránilo vniknutí prachu a nečistot do pouzdra.

Integrovaný obvod.

Integrovaný obvod nebo deska elektroniky synchronizuje provoz pevného disku s počítačem a řídí všechny procesy, zejména udržuje konstantní rychlost otáčení vřetena, a tím i talíře, který je prováděn motorem.

Elektrický motor.

Elektromotor nebo motor otáčí talíře: asi 7200 otáček za sekundu (bere se průměrná hodnota, existují pevné disky, na kterých je rychlost vyšší a dosahuje 15 000 otáček za sekundu, a existují také s nižší rychlostí asi 5400, rychlost přístupu k potřebným informacím na desce závisí na rychlosti otáčení pevného disku desek).

Rocker.

Vahadlo je navrženo pro zápis a čtení informací z desek pevného disku. Konec vahadla je dělený a je na něm blok magnetických hlav, to je provedeno tak, aby bylo možné zapisovat a číst informace z několika desek.

Blok magnetických hlav.

Vahadlo obsahuje blok magnetických hlav, který poměrně často selhává, ale tento „často“ parametr je velmi podmíněný. Magnetické hlavy jsou umístěny na horní a spodní straně ploten a slouží k přímému čtení informací z ploten umístěných na pevném disku.

Desky.

Desky přímo uchovávají informace, jsou vyrobeny z materiálů jako je hliník, sklo a keramika. Nejrozšířenější je hliník, ale další dva materiály se používají k výrobě takzvaných „elitních kol“. První vyrobené desky byly potaženy oxidem železa, ale tento feromagnet měl velkou nevýhodu. Disky potažené takovou látkou měly malou odolnost proti opotřebení. V současnosti většina výrobců pevných disků potahuje plotny chromkobaltem, který má řádově vyšší bezpečnostní rezervu než oxid železa. Desky jsou připevněny k vřetenu ve stejné vzdálenosti od sebe, toto provedení se nazývá „balení“. Pod disky je umístěn motor nebo elektromotor.

Každá strana desky je rozdělena na stopy, ty jsou zase rozděleny na sektory nebo jinak bloky, všechny stopy stejného průměru představují válec.

Všechny moderní pevné disky mají tzv. „technický válec“; jsou na něm uloženy servisní informace, jako je model pevného disku, sériové číslo atd. Tyto informace jsou určeny ke čtení počítačem.

Jak funguje pevný disk

Základní principy fungování pevného disku se od jeho vzniku změnily jen málo. Zařízení pevného disku je velmi podobné běžnému gramofonu. Pouze pod tělem může být několik desek namontovaných na společné ose a hlavy mohou číst informace z obou stran každé desky najednou. Rychlost otáčení desek je konstantní a je jednou z hlavních charakteristik. Hlava se pohybuje po desce v určité pevné vzdálenosti od povrchu. Čím menší je tato vzdálenost, tím větší je přesnost čtení informací a tím větší může být hustota záznamu informací.

Když se podíváte na pevný disk, jediné, co vidíte, je odolný kovový kryt. Je kompletně utěsněný a chrání mechaniku před prachovými částicemi, které, pokud se dostanou do úzké mezery mezi hlavou a povrchem disku, mohou poškodit citlivou magnetickou vrstvu a poškodit disk. Skříň navíc chrání měnič před elektromagnetickým rušením. Uvnitř pouzdra jsou všechny mechanismy a některé elektronické součástky. Mechanismy jsou samotné disky, na kterých jsou uloženy informace, hlavy, které zapisují a čtou informace z disků, a motory, které to vše uvádějí do pohybu.

Disk je kulatá deska s velmi hladkým povrchem, obvykle z hliníku, méně často z keramiky nebo skla, potažená tenkou feromagnetickou vrstvou. Mnoho jednotek používá vrstvu oxidu železa (která pokrývá běžnou magnetickou pásku), ale nejnovější pevné disky používají vrstvu kobaltu o tloušťce asi deset mikronů. Tento povlak je odolnější a navíc umožňuje výrazně zvýšit hustotu záznamu. Technologie jeho aplikace se blíží technologii používané při výrobě integrovaných obvodů.

Počet disků může být různý - od jednoho do pěti, počet pracovních ploch je odpovídajícím způsobem dvojnásobný (dvě na každém disku). Ten (stejně jako materiál použitý pro magnetický povlak) určuje kapacitu pevného disku. Někdy se nepoužívají vnější plochy vnějších disků (nebo jeden z nich), což umožňuje snížit výšku pohonu, ale zároveň se sníží počet pracovních ploch a může se ukázat jako lichý.

Magnetické hlavy čtou a zapisují informace na disky. Princip záznamu je obecně podobný tomu, který se používá u běžného magnetofonu. Digitální informace se přemění na střídavý elektrický proud přiváděný do magnetické hlavy a poté se přenáší na magnetický disk, ale ve formě magnetického pole, které si disk může „pamatovat“.

Magnetický povlak disku se skládá z mnoha malých oblastí spontánní magnetizace. Pro ilustraci si představte, že disk je pokrytý vrstvou velmi malých šipek kompasu, které ukazují různými směry. Takové částice šípu se nazývají domény. Vlivem vnějšího magnetického pole se vlastní magnetická pole domén orientují v souladu s jeho směrem. Po ukončení vnějšího pole se na povrchu disku vytvoří zóny zbytkové magnetizace. Tímto způsobem se uloží informace zaznamenané na disku. Oblasti zbytkové magnetizace, kdy se kotouč otáčí proti mezeře magnetické hlavy, v něm indukují elektromotorickou sílu, která se mění v závislosti na velikosti magnetizace.

Disková sada, namontovaná na ose vřetena, je poháněna speciálním motorem kompaktně umístěným pod ním. Aby se zkrátila doba potřebná k uvedení pohonu do provozu, motor po zapnutí běží nějakou dobu v nuceném režimu. Napájecí zdroj počítače proto musí mít rezervu špičkového výkonu. Nyní o operaci hlav. Pohybují se pomocí krokového motoru a zdá se, že „plavou“ ve vzdálenosti zlomku mikronu od povrchu disku, aniž by se ho dotýkaly. V důsledku zaznamenávání informací se na povrchu disků vytvářejí zmagnetizované oblasti ve formě soustředných kruhů.

Říká se jim magnetické dráhy. Při pohybu se hlavy zastaví nad každou další stopou. Soubor drah umístěných pod sebou na všech površích se nazývá válec. Všechny hnací hlavy se pohybují současně a přistupují k válcům stejného jména se stejnými čísly.

Přednáška č. 5: Zařízení pro ukládání informací

Plán

1. Pevné disky
2. Jednotky SSD

1. Pevné disky

Historický odkaz

Během vývoje pevných disků se změnilo šest standardních velikostí – tvarových faktorů.

Obrázek 1. Velikosti HDD

1956 – Pevný disk IBM 350 jako součást prvního produkčního počítače IBM 305 RAMAC. Mechanika zabírala krabici velikosti velké lednice a vážila 971 kg a celková kapacita paměti 50 tenkých disků pokrytých čistým železem o průměru 610 mm, které se v ní otáčely, byla asi 5 milionů 6bitových bytů (3,5 MB v termíny 8bitových bajtů).
1980 - první 5,25palcový Winchester, Shugart ST-506, 5 MB.
1981 – 5,25palcový Shugart ST-412, 10 MB.
1986 – standardy SCSI, ATA (IDE).
1991 – maximální kapacita 100 MB.
1995 – maximální kapacita 2 GB.
1997 – maximální kapacita 10 GB.
1998 – standardy UDMA/33 a ATAPI.
1999 – IBM uvádí Microdrive s kapacitami 170 a 340 MB.
2002 – standard ATA/ATAPI-6 a disky s kapacitou přes 137 GB.
2003 - vzhled SATA.
2005 – maximální kapacita 500 GB.
– Standard Serial ATA 3G (nebo SATA II), vznik SAS (Serial Attached SCSI).
2006 – aplikace metody kolmého záznamu v komerčních pohonech.
– vzhled prvních „hybridních“ pevných disků obsahujících blok paměti flash.
2007 – Hitachi představuje první komerční 1 TB disk.
2009 - založené na plotnách Western Digital 500 GB, poté Seagate Technology LLC vydala modely s kapacitou 2 TB.
– Společnost Western Digital oznámila vytvoření 2,5palcových HDD s kapacitou 1 TB (hustota záznamu - 333 GB na jedné desce)
– vznik standardu SATA 3.0 (SATA 6G).
2010 – Seagate začíná s vývojem 3TB HDD.

HDD definice a zařízení
Pevný disk nebo HDD(Angličtina) TvrdýDiskŘídit,HDD), HDD, Winchester, v počítačovém slangu "šroub", tvrdý, pevný disk– zařízení pro ukládání informací na principu magnetického záznamu. Je to hlavní zařízení pro ukládání dat ve většině počítačů.

HDD se v zásadě skládá z následujících hlavních bloků:
Jednotka elektroniky obsahuje kontakty a mikroobvod, na kterém jsou umístěny: ovladač ovládání HDD, napájecí konektory, blok jumperů, konektor pro kabely (připojovací rozhraní).
Mechanický blok sestává z magnetických desek, vřetena, vahadla, os otáčení vahadla, servopohonu vahadla, čtecích a zapisovacích hlav.
Rám– toto je struktura, ve které jsou umístěny všechny prvky HDD.

Obrázek 2. Schéma zařízení HDD

Obrázek 3. Zařízení HDD

Principy ukládání informací na HDD
Informace na HDD jsou zaznamenávány na tvrdé (hliníkové, keramické nebo skleněné) desky potažené vrstvou feromagnetického materiálu (oxidu železa), nejčastěji oxidu chromitého. HDD používají jednu až několik desek na jedné ose.
Data jsou na plotnách uložena v soustředných stopách, z nichž každá je rozdělena do 512bajtových sektorů sestávajících z horizontálně orientovaných domén. Orientace domén v magnetické vrstvě slouží k rozpoznání binární informace (0 nebo 1). Velikost domén určuje hustotu záznamu dat pro účely adresování povrchového prostoru diskových ploten, které se dělí na stopy– oblasti soustředných prstenců. Každá stopa je rozdělena na stejné části - sektory.

Válec– sada stop rovnoměrně rozmístěných od středu na všech pracovních plochách ploten pevného disku. Číslo hlavy specifikuje pracovní plochu, která se má použít (tj. konkrétní dráhu z válce), a číslo sektoru– konkrétní sektor na trati.

Organizace čtení/zápisu dat probíhá díky čtecím/zápisovým hlavám (RW). V provozním režimu se GZZ nedotýkají povrchu desek kvůli vrstvě proudícího vzduchu vytvořeného v blízkosti povrchu během rychlé rotace. Vzdálenost mezi hlavou a diskem je několik nanometrů (u moderních disků asi 10 nm). Absence mechanického kontaktu zajišťuje dlouhou životnost zařízení. Když se kotouče neotáčí, jsou hlavy umístěny u vřetena nebo mimo kotouč v bezpečné oblasti (parkovací zóna), kde je vyloučen jejich abnormální kontakt s povrchem kotoučů.

Obrázek 4. Organizace ploten HDD.

Režimy adresování

Existují 2 hlavní způsoby adresování sektorů na disku: sektor hlavy válců(Angličtina) válec— hlava— sektor, C.H.S.) A lineární blokové adresování(Angličtina) lineární blok oslovování, LBA).

C.H.S.
Při této metodě je sektor adresován svou fyzickou polohou na disku se 3 souřadnicemi - číslo válce, číslo hlavy A číslo sektoru. U moderních disků s vestavěnými řadiči tyto souřadnice již neodpovídají fyzické poloze sektoru na disku a jsou „logickými souřadnicemi“
CHS adresování předpokládá, že všechny stopy v dané oblasti disku mají stejný počet sektorů. Chcete-li používat adresování CHS, musíte to vědět geometrie použitý disk: celkový počet válců, hlav a sektorů na něm. Zpočátku bylo nutné tyto informace zadávat ručně; ve standardu ATA byla zavedena funkce automatické detekce geometrie (příkaz Identify Drive).

LBA
U této metody je adresa datových bloků na médiu specifikována pomocí logické lineární adresy. LBA adresování se začalo implementovat a používat v roce 1994 ve spojení se standardem EIDE (Extended IDE). Standardy ATA vyžadují vzájemnou shodu mezi režimy CHS a LBA:
LBA = [ (Válec * počet hlav + hlavy) * sektory/stopa ] + (Sektor-1)
Metoda LBA odpovídá Sector Mapping pro SCSI. BIOS řadiče SCSI provádí tyto úkoly automaticky, to znamená, že metoda logického adresování byla původně charakteristická pro rozhraní SCSI.
Vlastnosti HDD

V současné době se rozlišují následující vlastnosti HDD:

Rozhraní(Angličtina) rozhraní) – soubor komunikačních linek, signály vysílané po těchto linkách, technické prostředky, které tyto linky směny podporují (protokol).
Komerčně vyráběné pevné disky mohou používat následující rozhraní:

Kapacita(Angličtina) kapacita) – množství dat, které může disk uložit. Od vzniku prvních pevných disků se v důsledku neustálého zdokonalování technologie záznamu dat neustále zvyšuje jejich maximální možná kapacita. Kapacita moderních pevných disků (s 3,5palcovým tvarovým faktorem) na začátku roku 2010. dosahuje 2000 GB (2 terabajty). Seagate však vývoj 3TB HDD potvrdil.

Poznámka: na rozdíl od systému předpon přijatých v informatice, označujících násobek 1024 (viz: binární předpony), výrobci při označování kapacity pevných disků používají hodnoty, které jsou násobky 1000. Kapacita pevný disk s označením „200 GB“ má kapacitu 186,2 GB.

Fyzická velikost (form factor) (Angličtina) dimenze). Téměř všechny moderní (2001-2008) disky pro osobní počítače a servery jsou široké buď 3,5 nebo 2,5 palce – velikost standardních držáků pro ně ve stolních počítačích a noteboocích. Rozšířily se také formáty 1,8 palce, 1,3 palce, 1 palce a 0,85 palce. Výroba disků ve formátu 8 a 5,25 palce byla ukončena.

Čas náhodného přístupu (Angličtina) náhodný přístup čas) - doba, po kterou je zaručeno, že pevný disk provede operaci čtení nebo zápisu na kteroukoli část magnetického disku. Rozsah tohoto parametru je malý - od 2,5 do 16 ms. Serverové disky mají zpravidla minimální čas (například Hitachi Ultrastar 15K147 - 3,7 ms), nejdelší ze současných jsou disky pro přenosná zařízení (Seagate Momentus 5400.3 - 12.5).

Rychlost vřetena (Angličtina) vřeteno Rychlost) - počet otáček vřetena za minutu. Na tomto parametru do značné míry závisí přístupová doba a průměrná rychlost přenosu dat. V současné době se pevné disky vyrábějí s následujícími standardními rychlostmi otáčení: 4200, 5400 a 7200 (notebooky), 5400, 7200 a 10 000 (osobní počítače), 10 000 a 15 000 ot./min (servery a vysoce výkonné pracovní stanice).

Spolehlivost(Angličtina) spolehlivost) - definováno jako střední doba mezi poruchami ( MTBF). Také drtivá většina moderních disků tuto technologii podporuje CHYTRÝ.

Počet I/O operací za sekundu - u moderních disků je to asi 50 op./s s náhodným přístupem k jednotce a asi 100 op./s se sekvenčním přístupem.

Spotřeba energie - důležitý faktor pro mobilní zařízení.

Úrověn hluku- hluk produkovaný mechanikou pohonu při jeho provozu. Udává se v decibelech. Tiché pohony jsou považovány za zařízení s hlučností okolo 26 dB nebo nižší. Hluk se skládá z hluku otáčení vřetena (včetně aerodynamického hluku) a hluku z polohy.

Odolnost vůči nárazu (Angličtina) G— šokovat hodnocení) - odolnost měniče vůči náhlým tlakovým rázům nebo rázům, měřená v jednotkách povoleného přetížení v zapnutém a vypnutém stavu.

Rychlost přenosu dat (Angličtina) Převod Hodnotit) se sekvenčním přístupem:

• vnitřní disková zóna: od 44,2 do 74,5 MB/s;
• vnější zóna disku: 60,0 až 111,4 MB/s.

Kapacita vyrovnávací paměti- vyrovnávací paměť je mezipaměť navržená k vyhlazení rozdílů v rychlosti čtení/zápisu a přenosové rychlosti přes rozhraní. V roce 2009 se disk obvykle pohybuje od 8 do 64 MB.

Hustota záznamu na plotně (hustota plochy) závisí na vzdálenosti mezi stopami (příčná hustota) a minimální velikosti magnetické domény (podélná hustota). Obecným kritériem je hustota záznamu na jednotku plochy kapacity disku nebo plotny. Čím vyšší je hustota záznamu, tím vyšší je rychlost přenosu dat mezi hlavami a vyrovnávací pamětí (rychlost interního přenosu dat). Postupně začaly růstové rezervy v důsledku technologického skoku uvedeného výše klesat. Do roku 2003 dosáhla typická kapacita pevných disků 80 GB. V roce 2004 se objevily disky s plotnami o kapacitě 100 MB, v roce 2005 - 133 MB, v roce 2009 - 333 GB

Minimální adresovatelná datová oblast na pevném disku je sektor. Velikost sektoru je tradičně 512 bajtů. V roce 2006 IDEMA oznámila přechod na sektor o velikosti 4096 bajtů, který má být dokončen do roku 2010.

Finální verze Windows Vista, vydaná v roce 2007, měla omezenou podporu pro disky s touto velikostí sektoru.

Technologie pro záznam dat na pevné disky

Princip fungování pevných disků je podobný jako u magnetofonu. Pracovní plocha disku se vůči čtecí hlavě pohybuje (například ve formě induktoru s mezerou v magnetickém obvodu). Při přivádění střídavého elektrického proudu (při záznamu) do hlavové cívky výsledné střídavé magnetické pole z hlavové mezery ovlivňuje feromagnet povrchu disku a mění směr vektoru doménové magnetizace v závislosti na síle signálu. Během čtení vede pohyb domén v mezeře hlavy ke změně magnetického toku v magnetickém obvodu hlavy, což vede ke vzniku střídavého elektrického signálu v cívce vlivem elektromagnetické indukce.

V poslední době se pro čtení využívá magnetorezistivního efektu a magnetorezistivní hlavy se používají v discích. U nich vede změna magnetického pole ke změně odporu v závislosti na změně síly magnetického pole. Takové hlavy umožňují zvýšit pravděpodobnost spolehlivého čtení informací (zejména při vysokých hustotách záznamu informací).

Metoda paralelního záznamu
Bity informací jsou zaznamenávány pomocí malé hlavy, která při průchodu po povrchu rotujícího disku magnetizuje miliardy horizontálních diskrétních oblastí – domén. Každá z těchto oblastí je logická nula nebo jedna, v závislosti na magnetizaci.

Maximální dosažitelná hustota záznamu při použití této metody je asi 23 Gbit/cm². V současné době je tato metoda postupně nahrazována metodou kolmého záznamu.

Metoda kolmého záznamu
Metoda kolmého záznamu je technologie, ve které jsou bity informací uloženy ve vertikálních doménách. To umožňuje použití silnějších magnetických polí a snižuje plochu materiálu potřebnou k zápisu 1 bitu. Hustota záznamu moderních vzorků je 60 Gbit/cm². Pevné disky s kolmým záznamem jsou na trhu dostupné od roku 2005.

Metoda tepelného magnetického záznamu
Metoda tepelného magnetického záznamu Teplo-asistovanémagnetickýzáznamHAMR) je v současnosti nejslibnější ze stávajících, nyní se aktivně vyvíjí; Tato metoda využívá bodové zahřívání disku, které umožňuje hlavici magnetizovat velmi malé oblasti jeho povrchu. Jakmile se disk ochladí, magnetizace je „pevná“. Pevné disky tohoto typu ještě nebyly uvedeny na trh (k roku 2009 existují pouze experimentální vzorky s hustotou záznamu 150 Gbit/cm²). Vývoj HAMR technologií probíhá již poměrně dlouho, ale odborníci se stále liší v odhadech maximální hustoty záznamu. Hitachi tedy uvádí limit na 2,3-3,1 Tbit/cm² a zástupci Seagate Technology navrhují, že budou schopni zvýšit hustotu záznamu HAMR médií na 7,75 Tbit/cm². V letech 2011-2012 by se mělo očekávat široké využití této technologie.

Technologie RAID

RAID (angl. redundantní pole nezávislých/levných disků) redundantní pole nezávislých/levných pevných disků - matice několika disků řízených řadičem, propojených vysokorychlostními kanály a vnímaných jako jeden celek. V závislosti na typu použitého pole může poskytovat různé stupně odolnosti proti chybám a výkonu. Slouží ke zvýšení spolehlivosti ukládání dat a/nebo ke zvýšení rychlosti čtení/zápisu informací (RAID 0).

RAID 0

RAID 0 (“Striping”) je diskové pole 2 nebo více disků, ve kterém jsou informace rozděleny do A n bloků a postupně zapisovány na pevné disky. V souladu s tím jsou informace zapisovány a čteny současně, což zvyšuje rychlost.

Obrázek 5. Rozložení RAID 0

Bohužel, pokud některý z disků selže, informace jsou nenávratně ztraceny, takže se používají buď doma, nebo pro uložení stránkovacího souboru či odkládacího souboru.

RAID 1

RAID 1 (zrcadlení - „zrcadlení“). V tomto případě je jeden disk zcela identický s druhým, což zaručuje provoz v případě selhání jednoho disku, ale množství využitelného prostoru je poloviční. Vzhledem k tomu, že disky se kupují současně, v případě vadné šarže mohou oba disky selhat. Rychlost zápisu se přibližně rovná rychlosti zápisu na jeden disk je možné číst ze dvou disků najednou (pokud řadič tuto funkci podporuje), čímž se rychlost zvyšuje;

Obrázek 6. Rozložení RAID 1

Nejčastěji se používá v malých kancelářích pro databáze nebo pro uložení operačního systému.

RAID 10

RAID 10 (RAID 1+0). Spojuje principy RAID 0 a RAID 1. Při použití má každý pevný disk svůj „zrcadlový pár“ a využívá se polovina využitelné kapacity. Je funkční, pokud je z každého páru jeden pracovní disk. Nejvyšší výkon zápisu/přepisu, srovnatelný s RAID 5 v rychlosti čtení. Používá se pro ukládání databází při vysokém zatížení.

RAID 5

RAID 5. V tomto případě jsou všechna data rozdělena do bloků a pro každou sadu je vypočítán kontrolní součet, který se ukládá na jeden z disků – cyklicky zapisuje na všechny disky pole (střídavě na každý), a slouží k obnově dat . Odolné vůči ztrátě maximálně jednoho disku.

Obrázek 7. Rozložení RAID 5

RAID 5 má vysoký čtecí výkon - informace se čtou téměř ze všech disků, ale snížený výkon zápisu - je nutné počítat kontrolní součet. Nejkritičtější operací je však přepis, protože probíhá v několika fázích:
1) Přečtěte si data
2) Čtení kontrolního součtu
3) Porovnání nových a starých dat
4) Zápis nových dat
5) Napište nový kontrolní součet
6) Používá se, když jsou vyžadovány velké objemy a vysoká rychlost čtení.

RAID 6

RAID 6 (ADG). Logické pokračování RAID 5. Rozdíl je v tom, že kontrolní součet se počítá 2x a ve výsledku má větší spolehlivost (odolné proti výpadku více než 2 disků) a nižší výkon.

Obrázek 8. Rozložení RAID 6

Organizaci provozu RAID zajišťují řadiče RAID, které mohou být zabudovány do základní desky, interní (ve formě desky) nebo externí.

Obrázek 9. Interní řadič RAID

K řadiči na serveru jsou připojeny dva nebo více disků nebo je k řadiči připojen externí diskový kryt, v závislosti na zvolené úrovni odolnosti proti chybám chrání jeden nebo více disků před selháním při zachování funkčnosti.

S energeticky nezávislou mezipamětí a SAS disky chrání před problémy spojenými s výpadky napájení, pokud nedojde k elektrickému poškození zařízení. Pokud je však server poškozen, může dojít ke ztrátě dat.

Chrání data před:
- hardwarové problémy - porucha, poškození, porucha zařízení. Částečně, pouze kvůli selhání pevného disku;
- výpadky napájení - částečně chrání data uložená ve vyrovnávací paměti řadiče ve frontě pro zápis, ale po omezenou dobu a pouze v případě, že je v řadiči baterie.

Nechrání před:
— selhání softwaru;
- lidský faktor;
— problémy s infrastrukturou (ačkoli všechna připojení jsou zpravidla umístěna na serveru);
— nehody;
- katastrofy.

Hlavním účelem aplikace je ochrana dat před ztrátou v případě poruchy pevného disku, jedním z důvodů implementace je také potřeba zvýšeného výkonu diskového subsystému.

Řadiče RAID dodává mnoho společností: IBM, DELL, SUN, HP, Adaptec, 3ware, LSI a další.

Externí pole RAID

Obrázek 10.Externí pole RAID

První úroveň. Disky a řadič jsou umístěny v samostatném externím systému. Jeden nebo více serverů lze připojit k externímu poli pomocí různých rozhraní, například SAS, iSCSI, FC. Téměř všechny takové systémy mají redundantní ventilátory a napájecí zdroje, mnohé poskytují možnost instalace redundantního ovladače. Sama o sobě jsou externí pole RAID výkonnější a spolehlivější než interní řadiče RAID a lze je rozšířit na více než sto disků (pomocí polic na disky).

V současné době má mnoho modelů pokročilé nástroje pro monitorování a správu jak pro pole samotné, tak pro data na něm. Nástroje pro sledování stavu disků předem upozorní na případnou poruchu, většina renomovaných výrobců mění disky pouze na základě těchto zpráv, a to před faktem nefunkčnosti. Některé modely mají schopnost pořizovat snímky, což chrání data a zjednodušuje zálohování.

Chrání data před:
- hardwarové problémy - částečně, pokud dochází ke zdvojení všech systémů.
- Selhání softwaru – některá pole mají částečně funkce pro vytváření okamžitých kopií, které pomohou vytvořit více snímků;
- problémy s infrastrukturou - chráněno pod podmínkou duplikace všech polí mimo server;
— výpadky napájení – částečně chrání data v zapisovací vyrovnávací paměti řadiče, když je baterie. Přítomnost redundantních napájecích zdrojů zaručuje vyšší spolehlivost.

Nechrání před:
- lidský faktor;
— nehody;
- katastrofy.

Důvodem implementace je buď potřeba konsolidace úložných zdrojů, jejich jednodušší správa, možnost současného přístupu (například při vytváření clusteru), nebo potřeba vysokého výkonu, případně potřeba větší spolehlivosti (duplikace cest k ovladači).

Typičtí zástupci třídy: Xyratex 5xxx/6xxx, Dell MD3000, IBM 3XXX, HP MSA 2000.

2. Jednotky SSD

Obrázek 11. Jednotka SSD

Jednotka SSD (SSD, Solid State Drive) je počítačové úložné zařízení založené na paměťových čipech řízených řadičem. SSD disky neobsahují pohyblivé mechanické části.

Existují dva typy SSD disků: SSD založené na paměti podobné počítačové RAM a SSD založené na flash paměti.

V současné době se disky SSD používají v kompaktních zařízeních: notebooky, netbooky, komunikátory a smartphony. Někteří známí výrobci přešli na výrobu SSD úplně, například Samsung v roce 2011 prodal svůj byznys s pevnými disky společnosti Seagate.

Existují hybridní pevné disky, taková zařízení kombinují v jednom zařízení pevný magnetický disk (HDD) a relativně malý disk SSD jako mezipaměť (pro zvýšení výkonu a životnosti zařízení a snížení spotřeby energie). Dosud se takové disky používají především v přenosných zařízeních (notebooky, mobilní telefony atd.).

Obrázek 12. Hybridní disk Seagate Momentus XT 500 GB

Obrázek 13. Hybridní disk Seagate Momentus XT 500 GB

Obrázek 14. Elektronická jednotka hybridního disku Seagate Momentus XT 500 GB

Historie vývoje

1978 - Americká společnost StorageTek vyvinula první moderní polovodičový pohon (založený na paměti RAM).
1982 – Americká společnost Cray představila polovodičovou paměť RAM pro své superpočítače Cray-1 s rychlostí 100 MBit/s a Cray X-MP s rychlostí 320 MBit/s, s kapacitou 8, 16 nebo 32 milionů 64bitová slova.
1995 – Izraelská společnost M-Systems představila první polovodičový flash disk.
2008 - Jihokorejské společnosti Mtron Storage Technology se podařilo vytvořit SSD disk s rychlostí zápisu 240 MB/s a rychlostí čtení 260 MB/s, což předvedla na výstavě v Soulu. Kapacita tohoto disku je 128 GB. Podle společnosti bude výroba takových zařízení zahájena v roce 2009.
2009 – Super Talent Technology vydala 512 GB SSD, OCZ představila 1 terabajtový SSD.

Aktuálně mezi nejvýraznější společnosti, které ve svých aktivitách intenzivně rozvíjejí směr SSD, patří Intel, Kingston, Samsung Electronics, SanDisk, Corsair, Renice, OCZ Technology, Crucial a ADATA. Toshiba navíc demonstruje svůj zájem o tento trh.

Konstrukce a provoz

SSD disky se dodávají ve dvou typech:

NAND SSD
NAND SSD – disky postavené na použití nevolatilní paměti (NAND SSD), objevil se relativně nedávno s mnohem nižšími náklady (od 2 amerických dolarů za gigabajt) a začal sebevědomě dobývat trh. Až donedávna byly výrazně horší než tradiční úložná zařízení - pevné disky - v rychlosti zápisu, ale kompenzovaly to vysokou rychlostí získávání informací (počáteční polohování). Nyní se vyrábějí flash disky SSD s rychlostmi čtení a zápisu, které jsou mnohonásobně vyšší než u pevných disků. Vyznačují se relativně malými rozměry a nízkou spotřebou energie.

RAM SSD
RAM SSD jsou disky postavené pomocí nestálý paměti (stejné jako u PC RAM) se vyznačují ultra rychlým čtením, zápisem a načítáním informací. Jejich hlavní nevýhodou je extrémně vysoká cena (od 80 do 800 amerických dolarů za gigabajt). Používají se především ke zrychlení provozu velkých databázových systémů a výkonných grafických stanic. Takové disky jsou obvykle vybaveny bateriemi pro úsporu dat v případě výpadku napájení a dražší modely jsou vybaveny systémy zálohování a/nebo online kopírování.

Výhody a nevýhody
Výhody, ve srovnání s pevnými disky (HDD):

• žádné pohyblivé části;
• vysoká rychlost čtení/zápisu, často přesahující propustnost rozhraní pevného disku (SAS/SATA II 3 Gb/s, SAS/SATA III 6 Gb/s, SCSI, Fibre Channel atd.);
• malá spotřeba energie;
• úplná absence hluku kvůli absenci pohyblivých částí a chladicích ventilátorů;
• vysoká mechanická odolnost;
• široký rozsah provozních teplot;
• stabilita doby čtení souborů bez ohledu na jejich umístění nebo fragmentaci;
• malé rozměry a hmotnost;
• Velký modernizační potenciál je jak v samotných pohonech, tak v jejich výrobních technologiích.
• mnohem menší citlivost na vnější elektromagnetická pole.

Nedostatky:

• Hlavní nevýhodou SSD je omezený počet přepisovacích cyklů. Konvenční (MLC, Multi-level cell, multi-level memory cells) flash paměť umožňuje zapsat data přibližně 10 000krát. Dražší typy pamětí (SLC, Single-level cell, single-level memory cells) – více než 100 000krát se používají schémata vyvažování zátěže pro boj s nerovnoměrným opotřebením. Kontrolér ukládá informace o tom, kolikrát byly které bloky přepsány, a v případě potřeby je „vymění“;
• Problémem je kompatibilita SSD disků se zastaralými a dokonce mnoha aktuálními verzemi operačních systémů rodiny Microsoft Windows, které nezohledňují specifika SSD disků a navíc je opotřebovávají. Použití swapovacího mechanismu na SSD ze strany operačních systémů také pravděpodobně sníží životnost disku;
• Cena gigabajtu SSD disků je výrazně vyšší než cena gigabajtu HDD. Cena SSD disků je navíc přímo úměrná jejich kapacitě, zatímco cena tradičních pevných disků závisí na počtu ploten a s rostoucí kapacitou úložiště rostou pomaleji.

Microsoft Windows a počítače této platformy s disky SSD.

Windows 7 zavedl speciální optimalizaci pro práci s SSD. Pokud máte SSD disky, pracuje s nimi tento operační systém jinak než s běžnými HDD disky. Windows 7 například neaplikuje defragmentaci na technologie SSD, Superfetch a ReadyBoost a další techniky čtení napřed, které urychlují načítání aplikací z běžných HDD.

Předchozí verze Microsoft Windows nemají takovou speciální optimalizaci a jsou navrženy tak, aby fungovaly pouze s běžnými pevnými disky. Proto například některé operace se soubory systému Windows Vista, pokud nejsou zakázány, mohou zkrátit životnost jednotky SSD. Operace defragmentace by měla být zakázána, protože nemá prakticky žádný vliv na výkon jednotky SSD a pouze ji dále opotřebovává.

V roce 2007 společnost ASUS vydala netbook EEE PC 701 se 4GB SSD diskem. Dne 9. září 2011 společnost Dell oznámila, že jako první na trhu vybaví notebooky Dell Precision polovodičovou pamětí 512 GB s jedním diskem a 1 TB dvěma disky pro modely počítačů M4600 a M6600. Výrobce stanovil cenu za jeden 512GB SATA3 disk v době oznámení na 1 120 amerických dolarů.

Tablety Acer – modely Iconia Tab W500 a W501, Fujitsu Stylistic Q550 se systémem Windows 7 – běží na SSD disku.

Počítače Mac OS X a Macintosh s SSD

Operační systém Mac OS X, počínaje verzí 10.7 (Lion), plně poskytuje podporu TRIM pro SSD nainstalovanou v systému.

Od roku 2010 společnost Apple představila počítače řady Air vybavené výhradně polovodičovou pamětí založenou na paměti Flash NAND. Do roku 2010 si kupující mohl pro tento počítač vybrat běžný pevný disk, ale další vývoj řady ve prospěch maximálního odlehčení a zmenšení těla počítačů této řady si vyžádal úplné opuštění klasických pevných disků ve prospěch polovodičových pohony. Velikost paměti v počítačích řady Air se pohybuje od 64 GB do 512 GB. Podle J.P. Společnost Morgan od svého uvedení na trh prodalo 420 000 počítačů této řady výhradně na pevné flash paměti NAND.

3. Magnetické a optické úložiště

Samostudium.

Když se počítač spustí, sada firmwaru uložená v čipu BIOS zkontroluje hardware. Pokud je vše v pořádku, předá řízení bootloaderu operačního systému. Poté se OS načte a vy začnete počítač používat. Kde byl zároveň uložen operační systém před zapnutím počítače? Jak vaše esej, kterou jste psal celou noc, zůstala po vypnutí PC nedotčena? Znovu, kde je uložen?

Dobře, asi jsem zašel příliš daleko a všichni dobře víte, že počítačová data jsou uložena na pevném disku. Ne každý však ví, co to je a jak to funguje, a protože jste tady, usuzujeme, že bychom to rádi věděli. No, pojďme to zjistit!

Co je to pevný disk

Tradičně se podívejme na definici pevného disku na Wikipedii:

HDD (šroub, pevný disk, pevný magnetický disk, HDD, HDD, HMDD) - úložiště s náhodným přístupem založené na principu magnetického záznamu.

Používají se v naprosté většině počítačů a také jako samostatně připojená zařízení pro ukládání záložních kopií dat, jako úložiště souborů atd.

Pojďme na to trochu přijít. Líbí se mi termín" pevný disk ". Těchto pět slov vyjadřuje podstatu. HDD je zařízení, jehož účelem je ukládat na něj zaznamenaná data po dlouhou dobu. Základem HDD jsou pevné (hliníkové) disky se speciální povrchovou úpravou, na které se zapisují informace pomocí speciálních hlav.

Nebudu podrobně zvažovat samotný proces nahrávání - v podstatě jde o fyziku posledních stupňů školy a jsem si jistý, že se do toho nechcete ponořit, a o tom tento článek vůbec není.

Věnujme pozornost také větě: „ náhodný přístup „Což, zhruba řečeno, znamená, že my (počítač) můžeme kdykoli číst informace z jakéhokoli úseku železnice.

Důležitým faktem je, že paměť HDD není volatilní, to znamená, že bez ohledu na to, zda je napájení připojeno nebo ne, informace zaznamenané na zařízení nikam nezmizí. To je důležitý rozdíl mezi trvalou pamětí počítače a dočasnou pamětí ().

Při pohledu na pevný disk počítače v reálném životě neuvidíte ani disky, ani hlavy, protože to vše je skryto v uzavřeném pouzdře (hermetická zóna). Externě pevný disk vypadá takto:

Proč počítač potřebuje pevný disk?

Podívejme se, co je to HDD v počítači, tedy jakou roli hraje v PC. Je jasné, že ukládá data, ale jak a co. Zde zdůrazňujeme následující funkce HDD:

• Ukládání OS, uživatelského softwaru a jejich nastavení;
• Ukládání uživatelských souborů: hudba, videa, obrázky, dokumenty atd.;
• Využití části místa na pevném disku k ukládání dat, která se nevejdou do paměti RAM (swap soubor) nebo ukládání obsahu paměti RAM během používání režimu spánku;

Jak vidíte, pevný disk počítače není jen skládka fotek, hudby a videí. Je na něm uložen celý operační systém a navíc pevný disk pomáhá vyrovnat se se zátěží RAM, přičemž přebírá některé jeho funkce.

Z čeho se skládá pevný disk?

Částečně jsme zmínili komponenty pevného disku, nyní se na to podíváme podrobněji. Takže hlavní součásti HDD:

• Rám — chrání mechanismy pevného disku před prachem a vlhkostí. Zpravidla je utěsněn, aby se dovnitř nedostala vlhkost a prach;
• Disky (palačinky) - destičky z určité kovové slitiny, oboustranně potažené, na kterých jsou zaznamenány údaje. Počet talířů se může lišit - od jednoho (v rozpočtových možnostech) po několik;
• Motor — na jehož vřetenu jsou placky upevněny;
• Blok hlavy - provedení vzájemně propojených pák (vahadel) a hlavic. Část pevného disku, která na něj čte a zapisuje informace. Na jednu palačinku se používá pár hlav, protože horní i spodní část fungují;
• Polohovací zařízení (akční člen ) - mechanismus, který pohání blok hlavy. Skládá se z dvojice permanentních neodymových magnetů a cívky umístěné na konci hlavového bloku;
• Ovladač — elektronický mikroobvod, který řídí provoz HDD;
• Parkovací zóna - místo uvnitř pevného disku vedle disků nebo na jejich vnitřní části, kde jsou hlavy v době odstávky spuštěny (zaparkovány), aby nedošlo k poškození pracovní plochy palačinek.

Jedná se o jednoduché zařízení s pevným diskem. Vznikl před mnoha lety a dlouho na něm nebyly provedeny žádné zásadní změny. A jedeme dál.

Jak funguje pevný disk?

Po přivedení energie na HDD se motor, na jehož vřetenu jsou placky připevněny, začne roztáčet. Po dosažení rychlosti, při které se na povrchu disků vytváří konstantní proud vzduchu, se hlavy začnou pohybovat.

Tato sekvence (nejprve se roztočí kotouče a poté začnou pracovat hlavy) je nutná k tomu, aby se vlivem výsledného proudění vzduchu hlavy vznášely nad deskami. Ano, nikdy se nedotýkají povrchu disků, jinak by se disk okamžitě poškodil. Vzdálenost od povrchu magnetických desek k hlavám je však tak malá (~10 nm), že ji pouhým okem nevidíte.

Po spuštění se nejprve načtou servisní informace o stavu pevného disku a další potřebné informace o něm umístěné na tzv. nulté stopě. Teprve poté začíná práce s daty.

Informace na pevném disku počítače se zaznamenávají na stopy, které jsou zase rozděleny do sektorů (jako pizza nakrájená na kousky). Pro zápis souborů je několik sektorů sloučeno do clusteru, což je nejmenší místo, kam lze zapsat soubor.

Kromě tohoto „horizontálního“ oddílu disku existuje také konvenční „vertikální“ oddíl. Protože jsou všechny hlavy kombinované, jsou vždy umístěny nad stejným číslem stopy, každá nad vlastním diskem. Při provozu HDD se tedy zdá, že hlavy kreslí válec:

Zatímco HDD běží, provádí v podstatě dva příkazy: čtení a zápis. Když je potřeba provést příkaz zápisu, vypočítá se oblast na disku, kde bude proveden, poté se umístí hlavy a vlastně se příkaz provede. Výsledek se pak zkontroluje. Kromě zápisu dat přímo na disk končí informace také v jeho mezipaměti.

Pokud řadič obdrží příkaz ke čtení, nejprve zkontroluje, zda jsou požadované informace v mezipaměti. Pokud tam není, znovu se vypočítají souřadnice pro umístění hlavic, poté se hlavice umístí a načtou se data.

Po dokončení práce, když zmizí napájení pevného disku, jsou hlavy automaticky zaparkovány v parkovací zóně.

Takto v podstatě funguje pevný disk počítače. Ve skutečnosti je vše mnohem komplikovanější, ale průměrný uživatel s největší pravděpodobností takové podrobnosti nepotřebuje, takže dokončíme tuto část a pokračujeme.

Typy pevných disků a jejich výrobci

Dnes jsou na trhu vlastně tři hlavní výrobci pevných disků: Western Digital (WD), Toshiba, Seagate. Plně pokrývají poptávku po zařízeních všech typů a požadavků. Zbývající společnosti buď zkrachovaly, byly pohlceny jednou z hlavních tří společností, nebo byly změněny.

Pokud mluvíme o typech HDD, lze je rozdělit takto:

1. U notebooků je hlavním parametrem velikost zařízení 2,5 palce. To umožňuje jejich kompaktní umístění do pouzdra na notebook;
2. Pro PC - v tomto případě je také možné použít 2,5" pevné disky, ale zpravidla se používají 3,5";
3. Externí pevné disky jsou zařízení, která se samostatně připojují k PC/notebooku, nejčastěji slouží jako úložiště souborů.

Existuje také speciální typ pevného disku - pro servery. Jsou totožné s běžnými PC, ale mohou se lišit v připojovacích rozhraních a větším výkonu.

Všechna ostatní rozdělení HDD na typy vycházejí z jejich vlastností, takže je zvažte.

Specifikace pevného disku

Takže hlavní vlastnosti pevného disku počítače:

• Hlasitost — ukazatel maximálního možného množství dat, které lze uložit na disk. První věc, na kterou se obvykle dívají při výběru HDD. Toto číslo může dosáhnout 10 TB, i když pro domácí PC často volí 500 GB - 1 TB;
• Tvarový faktor — velikost pevného disku. Nejběžnější jsou 3,5 a 2,5 palce. Jak bylo uvedeno výše, 2,5″ se ve většině případů instalují do notebooků. Používají se také v externích HDD. 3,5″ je nainstalován v počítačích a serverech. Formát také ovlivňuje objem, protože na větší disk se vejde více dat;
• Rychlost vřetena — jakou rychlostí se palačinky otáčejí? Nejběžnější jsou 4200, 5400, 7200 a 10000 ot./min. Tato vlastnost přímo ovlivňuje výkon a také cenu zařízení. Čím vyšší je rychlost, tím větší jsou obě hodnoty;
• Rozhraní — způsob (typ konektoru) připojení HDD k počítači. Nejoblíbenějším rozhraním pro interní pevné disky je dnes SATA (starší počítače používaly IDE). Externí pevné disky se obvykle připojují přes USB nebo FireWire. Kromě těch uvedených existují také rozhraní jako SCSI, SAS;
• Objem vyrovnávací paměti (mezipaměť) - typ rychlé paměti (jako RAM) nainstalované na řadiči pevného disku, určené pro dočasné ukládání dat, ke kterým se nejčastěji přistupuje. Velikost vyrovnávací paměti může být 16, 32 nebo 64 MB;
• Čas náhodného přístupu — doba, po kterou je zaručeno, že HDD bude zapisovat nebo číst z jakékoli části disku. Rozsahy od 3 do 15 ms;

Kromě výše uvedených charakteristik můžete také najít takové ukazatele, jako jsou:

Počítač je nepostradatelnou součástí lidské společnosti. Zpracovává obrázky, zvuky, čísla, slova. Naštěstí lze všechny informace uložit, aby se při vypnutí počítače neztratily.

Úkolem pevného disku v počítači je velmi rychle ukládat a získávat informace. Pevný disk je úžasný vynález počítačového průmyslu. Dokáže uložit astronomické množství informací. Toto miniaturní zařízení zaznamenává prakticky neomezené množství informací pomocí fyzikálních zákonů.

Pokud omylem zformátujete pevný disk, bude z něj možné obnovit data, ale bude to zdlouhavé a drahé.

Jak funguje pevný disk?

Abyste pochopili, musíte to zlomit. Pevný disk se skládá z pěti hlavních částí:

Pokud chceme toto zařízení používat roky, je nutné disk chránit. K jakému poškození by mohlo dojít? Poškození disku není metafora. V takto tenkých vrstvách je hmotnost hlavy ekvivalentní váze letadla 747 a váha letadla 747 je srovnatelná s hmotností sta tisíc cestujících letící rychlostí 100 kilometrů za hodinu. Odchylka o zlomek milimetru a je to...

Jakou důležitou roli hraje tření, když rocker začne číst informace a pohybuje se až 60krát za sekundu. Kolébkový motor je neviditelný, protože tento elektromagnetický systém funguje na interakci dvou přírodních sil – elektřiny a magnetismu. Tato interakce urychlí vahadlo na rychlost světla.

Předtím jsme mluvili o komponentách, nyní si povíme něco o ukládání dat. Data jsou uložena v úzkých stopách na povrchu disku. Při výrobě vzniká na disku více než dvě stě tisíc těchto stop. Každá stopa je rozdělena do sektorů. Mapa stop a sektorů umožňuje hlavě určit, kam zapsat nebo číst informace. Povrch disku je hladký a lesklý, ale při bližším zkoumání se struktura ukáže jako složitější. Ferimagnetický film na povrchu si pamatuje všechny zaznamenané informace. Hlava magnetizuje mikroskopickou oblast na filmu a nastavuje magnetický moment takové buňky na jeden ze stavů „0“ nebo „1“, každá taková nula a jedna se nazývají bity. Bitová hodnota plus mínus odpovídá orientaci magnetického pole a není třeba se obávat o bezpečnost dat, protože kvalitní fotografie zabírá asi 29 milionů takových buněk a je rozptýlena ve 12 různých sektorech. Zní to působivě, ale ve skutečnosti tento neuvěřitelný počet bitů zabírá velmi malou plochu povrchu disku. Každý čtvereční centimetr povrchu obsahuje 31 miliard bitů. To je to, co chápu jako paměť.

Pevný disk zaznamenává a vydává informace rychlostí, kterou si lze jen těžko představit. Pomocí zákonů magnetismu si tenký film snadno zapamatuje mnoho různých encyklopedií nebo statisíce fotografií. Pevný disk je vlastně úžasně miniaturní zařízení, které zaznamenává jakoukoli informaci po malých kouscích. Toto mistrovské dílo inženýrství posouvá hranice rozumné fyziky kousek po kousku.

Princip fungování pevného disku je poměrně jednoduchý. Typický pevný disk se skládá z několika hlavních součástí, jako jsou:

• tělo ze slitiny odolné proti nárazu,
• desky s magnetickým povlakem,
• hlavový blok s polohovacím zařízením,
• elektronická jednotka a
• elektrický pohon

Mnoho uživatelů se domnívá, že pevné disky jsou utěsněné. Není tomu tak však – je potřeba udržovat uvnitř stálý tlak při kolísání teplot. V tomto ohledu je pevný disk vybaven filtrem, který zachycuje částice o průměru až několika mikrometrů.

Elektronická jednotka obsahuje vlastní paměťové zařízení a několik dílčích bloků, které jsou zodpovědné za digitální zpracování signálu, ovládání a provoz rozhraní. Samotný provoz pevného disku je velmi podobný struktuře magnetofonu. Pracovní plocha disku se vůči čtecí hlavě pohybuje určitou rychlostí. Během zápisu nebo čtení se hlavy vznášejí nad povrchem disku na vzduchovém polštáři. Pokud se do mezery mezi diskem a hlavou dostane smítko prachu, mohou hlavy narazit na povrch, poškodit disk a dokonce i shořet.

Magnetický disk může být vyroben nejen z kovu, ale také ze skla, jako tomu bylo u modelů od IBM. Na povrchu disku je magnetická vrstva, která slouží jako základ pro záznam informací. Bity informací jsou zaznamenávány pomocí hlavy, která průchodem po povrchu rotujícího disku zmagnetizuje miliardy horizontálních diskrétních oblastí – domén. Každá z těchto oblastí je logická nula nebo jedna, v závislosti na magnetizaci.

Zpočátku je povrch palačinky zcela prázdný, to znamená, že magnetické domény nejsou nijak orientovány. Pro orientaci bloku magnetických hlav jsou na magnetický disk aplikovány speciální značky - servoznačky. To se provádí „nativním“ blokem magnetických hlav, který je zase ovládán externím zařízením. Po označení je pevný disk sám schopen číst informace a zapisovat na povrch. Pro velké objemy pevných disků je v něm instalováno několik magnetických disků, které jsou připojeny k vřetenovému motoru a tvoří stoh palačinek.

Charakteristika

Rozhraní- obecně určuje místo nebo způsob spojení/kontaktu/komunikace. Tento termín se používá v různých oblastech vědy a techniky. Moderní disky mohou využívat rozhraní SATA, IDE, USB, IEEE 1394 atd.

Fyzická velikost(form factor) - instalovaná velikost pevného disku. Jednotky pro osobní počítače a servery mají velikost 3,5 palce. V notebookech se častěji používají 2,5palcové pevné disky. Další běžné formáty jsou 1,8 palce, 1,3 palce a 0,85 palce.

Rychlost vřetena- počet otáček vřetena za minutu. Na tomto parametru do značné míry závisí přístupová doba a rychlost přenosu dat. V současné době se pevné disky vyrábějí s následujícími standardními rychlostmi otáčení: 4200, 5400 a 7200 (notebooky), 7200 a 10 000 (osobní počítače), 10 000 a 15 000 ot./min (servery a vysoce výkonné pracovní stanice).

Čas náhodného přístupu- Jedinečný parametr pro posouzení rychlosti pevného disku. V angličtině se používá analogie času náhodného přístupu. Průměrná doba přístupu u moderních modelů se pohybuje od 3 do 15 ms. Čím nižší hodnota, tím lépe. Serverové disky mají zpravidla minimální čas.

trh s HDD

Příběh

název

Pro frázi jako Hard Disk Drive (HDD) používají lingvisté retronymický název - termín vytvořený lingvisty pro nový název existujícího fenoménu, aby jej odlišili od něčeho novějšího, v tomto případě disket. A tady je zvláštní situace: neexistují žádné diskety, není potřeba rozlišovat diskety od pevných disků, ale retronymum zůstává, ale nyní slouží k rozlišení HDD od Solid State Drive/Disk (SSD), což jsou obecně disky vůbec ne.

Obrovské magnetofony

Úspěch disků vypadá jako nějaké neštěstí. V mechanickém zařízení, které se stalo nedílnou součástí elektronických systémů, se doba pohybu hlav měří ve zcela jiných veličinách, než je rychlost elektronických procesů. Nedostatek harmonie ve spojení elektroniky a mechaniky byl zaznamenán již dávno, v padesátých letech, kdy vznikly první disky. Pak ale neexistovala žádná alternativa k mechanice, protože polovodičová technologie dělala teprve první kroky, aby bylo dosaženo cíle, bylo nutné záměrně uzavřít nerovný sňatek, ale ukázalo se to více než úspěšné. Cílem byl přímý přístup k velkým (podle těchto standardů) objemům dat, což zůstávalo nemožné, pokud byla data čtena v proudu buď z pásky nebo z děrných štítků. Data načtená z média by mohla být umístěna buď v malé paměti RAM, nebo by mohla být vyměněna a načerpána data z bubnu. Některé operační systémy měly nástroje pro čtení souborů z pásek, ale byl to strašně pomalý proces.

V počátcích počítačových systémů byly typické pevné disky pouze experimentálními modely. Počítače byly jako obrovské magnetofony. V zásadě se záznam a čtení informací nelišilo od běžného kazetového přehrávače – data byla uspořádána lineárně. Ti, kteří si také pamatují počítače založené na magnetických páskách, vědí, jaké to je čekat na načtení další úrovně – obvyklé převinutí kazety na správné místo.

První osobní počítače používaly jako paměťové zařízení obyčejný magnetofon. Disková jednotka pro ně představovala nedostupný luxus. Uživatelé, kteří přišli s diskovou jednotkou se svým počítačem, již mohli cítit určité zdání svobody jednání. První počítače IBM byly dodávány s jednou nebo dvěma diskovými jednotkami.

Rabinow disky

Myšlenka disku jako zařízení s hlavami pohybujícími se po prostoru ležela na povrchu a pokusy o její realizaci byly provedeny mnoha společnostmi. Muzeum počítačů v Mountain View nabízí několik verzí jednotek. Komerční úspěch přišel dříve než u jiných IBM, která byla schopna utratit za vývoj více než ostatní, takže všechny kroniky evoluce disků uvádějí jako výchozí bod datum 1956 a diskovou jednotku, která byla součástí IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control) počítač, jehož název přímo naznačuje jeho v té době unikátní schopnost náhodného přístupu - Random Access Method.

IBM ale nebylo první. První pracovní pohon provedl geniální vynálezce Jakov Rabinov (1910-1999) v roce 1951, který celý svůj život zasvětil práci v National Bureau of Standards. Narodil se v Charkově, původním příjmením byl Rabinovič, po revoluci v roce 1921 se s rodiči přestěhoval přes Čínu a poté téměř 70 let pracoval ve výzkumném oddělení Národního úřadu pro standardy. Rabinow se sice nestal vědcem, ale byl géniem pro praktické vynálezy, mezi nimi například vylepšenou technologii ražby prodlužující životnost mincí, vynález, který státní pokladně přinesl mnohamiliardové úspory na výrobě kovových mincí. . Pouze jeden z jeho vynálezů – zařízení zvané Notched-Disk Magnetic Memory Device – mu však nepřineslo ani peníze, ani celoživotní uznání. Skládal se z deseti 18palcových „placky“, jak se později nazývaly samotné disky, s vyříznutým segmentem, aby se daly měnit na nápravě.

Odborníci z IBM Rabinowův vynález studovali a netajili se předností. Po analýze Rabinowova disku vydali v roce 1953 zprávu Návrh na soubor s rychlým náhodným přístupem, která se stala základem projektu RAMAC.

1956: IBM RAMAC - skříň 975 kg

2000: Kolmý magnetický záznam

Když výrobci pevných disků čelili na počátku 21. století kapacitním limitům, společnosti Toshiba a Seagate zjednodušily uspořádání datových bitů na plotně disku. Změna z podélného na kolmý magnetický záznam zvýšila kapacitu HDD nejméně 10krát.

2012: Hustota informací na discích se může do roku 2016 zdvojnásobit

Podle další studie IHS iSuppli zveřejněné v roce 2012 by se maximální hustota úložiště pevných disků mohla do roku 2016 zdvojnásobit. Dříve podobnou předpověď učinil výrobce pevných disků Seagate. Podle analytiků to rozšíří použití HDD v systémech s velkým množstvím dat, včetně audio a vizuálních systémů.

Řada technologií, na kterých prodejci v současné době pracují, umožní zvýšit hustotu pevných disků, zejména technologie tepelného magnetického záznamu (HAMR), kterou si Seagate patentovala již v roce 2006. Společnost také uvedla, že by do roku 2016 mohla vydat 60TB 3,5palcový disk. Podle předpovědi IHS iSuppli mohou disky notebooků v této době dosáhnout 10-20 TB.

Analytici také poznamenávají, že hustota záznamu se do roku 2016 zvýší na maximálně 1800 Gbitů na čtvereční palec, oproti 744 Gbitům v roce 2011. Podle IHS iSuppli se hustota záznamu na disku do roku 2016 zvýší na 1800 Gbitů na čtvereční palec ze 744 Gbitů v roce 2011. Od roku 2011 do roku 2016 se nárůst hustoty záznamu na HDD zvýší v průměru o 19 % ročně.

K datu vydání studie vydal Seagate HDD s maximální hustotou v září 2011: pojme 4 TB dat, velikost disku je 3,5 palce. Hustota disku je 625 Gbitů na čtvereční palec.

HAMR HDD, který využívá laser na čtecí/zapisovací hlavě pevného disku k těsnějšímu zabalení menších bitů na rotující disk ve srovnání s tradičním magnetickým záznamem.

Moderní myšlenka disků

Disky se vyvíjely v několika hlavních směrech:

Současná vlna veřejného zájmu o SDD by neměla zpochybňovat relativní budoucnost HDD, tyto disky žily a budou žít, neustále se vyvíjejí a zdokonalují. V blízké budoucnosti se objeví 20TB disk a celkový výkon neustále roste o 1–3 % ročně.

zvýšení rychlosti a kapacity disku; zlepšení přístupu k údajům v nich zaznamenaným; hledání alternativních polovodičových technologií;

Vývoj prvním směrem vedl ke vzniku pevných disků, které jsou schopny ukládat terabajtové objemy a udržovat vysoké přenosové rychlosti.

Druhým je vytvoření hardwaru a softwaru podporujícího provoz disků: souborové systémy schopné podporovat terabajtové disky a abstrakce z fyziky úložiště, vč. vysokorychlostní rozhraní, pole RAID poskytující vysokou spolehlivost úložiště, úložné sítě SAN a síťové disky NAS.

Třetím je vznik velmi nedávno vytvořených polovodičových zařízení na podnikové úrovni (Solid State Device, SSD) v kombinaci s rozhraním NVMe orientovaným na tato zařízení. Nyní se otevřela možnost „smart storage“, tedy automatického, nákladově optimálního přerozdělování datového úložiště mezi SSD, HDD a pásky v závislosti na poptávce po datech.