Дисковое хранилище (иногда также называемое накопителем на диске ) — это механизм хранения данных, основанный на вращающемся диске. Запись использует различные электронные, магнитные, оптические или механические изменения поверхностного слоя диска. Дисковод — это устройство, реализующее такой механизм хранения. Известными типами являются жесткие диски (HDD), содержащие одну или несколько несъемных жестких пластин ; дисковод для гибких дисков (FDD) и его съемный дисковод ; а также различные оптические дисководы (ODD) и связанные с ними оптические дисковые носители.
( Названия disk и disk используются взаимозаменяемо, за исключением случаев, когда товарные знаки исключают одно из вариантов использования, например, логотип Compact Disc. Выбор конкретной формы часто является историческим, как в случае с использованием IBM формы disk, начиная с 1956 года с « IBM 350 disk storage unit ».)
Аудиоинформация изначально записывалась аналоговыми методами (см. Звукозапись и воспроизведение ). Аналогично, первый видеодиск использовал аналоговый метод записи. В музыкальной индустрии аналоговая запись в основном была заменена цифровой оптической технологией, где данные записываются в цифровом формате с оптической информацией.
Первым коммерческим цифровым дисковым устройством хранения данных был IBM 350 , который был поставлен в 1956 году как часть вычислительной системы IBM 305 RAMAC . Дисковое хранилище с произвольным доступом и низкой плотностью было разработано в дополнение к уже используемому последовательному доступу и высокой плотности хранения данных, предоставляемому ленточными накопителями с использованием магнитной ленты . Энергичные инновации в технологии дискового хранения данных в сочетании с менее энергичными инновациями в ленточном хранении данных сократили разницу в стоимости приобретения за терабайт между дисковым хранилищем и ленточным хранилищем; однако общая стоимость владения данными на диске, включая питание и управление, остается выше, чем у ленты. [1]
В настоящее время дисковые накопители используются как в компьютерных хранилищах, так и в потребительских электронных устройствах, например, на аудио- и видеодисках ( VCD , DVD и Blu-ray ).
Данные на современных дисках хранятся в блоках фиксированной длины, обычно называемых секторами и варьирующихся по длине от нескольких сотен до многих тысяч байт. Общая емкость диска — это просто количество поверхностей диска, умноженное на количество блоков/поверхность, умноженное на количество байт/блок. В некоторых устаревших дисках IBM CKD данные хранились на магнитных дисках с блоками переменной длины, называемыми записями; длина записи могла различаться на дисках и между ними. Емкость уменьшалась по мере уменьшения длины записи из-за необходимых промежутков между блоками.
Цифровые дисковые накопители — это блочные устройства хранения данных . Каждый диск разделен на логические блоки (совокупность секторов). Блоки адресуются с использованием их логических адресов блоков (LBA). Чтение с диска или запись на него происходит с гранулярностью блоков.
Первоначально емкость диска была довольно низкой и была улучшена одним из нескольких способов. Улучшения в механической конструкции и производстве позволили использовать более мелкие и точные головки, что означало, что на каждом из дисков можно было хранить больше дорожек. Достижения в методах сжатия данных позволили хранить больше информации в каждом из отдельных секторов.
Дисковод хранит данные на цилиндрах, головках и секторах . Сектор — это наименьший размер данных, которые можно хранить на жестком диске, и каждому файлу будет назначено много секторных единиц. Наименьшая сущность на компакт-диске называется кадром, который состоит из 33 байтов и содержит шесть полных 16-битных стереосэмплов (два байта × два канала × шесть сэмплов = 24 байта). Остальные девять байтов состоят из восьми байтов исправления ошибок CIRC и одного байта подкода , используемого для управления и отображения.
Информация отправляется с процессора компьютера в BIOS на микросхему, управляющую передачей данных. Затем она отправляется на жесткий диск через многопроводной разъем. После того, как данные получены на печатной плате привода, они преобразуются и сжимаются в формат, который отдельный привод может использовать для хранения на самом диске. Затем данные передаются на микросхему на печатной плате, которая управляет доступом к приводу. Привод разделен на сектора данных, хранящихся на одной из сторон одного из внутренних дисков. Жесткий диск с двумя дисками внутри обычно хранит данные на всех четырех поверхностях.
Аппаратное обеспечение на диске сообщает рычагу привода, куда ему следует идти для соответствующей дорожки, а затем сжатая информация отправляется вниз к головке, которая изменяет физические свойства, оптически или магнитно, например, каждого байта на диске, таким образом сохраняя информацию. Файл не хранится линейным образом; скорее, он удерживается наилучшим образом для скорейшего извлечения.
Механически внутри привода происходят два разных движения. Одно — вращение дисков внутри устройства. Другое — боковое движение головки по диску при перемещении между дорожками.
Существует два типа методов вращения диска:
Расположение дорожек также следует двум различным методам на дисковых устройствах хранения. Устройства хранения, ориентированные на хранение компьютерных данных, например, жесткие диски, флоппи-диски и zip-накопители Iomega , используют концентрические дорожки для хранения данных. Во время последовательной операции чтения или записи, после того как привод обращается ко всем секторам на дорожке, он перемещает головку(и) на следующую дорожку. Это вызовет кратковременную задержку в потоке данных между устройством и компьютером. Напротив, оптические аудио- и видеодиски используют одну спиральную дорожку, которая начинается в самой внутренней точке на диске и непрерывно течет к внешнему краю. При чтении или записи данных нет необходимости останавливать поток данных для переключения дорожек. Это похоже на виниловые пластинки, за исключением того, что виниловые пластинки начинаются с внешнего края и закручиваются по спирали к центру.
Интерфейс дисковода — это механизм/протокол связи между остальной частью системы и самим дисководом. Устройства хранения данных, предназначенные для настольных и мобильных компьютеров, обычно используют интерфейсы ATA ( PATA ) и SATA . Корпоративные системы и высокопроизводительные устройства хранения данных обычно используют интерфейсы SCSI , SAS и FC в дополнение к некоторому использованию SATA.