stringtranslate.com

Жесткий диск

2,5-дюймовый жесткий диск со снятой крышкой
Конец 3,5-дюймового жесткого диска с интерфейсом Serial ATA (SATA)
Обзор принципа работы жестких дисков

Жесткий диск ( HDD ), жесткий диск , жесткий диск или фиксированный диск [a] представляет собой электромеханическое устройство хранения данных , которое хранит и извлекает цифровые данные с помощью магнитного хранилища с одной или несколькими жесткими быстро вращающимися пластинами , покрытыми магнитным материалом. Пластины соединены с магнитными головками , обычно расположенными на подвижном рычаге привода , которые считывают и записывают данные на поверхности пластин. [1] Доступ к данным осуществляется методом произвольного доступа , что означает, что отдельные блоки данных могут сохраняться и извлекаться в любом порядке. HDD представляют собой тип энергонезависимого хранилища , сохраняющего сохраненные данные при выключении питания. [2] [3] [4] Современные HDD обычно имеют форму небольшой прямоугольной коробки .

Жесткие диски были представлены IBM в 1956 году [5] и были доминирующим вторичным устройством хранения для компьютеров общего назначения, начиная с начала 1960-х годов. Жесткие диски сохранили эту позицию в современную эпоху серверов и персональных компьютеров , хотя персональные вычислительные устройства, производимые в больших объемах, такие как мобильные телефоны и планшеты , полагаются на устройства хранения флэш-памяти . Более 224 компаний исторически производили жесткие диски , хотя после обширной консолидации отрасли большинство единиц производятся Seagate , Toshiba и Western Digital . Жесткие диски доминируют в объеме производимых хранилищ ( экзабайт в год) для серверов. Хотя производство растет медленно (по отгруженным экзабайтам [6] ), доходы от продаж и поставки единиц снижаются, поскольку твердотельные накопители (SSD) имеют более высокую скорость передачи данных, более высокую плотность хранения, несколько лучшую надежность [7] [8] и гораздо меньшую задержку и время доступа. [9] [10] [11] [12]

Доходы от SSD, большинство из которых используют флэш-память NAND , немного превысили доходы от HDD в 2018 году . [13] Продукты флэш-памяти имели более чем в два раза больше дохода, чем жесткие диски по состоянию на 2017 год . [14] Хотя SSD имеют в четыре-девять раз более высокую стоимость за бит, [15] [16] они заменяют HDD в приложениях, где важны скорость, энергопотребление, небольшой размер, высокая емкость и долговечность. [11] [12] По состоянию на 2019 год стоимость за бит SSD падает, а ценовая премия по сравнению с HDD сузилась. [16]

Основными характеристиками жесткого диска являются его емкость и производительность . Емкость указывается в префиксах единиц, соответствующих степеням 1000: диск емкостью 1 терабайт (ТБ) имеет емкость 1000 гигабайт , где 1 гигабайт = 1 000 мегабайт = 1 000 000 килобайт (1 миллион) = 1 000 000 000 байт (1 миллиард). Обычно часть емкости жесткого диска недоступна пользователю, поскольку она используется файловой системой и операционной системой компьютера , а также, возможно, встроенной избыточностью для исправления и восстановления ошибок. Может возникнуть путаница относительно емкости хранилища, поскольку емкости указываются производителями жестких дисков в десятичных гигабайтах (степенях 1000), тогда как наиболее часто используемые операционные системы сообщают емкости в степенях 1024, что приводит к меньшему числу, чем заявлено. Производительность определяется как время, необходимое для перемещения головок на дорожку или цилиндр (среднее время доступа), время, необходимое для перемещения нужного сектора под головку (средняя задержка , которая является функцией физической скорости вращения в оборотах в минуту ), и, наконец, скорость, с которой передаются данные (скорость передачи данных).

Два наиболее распространенных форм-фактора для современных жестких дисков — 3,5 дюйма для настольных компьютеров и 2,5 дюйма, в основном для ноутбуков. Жесткие диски подключаются к системам с помощью стандартных интерфейсных кабелей, таких как кабели SATA (Serial ATA), USB , SAS ( Serial Attached SCSI ) или PATA (Parallel ATA).

История

Видео работы современного HDD (крышка снята)
Эксплуатация жесткого диска сервера (крышка снята)

Первый серийный жесткий диск IBM, 350 disk storage , был поставлен в 1957 году как компонент системы IBM 305 RAMAC. Он был размером примерно с два больших холодильника и хранил пять миллионов шестибитных символов (3,75 мегабайт ) [18] на стопке из 52 дисков (использовалось 100 поверхностей). [27] 350 имел один рычаг с двумя головками чтения/записи, одна из которых была направлена ​​вверх, а другая вниз, которые перемещались как горизонтально между парой соседних пластин, так и вертикально от одной пары пластин ко второму набору. [28] [29] [30] Вариантами IBM 350 были IBM 355 , IBM 7300 и IBM 1405 .

В 1961 году IBM анонсировала, а в 1962 году выпустила дисковый накопитель IBM 1301, [31] который заменил IBM 350 и аналогичные накопители. 1301 состоял из одного (для модели 1) или двух (для модели 2) модулей, каждый из которых содержал 25 пластин, каждая пластина была толщиной около 18 дюйма (3,2 мм) и диаметром 24 дюйма (610 мм). [32] В то время как более ранние дисковые накопители IBM использовали только две головки чтения/записи на рычаг, 1301 использовал массив из 48 [l] головок (гребенку), каждый массив двигался горизонтально как единое целое, по одной головке на используемую поверхность. Поддерживались операции чтения/записи в цилиндрическом режиме , и головки летали на высоте около 250 микродюймов (около 6 мкм) над поверхностью пластины. Движение массива головок зависело от двоичной суммирующей системы гидравлических приводов, которая обеспечивала повторяемое позиционирование. Шкаф 1301 был размером с три больших холодильника, поставленных рядом, и хранил эквивалент около 21 миллиона восьмибитных байтов на модуль. Время доступа составляло около четверти секунды.

Также в 1962 году IBM представила модель дискового накопителя 1311 , которая была размером примерно со стиральную машину и хранила два миллиона символов на съемном дисковом блоке . Пользователи могли покупать дополнительные блоки и менять их по мере необходимости, как катушки магнитной ленты . Более поздние модели съемных дисковых накопителей от IBM и других компаний стали нормой в большинстве компьютерных установок и достигли емкости 300 мегабайт к началу 1980-х годов. Несъемные жесткие диски назывались «фиксированными дисковыми» накопителями.

В 1963 году IBM представила модель 1302 [33] с вдвое большей емкостью дорожек и вдвое большим количеством дорожек на цилиндр, чем у модели 1301. Модель 1302 имела один (для модели 1) или два (для модели 2) модуля, каждый из которых содержал отдельную гребенку для первых 250 дорожек и последних 250 дорожек.

Некоторые высокопроизводительные жесткие диски выпускались с одной головкой на дорожку, например , Burroughs B-475 в 1964 году, IBM 2305 в 1970 году, так что не терялось время на физическое перемещение головок на дорожку, и единственной задержкой было время, необходимое для поворота нужного блока данных в положение под головкой. [34] Известные как жесткие диски с фиксированной головкой или головкой на дорожку, они были очень дорогими и больше не производятся. [35]

В 1973 году IBM представила новый тип HDD под кодовым названием « Winchester ». Его главной отличительной особенностью было то, что головки дисков не извлекались полностью из стопки пластин дисков при выключении привода. Вместо этого головкам разрешалось «приземляться» на специальную область поверхности диска при остановке вращения, «взлетая» снова, когда диск позже включался. Это значительно снижало стоимость механизма привода головок, но исключало возможность извлечения только дисков из привода, как это делалось с дисковыми пакетами того времени. Вместо этого первые модели приводов «Winchester technology» имели съемный дисковый модуль, который включал как дисковый пакет, так и узел головки, оставляя двигатель привода в приводе после извлечения. Позднее приводы «Winchester» отказались от концепции съемных носителей и вернулись к несъемным пластинам.

В 1974 году IBM представила привод с качающимся рычагом, который стал возможным благодаря тому, что записывающие головки Winchester хорошо функционируют при наклоне относительно записанных дорожек. Простая конструкция привода IBM GV (Gulliver) [36], изобретенная в лабораториях IBM UK Hursley Labs, стала самым лицензированным электромеханическим изобретением IBM [37] всех времен, привод и система фильтрации были приняты в 1980-х годах в конечном итоге для всех жестких дисков и до сих пор универсальны почти 40 лет и 10 миллиардов рычагов спустя.

Как и первый сменный привод, первые приводы «Winchester» использовали пластины диаметром 14 дюймов (360 мм). В 1978 году IBM представила привод с поворотным рычагом IBM 0680 (Piccolo) с восьмидюймовыми пластинами, исследуя возможность того, что меньшие пластины могут дать преимущества. Затем последовали другие восьмидюймовые приводы, затем 5+Дисководы размером 14 дюйма  (130 мм), предназначенные для замены современных дисководов . Последние в первую очередь предназначались для тогда еще только зарождавшегося рынка персональных компьютеров (ПК).

Со временем, поскольку плотность записи значительно возросла, дальнейшее уменьшение диаметра диска до 3,5" и 2,5" оказалось оптимальным. В этот период стали доступны мощные редкоземельные магнитные материалы, которые дополняли конструкцию привода с поворотным рычагом, делая возможными компактные форм-факторы современных жестких дисков.

В начале 1980-х годов жесткие диски были редкой и очень дорогой дополнительной функцией в ПК, но к концу 1980-х годов их стоимость снизилась до такой степени, что они стали стандартной опцией для всех компьютеров, кроме самых дешевых.

Большинство жестких дисков в начале 1980-х годов продавались конечным пользователям ПК как внешняя, дополнительная подсистема. Подсистема продавалась не под именем производителя диска, а под именем производителя подсистемы, например, Corvus Systems и Tallgrass Technologies , или под именем производителя системы ПК, например, Apple ProFile . IBM PC/XT в 1983 году включал внутренний жесткий диск объемом 10 МБ, и вскоре после этого внутренние жесткие диски получили распространение на персональных компьютерах.

Внешние жесткие диски оставались популярными гораздо дольше на Apple Macintosh . Многие компьютеры Macintosh, выпущенные между 1986 и 1998 годами, имели порт SCSI на задней панели, что делало внешнее расширение простым. Старые компактные компьютеры Macintosh не имели доступных пользователю отсеков для жестких дисков (действительно, Macintosh 128K , Macintosh 512K и Macintosh Plus вообще не имели отсека для жесткого диска), поэтому на этих моделях внешние диски SCSI были единственным разумным вариантом для расширения любого внутреннего хранилища.

Улучшения HDD были обусловлены увеличением плотности записи , как указано в таблице выше. Приложения расширились в течение 2000-х годов, от мэйнфреймов конца 1950-х годов до большинства приложений массового хранения, включая компьютеры и потребительские приложения, такие как хранение развлекательного контента.

В 2000-х и 2010-х годах NAND начала вытеснять HDD в приложениях, требующих портативности или высокой производительности. Производительность NAND улучшается быстрее, чем у HDD, а приложения для HDD разрушаются. В 2018 году самый большой жесткий диск имел емкость 15 ТБ, в то время как самая большая емкость SSD имела емкость 100 ТБ. [38] По состоянию на 2018 год , прогнозировалось, что HDD достигнут емкости 100 ТБ около 2025 года, [39] но по состоянию на 2019 год ожидаемые темпы улучшения были сокращены до 50 ТБ к 2026 году. [40] Меньшие форм-факторы, 1,8 дюйма и ниже, были прекращены около 2010 года. Стоимость твердотельных накопителей (NAND), представленная законом Мура , улучшается быстрее, чем HDD. NAND имеет более высокую ценовую эластичность спроса , чем HDD, и это стимулирует рост рынка. [41] В конце 2000-х и 2010-х годов жизненный цикл HDD вступил в зрелую фазу, и замедление продаж может указывать на начало фазы спада. [42]

Наводнения в Таиланде в 2011 году повредили производственные предприятия и отрицательно повлияли на стоимость жестких дисков в период с 2011 по 2013 год. [43]

В 2019 году Western Digital закрыла свой последний завод по производству жестких дисков в Малайзии из-за снижения спроса, чтобы сосредоточиться на производстве твердотельных накопителей. [44] Все три оставшихся производителя жестких дисков столкнулись с падением спроса на свои жесткие диски с 2014 года. [45]

Технологии

Двоичные данные, закодированные с помощью магнитного сечения и частотной модуляции

Магнитная запись

Современный жесткий диск записывает данные путем намагничивания тонкой пленки ферромагнитного материала [m] с обеих сторон диска. Последовательные изменения направления намагничивания представляют собой двоичные биты данных . Данные считываются с диска путем обнаружения переходов в намагниченности. Пользовательские данные кодируются с использованием схемы кодирования, такой как кодирование с ограниченной длиной пробега [n] , которая определяет, как данные представляются магнитными переходами.

Типичная конструкция жесткого диска состоит изшпиндель , который удерживает плоские круглые диски, называемыепластинами, которые хранят записанные данные. Пластины изготавливаются из немагнитного материала, обычноалюминиевого сплава,стеклаиликерамики. Они покрыты тонким слоем магнитного материала, обычноглубинойнм[47][48][49]Для справки, стандартный лист копировальной бумаги имеет толщину 0,07–0,18 мм (70 000–180 000 нм)[50].

Разрушенный жесткий диск, видна стеклянная пластина
Схема маркировки основных компонентов жесткого диска компьютера
Запись отдельных намагниченностей битов на 200 МБ HDD-пластине (запись сделана видимой с помощью CMOS-MagView) [51]
Продольная запись (стандартная) и перпендикулярная диаграмма записи

Пластины в современных жестких дисках вращаются со скоростью, варьирующейся от4200  об/мин в энергоэффективных портативных устройствах до 15 000 об/мин для высокопроизводительных серверов. [52] Первые жесткие диски вращались со скоростью 1200 об/мин [5] и в течение многих лет нормой было 3600 об/мин. [53] По состоянию на ноябрь 2019 года пластины в большинстве жестких дисков потребительского класса вращаются со скоростью 5400 или 7200 об/мин.

Информация записывается и считывается с пластины, когда она вращается мимо устройств, называемых головками чтения и записи , которые расположены так, чтобы работать очень близко к магнитной поверхности, а их высота полета часто составляет десятки нанометров. Головка чтения и записи используется для обнаружения и изменения намагниченности материала, проходящего непосредственно под ней.

В современных приводах для каждой поверхности магнитной пластины на шпинделе имеется одна головка, установленная на общем рычаге. Рычаг привода (или рычаг доступа) перемещает головки по дуге (примерно радиально) по пластинам во время их вращения, позволяя каждой головке получать доступ почти ко всей поверхности пластины во время ее вращения. Рычаг перемещается с помощью привода звуковой катушки или, в некоторых старых конструкциях, шагового двигателя . Ранние жесткие диски записывали данные с некоторой постоянной скоростью бит в секунду, в результате чего все дорожки имели одинаковое количество данных на дорожку, но современные приводы (с 1990-х годов) используют зонную битовую запись , увеличивая скорость записи от внутренней к внешней зоне и тем самым сохраняя больше данных на дорожку во внешних зонах.

В современных приводах малый размер магнитных областей создает опасность того, что их магнитное состояние может быть потеряно из-за тепловых эффектов — термически индуцированной магнитной нестабильности, которая обычно известна как « суперпарамагнитный предел ». Чтобы противостоять этому, пластины покрываются двумя параллельными магнитными слоями, разделенными трехатомным слоем немагнитного элемента рутения , и два слоя намагничиваются в противоположной ориентации, тем самым усиливая друг друга. [54] Другая технология, используемая для преодоления тепловых эффектов с целью обеспечения большей плотности записи, — это перпендикулярная запись (PMR), впервые поставленная в 2005 году [55] и с 2007 года используемая в некоторых жестких дисках. [56] [57] [58] Перпендикулярная запись может сопровождаться изменениями в производстве головок чтения/записи для увеличения силы магнитного поля, создаваемого головками. [59]

В 2004 году был представлен носитель записи с более высокой плотностью, состоящий из связанных мягких и твердых магнитных слоев. Так называемая технология магнитного хранения на основе пружинных носителей обмена , также известная как композитный носитель обмена , обеспечивает хорошую записываемость благодаря вспомогательной природе записи мягкого слоя. Однако термостойкость определяется только самым твердым слоем и не зависит от мягкого слоя. [60] [61]

Управление потоком MAMR (FC-MAMR) позволяет жесткому диску иметь увеличенную емкость записи без необходимости использования новых материалов для пластин жесткого диска. Жесткие диски MAMR имеют генератор вращающего момента (STO), генерирующий микроволны, на головках чтения/записи, что позволяет записывать физически меньшие биты на пластины, увеличивая плотность записи. Обычно записывающие головки жесткого диска имеют полюс, называемый главным полюсом, который используется для записи на пластины, и рядом с этим полюсом находится воздушный зазор и экран. Катушка записи головки окружает полюс. Устройство STO помещается в воздушный зазор между полюсом и экраном, чтобы увеличить силу магнитного поля, создаваемого полюсом; FC-MAMR технически не использует микроволны, но использует технологию, применяемую в MAMR. STO имеет слой генерации поля (FGL) и слой инжекции спина (SIL), а FGL создает магнитное поле с помощью спин-поляризованных электронов, возникающих в SIL, что является формой энергии вращающего момента спина. [62]

Компоненты

Жесткий диск с удаленными дисками и ступицей двигателя, обнажающими медные катушки статора, окружающие подшипник в центре шпиндельного двигателя. Оранжевая полоса вдоль стороны рычага — это тонкий печатный кабель, шпиндельный подшипник находится в центре, а привод — в верхнем левом углу.
Печатная плата 2,5-дюймового жесткого диска Samsung MP0402H

Типичный жесткий диск имеет два электродвигателя: шпиндельный двигатель, который вращает диски, и привод (двигатель), который позиционирует узел головки чтения/записи по отношению к вращающимся дискам. Двигатель диска имеет внешний ротор, прикрепленный к дискам; обмотки статора закреплены на месте. Напротив привода на конце опорного рычага головки находится головка чтения-записи; тонкие печатные кабели соединяют головки чтения-записи с усилительной электроникой, установленной на оси привода. Опорный рычаг головки очень легкий, но также жесткий; в современных приводах ускорение головки достигает 550 g .

Стек головок с катушкой актуатора слева и головками чтения/записи справа
Крупный план одной головки чтения-записи , показывающий сторону, обращенную к пластине

TheПривод — этос постоянным магнитомиподвижной катушкой, который поворачивает головки в нужное положение. Металлическая пластина поддерживаетмагнитс высоким магнитным потокомиз неодима, железа и бора. Под этой пластиной находится подвижная катушка, часто называемая звуковой катушкой по аналогии с катушкой в​​громкоговорителях, которая прикреплена к ступице привода, а под ней — второй магнит NIB, установленный на нижней пластине двигателя (некоторые приводы имеют только один магнит).

Сама звуковая катушка имеет форму наконечника стрелы и изготовлена ​​из двухслойной медной магнитной проволоки . Внутренний слой — изоляция, а внешний — термопластик, который связывает катушку вместе после того, как она намотана на форму, делая ее самоподдерживающейся. Части катушки вдоль двух сторон наконечника стрелы (которые указывают на центр подшипника привода) затем взаимодействуют с магнитным полем неподвижного магнита. Ток, текущий радиально наружу вдоль одной стороны наконечника стрелы и радиально внутрь с другой, создает тангенциальную силу . Если бы магнитное поле было однородным, каждая сторона создавала бы противоположные силы, которые бы компенсировали друг друга. Таким образом, поверхность магнита наполовину северный полюс и наполовину южный полюс, с радиальной разделительной линией посередине, заставляя две стороны катушки видеть противоположные магнитные поля и создавать силы, которые складываются, а не компенсируются. Токи вдоль верхней и нижней части катушки создают радиальные силы, которые не вращают головку.

Электроника жесткого диска управляет движением привода и вращением диска и передает данные на/с контроллера диска . Обратная связь электроники привода осуществляется с помощью специальных сегментов диска, предназначенных для обратной связи сервопривода . Это либо полные концентрические круги (в случае выделенной сервотехнологии), либо сегменты, перемежающиеся с реальными данными (в случае встроенного сервопривода, также известного как секторная сервотехнология). Обратная связь сервопривода оптимизирует отношение сигнал/шум датчиков GMR, регулируя двигатель звуковой катушки для вращения рычага. Более современная сервосистема также использует милли- и/или микроприводы для более точного позиционирования головок чтения/записи. [63] Вращение дисков использует шпиндельные двигатели с жидкостными подшипниками. Современная прошивка диска способна эффективно планировать чтение и запись на поверхностях пластин и переназначать сектора носителя, которые вышли из строя.

Частота ошибок и их обработка

Современные приводы широко используют коды исправления ошибок (ECC), в частности, исправление ошибок Рида-Соломона . Эти методы хранят дополнительные биты, определяемые математическими формулами, для каждого блока данных; дополнительные биты позволяют исправлять многие ошибки незаметно. Дополнительные биты сами по себе занимают место на жестком диске, но позволяют использовать более высокую плотность записи, не вызывая неисправимых ошибок, что приводит к гораздо большей емкости хранения. [64] Например, типичный жесткий диск емкостью 1  ТБ с секторами по 512 байт обеспечивает дополнительную емкость около 93  ГБ для данных ECC . [65]

В новейших дисках, начиная с 2009 года , [66] коды с низкой плотностью проверок на четность (LDPC) вытесняли коды Рида–Соломона; коды LDPC обеспечивают производительность, близкую к пределу Шеннона , и, таким образом, обеспечивают самую высокую доступную плотность хранения. [66] [67]

Типичные жесткие диски пытаются «переназначить» данные в физическом секторе, который дает сбой, на запасной физический сектор, предоставленный «пулом запасных секторов» диска (также называемым «резервным пулом»), [68] полагаясь на ECC для восстановления сохраненных данных, пока количество ошибок в плохом секторе все еще достаточно низкое. Функция SMART ( технология самоконтроля, анализа и отчетности ) подсчитывает общее количество ошибок во всем жестком диске, исправленных ECC (хотя и не на всех жестких дисках, поскольку соответствующие атрибуты SMART «Hardware ECC Recovered» и «Soft ECC Correction» не поддерживаются постоянно), и общее количество выполненных переназначений секторов, поскольку возникновение большого количества таких ошибок может предсказать сбой жесткого диска .

«Формат No-ID», разработанный IBM в середине 1990-х годов, содержит информацию о том, какие сектора являются плохими и где были расположены переназначенные сектора. [69]

Только малая часть обнаруженных ошибок оказывается неисправимой. Примеры указанных неисправленных ошибок чтения битов включают:

В рамках модели данного производителя частота неисправленных битовых ошибок обычно одинакова независимо от емкости накопителя. [70] [71] [72] [73]

Худшим типом ошибок являются скрытые повреждения данных , которые представляют собой ошибки, необнаруживаемые прошивкой диска или операционной системой хоста; некоторые из этих ошибок могут быть вызваны неисправностями жесткого диска, в то время как другие возникают в другом месте соединения между диском и хостом. [74]

Разработка

Передовые плотности записи на жестких дисках с 1956 по 2009 год по сравнению с законом Мура. К 2016 году прогресс значительно замедлился ниже экстраполированного тренда плотности. [75]

Скорость роста плотности записи была аналогична закону Мура (удваивание каждые два года) до 2010 года: 60% в год в 1988–1996 годах, 100% в 1996–2003 годах и 30% в 2003–2010 годах. [76] Выступая в 1997 году, Гордон Мур назвал рост «ошеломляющим», [77] а позже заметил, что рост не может продолжаться вечно. [78] Улучшение цен замедлилось до −12% в год в 2010–2017 годах, [79] поскольку рост плотности записи замедлился. Скорость роста плотности записи замедлилась до 10% в год в 2010–2016 годах, [80] и возникли трудности с переходом от перпендикулярной записи к более новым технологиям. [81]

По мере уменьшения размера ячейки бита на одну пластину накопителя можно поместить больше данных. В 2013 году производительный настольный жесткий диск емкостью 3 ТБ (с четырьмя пластинами) имел бы плотность записи около 500 Гбит/дюйм 2 , что составило бы ячейку бита, содержащую около 18 магнитных зерен (11 на 1,6 зерна). [82] С середины 2000-х годов прогресс в области плотности записи был оспорен суперпарамагнитной трилеммой, включающей размер зерна, магнитную силу зерна и способность головки писать. [83] Для поддержания приемлемого отношения сигнал/шум требуются зерна меньшего размера; зерна меньшего размера могут самообратиться ( электротермическая нестабильность ), если их магнитная сила не будет увеличена, но известные материалы для записывающих головок не способны генерировать достаточно сильное магнитное поле, достаточное для записи носителя во все меньшем пространстве, занимаемом зернами.

Технологии магнитного хранения разрабатываются для решения этой трилеммы и для конкуренции с твердотельными накопителями на основе флэш-памяти (SSD). В 2013 году Seagate представила черепичную магнитную запись (SMR), [84] задуманную как своего рода «затычка» между технологией PMR и предполагаемой преемницей Seagate — тепловой магнитной записью (HAMR). SMR использует перекрывающиеся дорожки для увеличения плотности данных за счет сложности конструкции и более низких скоростей доступа к данным (в частности, скоростей записи и скоростей случайного доступа 4k). [85] [86]

Напротив, HGST (теперь часть Western Digital ) сосредоточилась на разработке способов герметизации накопителей, заполненных гелием , вместо обычного фильтрованного воздуха. Поскольку турбулентность и трение уменьшаются, можно достичь более высокой плотности размещения за счет использования меньшей ширины дорожки, а рассеиваемая из-за трения энергия также уменьшается, что приводит к снижению потребляемой мощности. Кроме того, в то же пространство корпуса можно поместить больше пластин, хотя, как известно, трудно предотвратить утечку гелия. [87] Таким образом, накопители с гелием полностью герметичны и не имеют дыхательного отверстия, в отличие от их заполненных воздухом аналогов.

Другие технологии записи либо находятся в стадии исследования, либо уже внедрены в коммерческую эксплуатацию для увеличения плотности записи, включая технологию тепловой магнитной записи (HAMR) компании Seagate. HAMR требует другой архитектуры с переработанными носителями и головками чтения/записи, новыми лазерами и новыми оптическими преобразователями ближнего поля. [88] Ожидается, что HAMR поступит в продажу в конце 2024 года, [89] после того, как технические проблемы задержали его внедрение более чем на десятилетие, по сравнению с более ранними прогнозами еще в 2009 году. [90] [91] [92] [93] Планируемый преемник HAMR, битовая запись (BPR), [94] был удален из дорожных карт Western Digital и Seagate. [95] Микроволновая магнитная запись (MAMR) компании Western Digital [96] [97] , также называемая энергетической магнитной записью (EAMR), была опробована в 2020 году, а первый привод EAMR, Ultrastar HC550, поступил в продажу в конце 2020 года. [98] [99] [100] Двумерная магнитная запись (TDMR) [82] [101] и головки гигантского магнитосопротивления «ток перпендикулярен плоскости» (CPP/GMR) появились в исследовательских работах. [102] [103] [104]

Некоторые приводы используют два независимых рычага привода для увеличения скорости чтения/записи и конкуренции с твердотельными накопителями. [105] Были предложены концепция вакуумного привода с 3D-приводом (3DHD) [106] и 3D-магнитная запись. [107]

В зависимости от предположений относительно осуществимости и сроков внедрения этих технологий, Seagate прогнозирует, что плотность записи будет расти на 20% в год в период с 2020 по 2034 год. [40]

Емкость

Два диска Seagate Barracuda 2003 и 2009 годов, соответственно 160 ГБ и 1 ТБ. С 2022 года Western Digital предлагает емкости до 26 ТБ.
mSATA SSD поверх 2,5-дюймового жесткого диска

Жесткие диски с самой высокой емкостью, поставляемые в продажу в 2024 году, составляют 32 ТБ. [19] Емкость жесткого диска, сообщаемая операционной системой конечному пользователю, меньше, чем сумма, заявленная производителем, по нескольким причинам, например, операционная система использует часть пространства, использует часть пространства для избыточности данных, использует пространство для структур файловой системы. Путаница десятичных и двоичных префиксов также может привести к ошибкам.

Расчет

Современные жесткие диски представляются их хост-контроллеру как непрерывный набор логических блоков, а общая емкость диска рассчитывается путем умножения количества блоков на размер блока. Эта информация доступна из спецификации продукта производителя, а также из самого диска с помощью функций операционной системы, которые вызывают низкоуровневые команды диска. [108] [109] Более старые IBM и совместимые диски, например IBM 3390, использующие формат записи CKD , имеют записи переменной длины; такие расчеты емкости диска должны учитывать характеристики записей. Некоторые более новые DASD имитируют CKD, и применяются те же формулы емкости.

Общая емкость старых секторно-ориентированных жестких дисков рассчитывается как произведение числа цилиндров на зону записи, числа байтов на сектор (чаще всего 512) и числа зон диска. [ необходима цитата ] Некоторые современные диски SATA также сообщают о емкости цилиндр-головка-сектор (CHS), но это не физические параметры, поскольку сообщаемые значения ограничены историческими интерфейсами операционной системы. Схема C/H/S была заменена логической блочной адресацией (LBA), простой схемой линейной адресации, которая находит блоки по целочисленному индексу, который начинается с LBA 0 для первого блока и увеличивается после этого. [110] При использовании метода C/H/S для описания современных больших дисков число головок часто устанавливается равным 64, хотя типичный современный жесткий диск имеет от одной до четырех пластин. В современных жестких дисках резервная емкость для управления дефектами не включена в опубликованную емкость; Однако во многих ранних HDD определенное количество секторов было зарезервировано в качестве запасных, тем самым уменьшая емкость, доступную операционной системе. Кроме того, многие HDD хранят свои прошивки в зарезервированной зоне обслуживания, которая обычно недоступна пользователю и не включается в расчет емкости.

Для подсистем RAID требования к целостности данных и отказоустойчивости также снижают реализованную емкость. Например, массив RAID 1 имеет около половины общей емкости в результате зеркалирования данных, в то время как массив RAID 5 с n дисками теряет 1/n емкости (что равно емкости одного диска) из-за хранения информации о четности. Подсистемы RAID представляют собой несколько дисков, которые кажутся пользователю одним или несколькими дисками, но обеспечивают отказоустойчивость. Большинство поставщиков RAID используют контрольные суммы для улучшения целостности данных на уровне блоков. Некоторые поставщики проектируют системы, используя жесткие диски с секторами по 520 байт для хранения 512 байт пользовательских данных и восьми байт контрольной суммы или используя отдельные 512-байтовые сектора для данных контрольной суммы. [111]

Некоторые системы могут использовать скрытые разделы для восстановления системы, что снижает емкость, доступную конечному пользователю без знания специальных утилит для разбиения диска, таких как diskpart в Windows . [112]

Форматирование

Данные хранятся на жестком диске в серии логических блоков. Каждый блок разграничивается маркерами, идентифицирующими его начало и конец, информацией об обнаружении и исправлении ошибок и пространством между блоками, чтобы допустить незначительные вариации синхронизации. Эти блоки часто содержали 512 байт полезных данных, но использовались и другие размеры. По мере увеличения плотности дисков инициатива, известная как Advanced Format, увеличила размер блока до 4096 байт полезных данных, что привело к значительному сокращению объема дискового пространства, используемого для заголовков блоков, данных проверки ошибок и интервалов.

Процесс инициализации этих логических блоков на физических дисковых пластинах называется низкоуровневым форматированием , которое обычно выполняется на заводе и обычно не изменяется в полевых условиях. [113] Высокоуровневое форматирование записывает структуры данных, используемые операционной системой для организации файлов данных на диске. Это включает запись структур разделов и файловых систем в выбранные логические блоки. Например, часть дискового пространства будет использоваться для хранения каталога имен файлов на диске и списка логических блоков, связанных с определенным файлом.

Примерами схемы сопоставления разделов являются Master boot record (MBR) и GUID Partition Table (GPT). Примерами структур данных, хранящихся на диске для извлечения файлов, являются File Allocation Table (FAT) в файловой системе DOS и inodes во многих файловых системах UNIX , а также другие структуры данных операционной системы (также известные как метаданные ). Как следствие, не все пространство на жестком диске доступно для пользовательских файлов, но эти системные издержки обычно невелики по сравнению с пользовательскими данными.

Единицы

На заре вычислительной техники общая емкость жестких дисков указывалась семью-девятью десятичными цифрами, часто усекаемыми идиомой « миллионы» . [116] [33] К 1970-м годам общая емкость жестких дисков указывалась производителями с использованием десятичных префиксов СИ , таких как мегабайты (1 МБ = 1 000 000 байт), гигабайты (1 ГБ = 1 000 000 000 байт) и терабайты (1 ТБ = 1 000 000 000 000 байт). [114] [117] [118] [119] Однако емкости памяти обычно указываются с использованием двоичной интерпретации префиксов, т. е. с использованием степеней 1024 вместо 1000.

Программное обеспечение сообщает о емкости жесткого диска или памяти в разных формах, используя либо десятичные, либо двоичные префиксы. Семейство операционных систем Microsoft Windows использует двоичную систему счисления при сообщении о емкости хранилища, поэтому жесткий диск, предлагаемый его производителем как диск емкостью 1 ТБ, сообщается этими операционными системами как жесткий диск емкостью 931 ГБ. Mac OS X 10.6 (« Snow Leopard ») использует десятичную систему счисления при сообщении о емкости жесткого диска. [120] Поведение по умолчанию утилиты командной строки df в Linux — сообщать о емкости жесткого диска как о числе единиц по 1024 байта. [121]

Разница между интерпретацией десятичных и двоичных префиксов вызвала некоторую путаницу у потребителей и привела к коллективным искам против производителей жестких дисков . Истцы утверждали, что использование десятичных префиксов фактически вводило потребителей в заблуждение, в то время как ответчики отрицали какие-либо правонарушения или ответственность, утверждая, что их маркетинг и реклама во всех отношениях соответствовали закону и что ни один из членов группы не понес никаких убытков или травм. [122] [123] [124] В 2020 году суд Калифорнии постановил, что использование десятичных префиксов с десятичным значением не вводило в заблуждение. [125]

Форм-факторы

8-, 5,25-, 3,5-, 2,5-, 1,8- и 1-дюймовые жесткие диски вместе с линейкой для указания размера пластин и головок чтения-записи
Новый 2,5-дюймовый (63,5 мм) жесткий диск емкостью 6495 МБ по сравнению со старым 5,25-дюймовым полноразмерным жестким диском емкостью 110 МБ

Первый жесткий диск IBM, IBM 350 , использовал стопку из пятидесяти 24-дюймовых пластин, хранил 3,75 МБ данных (примерно размер одной современной цифровой фотографии) и был размером, сопоставимым с двумя большими холодильниками. В 1962 году IBM представила свою модель диска 1311, которая использовала шесть 14-дюймовых (номинальный размер) пластин в съемном пакете и была примерно размером со стиральную машину. Это стало стандартным размером пластины на многие годы, используемым также другими производителями. [126] IBM 2314 использовал пластины того же размера в пакете по одиннадцать штук и представил схему «диск в ящике», иногда называемую «печью для пиццы», хотя «ящик» не был полным приводом. В 1970-х годах жесткие диски предлагались в отдельных корпусах различных размеров, содержащих от одного до четырех жестких дисков.

Начиная с конца 1960-х годов, предлагались приводы, которые полностью помещались в шасси, устанавливаемое в 19-дюймовую стойку . RK05 и RL01 от Digital были ранними примерами, использующими одиночные 14-дюймовые пластины в съемных пакетах, весь привод помещался в стойке высотой 10,5 дюйма (шесть стоечных единиц). В середине-конце 1980-х годов Fujitsu Eagle аналогичного размера , который использовал (по совпадению) 10,5-дюймовые пластины, был популярным продуктом.

С ростом продаж микрокомпьютеров со встроенными дисководами для гибких дисков (FDD) стали востребованы жесткие диски, которые подходили бы для креплений FDD. Начиная с Shugart Associates SA1000 , форм-факторы жестких дисков изначально следовали за 8-дюймовыми, 5¼-дюймовыми и 3½-дюймовыми дисководами. Хотя они и упоминаются по этим номинальным размерам, фактические размеры этих трех дисков соответственно составляют 9,5", 5,75" и 4" в ширину. Поскольку не было меньших дисководов для гибких дисков, меньшие форм-факторы жестких дисков, такие как 2½-дюймовые диски (фактически шириной 2,75"), были разработаны на основе предложений продуктов или отраслевых стандартов.

По состоянию на 2019 год наиболее популярными являются жесткие диски размером 2½ и 3½ дюйма. К 2009 году все производители прекратили разработку новых продуктов для форм-факторов 1,3, 1 и 0,85 дюйма из-за падения цен на флэш-память , [127] [128] в которой нет движущихся частей. В то время как номинальные размеры указаны в дюймах, фактические размеры указаны в миллиметрах.

Эксплуатационные характеристики

Факторы, ограничивающие время доступа к данным на жестком диске, в основном связаны с механической природой вращающихся дисков и движущихся головок, в том числе:

Задержка также может возникнуть, если приводные диски остановлены для экономии энергии.

Дефрагментация — это процедура, используемая для минимизации задержки при извлечении данных путем перемещения связанных элементов в физически близкие области на диске. [129] Некоторые компьютерные операционные системы выполняют дефрагментацию автоматически. Хотя автоматическая дефрагментация предназначена для сокращения задержек доступа, производительность будет временно снижена во время выполнения процедуры. [130]

Время доступа к данным можно улучшить, увеличив скорость вращения (тем самым уменьшив задержку) или сократив время поиска. Увеличение плотности записи увеличивает пропускную способность за счет увеличения скорости передачи данных и увеличения объема данных под набором головок, тем самым потенциально снижая активность поиска для заданного объема данных. Время доступа к данным не поспевает за ростом пропускной способности, которая сама по себе не поспевает за ростом плотности битов и емкости хранилища.

Задержка

Скорость передачи данных

По состоянию на 2010 год типичный настольный HDD со скоростью вращения 7200 об/мин имеет постоянную скорость передачи данных «диск- буфер » до 1030  Мбит/с . [131] Эта скорость зависит от расположения дорожки; скорость выше для данных на внешних дорожках (где на оборот приходится больше секторов данных) и ниже к внутренним дорожкам (где на оборот приходится меньше секторов данных); и, как правило, несколько выше для дисков со скоростью вращения 10 000 об/мин. Текущий широко используемый стандарт для интерфейса «буфер-компьютер» — SATA со скоростью 3,0  Гбит/с , который может передавать около 300 мегабайт/с (10-битное кодирование) из буфера в компьютер, и, таким образом, все еще значительно опережает сегодняшние [ на момент? ] скорости передачи данных с диска в буфер. Скорость передачи данных (чтение/запись) можно измерить, записав большой файл на диск с помощью специальных инструментов-генераторов файлов, а затем прочитав файл обратно. Скорость передачи данных может зависеть от фрагментации файловой системы и расположения файлов. [129]

Скорость передачи данных HDD зависит от скорости вращения пластин и плотности записи данных. Поскольку тепло и вибрация ограничивают скорость вращения, повышение плотности становится основным методом улучшения скоростей последовательной передачи. Более высокие скорости требуют более мощного шпиндельного двигателя, который создает больше тепла. В то время как плотность записи увеличивается за счет увеличения как количества дорожек на диске, так и количества секторов на дорожку, [132] только последнее увеличивает скорость передачи данных для заданного числа оборотов в минуту. Поскольку производительность скорости передачи данных отслеживает только один из двух компонентов плотности записи, ее производительность улучшается с меньшей скоростью. [133]

Другие соображения

Другие соображения относительно производительности включают цену с поправкой на качество , энергопотребление, уровень шума, а также ударопрочность как в рабочем, так и в нерабочем состоянии.

Доступ и интерфейсы

Внутренний вид жесткого диска Seagate 1998 года , в котором использовался интерфейс Parallel ATA
2,5-дюймовый диск SATA поверх 3,5-дюймового диска SATA, на котором крупным планом показаны разъемы данных (7-контактный) и питания (15-контактный)

Современные жесткие диски подключаются к компьютеру через один из нескольких типов шин , включая параллельный ATA , последовательный ATA , SCSI , последовательный SCSI (SAS) и Fibre Channel . Некоторые диски, особенно внешние портативные диски, используют IEEE 1394 или USB . Все эти интерфейсы являются цифровыми; электроника на диске обрабатывает аналоговые сигналы от головок чтения/записи. Современные диски представляют собой согласованный интерфейс для остальной части компьютера, независимо от схемы кодирования данных, используемой внутри, и независимо от физического количества дисков и головок в диске.

Обычно DSP в электронике внутри привода берет необработанные аналоговые напряжения от считывающей головки и использует PRML и коррекцию ошибок Рида-Соломона [134] для декодирования данных, затем отправляет эти данные через стандартный интерфейс. Этот DSP также отслеживает частоту ошибок, обнаруженных с помощью обнаружения и исправления ошибок , и выполняет перераспределение плохих секторов , сбор данных для технологии самоконтроля, анализа и отчетности и другие внутренние задачи.

Современные интерфейсы подключают привод к интерфейсу хоста с помощью одного кабеля данных/управления. Каждый привод также имеет дополнительный кабель питания, обычно напрямую к блоку питания. Старые интерфейсы имели отдельные кабели для сигналов данных и для сигналов управления приводом.

Целостность и неудача

Крупный план головки жесткого диска, лежащей на пластине диска; ее зеркальное отражение видно на поверхности пластины. Если головка не находится на посадочной зоне, соприкосновение головок с пластинами во время работы может иметь катастрофические последствия.

Из-за чрезвычайно близкого расстояния между головками и поверхностью диска, HDD уязвимы к повреждению головкой  , которая является отказом диска , при котором головка царапает поверхность пластины, часто стирая тонкую магнитную пленку и вызывая потерю данных. Поломки головок могут быть вызваны электронным сбоем, внезапным отключением питания, физическим ударом, загрязнением внутреннего корпуса накопителя, износом, коррозией или некачественно изготовленными пластинами и головками.

Система шпинделя жесткого диска опирается на плотность воздуха внутри корпуса диска для поддержки головок на их надлежащей высоте полета во время вращения диска. Для правильной работы жестких дисков требуется определенный диапазон плотностей воздуха. Соединение с внешней средой и плотностью происходит через небольшое отверстие в корпусе (шириной около 0,5 мм), обычно с фильтром внутри ( фильтр-дыхатель ). [135] Если плотность воздуха слишком низкая, то подъемной силы для летящей головки недостаточно, поэтому головка оказывается слишком близко к диску, и возникает риск сбоев головки и потери данных. Для надежной работы на большой высоте, выше примерно 3000 м (9800 футов), необходимы специально изготовленные герметичные и герметичные диски. [136] Современные диски включают в себя датчики температуры и подстраивают свою работу под рабочую среду. Отверстия для вентиляционных отверстий можно увидеть на всех дисководах — рядом с ними обычно есть наклейка, предупреждающая пользователя не закрывать отверстия. Воздух внутри работающего привода также постоянно движется, приводясь в движение трением с вращающимися пластинами. Этот воздух проходит через внутренний рециркуляционный (или «рециркуляционный») фильтр для удаления любых остаточных загрязнений от производства, любых частиц или химикатов, которые могли каким-то образом попасть в корпус, а также любых частиц или газовыделений, образующихся внутри при нормальной работе. Очень высокая влажность, присутствующая в течение длительного времени, может привести к коррозии головок и пластин. Исключением являются герметично закрытые, заполненные гелием жесткие диски, которые в значительной степени устраняют проблемы с окружающей средой, которые могут возникнуть из-за изменений влажности или атмосферного давления. Такие жесткие диски были представлены HGST в их первой успешной реализации в больших объемах в 2013 году.

В частности, для гигантских магниторезистивных (GMR) головок незначительное повреждение головки из-за загрязнения (не удаляющего магнитную поверхность диска) все равно приводит к временному перегреву головки из-за трения о поверхность диска и может сделать данные нечитаемыми на короткий период времени, пока температура головки не стабилизируется (так называемая «тепловая неровность», проблема, которую можно частично решить с помощью надлежащей электронной фильтрации сигнала считывания).

Когда логическая плата жесткого диска выходит из строя, привод часто можно восстановить до рабочего состояния, а данные восстановить, заменив плату на плату идентичного жесткого диска. В случае сбоев головки чтения-записи их можно заменить с помощью специализированных инструментов в среде, свободной от пыли. Если пластины диска не повреждены, их можно перенести в идентичный корпус, а данные можно скопировать или клонировать на новый диск. В случае сбоев пластин диска может потребоваться разборка и создание образа пластин диска. [137] Для логического повреждения файловых систем можно использовать различные инструменты, включая fsck в UNIX-подобных системах и CHKDSK в Windows , для восстановления данных . Восстановление после логического повреждения может потребовать вырезания файла .

Обычно ожидается, что жесткие диски, разработанные и продаваемые для использования на серверах, будут выходить из строя реже, чем потребительские диски, обычно используемые в настольных компьютерах. Однако два независимых исследования, проведенные Университетом Карнеги-Меллона [138] и Google [139], показали, что «класс» диска не связан с частотой его отказов.

В обзоре исследований 2011 года по моделям отказов твердотельных накопителей и магнитных дисков, проведенном Tom's Hardware, результаты исследования суммированы следующим образом: [140]

По состоянию на 2019 год Backblaze, поставщик систем хранения данных, сообщил о годовой частоте отказов в два процента в год для фермы хранения с 110 000 готовых жестких дисков, при этом надежность сильно различается в зависимости от модели и производителя. [144] Впоследствии Backblaze сообщил, что частота отказов для жестких дисков и твердотельных накопителей одинакового возраста была схожей. [7]

Чтобы минимизировать затраты и преодолеть отказы отдельных жестких дисков, поставщики систем хранения данных полагаются на избыточные массивы жестких дисков. Жесткие диски, которые выходят из строя, заменяются на постоянной основе. [144] [90]

Сегменты рынка

Потребительский сегмент

Два высокопроизводительных потребительских жестких диска SATA 2,5 дюйма со скоростью вращения 10 000 об/мин, смонтированных на заводе в 3,5-дюймовых адаптерных рамах
Настольные жесткие диски
Настольные жесткие диски обычно имеют от двух до пяти внутренних пластин, вращаются со скоростью от 5400 до 10 000 об/мин и имеют скорость передачи данных 0,5 Гбит/с или выше (1 ГБ = 10 9 байт; 1 Гбит/с = 10 9 бит/с). Более ранние (1980–1990-е годы) диски, как правило, имели более медленную скорость вращения. По состоянию на май 2019 года самые емкие настольные жесткие диски хранили 16  ТБ , [145] [146] с планами выпустить диски на 18 ТБ позднее в 2019 году. [147] Жесткие диски на 18 ТБ были выпущены в 2020 году [ необходима ссылка ] . По состоянию на 2016 год типичная скорость жесткого диска в среднем настольном компьютере составляет 7200 об/мин, тогда как недорогие настольные компьютеры могут использовать диски со скоростью 5900 об/мин или 5400 об/мин. Некоторое время в 2000-х и начале 2010-х годов некоторые пользователи настольных компьютеров и центры обработки данных также использовали диски со скоростью 10 000 об/мин, такие как Western Digital Raptor, но такие диски стали гораздо более редкими с 2016 года и сейчас не используются повсеместно, будучи замененными SSD на основе флэш-памяти NAND.
Мобильные (ноутбучные) жесткие диски
Меньшие, чем их настольные и корпоративные аналоги, они, как правило, медленнее и имеют меньшую емкость, поскольку обычно имеют одну внутреннюю пластину и имеют физический размер 2,5" или 1,8" вместо более распространенного для настольных компьютеров форм-фактора 3,5". Мобильные жесткие диски вращаются со скоростью 4200 об./мин, 5200 об./мин, 5400 об./мин или 7200 об./мин, причем 5400 об./мин являются наиболее распространенными; диски со скоростью 7200 об./мин, как правило, дороже и имеют меньшую емкость, в то время как модели со скоростью 4200 об./мин обычно имеют очень большую емкость хранения. Из-за меньших пластин мобильные жесткие диски, как правило, имеют меньшую емкость, чем их настольные аналоги.
Жесткие диски для бытовой электроники

Эти приводы обычно вращаются со скоростью 5400 об/мин и включают в себя:

Внешние и портативные жесткие диски
Два внешних жестких диска USB размером 2,5 дюйма
Современные внешние жесткие диски обычно подключаются через USB-C ; более ранние модели используют USB-B (иногда с использованием пары портов для лучшей пропускной способности) или (редко) подключение eSATA . Варианты, использующие интерфейс USB 2.0, обычно имеют более медленную скорость передачи данных по сравнению с внутренними жесткими дисками, подключенными через SATA. Функциональность накопителя Plug and Play обеспечивает совместимость с системой и отличается большими возможностями хранения и портативной конструкцией. По состоянию на март 2015 года доступная емкость внешних жестких дисков составляла от 500 ГБ до 10 ТБ. [149] Внешние жесткие диски обычно доступны в виде собранных интегрированных продуктов, но также могут быть собраны путем объединения внешнего корпуса (с USB или другим интерфейсом) с отдельно приобретенным диском. Они доступны в размерах 2,5 и 3,5 дюйма; 2,5-дюймовые варианты обычно называются портативными внешними дисками , в то время как 3,5-дюймовые варианты называются настольными внешними дисками . «Портативные» накопители упакованы в более мелкие и легкие корпуса, чем «настольные» накопители; кроме того, «портативные» накопители используют питание, предоставляемое USB-подключением, в то время как «настольные» накопители требуют внешних блоков питания . Такие функции, как шифрование , подключение по Wi-Fi , [150] биометрическая безопасность или несколько интерфейсов (например, FireWire ), доступны по более высокой цене. [151] Существуют предварительно собранные внешние жесткие диски, которые, будучи извлеченными из своих корпусов, не могут использоваться внутри ноутбука или настольного компьютера из-за встроенного интерфейса USB на их печатных платах и ​​отсутствия интерфейсов SATA (или Parallel ATA ). [152] [153]

Предприятие и бизнес-сегмент

Жесткие диски для серверов и рабочих станций
Корпус жесткого диска с возможностью горячей замены
Обычно используется с многопользовательскими компьютерами, на которых запущено корпоративное программное обеспечение . Примерами являются: базы данных обработки транзакций, инфраструктура интернета (электронная почта, веб-сервер, электронная коммерция), программное обеспечение для научных вычислений и программное обеспечение для управления хранилищами nearline. Корпоративные диски обычно работают непрерывно («24/7») в сложных условиях, обеспечивая максимально возможную производительность без ущерба для надежности. Максимальная емкость не является основной целью, и в результате диски часто предлагаются с емкостью, которая относительно низкая по отношению к их стоимости. [154]
Самые быстрые корпоративные жесткие диски вращаются со скоростью 10 000 или 15 000 об/мин и могут достигать скорости последовательной передачи данных свыше 1,6 Гбит/с [155] и постоянной скорости передачи данных до 1 Гбит/с. [155] Диски, работающие со скоростью 10 000 или 15 000 об/мин, используют меньшие пластины для снижения повышенных требований к питанию (поскольку у них меньшее сопротивление воздуха ) и, следовательно, обычно имеют меньшую емкость, чем настольные диски с самой высокой емкостью. Корпоративные жесткие диски обычно подключаются через Serial Attached SCSI (SAS) или Fibre Channel (FC). Некоторые поддерживают несколько портов, поэтому их можно подключать к резервному адаптеру хост-шины .
Корпоративные жесткие диски могут иметь размеры секторов больше 512 байт (часто 520, 524, 528 или 536 байт). Дополнительное пространство на сектор может использоваться контроллерами RAID оборудования или приложениями для хранения данных Data Integrity Field (DIF) или Data Integrity Extensions (DIX), что приводит к повышению надежности и предотвращению скрытого повреждения данных . [156]
Жесткие диски для систем видеонаблюдения;
Видеозаписывающие жесткие диски, используемые в сетевых видеорегистраторах. [148]

Экономика

Эволюция цен

Цена жесткого диска за байт снижалась со скоростью 40% в год в 1988–1996 годах, 51% в год в 1996–2003 годах и 34% в год в 2003–2010 годах. [157] [76] Снижение цены замедлилось до 13% в год в 2011–2014 годах, поскольку рост плотности размещения замедлился, а наводнения в Таиланде в 2011 году повредили производственные мощности [81] , и удерживалось на уровне 11% в год в 2010–2017 годах. [158]

Совет Федеральной резервной системы опубликовал индекс цен с поправкой на качество для крупномасштабных корпоративных систем хранения данных, включающих три или более корпоративных жестких диска и соответствующие контроллеры, стойки и кабели. Цены на эти крупномасштабные системы хранения данных снижались со скоростью 30% в год в течение 2004–2009 и 22% в год в течение 2009–2014. [76]

Производители и продажи

Схема консолидации производителей HDD

Более 200 компаний производили жесткие диски в разное время, но консолидации привели к тому, что сегодня производство сконцентрировано всего на трех производителях: Western Digital , Seagate и Toshiba . Производство в основном сосредоточено в Тихоокеанском регионе.

Поставки жестких дисков достигли пика в 651 миллион единиц в 2010 году и с тех пор снижаются до 166 миллионов единиц в 2022 году. [159] Seagate с 43% единиц имела самую большую долю рынка. [160]

Конкуренция со стороны SSD

Жесткие диски вытесняются твердотельными накопителями (SSD) на рынках, где более высокая скорость (до 7 гигабайт в секунду для накопителей M.2 (NGFF) NVMe [161] и 2,5 гигабайт в секунду для накопителей карт расширения PCIe ) [162] , прочность и более низкое энергопотребление SSD важнее цены, поскольку стоимость бита SSD в четыре-девять раз выше, чем у HDD. [16] [15] По состоянию на 2016 год сообщается, что HDD имеют частоту отказов 2–9% в год, в то время как у SSD отказов меньше: 1–3% в год. [163] Однако у SSD больше неисправимых ошибок данных, чем у HDD. [163]

Твердотельные накопители предлагают большую емкость (до 100 ТБ) [38] , чем самые большие жесткие диски, и/или более высокую плотность хранения (твердотельные накопители емкостью 100 ТБ и 30 ТБ размещаются в корпусах для 2,5-дюймовых жестких дисков, но имеют ту же высоту, что и 3,5-дюймовые жесткие диски), [164] [165] [166] [167] [168], хотя их стоимость остается непомерно высокой.

Лабораторная демонстрация 1,33-терабайтного 3D NAND-чипа с 96 слоями (NAND, обычно используемого в твердотельных накопителях (SSD)) имела 5,5 Тбит/ дюйм2 по состоянию на 2019 год , [169] в то время как максимальная плотность записи для HDD составляет 1,5 Тбит/ дюйм2 . Плотность записи флэш-памяти удваивается каждые два года, аналогично закону Мура (40% в год) и быстрее, чем 10–20% в год для HDD. По состоянию на 2018 год максимальная емкость составляла 16 терабайт для HDD, [170] и 100 терабайт для SSD. [171] HDD использовались в 70% настольных компьютеров и ноутбуков, произведенных в 2016 году, а SSD использовались в 30%. Доля использования жестких дисков снижается и, согласно одному из прогнозов, может упасть ниже 50% в 2018–2019 годах, поскольку твердотельные накопители заменяют жесткие диски меньшей емкости (менее одного терабайта) в настольных компьютерах, ноутбуках и MP3-плеерах. [172]

Рынок чипов флэш-памяти на основе кремния (NAND), используемых в твердотельных накопителях и других приложениях, растет быстрее, чем для жестких дисков. Мировой доход от NAND вырос на 16% в год с 22 миллиардов долларов до 57 миллиардов долларов в период с 2011 по 2017 год, в то время как производство выросло на 45% в год с 19 эксабайт до 175 эксабайт. [173]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Другие неэквивалентные термины, используемые для описания различных жестких дисков, включают дисковод , файл диска , устройство хранения данных с прямым доступом (DASD), диск CKD и дисковод Winchester (после IBM 3340 ). Термин «DASD» включает устройства с носителями, отличными от дисков. Термин «жесткий диск» может относиться к устройствам со съемными носителями.
  2. ^ Это первоначальная дата подачи заявки, которая привела к патенту США 3,503,060, общепринятому как окончательный патент на жесткий диск. [17]
  3. ^ 32 000 000 000 000 ÷ 3 750 000
  4. ^ По размеру сопоставим с двумя большими холодильниками.
  5. ^ Форм-фактор 1,8 дюйма устарел; размеры менее 2,5 дюймов заменены флэш-памятью.
  6. ^ 68 × 12 × 12 × 12 ÷ 2,1
  7. ^ 910,000 ÷ 62
  8. ^ 600 ÷ 2,5
  9. ^ (97,500 ÷ 14,4] * 10^6.
  10. ^ 1,400,000,000,000 ÷ 2,000.
  11. ^ 2 500 000 ÷ 2 000.
  12. ^ 40 для пользовательских данных, один для форматных дорожек, 6 для альтернативных поверхностей и один для обслуживания.
  13. ^ Первоначально частицы гамма-оксида железа в эпоксидном связующем, записывающий слой в современных жестких дисках обычно представляет собой домены гранулированного сплава на основе кобальта, хрома и платины, физически изолированные оксидом для обеспечения перпендикулярной записи . [46]
  14. ^ Исторически в магнитной записи использовались различные коды с ограниченной длиной серии, включая, например, коды FM , MFM и GCR, которые больше не используются в современных жестких дисках.
  15. ^ ab Выражено с помощью десятичных множителей .
  16. ^ ab Выражено с помощью двоичных множителей .
  17. ^ Средняя задержка вращения в миллисекундах вычисляется следующим образом: 60 × 1000 ÷ 2 ÷ R, где R — скорость вращения, обороты в минуту.

Ссылки

  1. ^ Arpaci-Dusseau, Remzi H.; Arpaci-Dusseau, Andrea C. (2014). «Операционные системы: три простых части, глава: жесткие диски» (PDF) . Книги Arpaci-Dusseau. Архивировано (PDF) из оригинала 16 февраля 2015 г. . Получено 7 марта 2014 г. .
  2. ^ Паттерсон, Дэвид; Хеннесси, Джон (1971). Организация и проектирование компьютеров: интерфейс оборудования и программного обеспечения. Elsevier . стр. 23. ISBN 9780080502571.
  3. ^ Доминго, Джоэл. «SSD против HDD: в чем разница?». PC Magazine UK. Архивировано из оригинала 28 марта 2018 г. Получено 21 марта 2018 г.
  4. ^ Мустафа, Навид Ул; Армеях, Адрия; Озтурк, Озджан; Кристал, Адриан; Унсал, Осман С. (2016). «Последствия использования энергонезависимой памяти в качестве основного хранилища для систем управления базами данных». Международная конференция по встраиваемым компьютерным системам: архитектура, моделирование и имитация (SAMOS) 2016 г. IEEE . стр. 164–171. doi : 10.1109/SAMOS.2016.7818344. hdl :11693/37609. ISBN 978-1-5090-3076-7. S2CID  17794134.
  5. ^ abcde "Архивы IBM: IBM 350 disk storage unit". 23 января 2003 г. Архивировано из оригинала 31 мая 2008 г. Получено 19 октября 2012 г.
  6. ^ Шилов, Антон (18 ноября 2019 г.). «Спрос на HDD-накопители растет: в третьем квартале 2019 г. поставлено 240 ЭБ». AnandTech . Архивировано из оригинала 27 августа 2023 г.
  7. ^ ab Klein, Andy (30 сентября 2021 г.). «Действительно ли SSD более надежны, чем жесткие диски?». Backblaze . Получено 30 сентября 2021 г. После того, как мы учли возраст и дни работы накопителя, два типа накопителей стали похожи, и эта разница сама по себе была явно недостаточной, чтобы оправдать дополнительные расходы на покупку SSD вместо HDD.
  8. ^ "Проверка надежности твердотельных накопителей Intel" (PDF) . Intel. Июль 2011 г. Архивировано (PDF) из оригинала 19 октября 2016 г. Получено 10 февраля 2012 г.
  9. ^ Фуллертон, Эрик (март 2014 г.). "5th Non-Volatile Memories Workshop (NVMW 2014)" (PDF) . IEEE. Архивировано из оригинала (PDF) 28 сентября 2018 г. . Получено 21 февраля 2023 г. .
  10. Handy, James (31 июля 2012 г.). "For the Lack of a Fab..." Objective Analysis. Архивировано из оригинала 1 января 2013 г. Получено 25 ноября 2012 г.
  11. ^ ab Hutchinson, Lee. (25 июня 2012 г.) Как твердотельные накопители покорили мобильные устройства и современные ОС Архивировано 7 июля 2017 г. на Wayback Machine . Ars Technica. Получено 7 января 2013 г.
  12. ^ ab Santo Domingo, Joel (10 мая 2012 г.). "SSD vs HDD: What's the Difference?". PC Magazine . Архивировано из оригинала 19 марта 2017 г. Получено 24 ноября 2012 г.
  13. ^ Хаф, Джек (14 мая 2018 г.). «Почему Western Digital может вырасти на 45%, несмотря на снижение объемов продаж HDD». Barron's. Архивировано из оригинала 15 мая 2018 г. Получено 15 мая 2018 г.
  14. ^ Меллор, Крис (31 июля 2017 г.). "NAND, вот что... Индустрия флэш-чипов стоит вдвое больше, чем дисководов". The Register . Получено 21 ноября 2019 г.
  15. ^ ab McCallum, John C. (ноябрь 2019 г.). «Цена на дисковые накопители снижается со временем (1955-2019)». jcmit.com . Получено 25 ноября 2019 г. .
  16. ^ abc Mellor, Крис (28 августа 2019 г.). «Как скоро SSD заменят диски Nearline?». Blocks and Files . Получено 15 ноября 2019 г. .
  17. ^ Кин, Дэвид У., 1977, IBM Сан-Хосе: Четверть века инноваций . Сан-Хосе, Калифорния: International Business Machines Corporation. Регистрационный номер CHM: 102687875.
  18. ^ ab "Комментарий: Time Capsule, 1956 Hard Disk". Oracle Magazine. Июль 2014. Архивировано из оригинала 11 августа 2014 года . Получено 19 сентября 2014 года . Дисковод IBM 350 вмещал 3,75 МБ
  19. ^ ab "Exos Mozaic 3+". Сигейт США .
  20. ^ Прорывные жесткие диски Seagate емкостью более 30 ТБ стремительно набирают обороты, знаменуя переломный момент в индустрии хранения данных
  21. ^ ab "Toshiba Storage Solutions – MK3233GSG". Архивировано из оригинала 24 июля 2012 г. Получено 7 ноября 2009 г.
  22. Ballistic Research Laboratories «ТРЕТЬЕ ОБЗОР ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ЦИФРОВЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ», март 1961 г., раздел об IBM 305 RAMAC, архивировано 2 марта 2015 г. на Wayback Machine (стр. 314–331), указана цена покупки в размере 34 500 долл. США, что составляет 9200 долл. США/МБ.
  23. ^ Кляйн, Энди (29 ноября 2022 г.). «Стоимость жесткого диска за гигабайт». Backblaze . Получено 22 ноября 2023 г. .
  24. ^ "Разработка магнитной головки". Архивы IBM . Архивировано из оригинала 21 марта 2015 года . Получено 11 августа 2014 года .
  25. ^ "Ultrastar DC HC690 Data Sheet" (PDF) . Western Digital. Октябрь 2023 . Получено 22 ноября 2023 .
  26. ^ "Ultrastar DC HC500 Series HDD". Hgst.com . Архивировано из оригинала 29 августа 2018 г. . Получено 20 февраля 2019 г. .
  27. ^ "Архивы IBM: IBM 350 disk storage unit". IBM. 23 января 2003 г. Архивировано из оригинала 17 июня 2015 г. Получено 26 июля 2015 г.
  28. ^ "355 DISK STORAGE", IBM 650 RAMAC Manual of Operations (4-е изд.), 1 июня 1957 г., стр. 17, 22-6270-3, Для каждого файлового блока предусмотрены три механически независимых рычага доступа, и каждый рычаг может быть независимо направлен на любую дорожку в файле.
  29. ^ «Дисковая память» (PDF) , Справочное руководство IBM 7070 Data Processing System (2-е изд.), январь 1960 г., A22-7003-1, Каждое дисковое запоминающее устройство имеет три механически независимых рычага доступа, все из которых могут выполнять поиск одновременно.
  30. ^ "IBM RAMAC 1401 System" (PDF) , Справочное руководство IBM 1401 Data Processing System (6-е изд.), апрель 1962 г., стр. 63, A24-1403-5, Дисковый накопитель может иметь два рычага доступа. Один стандартный, а другой доступен как специальная функция.
  31. ^ "Архивы IBM: IBM 1301 disk storage unit". ibm.com . 23 января 2003 г. Архивировано из оригинала 19 декабря 2014 г. Получено 25 июня 2015 г.
  32. ^ "DiskPlatter-1301". computermuseum.li . Архивировано из оригинала 28 марта 2015 г.
  33. ^ ab IBM 1301, модели 1 и 2, дисковое хранилище и IBM 1302, модели 1 и 2, дисковое хранилище с системами обработки данных IBM 7090, 7094 и 7094 II (PDF) . IBM. A22-6785.
  34. ^ Microsoft Windows NT Workstation 4.0 Resource Guide 1995, Глава 17 – Основы дисков и файловых систем
  35. ^ Чаудхури, П. Пал (15 апреля 2008 г.). Организация и проектирование компьютеров (3-е изд.). PHI Learning Pvt. Ltd. стр. 568. ISBN 978-81-203-3511-0.
  36. ^ "Проект привода качающегося рычага для дискового файла" JS HEATH IBM J. RES. DEVELOP. Июль 1976 г.
  37. ^ US 3,849,800 Аппарат на магнитном диске. Cuzner, Dodman, Heath, & Rigbey
  38. ^ ab Alcorn, Paul (19 марта 2018 г.). «Нужен SSD на 100 ТБ? Nimbus Data Has You Covered With The ExaDrive DC100». Tomshardware.com . Получено 20 февраля 2019 г. .
  39. ^ Мотт, Натаниэль (7 ноября 2018 г.). «Seagate хочет начать поставки жестких дисков емкостью 100 ТБ к 2025 году». Tomshardware.com . Получено 20 февраля 2019 г. .
  40. ^ ab Mellor, Chris (23 сентября 2019 г.). «Как скоро SSD заменят диски Nearline?» . Получено 15 ноября 2019 г. . общий объем адресуемого рынка дисковых накопителей вырастет с 21,8 млрд долларов в 2019 г.
  41. ^ Канеллос, Майкл (17 января 2006 г.). «Flash goes the notebook». CNET . Архивировано из оригинала 19 мая 2018 г. Получено 15 мая 2018 г.
  42. ^ "Жизненный цикл отрасли - Энциклопедия - Деловые термины". Inc. Архивировано из оригинала 8 июля 2018 г. Получено 15 мая 2018 г.
  43. ^ "Farming hard disks: how Backblaze over the Thailand drive crisis". blaze.com . 2013. Архивировано из оригинала 25 июня 2014 г. Получено 23 мая 2014 г.
  44. ^ Меллор, Крис (17 июля 2018 г.). «Western Digital форматирует завод по производству жестких дисков, поскольку спрос снижается». The Register . Получено 21 июля 2021 г.
  45. ^ Hruska, Joel (20 июля 2018 г.). «Western Digital закроет завод по производству HDD, увеличит производство SSD». extremetech.com . Получено 21 июля 2021 г. .
  46. ^ Plumer, ML; van Ek, J.; Cain, WC (2012). «Новые парадигмы в магнитной записи». arXiv : 1201.5543 [physics.pop-ph].
  47. ^ "Hard Drives". escotal.com . Архивировано из оригинала 3 сентября 2011 г. Получено 16 июля 2011 г.
  48. ^ "Что такое "сбой головки" и как он может привести к безвозвратной потере данных на моем жестком диске?". data-master.com . Архивировано из оригинала 8 июля 2011 г. Получено 16 июля 2011 г.
  49. ^ "Hard Drive Help". hardrivehelp.com . Архивировано из оригинала 3 сентября 2011 г. . Получено 16 июля 2011 г. .
  50. ^ Sherlis, Juliya (2001). Elert, Glenn (ред.). "Толщина листа бумаги". The Physics Factbook . Архивировано из оригинала 8 июня 2017 г. Получено 9 июля 2011 г.
  51. ^ CMOS-MagView Архивировано 13 января 2012 г. на Wayback Machine — это прибор, который визуализирует структуры и напряженности магнитного поля.
  52. ^ Blount, Walker C. (ноябрь 2007 г.). "Почему мобильные жесткие диски на 7200 об/мин?" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 апреля 2012 г. . Получено 17 июля 2011 г. .
  53. ^ Kozierok, Charles (20 октября 2018 г.). "Скорость вращения шпинделя жесткого диска". The PC Guide. Архивировано из оригинала 26 мая 2019 г. Получено 26 мая 2019 г.
  54. ^ Хейс, Брайан. «Территория терабайта». American Scientist. стр. 212. Архивировано из оригинала 8 июля 2014 г. Получено 20 сентября 2014 г.
  55. ^ "Пресс-релизы 14 декабря 2004 г.". Toshiba. Архивировано из оригинала 14 апреля 2009 г. Получено 13 марта 2009 г.
  56. ^ "Seagate Momentus 2½" HDDs на веб-странице, январь 2008 г. Seagate.com . 24 октября 2008 г. Архивировано из оригинала 11 марта 2009 г. Получено 13 марта 2009 г.
  57. ^ "Жесткие диски Seagate Barracuda 3½" на веб-странице, январь 2008 г.". Seagate.com . Архивировано из оригинала 14 марта 2009 г. Получено 13 марта 2009 г.
  58. ^ "Western Digital Scorpio 2½" и Greenpower 3½" HDD на квартальной конференции, июль 2007 г.". Wdc.com . Архивировано из оригинала 16 марта 2009 г. Получено 13 марта 2009 г.
  59. ^ «Конструкция дамасской катушки для перпендикулярной магнитной записывающей головки».
  60. ^ D. Suess; et al. (2004). "Exchange spring record media for area density up to 10Tbit/in2". J. Magn. Mag. Mat .
  61. ^ Р. Виктора и др. (2005). «Композитные носители для перпендикулярной магнитной записи». IEEE Trans. Mag. Mat . 41 (2): 537–542. Bibcode :2005ITM....41..537V. doi :10.1109/TMAG.2004.838075. S2CID  29531529.
  62. ^ «Диски Toshiba получают 2-е поколение преимуществ благодаря управлению потоком». 14 июня 2021 г.
  63. ^ А. Аль-Мамун, Г. Го, К. Би, Жесткий диск: мехатроника и управление, 2006, Тейлор и Фрэнсис.
  64. ^ Kozierok, Charles (25 ноября 2018 г.). "Hard Drive Error Correcting Code (ECC)". The PC Guide. Архивировано из оригинала 26 мая 2019 г. Получено 26 мая 2019 г.
  65. ^ Стивенс, Кертис Э. (2011). «Расширенный формат в устаревших инфраструктурах: более прозрачный, чем разрушительный» (PDF) . idema.org . Архивировано из оригинала (PDF) 5 ноября 2013 г. . Получено 5 ноября 2013 г. .
  66. ^ ab "Технология итеративного обнаружения каналов чтения в жестких дисках", Hitachi
  67. ^ "2,5-дюймовый жесткий диск с высокой плотностью записи и высокой ударопрочностью. Архивировано 26 мая 2019 г. на Wayback Machine , Toshiba, 2011 г.
  68. ^ MjM Data Recovery Ltd. "MJM Data Recovery Ltd: Методы сопоставления плохих секторов жесткого диска". Datarecovery.mjm.co.uk . Архивировано из оригинала 1 февраля 2014 г. Получено 21 января 2014 г.
  69. ^ Kozierok, Charles (23 декабря 2018 г.). «Формат и структура сектора жесткого диска». The PC Guide. Архивировано из оригинала 26 мая 2019 г. . Получено 26 мая 2019 г. .
  70. ^ ab "Enterprise Performance 15K HDD: Data Sheet" (PDF) . Seagate. 2013. Архивировано (PDF) из оригинала 29 октября 2013 г. Получено 24 октября 2013 г.
  71. ^ ab "WD Xe: жесткие диски Datacenter" (PDF) . Western Digital. 2013. Архивировано (PDF) из оригинала 29 октября 2013 г. . Получено 24 октября 2013 г. .
  72. ^ ab "3.5" BarraCuda data sheet" (PDF) . Seagate. Июнь 2018 г. Архивировано (PDF) из оригинала 28 июля 2018 г. Получено 28 июля 2018 г.
  73. ^ ab "WD Red Desktop/Mobile Series Spec Sheet" (PDF) . Western Digital. Апрель 2018 г. Архивировано (PDF) из оригинала 28 июля 2018 г. . Получено 28 июля 2018 г. .
  74. ^ Дэвид С. Х. Розенталь (1 октября 2010 г.). «Сохранение битов: насколько сложно это может быть?». ACM Queue . Архивировано из оригинала 17 декабря 2013 г. Получено 2 января 2014 г.
  75. ^ Хейс, Брайан (27 марта 2016 г.). «Где мой петабайтный диск?». стр. диаграмма исторических данных предоставлена ​​Эдвардом Гроховски . Получено 1 декабря 2019 г.
  76. ^ abc Byrne, David (1 июля 2015 г.). «Цены на оборудование для хранения данных и состояние инноваций в области ИТ». Совет Федеральной резервной системы FEDS Notes. стр. Таблица 2. Архивировано из оригинала 8 июля 2015 г. Получено 5 июля 2015 г.
  77. ^ "Gallium Arsenide". PC Magazine . 25 марта 1997 г. Архивировано из оригинала 21 августа 2014 г. Получено 16 августа 2014 г. Гордон Мур: ... способность людей, работающих с магнитными дисками, продолжать увеличивать плотность ошеломляет — она развивается по меньшей мере так же быстро, как и сложность полупроводников.
  78. ^ Dubash, Manek (13 апреля 2005 г.). «Закон Мура мертв, говорит Гордон Мур». techworld.com . Архивировано из оригинала 6 июля 2014 г. . Получено 18 марта 2022 г. . Это не может продолжаться вечно. Природа экспонент такова, что вы выталкиваете их, и в конечном итоге происходит катастрофа.
  79. ^ МакКаллум, Джон С. (2017). «Цены на дисковые накопители (1955–2017)». Архивировано из оригинала 11 июля 2017 г. Получено 15 июля 2017 г.
  80. ^ Decad, Gary M.; Robert E. Fontana Jr. (6 июля 2017 г.). «Взгляд на тенденции и будущие прогнозы в области технологий компонентов облачного хранения». ibmsystemsmag.com . стр. Таблица 1. Архивировано из оригинала 29 июля 2017 г. . Получено 21 июля 2014 г. .
  81. ^ ab Mellor, Chris (10 ноября 2014 г.). «Закон Крайдера дал сбой: гонка за сверхдешёвым хранилищем окончена». theregister.co.uk . Великобритания: The Register. Архивировано из оригинала 12 ноября 2014 г. Получено 12 ноября 2014 г. Наводнения в Таиланде 2011 г. на некоторое время почти удвоили стоимость дисковой емкости/ГБ. Розенталь пишет: «Технические трудности перехода с PMR на HAMR привели к тому, что уже в 2010 г. скорость Крайдера значительно замедлилась и, как ожидается, не вернется к своей тенденции в ближайшем будущем. Наводнения это подтвердили».
  82. ^ ab Anderson, Dave (2013). "Возможности и проблемы HDD, сейчас в 2020 году" (PDF) . Seagate. Архивировано (PDF) из оригинала 25 мая 2014 г. . Получено 23 мая 2014 г. .«Среднегодовой темп роста PMR замедляется с исторических 40+% до ~8-12%» и «Среднегодовой темп роста HAMR = 20-40% в 2015–2020 гг.»
  83. ^ Plumer, Martin L.; et al. (март 2011 г.). «Новые парадигмы в магнитной записи». Physics in Canada . 67 (1): 25–29. arXiv : 1201.5543 . Bibcode : 2012arXiv1201.5543P.
  84. ^ "Seagate Delivers On Technology Milestone: First to Ship Hard Drives Using Next-Generation Shingled Magnetic Recording" (пресс-релиз). Нью-Йорк: Seagate Technology plc. 9 сентября 2013 г. Архивировано из оригинала 9 октября 2014 г. Получено 5 июля 2014 г. Технология Shingled Magnetic — первый шаг к достижению 20-терабайтного жесткого диска к 2020 г.
  85. Edge, Jake (26 марта 2014 г.). «Поддержка устройств магнитной записи с черепичной структурой». LWN.net . Архивировано из оригинала 2 февраля 2015 г. Получено 7 января 2015 г.
  86. ^ Corbet, Jonathan (23 апреля 2013 г.). "LSFMM: обновление технологии хранения". LWN.net . Архивировано из оригинала 7 января 2015 г. Получено 7 января 2015 г. Привод с «черепичной магнитной записью» (SMR) — это вращающийся привод, который упаковывает свои дорожки так близко, что одну дорожку невозможно перезаписать, не уничтожив также соседние дорожки. В результате перезапись данных требует перезаписи всего набора близко расположенных дорожек; это дорогостоящий компромисс, но преимущество — гораздо более высокая плотность хранения — считается стоящим затрат в некоторых ситуациях.
  87. ^ «Брошюра: Технология HelioSeal: за пределами воздуха. Гелий поднимает вас выше» (PDF) . Western Digital . 2020.
  88. ^ Шилов, Антон (18 декабря 2015 г.). "Жесткие диски с технологией HAMR появятся в 2018 году". Архивировано из оригинала 2 января 2016 г. Получено 2 января 2016 г. К сожалению, массовое производство настоящих жестких дисков с технологией HAMR уже несколько раз откладывалось, и теперь выясняется, что первые жесткие диски на основе HAMR должны появиться в 2018 году. ... Жесткие диски HAMR будут иметь новую архитектуру, потребуют новых носителей, полностью переработанные головки чтения/записи с лазером, а также специальный оптический преобразователь ближнего поля (NFT) и ряд других компонентов, которые сегодня не используются и не производятся массово.
  89. ^ Шилов, Антон (8 июня 2023 г.). «Seagate раскрывает дорожную карту HAMR HDD: сначала 32 ТБ, затем 40 ТБ» . Получено 3 октября 2024 г.
  90. ^ ab Rosenthal, David (16 мая 2018 г.). "Longer talk at MSST2018" . Получено 22 ноября 2019 г. .
  91. ^ Шилов, Антон (15 октября 2014 г.). "TDK: Технология HAMR может позволить использовать жесткие диски емкостью 15 ТБ уже в 2015 году" . Получено 15 ноября 2019 г.
  92. Оливер, Билл (18 ноября 2013 г.). «WD представляет технологию хранения HDD Future: жесткие диски емкостью 60 ТБ». Архивировано из оригинала 21 ноября 2013 г. Получено 15 ноября 2019 г. …Seagate рассчитывает начать продажу дисков HAMR в 2016 г.
  93. ^ Меллор, Крис (28 августа 2019 г.). «Как скоро SSD заменят диски Nearline?» . Получено 15 ноября 2019 г. Технический директор Seagate д-р Джон Моррис сообщил аналитикам, что Seagate изготовила 55 000 дисков HAMR и планирует подготовить диски для предоставления клиентам образцов к концу 2020 г.
  94. ^ «Изменят ли накопители Toshiba с битовой структурой рынок жестких дисков?». PC Magazine . 19 августа 2010 г. Архивировано из оригинала 22 августа 2010 г. Получено 21 августа 2010 г.
  95. ^ Розенталь, Дэвид (16 мая 2018 г.). "Более длинный разговор на MSST2018" . Получено 22 ноября 2019 г. Последняя дорожная карта Seagate отодвигает поставки HAMR на 2020 год, поэтому теперь они идут быстрее, чем в режиме реального времени. Western Digital отказалась от HAMR и обещает, что Microwave Assisted Magnetic Recording (MAMR) появится только через год. BPM вычеркнул из дорожных карт обеих компаний.
  96. ^ Маллари, Майк и др. (июль 2014 г.). «Проблемы головки и носителя для 3 Тб/дюйм 2 микроволновой магнитной записи». IEEE Transactions on Magnetics . 50 (7): 1–8. doi :10.1109/TMAG.2014.2305693. ISSN  0018-9464. S2CID  22858444.
  97. ^ Li, Shaojing; Livshitz, Борис; Bertram, H. Neal; Schabes, Манфред; Schrefl, Томас; Fullerton, Эрик Э.; Lomakin, Виталий (2009). "Microwave assisted magnization reversal in composite media" (PDF) . Applied Physics Letters . 94 (20): 202509. Bibcode :2009ApPhL..94t2509L. doi :10.1063/1.3133354. Архивировано (PDF) из оригинала 24 мая 2019 г. . Получено 24 мая 2019 г. .
  98. ^ Шилов, Антон (18 сентября 2019 г.). «Western Digital представляет жесткий диск DC HC550 'EAMR' емкостью 18 ТБ». AnandTech . Получено 11 октября 2021 г. .
  99. ^ Меллор, Крис (3 сентября 2019 г.). «Western Digital дебютирует с дисками MAMR емкостью 18 ТБ и 20 ТБ». Blocks & Files . Получено 23 ноября 2019 г.технология магнитной записи с использованием микроволнового излучения (MAMR)… поставки образцов запланированы на конец года.
  100. ^ Raevenlord (8 июля 2020 г.). «Western Digital наконец-то выпустила накопители Ultrastar DC HC550 емкостью 18 ТБ с EAMR для предприятий». TechPowerUp . Получено 11 октября 2021 г. .
  101. ^ Wood, Roger (19 октября 2010 г.). "Черепичная магнитная запись и двумерная магнитная запись" (PDF) . IEEE . Hitachi GST. Архивировано (PDF) из оригинала 10 августа 2014 г. . Получено 4 августа 2014 г. .
  102. ^ Кофлин, Томас; Гроховски, Эдвард (19 июня 2012 г.). «Годы судьбы: капитальные затраты на HDD и развитие технологий в 2012–2016 гг.» (PDF) . IEEE Santa Clara Valley Magnetics Society. Архивировано (PDF) из оригинала 2 марта 2013 г. . Получено 9 октября 2012 г. .
  103. ^ Бай, Чжаоцян; Цай, Юнцин; Шэнь, Лэй; Хань, Гучан; Фэн, Юаньпин (2013). «Полностью гейслеровские гигантские магниторезистивные переходы с согласованными энергетическими зонами и поверхностями Ферми». arXiv : 1301.6106 [cond-mat.mes-hall].
  104. ^ "Perpendicular Magnetic Recording Explained - Animation". Архивировано из оригинала 6 октября 2018 г. Получено 27 июля 2014 г.
  105. ^ «State of the Union: Seagate's HAMR Hard Drives, Dual-Actuator Mach2, and 24 TB HDD on Track». Anandtech.com . Архивировано из оригинала 20 февраля 2019 г. . Получено 20 февраля 2019 г. .
  106. ^ "Promising New Hard Disk Technology" . Получено 1 декабря 2019 г. .
  107. ^ «Прорыв в области 3D-магнитного хранения данных позволяет создавать жесткие диски емкостью более 100 ТБ | Extremetech».
  108. ^ Информационные технологии – Serial Attached SCSI – 2 (SAS-2), INCITS 457, проект 2, 8 мая 2009 г., глава 4.1 Обзор модели типа блочного устройства с прямым доступом . LBA на логическом устройстве должны начинаться с нуля и должны быть непрерывными до последнего логического блока на логическом устройстве.
  109. ^ ISO/IEC 791D:1994, Интерфейс подключения AT для дисковых накопителей (ATA-1), раздел 7.1.2
  110. ^ "LBA Count for Disk Drives Standard (Document LBA1-03)" (PDF) . IDEMA . 15 июня 2009 г. Архивировано из оригинала 22 февраля 2016 г. Получено 14 февраля 2016 г.
  111. ^ "Как измерить эффективность хранения – Часть II – Налоги". Blogs.netapp.com. 14 августа 2009 г. Архивировано из оригинала 20 июля 2011 г. Получено 26 апреля 2012 г.
  112. ^ Гупта, Маянк Р.; Хешеле, Майкл Д.; Роджерс, Маркус К. (2006). «Скрытые области диска: HPA и DCO» (PDF) . Международный журнал цифровых доказательств . 5 (1).
  113. ^ "Низкоуровневое форматирование". Архивировано из оригинала 4 июня 2017 г. Получено 28 июня 2010 г.
  114. ^ ab "Storage Solutions Guide" (PDF) . Seagate. Октябрь 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 20 июня 2013 г. Получено 8 июня 2013 г.
  115. ^ "MKxx33GSG MK1235GSL r1" (PDF) . Toshiba. Архивировано из оригинала (PDF) 22 ноября 2009 г. . Получено 7 января 2013 г. .
  116. ^ "650 RAMAC announcement". 23 января 2003 г. Архивировано из оригинала 5 июня 2011 г. Получено 23 мая 2011 г.
  117. ^ Малвани, Р. Б., «Проектирование дискового хранилища с модулями данных». IBM JRD, ноябрь 1974 г.
  118. ^ Введение в устройства хранения данных IBM Direct Access, М. Бол, публикация IBM SR20-4738. 1981.
  119. Карточка линейки продуктов CDC. Архивировано 5 июня 2011 г. на Wayback Machine , октябрь 1974 г.
  120. ^ Команда поддержки Apple. «Как OS X и iOS сообщают о емкости хранилища». Apple, Inc. Архивировано из оригинала 2 апреля 2015 г. Получено 15 марта 2015 г.
  121. ^ "df(1) – Linux man page". linux.die.net . Архивировано из оригинала 18 июля 2015 г. . Получено 18 июля 2015 г. .
  122. ^ "Western Digital урегулировала судебный процесс по поводу емкости жесткого диска, Associated Press, 28 июня 2006 г.". Fox News. 22 марта 2001 г. Архивировано из оригинала 24 мая 2019 г. Получено 24 мая 2019 г.
  123. Cogar, Phil (26 октября 2007 г.). «Иск Seagate завершен, объявлено о соглашении». Bit-tech.net. Архивировано из оригинала 20 марта 2012 г. Получено 26 апреля 2012 г.
  124. ^ "Western Digital – Уведомление о соглашении по коллективному иску по электронной почте". Xtremesystems.org . Получено 26 апреля 2012 г. .
  125. ^ «Приказ об удовлетворении ходатайства об отклонении измененной жалобы без разрешения на внесение изменений, 22 января 2020 г.» (PDF) .
  126. ^ Эмерсон В. Пью, Лайл Р. Джонсон, Джон Х. Палмер Системы IBM 360 и ранние 370. MIT Press, 1991 ISBN 0-262-16123-0 , стр. 266. 
  127. ^ Падение цен на флэш-память потрясает рынок жестких дисков, EETimes Asia, 1 августа 2007 г. Архивировано 1 февраля 2008 г. на Wayback Machine
  128. ^ В 2008 году Samsung Архивировано 16 июня 2011 года на Wayback Machine представила 1,3-дюймовый жесткий диск SpinPoint A1, но к марту 2009 года семейство было отнесено к продуктам, снятым с производства, и новые 1,3-дюймовые модели этого размера были недоступны. Архивировано 11 февраля 2009 года на Wayback Machine
  129. ^ ab Kearns, Dave (18 апреля 2001 г.). "Как дефрагментировать". ITWorld . Архивировано из оригинала 20 февраля 2010 г. . Получено 26 ноября 2010 г. .
  130. ^ Бройда, Рик (10 апреля 2009 г.). «Отключение дефрагментации диска может решить проблему медленного ПК». PCWorld . Архивировано из оригинала 8 ноября 2010 г. Получено 26 ноября 2010 г.
  131. ^ "Speed ​​Considerations". Seagate. Архивировано из оригинала 10 февраля 2011 г. Получено 22 января 2011 г.
  132. ^ "ГЛОССАРИЙ ТЕРМИНОВ, СВЯЗАННЫХ С ДИСКОМ И КОМПЬЮТЕРОМ". Seagate . Получено 4 августа 2018 г. .
  133. ^ Альбрехт, Томас Р.; Арора, Хитеш; Аянур-Витиккате, Випин; Божур, Жан-Марк; Бедо, Дэниел; Берман, Дэвид; Богданов Алексей Л.; Шапюи, Ив-Андре; Кашен, Джулия; Добиш, Элизабет Э.; Доерк, Грегори; Хэ Гао; Гробис, Майкл; Герни, Брюс; Хэнсон, Уэлдон; Хельвиг, Олав; Хирано, Тошики; Жюбер, Пьер-Оливье; Керчер, Дэн; Лилль, Джеффри; Цзувей Лю; Мате, К. Мэтью; Обухов Юрий; Патель, Канайялал К.; Рубин, Курт; Руис, Рикардо; Шабес, Манфред; Лэй Ван; Веллер, Дитер; и др. (2015). «Битовая магнитная запись: теория, изготовление носителей и производительность записи». Труды IEEE по магнитным материалам . 51 (5). HGST, компания Western Digital: 1–42. arXiv : 1503.06664 . Bibcode : 2015ITM....5197880A. doi : 10.1109/TMAG.2015.2397880. S2CID  33974771.
  134. ^ "Коды Рида-Соломона – Введение". Архивировано из оригинала 8 июля 2011 г.
  135. ^ Mueler, Scott (24 февраля 2019 г.). «Micro House PC Hardware Library Volume I: Hard Drives» (Библиотека оборудования для ПК Micro House, том I: жесткие диски). Macmillan Computer Publishing. Архивировано из оригинала 24 мая 2019 г. Получено 24 мая 2019 г.
  136. ^ Касета, Роберт Г. "Защищенные дисковые накопители для коммерческих бортовых компьютерных систем" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 мая 2012 г.
  137. ^ Grabianowski, Ed (29 мая 2009 г.). «Как восстановить потерянные данные с жесткого диска». HowStuffWorks. стр. 5–6. Архивировано из оригинала 5 ноября 2012 г. Получено 24 октября 2012 г.
  138. ^ «Все, что вы знаете о дисках, неверно». Storagemojo.com . 22 февраля 2007 г. Архивировано из оригинала 24 мая 2019 г. Получено 24 мая 2019 г.
  139. ^ Пинейро, Эдуардо; Вольф-Дитрих Вебер; Луис Андре Баррозу (февраль 2007 г.). «Тенденции отказов в большом количестве дисковых накопителей» (PDF) . Google Inc. Архивировано (PDF) из оригинала 5 января 2010 г. . Получено 26 декабря 2011 г. .
  140. ^ Расследование: Ваш SSD надежнее жесткого диска? – Обзор надежности SSD в долгосрочной перспективе от Tom's Hardware , 2011 г., «заключительные слова»
  141. ^ Энтони, Себастьян. «Использование SMART для точного прогнозирования того, когда жесткий диск вот-вот умрет». ExtremeTech. Архивировано из оригинала 31 августа 2015 г. Получено 25 августа 2015 г.
  142. ^ «Потребительские жесткие диски так же надежны, как и корпоративное оборудование». Alphr. 4 декабря 2013 г. Архивировано из оригинала 11 сентября 2015 г. Получено 25 августа 2015 г.
  143. Бич, Брайан (4 декабря 2013 г.). «Enterprise Drives: Fact or Fiction?». Backblaze. Архивировано из оригинала 18 августа 2015 г. Получено 25 августа 2015 г.
  144. ^ ab "Данные и статистика жесткого диска". Backblaze . Получено 24 ноября 2019 г.
  145. ^ Доннелл, Дейрдре О. (4 июня 2019 г.). «Seagate представляет первые в мире жесткие диски Exos HDD и накопители IronWolf NAS емкостью 16 ТБ». Notebookcheck .
  146. ^ "BarraCuda и BarraCuda Pro для внутренней жесткой очистки | Seagate Nederland" . Архивировано из оригинала 6 мая 2019 года . Проверено 9 ноября 2019 г.
  147. ^ "16 ТБ MAMR Жесткие диски в 2019 году: Western Digital". Архивировано из оригинала 24 мая 2019 г. Получено 24 мая 2019 г.
  148. ^ ab "Как выбрать лучший жесткий диск для DVR и NVR". 29 августа 2019 г. Получено 28 августа 2023 г.
  149. ^ "Обзор внешнего жесткого диска Seagate Backup Plus (8 ТБ)". storagereview.com . 22 марта 2015 г. Архивировано из оригинала 25 июля 2015 г. Получено 20 июля 2015 г.
  150. ^ Смит, Лайл (3 сентября 2014 г.). «Обзор беспроводного накопителя WD My Passport». storagereview.com . Получено 21 июля 2021 г. .
  151. ^ «Резервное копирование важных данных на внешний жесткий диск | Биометрический сейф | Информация и обзоры продуктов о биометрических устройствах безопасности –». Biometricsecurityproducts.org. 26 июля 2011 г. Архивировано из оригинала 25 мая 2012 г. Получено 26 апреля 2012 г.
  152. ^ "Western Digital My Passport, 2 ТБ". hwigroup.net . Архивировано из оригинала 5 октября 2013 г. . Получено 11 января 2014 г. Пример предварительно собранного внешнего жесткого диска без корпуса, который нельзя использовать внутри ноутбука или настольного компьютера из-за встроенного интерфейса на его печатной плате
  153. ^ Hsiung, Sebean (5 мая 2010 г.). «Как обойти контроллер USB и использовать как диск SATA». datarecoverytools.co.uk . Архивировано из оригинала 15 сентября 2014 г. . Получено 11 января 2014 г. .
  154. ^ "Enterprise-class versus Desktop class Hard Drives" (PDF) . Intel. Архивировано (PDF) из оригинала 3 августа 2016 г. . Получено 25 сентября 2013 г. .
  155. ^ ab "Seagate Cheetah 15K.5 Data Sheet" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 28 декабря 2013 г. . Получено 19 декабря 2013 г. .
  156. ^ Petersen, Martin K. (30 августа 2008 г.). "Linux Data Integrity" (PDF) . Oracle Corporation . Архивировано из оригинала (PDF) 9 января 2015 г. . Получено 23 января 2015 г. . Большинство дисковых накопителей используют сектора размером 512 байт. [...] Диски Enterprise (Parallel SCSI/SAS/FC) поддерживают секторы «fat» размером 520/528 байт.
  157. ^ МакКаллум, Джон С. (16 мая 2015 г.). «Цены на дисководы (1955–2015)». jcmit.com . Архивировано из оригинала 14 июля 2015 г. . Получено 25 июля 2015 г. .
  158. ^ "Стоимость жесткого диска за гигабайт". Backblaze. 11 июля 2017 г. Архивировано из оригинала 26 мая 2019 г. Получено 26 мая 2019 г.
  159. ^ "Поставки жестких дисков (HDD) по всему миру с 1976 по 2022 год". Statista . Получено 28 июля 2023 г.
  160. ^ Олсоп, Томас (17 февраля 2023 г.). «Доля поставок на мировом рынке поставщиков жестких дисков (HDD) в 2022 г.». Statista . Получено 28 июля 2023 г.
  161. ^ "Force Series Gen.4 PCIe MP600 2TB NVMe M.2 SSD". www.corsair.com . Получено 6 марта 2020 г. .
  162. ^ "Обзор серии Intel Optane SSD 900P". StorageReview.com . 16 марта 2018 г. Архивировано из оригинала 31 декабря 2018 г. Получено 20 февраля 2019 г.
  163. ^ ab Schroeder, Bianca ; Lagisetty, Raghav; Merchant, Arif (22 февраля 2016 г.). «Надежность флэш-памяти в производстве: ожидаемое и неожиданное» (PDF) . Получено 25 ноября 2019 г. .
  164. ^ «Вы не сможете позволить себе рекордный SSD-накопитель Samsung емкостью 30 ТБ». Bgr.com . 20 февраля 2018 г. Архивировано из оригинала 10 апреля 2019 г. Получено 20 февраля 2019 г.
  165. ^ Circuit Breaker (20 февраля 2018 г.). "Samsung представляет самый большой в мире SSD с колоссальным объемом памяти 30 ТБ". The Verge . Архивировано из оригинала 27 января 2019 г. Получено 20 февраля 2019 г.
  166. ^ "Преимущества". Nimbus Data . 22 июля 2016 г. Архивировано из оригинала 31 декабря 2018 г. Получено 20 февраля 2019 г.
  167. ^ "Масштабируемые SSD". Nimbus Data . 22 июля 2016 г. Архивировано из оригинала 31 декабря 2018 г. Получено 20 февраля 2019 г.
  168. ^ «Огромный SSD-накопитель Samsung емкостью 15 ТБ может стать вашим — примерно за 10 тыс. долларов». Computerworld . 27 июля 2016 г. Архивировано из оригинала 31 декабря 2018 г. Получено 20 февраля 2019 г.
  169. ^ МакГрат, Дилан (20 февраля 2019 г.). "Toshiba заявляет о самой высокой емкости NAND" . Получено 24 ноября 2019 г.
  170. ^ Бедфорд, Том (4 декабря 2018 г.). «Seagate представляет самый большой в мире и самый нелепый жесткий диск на 16 ТБ». Alphr . Архивировано из оригинала 24 декабря 2018 г. Получено 24 декабря 2018 г.
  171. ^ Шилов, Антон (19 марта 2018 г.). «Безлимитный 5-летний срок службы: SSD-накопитель емкостью 100 ТБ от Nimbus Data». AnandTech . Архивировано из оригинала 24 декабря 2018 г. Получено 24 декабря 2018 г.
  172. Кофлин, Том (7 июня 2016 г.). «3D NAND позволяет выпускать более крупные потребительские SSD». forbes.com . Архивировано из оригинала 16 июня 2016 г. Получено 4 июля 2016 г.
  173. ^ Decad, Gary M.; Robert E. Fontana Jr. (15 мая 2018 г.). «Десятилетний (2008-2017) ландшафт хранения данных LTO Tape Media, HDD, NAND» (PDF) . Получено 23 ноября 2019 г. .

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки