Меню

История появления жестких дисков



Компоненты ПК | Жёсткий диск: история создания и развития

Накопитель на жёстких магнитных дисках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD),жёсткий диск , в компьютерном сленге « винчестер » — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

Первый в истории жёсткий диск был представлен на 15 лет раньше дискеты – в 1956 году. Эпоху HDD открыла модель IBM 305 RAMAC ( Random Access Method of Accounting and Control ). В основе ее конструкции лежали пятьдесят алюминиевых пластин диаметром 24 дюйма (или 61 см). Внешне IBM 305 RAMAC напоминал огромный шкаф. Весил он соответствующе: его масса составляла почти тонну.

Принцип работы устройства был основан на магнетизме. Да и в целом жёсткий диск работал подобно магнитной ленте. На каждую из сторон алюминиевой пластины наносилось металлическое напыление – ферромагнетик. Запись информации производилась путем намагничивания определенных областей (доменов) на пластине, а чтение – через фиксирование остаточного магнитного поля. При этом считывающая головка свободно перемещалась по поверхности, что обеспечило феноменальную для того времени скорость чтения данных. Извлечь необходимую информацию можно было всего за 600 миллисекунд.

Главным недостатком IBM 305 RAMAC было то, что устройство вовсе не отличалось надежностью. Проблема крылась в хрупкости движущейся головки, которая часто перегревалась и выходила из строя. К тому же быстро изнашивались алюминиевые пластины.

Стоимость одного мегабайта в IBM 305 RAMAC достигала отметки в 10 тысяч долларов. Несмотря на дороговизну, IBM удалось продать около тысячи таких устройств. Выпускался этот жёсткий диск на протяжении 5 лет, и лишь в 1961 году компания IBM приняла решение свернуть производство.

На смену 305 RAMAC пришла модель IBM 1301 . По сути она представляла собой доработанную версию 305 RAMAC. В IBM 1301 применялись такие же алюминиевые пластины, а проблема перегрева считывающей головки была решена с помощью технологии Air Bearing. Смысл этой технологии заключался в том, что считывающая головка больше не соприкасалась с поверхностью пластин: между ними было 0,5 мкм воздушного пространства.

IBM 1301 отличался более высокой скоростью работы в сравнении с 305-й моделью. Время доступа к нужным данным сократилось в 5 раз и составляло 180 миллисекунд. При этом ёмкость диска также увеличилась и составляла уже 28 Мбайт, что почти в 6 раз больше, чем аналогичный показатель IBM 305 RAMAC.

После IBM 1301 последовал выпуск модели с индексом 1311 . Это был первый HDD со съемными дисками. Он состоял из 14 пластин, а его ёмкость составляла 2,6 Мбайт. Устройство уже не было таким массивным, как предшественники. Модель оказалась настолько успешной, что IBM не снимала ее с конвейера вплоть до 1975 года.

Однако прародителем современных жёстких дисков считается устройство IBM 3340 , увидевшее свет в 1973 году. Это был первый девайс, в котором применялся специальный микрочип для управления вращением дисков и перемещением считывающей головки.

Также в конструкции этого HDD применялись более легкие и аэродинамические пластины, которые помещались в герметичный корпус. Таких пластин в IBM 3340 было две, при этом одна из них была съемной. Объем каждой пластины равнялся 30 Мбайт.

По этой причине в маркировке жёсткого диска обычно указывалось « 30-30 », что вызывало ассоциации с легендарной винтовкой Winchester 30/30 . Вскоре название «винчестер» прочно закрепилось за IBM 3340, а после – и за другими жёсткими дисками.

В 1980 году IBM представила миру жёсткий диск IBM 3380 . Это было первое в своем роде устройство, которому покорился гигабайтный рубеж. Ёмкость такого диска составляла 2,52 Гбайт. А скорость передачи данных достигла 3 Мбайт/с.

Стоит отметить, что все выпущенные до этого времени жёсткие диски компании IBM предназначались для использования в промышленных масштабах. И только в 1980 году компания Seagate выпустила первый HDD для домашних компьютеров. Модель получила название ST-506 . Она была исполнена в 5,25″ форм-факторе, а ее объем составлял 5 Мбайт. Стоило такое устройство внушительные $1500. Ну а спустя год появилась более быстрый и ёмкий накопитель с интерфейсом Seagate ST-412 , который устанавливался в компьютеры IBM PC/XT.

Переход на форм-фактор 3,5″ состоялся в 1983 году, когда небольшая шотландская компания Rodime представила устройство RO351 с объемом 6,38 Мбайт. А первый девайс с форм-фактором 2,5″ был выпущен американской компанией PrairieTek в 1988 году. В том же году появился и 63-мегабайтный 2,5″ винчестер Toshiba Tanba-1 , предназначенный для установки в ноутбуки.

В 90-х годах на развитие жёстких дисков оказали влияние две новые технологии, разработанные компанией IBM. Первая из них – это магнитные головки на гигантском магниторезистивном эффекте. Эта технология позволила достичь более высоких показателей плотности записи – до 2,7 Гбит на квадратный дюйм. Второй инновационной технологией был новый способ форматирования пластин под названием No-ID. Его суть заключается в том, что идентификационная информация сектора хранится не на поверхности диска, а в постоянной памяти жёсткого диска. Это позволило повысить плотность записи еще примерно на 10%.

Читайте также:  Какая хорошая программа для проверки жесткого диска

Не забывали производители и об увеличении скорости работы жёстких дисков. Долгое время стандартной скоростью вращения шпинделя являлся показатель 5400 оборотов в минуту, затем он несколько увеличился и равнялся уже 7200 об/мин. Периодически на рынке появлялись устройства, которые обладали более внушительными показателями. Так, в 1999 году компания Seagate представила линейку быстрых жёстких дисков Cheetah . Их высокая производительность обеспечивалась скоростью вращения шпинделя, равной 15000 об/мин, что более чем в 2 раза превышало стандартный показатель. Объем такого устройства составлял 36 Гбайт.

Намного более популярной стала серия винчестеров под названием Raptor компании Western Digital. Изначально эти жёсткие диски разрабатывались для использования в серверных системах, однако затем прочно закрепились в сегменте игровых компьютеров. Пластины модели Western Digital Raptor вращались несколько медленнее, чем в Seagate Cheetah. Скорость вращения шпинделя составляла «всего» 10000 об/мин, однако этого было более чем достаточно, чтобы оставлять обычные жёсткие диски в плане производительности далеко позади. К сожалению, линейка WD Raptor не отличалась надежностью.

В конце 2005 года был освоен метод перпендикулярной записи. До этого момента абсолютно все жёсткие диски работали по методу параллельной записи. В чем же была суть новой технологии? При использовании параллельной записи магнитные частицы располагаются таким образом, что вектор магнитной направленности проходит параллельно плоскости пластины. Такой подход наиболее простой, однако у него есть один недостаток: между доменами (минимальными ячейками информации) требуется наличие довольно больших буферных зон для снижения сил взаимодействия между ними.

Напротив, при использовании метода перпендикулярной записи вектор магнитной направленности располагается уже перпендикулярно поверхности диска, что значительно снижает силы взаимодействия. Следовательно, уменьшается и необходимый размер буферных зон. Это позволяет увеличить плотность записи.

Благодаря методу перпендикулярной записи индустрии жёстких дисков покорился терабайтный рубеж: в 2007 году компания Hitachi представила первую в мире модель The Deskstar 7K1000 объемом 1 Тбайт.

Несмотря на то что твердотельные накопители занимают все большую и большую часть рынка хранилищ данных, технологии жёстких дисков вовсе не уходят на второй план и продолжают совершенствоваться. Так, очень перспективно выглядит технология компании Western Digital под названием HelioSeal , которая предусматривает использование гелия вместо воздуха внутри корпуса винчестера. Благодаря тому что гелий легче воздуха, внутри HDD создается идеальная среда для движущихся с высокой скоростью пластин. Кроме этого, снижаются вибрации между пластинами и считывающей головкой.

Первые «гелиевые» жёсткие диски были представлены в конце 2013 года под названием Ultrastar He6 . А в начале декабря компания Western Digital объявила о выпуске обновленной линейки устройств Ultrastar He10 . Эти девайсы используют метод перпендикулярной записи, а их плотность составляет 816 Гбит на квадратный дюйм. Ёмкость модели Ultrastar He10 составляет 10 Тбайт.

Ещё одной интересной технологией является Seagate SMR ( shingled magnetic recording ) – метод перпендикулярной записи с перекрытием дорожек. В отличие от обыкновенного перпендикулярного подхода, где дорожки информации расположены бок о бок, в технологии SMR дорожки перекрывают друг друга, образуя что-то, напоминающее черепичную крышу. Применение SMR позволяет повысить плотность записи примерно на 25%. Кстати, Seagate и Western Digital уже взяли на вооружение данную технологию.

Также в ближайшем будущем планируется наладить производство жёстких дисков с применением технологии HAMR (Heat-assisted magnetic recording), которая сочетает в себе магнитное чтение и магнитооптическую запись. Принцип ее работы заключается в том, что запись информации осуществляется путем нагревания домена лазером и перемагничиванием. Такой подход позволит еще больше увеличить плотность записи. По прогнозу компании Seagate, объем классических 3,5″ жёстких дисков с применением технологии HAMR в отдаленной перспективе сможет достичь отметки в 50 Тбайт. Ну а первые HAMR HDD должны появиться уже в 2020 году.


Впервые публикация появилась в Geektimes.Ru,
Также использованы материалы Ru.Wikipedia.Org.

Компоненты ПК | Жёсткий диск: история создания и развития

Источник

История HDD или кто и как изобрел первый жесткий диск (винчестер)

Как и многие истории появления великих изобретений и технологий, которые благодаря нестандартному мышлению, желанию и настойчивости их изобретателей превратились из идеи в прорывной продукт, история жестких дисков так же не осталась в стороне.

Читайте также:  Накопитель на жестких несъемных дисках

Самый первый жесткий диск появился благодаря обычному школьному учителю Рею Джонсону. В 30-х годах прошлого века он изобрел и сконструировал специальную машину, которая позволяла намного быстрее считывать заполненные учениками тесты. Эту разработку заметила и приобрела компания IBM. Самого талантливого изобретателя компания пригласила на штатную должность инженера.

В январе 1952 года Рею Джонсону предложили открыть небольшую исследовательскую лабораторию, которая занималась бы развитием новых технологий записи, хранения и передачи данных.

Начало создания жесткого диска

Где-то через месяц инженер арендовал на пятилетний срок целое здание в Сан-Хосе. Он уже прекрасно знал, чем будет заниматься и что для этого ему понадобиться. Рей постепенно начал оборудовать лабораторию и искать сотрудников.

Через три месяца под его началом уже трудилось более 30 сотрудников. Они занимались исследованиями и решением различных задач, среди них были такие прорывные проекты для того времени, как попытка создать матричный принтер и специальные часы, которые в автоматическом режиме могли бы фиксировать время прибытия человека на работу и его уход.

Но дальнейшее продолжение история жесткого диска получила благодаря практике использования магнитных систем для хранения информации. Она появилась во время работы с усовершенствованием доступа к информации, записанной на перфокарте.

Изобретатели начали проводить эксперименты с возможными носителями. Это были различной формы и сделанные из различных материалов кольца, стержни, диски, барабаны, провода и многое другое. После проведения множества экспериментов и кучи ошибок лучшим вариантам оказался дисковый магнитный носитель. Он позволял вместить больше данных, а доступ к необходимой информации был простым, благодаря его вращению.

В 1953 году научно-исследовательская лаборатория пополнилась шестью профессиональными инженерами. Они пришли из компании «Макдоннел Дуглас» где создавали систему для автоматической обработки данных.

В этом же году ВВС США сделало заказ на устройство, которое должно было обеспечить хранение картотеки, состоящей из 50 тысяч записей. Самое главное условие, которое выдвинули военные, это мгновенный доступ к любой из записей. В то время инженеры еще не определились с материалами и технологиями, с помощью которых был создан первый винчестер — IBM 350.

Сохранилось упоминание о первой попытке записи и чтения информации с диска. 10 февраля 1954 года к диску подключили перфоратор и записали фразу «This has been a day of solid achievement» («Это был день серьезного успеха»), которую затем считали.

На устранение проблем и решение технических вопросов ушло чуть менее двух лет и 6 мая 1955 года руководство компании IBM сообщило, что в Сан-Хосе в небольшой научно-исследовательской лаборатории была разработана технология хранения данных на магнитных дисках и создан первый рабочий образец (10 января 1955 года).

Представлен IBM 350 Disk Storage Unit

Первый жесткий диск IBM 350 Disk Storage Unit был показан миру 4 сентября 1956 года. Он выглядел, как большой шкаф или холодильник шириной 1,5 м, высотой 1,7 м и толщиной 0,74 м. Его вес составлял 971кг, а стоимость как несколько хороших домов. На его шпинделе размещалось 50 дисков размером 24 дюйма (61 см). Они были покрыты специальной краской, содержащей ферромагнитный материал.

Интересный факт: диски IBM 350 покрывали той же краской, что и мост Золотые ворота в Сан-Франциско. Для равномерного нанесения слоя краски для всех дисков был разработан не обычный метод. В бумажные стаканчики наливали одинаковое количество краски, далее на них надевали шелковые чулки и этим нехитрым, но эффективным способом наносили магнитное покрытие. Данный метод нанесения магнитного слоя просуществовал много лет, пока не был автоматизирован.

5 февраля 1956 года поступил в продажу 1 в мире жесткий диск — IBM 350 Disk Storage Unit.

Диски имели скорость вращения 1200 оборотов в минуту, а общий объем хранимой на них информации был равен 3,5 Мб, просто огромной цифре по тем временам. Привод, на котором крепились считывающие 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.

Не смотря на все эти кажущиеся для нас недостатки, в то время инженеры IBM 350 считали настоящим техническим прорывом. Один такой диск мог запросто заменить 62,5 тысячи перфокарт. Кроме того, жесткий диск (в последствии названный «винчестером») сильно выигрывал в скорости работы с информацией, ведь чтобы получить доступ к нужным данным пользователям были необходимы доли секунды, в то время как при использовании магнитных перфорированных лент нужно было ждать по несколько минут.

Читайте также:  Прошивка xbox 360 запуск игр жесткого диска

Изобретенный инженерами IBM 350 Disk Storage Unit стал частью ламповой вычислительной системы IBM 305 RAMAC (Random Access Memory Accounting).

Диск IBM 350 в составе компьютера IBM 305 RAMAC

На фотографии изображен первый серийный компьютер IBM 305 RAMAC в составе которого трудился первый жесткий диск IBM 350.

Такие системы, которые уже можно было назвать полноценным компьютером, в 50-х и 60-х годах из-за их ограниченного выпуска и высокой цены работали только в больших корпорациях и правительственных организациях.

Для своего времени это была довольно гибкая и удобная система, которая состояла из процессорного модуля IBM 305, перфоратора IBM 323, принтера IBM 370, консоли IBM 380 (пишущая машинка, механизм ввода перфокарт, клавиатура, световые индикаторы и кнопки управления), блока питания IBM 340 и жесткого диска IBM 350. К концу 1961 года было собрано более тысячи IBM 305 RAMAC, которые стали последними ламповыми системами от IBM.

Все идеи, заложенные в самом первом жестком диске в эпоху ламповых компьютеров, дожили и до сегодняшних дней.

В современных накопителях на магнитных дисках тот же набор из дисков, покрытых ферромагнитным слоем, на которые записываются дорожки с данными. Блок головок чтения и записи, совмещенный с электромеханическим приводом.

Идею считывающих головок, которые за счет потока воздуха, создаваемого вращением самих дисков, поднимаются над его поверхностью, тоже предложили разработчики IBM, а случилось это еще в далеком 1961 году. Да и практически до начала 70-х годов все, что касалось разработки и инноваций в области жестких дисков, так или иначе исходило от лучших умов IBM.

Начало дисковой гонки

В 1979 году один из инженеров принимавший участие в разработке IBM 350 Disk Storage Unit Алан Шугарт, объявил о создании компании Seagate Technology. Так началась история создания жесткого диска, как массового продукта.

В этом же году Seagate создала первый диск форм-фактора 5,25″ ST-506 объемом 5 Мб, и год спустя запустила его в производство. Чуть менее чем через год была выпущена модель ST-412 объемом 10 Мб. Именно эти модели дисков использовались в популярных персональных компьютерах IBM PC/XT и IBM PC/AT.

Western Digital была основана в 1970 году и на момент основания называлась General Digital Corporation (ее переименовали в 1971 году). WD занималась производством различной электроники и однокристальных контроллеров. Именно Western Digital в 1981 году сделала первый контроллер (WD1010) для массовых жестких дисков Seagate ST-506 и ST-412. Тогда они были партнерами, но на сегодняшний день Western Digital является основным конкурентом Seagate Technology.

Несколько лет WD участвовала в совместной разработке стандарта АТА. Так же занималась разработкой электроники для SCSI- и АТА-дисков. В 1988 году приобрела дисковое подразделение Tandon Corporation и в 1990 году выпустила собственные жесткие диски серии Caviar.

С 1985 по 2005 год произошел настоящий бум дискового производства. В этот период появилось огромное количество компаний, основная часть которых к настоящему времени либо вошла в состав основных гигантов Seagate и Western Digital, либо просто перестала существовать.

Можно вспомнить такие хорошо известные бренды производителей жестких дисков и запчастей к ним – Conner, Fuji, Quantum, Maxtor, Fujitsu. Все они зарекомендовали себя как производители надежной техники и так или иначе принимали участие в гонке производства дисков, стартовавшей в тот момент, когда винчестер стал неотъемлемой частью ПК.

На сегодняшний день популярность жестких магнитных дисков велика, и их доля в современных системах хранения данных занимает подавляющее большинство. Но в настоящее время мы можем наблюдать, как происходит переход к более современным способам хранения и передачи данных. Все большую популярность набирают SSD диски. Высокая скорость чтения и записи, низкое энергопотребление (тепловыделение), высокая устойчивость к механическим нагрузкам, небольшой вес и размер – все говорит в пользу того, что жесткие диски, которые мы знаем сейчас, скоро уйдут в прошлое. Возможно останутся только устройства с очень большими объемами, с которыми будет трудно конкурировать различным флешкам и твердотельным накопителям в цене за 1 Гигабайт.

Я думаю, что когда цены за 1 Гигабайт на SSD накопителях будут стоить в два раза и меньше, чем на обычных дисках, то это будет означать смерь винчестеров, по крайней мере для массового рынка. В таких условиях все преимущества твердотельных дисков будут играть решающую роль при выборе устройства хранения информации, несмотря на более высокую цену.


Источник