Жесткие диски, или накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД) – наиболее распространенные в настоящее время устройства, применяемые для хранения информации. Их история начинается в 1956 году, когда первый НЖМД был сконструирован и создан компанией IBM. В то время устройство нельзя было назвать компактным: это был огромный металлический монстр приличного веса и малой емкости. Фактически первые НЖМД по емкости были сопоставимы с обычной дискетой.
Преимущества жестких дисков перед дискетами
Что же побудило производителей начать активные разработки в направлении улучшения конструкции НЖМД и увеличения их емкости? Прежде всего, неоспоримое достоинство жесткого диска – высокая, по сравнению с дискетой, надежность. Пластины жесткого диска на постоянной основе сохраняются в герметичном корпусе и не подвержены в той мере внешним воздействиям, в которой подвержены им дискеты.
Кроме того, производитель сразу увидел и второе преимущество НЖМД — его емкость можно было нарастить с помощью использования нескольких магнитных пластин в одном устройстве, что абсолютно невозможно сделать для дискет. Незамедлительно это преимущество стало использоваться: некоторые из старых жестких дисков имели до 12 пластин (24 головки чтения записи!). В это трудно поверить сейчас, но такие устройства не только существовали, но и были запущены в серийное производство и работали. Наконец, еще одно преимущество HDD – скорость. Внутри герметичной камеры пластины могли вращаться с большими скоростями, чем в дисководе, за счет чего достигалась более высокая их производительность.
В текущее время емкости НЖМД достигли фантастических для начала этой технологии значений: выпускаются и используются диски емкостью 4 Терабайта, и не за горами появление достаточно дешевых накопителей емкостью 6 Терабайт. Скорости вращения шпиндельного двигателя также возросли: нормальной скоростью вращения шпинделя (RPM – RotationsPerMinute) считается 7200, часть накопителей функционирует на скорости 10000, а некоторые особо производительные модели – 15000 оборотов в минуту.
Средства повышения производительности HDD
Первые накопители не были снабжены собственными контроллером и буфером памяти. В настоящее время накопители функционируют только при помощи собственного контроллера и всегда снабжены буфером, необходимым для ускорения работы жесткого диска. Действительно, когда частота шины данных достигает 6 ГГц, количество обращений к диску увеличивается кратно этому значению, накопитель может просто «захлебнуться» в потоке данных, и без оперирования собственной буферной памятью его высокая производительность превратится в миф.
Современные накопители все чаще используют буфер памяти, сопоставимый по объему с размером ОЗУ старых компьютеров – 16, 32 и 64 Мбайт. Однако и этого оказывается уже не достаточно и часть производителей реализует собственные механизмы увеличения объема буферной памяти за счет выделения под нее некоторой части служебной области диска. Таким образом в накопителе реализуется ставшая уже стандартной для многих операционных систем технология файла подкачки, в который загружаются необходимые для работы устройства данные. Казалось бы, какой резон это делать – ведь данные все равно остаются на поверхности, и для их передачи операционной системе требуется обращение к диску? Однако, это не совсем так. В служебной зоне накопителя плотность записи всегда меньше, чем в зоне пользовательской, поэтому скорость позиционирования головок чтения-записи сюда выше – следовательно, и производительность растет.
Возможные проблемы при эксплуатации жестких дисков
Однако, коме того, что жесткие диски – это продвинутые, умные устройства, призванные сохранять информацию пользователя, они еще являются и устройствами опасными для данных. Это звучит как парадокс, но факт остается фактом: какой бы умной ни была система хранения информации, она строится на принципах физического хранения данных (намагничивание), а ее основные части являются движущимися. Любые движущиеся части подвержены износу, и ожидать от НЖМД высокой надежности в такой ситуации не приходится.
У жестких дисков довольно много слабых мест, основными являются головки чтения-записи (они выходят из строя по различным причинам, начиная от попадания пыли между ними и магнитными поверхностями, и заканчивая перепадами напряжения), магнитные поверхности (которые могут быть зацарапаны или запилены головками чтения-записи), плата управления, или его контроллер (тут причины выходов из строя также варьируют, начиная от перегрева или электрического шока, и заканчивая пролитой на накопитель водой) и, наконец, микропрограмма накопителя.
Микропрограмма – важная часть управления работой устройства, без которой оно превращается в металлическую коробочку, напичканную электроникой. Микропрограмма не только управляет работой диска, в ее функции входят также обработка поступающих от него данных, слежение за состоянием устройства, прогнозирование времени выхода его из строя, сбор статистики и даже… подготовка устройства к продаже. Да-да, часть микропрограммы выполняет функции финального тестирования НЖМД и подготовки его поверхностей к использованию перед продажей.