Жесткий диск — это что такое? Особенности жестких дисков

Жесткий диск, или винчестер, является основной и очень важной частью компьютера. На нем хранится не только операционная система, которая управляет компьютером, но и вся информация клиента или нескольких клиентов. Зачастую бывает, что ценность информации во много раз превосходит не только стоимость самого жесткого диска, но и компьютера в целом. Поэтому безопасность информации во многом зависит от качества и надежности такого накопителя. Современный жесткий диск выглядит так, как показано на рисунке.

Что такое винчестер?

Итак, что же все-таки представляет собой накопитель, от работоспособности которого зависит благополучие и хорошее настроение его хозяина? На самом деле жесткий диск — это высокотехнологическое оборудование, которое занимается хранением цифровой информации даже в то время, когда компьютер выключен.

Если говорить точнее, то винчестер состоит из нескольких магнитных дисков, на которые с помощью магнитной головки наносится и считывается информация. Эти головки вместе с магнитными дисками находятся в вакууме, что позволяет накопителю работать без влияния внешней среды на процесс записи и считывания информации.

Какие типы винчестеров бывают?

Итак, мы выяснили, что жесткий диск — это накопитель информации для компьютера. Теперь давайте разберемся, какие типы HDD бывают. В первую очередь следует отметить, что винчестеры можно разделить на две категории:

• Внешние накопители, которые могут подключаться к любому компьютеру через USB-интерфейс. Чем-то они напоминают флешку, только больших размеров. Специального программного обеспечения таким винчестерам не нужно.
• Внутренние HDD накопители устанавливаются внутри компьютеров и имеют специфические разъемы как для питания, так и для передачи информации.

Внутренние HDD также делятся на несколько категорий. Существует несколько признаков, по которым можно классифицировать жесткий диск. Это физический размер винчестера. Существует три типоразмера:

• 5,5 дюймов. Обычно винчестеры такого типоразмера используют в стационарных компьютерах, где свободного места достаточно много.
• 3,5 дюйма применяют в основном в ноутбуках, где место ограничено, а объем памяти необходим большой.
• 2,5 дюйма используются в ультрабуках, где место очень ограничено.

Еще одним признаком, по которому классифицируют накопители, является протокол обмена данными между винчестером и компьютером. Какие протоколы может использовать жесткий диск? Они бывают следующими:

• IDE — старая версия протокола, которая использовалась в основном на компьютерах и ноутбуках до 2000 года.
• SCSI — современник IDE, более скоростная версия управления накопителем, которая использовалась в основном в серверных машинах. Требовала специальных драйверов для пользования такими винчестерами.
• SATA — современная версия протокола, имеющая несколько вариантов и обладающая высокой скоростью записи и считывания информации. Используется практически во всех современных компьютерных системах.

Проблемы винчестеров

Одно из самых пугающих сообщений, которое можно увидеть на экране, говорит о том, что компьютер не видит жесткий диск. Почему это так пугает пользователей компьютеров? При такой неисправности устройство не загружает операционную систему, соответственно, практически никаких действий, предусмотренных этой системой, произвести невозможно.

Что может вызвать такую неисправность? Самой простой проблемой, приводящей к такому результату, является нарушение целостности шлейфов питания или интерфейса системы. Зачастую попадание пыли или грязи внутрь такого разъема приводит к появлению этой неисправности. И большинство опытных пользователей не особенно пугаются при появлении такого сообщения, а просто перестыковывают разъемы питания и интерфейса. Эта надпись может выглядеть примерно так, как показано на фото выше.

Не виден жесткий диск для BIOS

При возникновении такой неисправности, первое, что необходимо определить, — является ли данная проблема физической или программной. Как это выяснить? После появления сообщения о том, что компьютер не видит жесткий диск, необходимо перегрузить машину и войти в BIOS. Что такое BIOS? Это программа, которая записана в ПЗУ материнской платы компьютера. Она загружается еще до операционной системы и определяет периферийные устройства, с которыми будет работать материнская плата. Для загрузки BIOS необходимо нажать соответствующую клавишу на клавиатуре, обычно это кнопка DEL или F2. После входа в BIOS можно увидеть следующую картинку.

На этом фото видно, что BIOS не обнаружил на компьютере жестких дисков. В этом случае могла возникнуть проблема, описанная выше, и компьютер, будучи отсоединенным от шлейфа питания или интерфейса, невидим для BIOS. С другой стороны, любая неисправность в плате управления винчестером приведет к такой проблеме. При этом если и удастся решить эту проблему, то только в соответствующем сервисном центре. Самостоятельно в домашних условиях ее устранить практически невозможно.

Windows 7 не видит винчестер

Но бывают случаи, когда жесткий диск видим для BIOS, а операционная система не загружается либо идет постоянная перезагрузка Windows. В каких случаях это происходит? Тогда, когда при работе с операционной системой произошло удаление одного из системных файлов или при перезаписи произошла ошибка, и файл читается неправильно. Также может произойти физическое повреждение винчестера, царапина или скол поверхности диска. Если в этом месте находился один из системных файлов, то операционная система не сможет его прочитать и выдаст, как говорят системные администраторы, синий экран смерти, который предлагает перезагрузить систему. Если ошибка повторится, то лучше обратиться к системному администратору. Иногда такие программные ошибки достаточно легко исправить без переустановки операционной системы. Но случается так, что они являются фатальными, и исправить их можно только с помощью полной переустановки системы. Для решения такого рода проблем обычно используют системные утилиты, которые занимаются восстановлением программных ошибок. Что это за программы?

Программные ошибки жестких дисков

Для восстановления программных ошибок существует достаточно много программ, которые можно разбить на две категории. К первой относятся утилиты, которые находятся внутри системы, и ими можно воспользоваться после полной загрузки операционной системы. Таковыми являются наборы программ по обслуживанию винчестеров.

К примеру, как обслужить жесткий диск Windows 7? Произвести обслуживание вашего накопителя можно прямо из программы. Для этого достаточно зайти в «Мой компьютер» и в нем выбрать диск, который хотим обслужить. Нажимаем на вкладку «Свойства» и видим следующую картинку, представленную на фото выше.

Программы по обслуживанию жестких дисков

Как видно на картинке, пользователю предлагается три утилиты:

• Проверка на наличие ошибок.
• Архивация диска.

Ошибки исправляет только первая программа, а остальные просто обслужат этот диск. Но существуют программы, которые работают без операционной системы. Преимущество таких утилит в том, что они могут обслужить диск даже тогда, когда операционная система не загружается. К примеру, одна из таких программ имеет название FDISK и разработана компанией Microsoft как утилита обслуживания дисков до установки операционной системы. Ее применяют опытные пользователи компьютерной техники Norton Disk Doctor, и таких программ на самом деле достаточно много, поэтому выбор во многом зависит от предпочтений конкретного человека. Перед установкой «Виндовс» с жесткого диска его желательно обслужить подобной программой и исправить возможные ошибки.

Восстановление винчестеров

Зачастую многие пользователи сталкиваются с проблемой восстановления данных на проблемном жестком диске. Как уже писалось выше, нередко информация, хранящаяся на нем, ценится гораздо больше, чем сам винчестер. Поэтому работа по восстановлению потерянных данных является не только ценной, но и высокооплачиваемой. Многое зависит от того, как исчезла информация. Важно помнить то, как «Виндовс» с жесткого диска удаляет информацию.

Операционная система не стирает информацию, которую хочет убрать пользователь. Она просто удаляет оглавление винчестера, которое позволяет найти данную информацию. Такое оглавление называется FAT-таблицей. И если после этого на тело жесткого диска Windows 10 другая информация не записывалась, то ее достаточно легко восстановить. Существует множество программ, способных выполнить эту работу. По отзывам многих пользователей, одной из лучших является Acronis Recovery Expert.

Резервное копирование жесткого диска

Как бы там ни было, быть постоянно под угрозой того, что ценная информация находится в опасности, не желает ни один пользователь. Поэтому прилагаются усилия для того, чтобы свести риски к минимуму. Что можно сделать? Резервное копирование полезной информации винчестера в целом или сектора жесткого диска помогает решить эту проблему.

Какие способы резервного копирования существуют?

• В ручном режиме. Пользователь самостоятельно выбирает, какую информацию и когда программа будет сохранять. Некоторые компании в собственных офисах предпочитают производить резервное копирование данных в конце рабочей смены. Но при этом существует опасность утери информации, которая накопилась в течение дня.
• Резервное копирование в автоматическом режиме. При этом в программу вкладывается то, как часто и что должно копироваться и сохраняться.
• Создание зеркального RAID-массива, который параллельно на другом жестком диске сохраняет всю информацию с основного винчестера. При выходе из строя последнего можно легко воспользоваться зеркалом.

Выбор жесткого диска

Уделяя большое внимание сохранности информации, не стоит забывать и о выборе компании-изготовителя жесткого диска, а также технических параметрах, характеризующих качество этого винчестера. Если говорить о бренде производителя накопителя, то стоит выбрать более известную компанию, хотя такой жесткий диск будет стоить немного дороже. Некоторые пользователи предпочитают фирму Seagate.

Если говорить о технических параметрах, то при всех равных условиях стоит обратить внимание на скорость чтения и записи информации. Иногда эти данные помогут сделать выбор в пользу того или иного винчестера.

Подведем итог

Итак, жесткий диск — это накопитель очень ценной и важной информации в компьютере. Поэтому необходимо приложить массу усилий для того, чтобы выбрать качественный винчестер. Также следует позаботиться о регулярном обслуживании вашего устройства. Кроме этого, важно обратить внимание на безопасность информации, если таковая есть на вашем компьютере. Если вы приложите все эти усилия, то ваш жесткий диск будет долго служить вам, а информация на нем будет в полной сохранности. Работа вашего устройства находится полностью в ваших руках, поэтому примите все меры для нормального его функционирования.

Накопители на жестких магнитных дисках: итоги десятилетия эволюции без революций — технические и не только

Долгие годы жесткие диски на 3,5″ пластинах были основными носителями данных в персональных компьютерах и серверах. На этом посту они сменили своих 5,25″-собратьев, причем когда-то применялись и в портативных компьютерах. Однако для последних были быстро придуманы еще более компактные модели — с пластинами диаметром 2,5″ и даже 1,8″: такие модели компактнее и экономичнее. Но не только эти факторы «подстегивали» миниатюризацию — уменьшение диаметра пластин благотворно сказывалось и на времени поиска информации, да и «раскрутить» их до высоких скоростей куда проще. Поэтому и серверные винчестеры высокой производительности быстро мигрировали на пластины по 2,8″ с сохранением старых корпусов, а затем освоили и 2,5″ — уже с их уменьшением. Более широкому распространению мини- и «микровинчестеров» (с пластинами 1,8″ и менее) мешало только одно — площадь поверхности круга пропорционально квадрату его диаметра, так что, при одинаковой плотности записи, «маленькие» пластины вмещают намного меньше информации, чем «большие». Однако только при одинаковой — рост плотности как раз и похоронил 5,25″, хотя в этот формат некоторые производители и пытались вдохнуть новую жизнь еще в конце 90-х годов прошлого века. В «нулевые» увеличение плотности записи продолжалось — казалось бы, осталось совсем чуть-чуть, чтобы повсеместно перейти на 2,5″. Две-три таких пластины укладываются в 10 мм толщины, для высокооборотистых или просто очень емких моделей можно использовать корпуса на 15 мм — главное «впихнуть» в них те несколько терабайт, которых достаточно пользователю персонального компьютера, а в серверах все равно используются дисковые массивы, так что ту же емкость в одинаковом объеме лучше «набирать» большим количеством менее емких винчестеров, нежели меньшим более «крупных» (в обоих смыслах). И все — можно переходить повсюду к новым универсальным форм-факторам, выбросив старые на свалку истории. Где уже, например, давно уже пылится 5,25″ полной высоты — для понимания размеров старых винчестеров на 5—40 МБ (это не опечатка), когда-то использовавшихся в ПК, просто тактично намекнем, что «стандартный» пятидюймовый отсек корпусов (в новых моделях уже не встречается, а раньше активно использовались для оптических приводов и тому подобного) имеет половинную высоту.

Однако казавшееся магистральным направление развития оказалось тупиком. Во-первых, порядка 10 лет назад из тени вышли твердотельные накопители. Заменить полностью и повсеместно все жесткие диски они не могут до сих пор, поскольку стоимость хранения информации на них выше — в те годы это было еще более ярко выражено. А вот борьба за производительность «механикой» оказалась проиграна сразу — и полностью. Также под нож быстро пошли микровинчестеры — ибо медленные, мелкие, да еще и вибрации боятся. 2,5″ модели пока еще продаются, но давно не развиваются — все меньшие уже исчезли физически. Единственные сферы применения, где жесткие диски не только сохраняют, но и наращивают присутствие — хранение больших объемов «холодных данных». А для этого лучше всего подходят 3,5″ пластины. И основанные на них винчестеры уже превратились из «накопителей для ПК» в комплектующие для NAS и систем хранения данных.

Старые прогнозы и новые реалии

Заметим, что результат конкуренции с SSD мог бы быть немного иным, если бы удалось сохранить «старые» темпы увеличения плотности записи — до двух порядков за десятилетие. А это и увеличение производительности (последовательные скорости растут при увеличении продольной плотности записи), и увеличение емкости каждой пластины на те же два порядка. В таких условиях можно было спокойно сокращать размеры накопителей и не слишком модернизировать внутреннее устройство винчестеров — просто регулярно меняем старые пластины и головы на новые и все: получаются новые модели, радикально превосходящие старые по всем потребительским характеристикам. При этом та же емкость росла во всех своих проявлениях: и максимальная, и минимальная — бюджетные модели использовали только одну пластину или даже одну ее сторону, но и этого вполне хватало.

Оставайся все по-прежнему, сейчас бы могли продаваться диски эдак на 100 ТБ, причем всего на 4-5 пластинах. Стоили бы такие долларов 400, а то и меньше — все-таки давно вылизанный до блеска и простой «воздушный дизайн». Массовому же потребителю подобные были бы просто. не нужны ввиду отсутствия потребности в подобных непаханых гектарах. Зато строители центров обработки информации и прочие работники IT-инфраструктуры смотрели бы в будущее с куда большим оптимизмом, чем сейчас. А в персоналках массово потреблялись бы модели на 5—20 ТБ — и не потому, что именно столько так уж нужно, а потому, что меньше бы и не получалось. Причем получалось бы столько как раз на 2,5″ пластинах, но с «быстрой» механикой (в 15 мм высоты это возможно) и на скоростях вращения в 10К+ об/мин — что полностью скомпенсировало бы негативное влияние миниатюризации на скорость. «Чисто ноутбучные» же модели тоже наверняка сохранились бы — но стали бы сплошь однопластинными на 5 мм толщины.

Конкурировать с такими винчестерами твердотельным накопителям было бы сложновато. Понятно, что они все равно бы постепенно расширяли ареал своего обитания — из-за большей скорости и устойчивости к вибрациям. Однако сохранение ценового разрыва на уровне конца прошлого десятилетия не позволяло бы делать это быстро. На деле же он сократился — что в некоторых сегментах рынка привело к драматическим последствиям. Например, те же ноутбучные винчестеры — долгое время обеспечивающие огромный валовой (в штуках) сбыт, поскольку и сами ноутбуки давно уже стали доминирующим форм-фактором компьютеров. Сегодня подобные модели тоже пока выпускаются — но развитие давно закончилось. Фактически сейчас невозможно найти в продаже такие модели, принципиально свежее 2017 года — поскольку их и нет в природе. На чем тогда остановились, то и производится — и продается. Улучшения не нужны? Даже точно возможные могли бы быть полезны части покупателей. Например, в стандартных корпусах остановились на 2 ТБ с SMR — сейчас в принципе реально «поднять» емкость таких моделей до 3 ТБ, либо освоить 2 ТБ без «черепицы». Но ни первое, ни второе не окупит затрат на разработку и внедрение — поскольку платежеспособный спрос сместился в сторону SSD. На фоне их производительности разница между SMR и не-SMR исчезающе мала. Да и сравнительно с тем количеством флэша, которое можно впихнуть в типичный корпус, что 2, что 3 ТБ — одно и тоже. Цены пока существенно различаются — поэтому многие покупатели готовы пойти на компромисс. Но их недостаточно, чтобы оплачивать прогресс в этой области. А он уже не может быть интенсивным: поскольку последняя «универсальная» инновация, позволившая радикально увеличить плотность хранения данных — перпендикулярная магнитная запись (PMR), внедрение которой к 2010 году было уже фактически закончено.

Следующий «большой скачок» по замыслам разработчиков должен быть связан с подогревом пластин при записи. Чистая физика — коэрцитивная сила напрямую зависит от температуры, так что при точечном нагреве для записи можно использовать слабые (и очень «локальные») магнитные поля, уменьшая и размер магнитных доменов. Чем он меньше — тем выше плотность записи. В общем, технология не эволюционная, а революционная — как и все предыдущие таковые, способная вывести накопители на жестких магнитных дисках на новый уровень. Вот только с ее освоением начались сложности — и буквально сразу.

Фактически с подогревом поверхности лазерным лучом в Seagate начали работать еще в 90-е годы прошлого века — когда в ходу были гигабайты или, в лучшем случае, десятки гигабайт емкости, получаемые при помощи продольной магнитной записи (LMR). Спустя несколько лет компания убедилась в перспективности подхода — так что еще в сентябре 2002 года все заинтересованные ознакомились с простым пресс-релизом:

Позднее планы по использованию новой технологии были озвучены Fujitsu (тогда еще производителем жестких дисков, но сейчас уже ушедшим с рынка) и HGST (тогда еще независимым производителем, но сейчас уже растворившимся в WD). Разговор шел о внедрении в районе 2010—2013 года — т. е. сразу после окончания полного перехода на PMR. Последняя по замыслам производителя на квадратном дюйме могла позволить хранить не более одного терабита данных — а HAMR должная была начаться сразу с четырех. В перспективе добраться и до 50—100 Тбит — т. е. получить те самые сотни терабайт емкости «десктопных» винчестеров и десятки — условно «ноутбучных».

Шло время. Наступил 2010 год, а затем и 2013 — дисков мы так и не увидели. Вместо этого увидели наводнение в Таиланде, нанесшее сильный удар по производству, что вызвало дефицит всех моделей. В таких условиях было не до новых технологий — расхватывали и старые. Позднее ситуация относительно нормализовалась, но технология HAMR в отчетах Seagate начала напоминать горизонт — каждый год отодвигаясь на год вперед. В сложившихся условиях Toshiba и WD вообще заявили, что не стоит слишком привязываться к HAMR — пластины греть надо, но микроволновым излучением (MAMR). Появился еще один горизонт — также удаляющийся год за годом.

Недавно ожидание наконец-то кончилось — в феврале этого года Toshiba анонсировала диски серии MG09, использующие FC-MAMR (Flux Control Microwave Assisted Magnetic Recording), обещав начать их поставки с конца марта. В Seagate начали поставки первых дисков с HAMR в конце прошлого года — но исключительно в составе собственных систем хранения Seagate Lyve. Но особого ажиотажа и то, и другое на деле не вызвало — поскольку всего 18 или 20 ТБ. «Обычные» серии дисков обе компании дотянули до 16 и 18 ТБ соответственно — т. е. выигрыш от «подогрева» пока недостаточен для того, чтобы все ринулись испытывать на себе новые технологии. Даже те компании (о физлицах тут и говорить не приходится), которым действительно нужно запихивать большие объемы информации в ограниченное пространство. Потребуется на петабайт 56 или 50 дисков — да какая, в общем-то, разница? Можно и 64 по 16 ТБ поставить — в проектировании СХД ничего принципиально не меняется. Поэтому на деле произошло все без особого шума — который решено отложить на перспективу. Например, в Seagate уверены, что емкость HAMR-дисков можно будет повышать каждый год не менее чем на 20%. Следовательно, в следующем году мы получим 24 ТБ — и вот они уже могут активно пойти даже в розницу. А через пару лет (поскольку «не менее») свет могут увидеть и модели на 30 ТБ. Потом — и больше. Так что положение на рынке изменится. Правда это уже совсем другой рынок — последнее десятилетие изменило его радикально.

Эволюция без революций и ее итоги

Как видим, в технологии жестких дисков произошел временной разрыв — по сути «подогрев» должен был начаться сразу после освоения PMR, однако вместо этого мы получили 10 лет безоговорочного господства этой технологии на рынке накопителей. Точнее, уже на сегменте рынка — если лет 10-15 назад после слова «накопитель» как правило можно было уверенно дописывать на жестких магнитных дисках, то теперь уже речь идет о полноценном сосуществовании «механических» (ну или «газовых» — вспоминая ключевой момент технологии: головка летит над поверхностью благодаря подъемной силе) и твердотельных накопителей. На деле обе технологии очень старые — но не так уж далеки друг от друга по времени разработки. Первые жесткие диски появились в 1956 году, но первое устройство современной компоновки (т. е. с объединением в одном неразъемном корпусе и пластин, и головок чтения/записи) — это уже 1973 год. Первый в мире твердотельный накопитель появился в 1976 году, но использовал он DRAM — SSD на флэш-памяти дебютировали на рынке в 1988 году. Они уже тогда имели ряд преимуществ над «механикой», но о массовом применении говорить не приходилось — все портила очень высокая стоимость хранения единицы информации. Впрочем, когда-то этот фактор мешал и жестким дискам. Например, первый в мире HDD для персональных компьютеров, а именно Seagate ST-506 стоил $1700 — т. е. $340 за мегабайт, поскольку и всего их было пять. Упомянутый выше Digipro Flashdisk стоил $5000 — но в относительном исчислении это даже чуть дешевле, чем ST-506, поскольку за такие деньги предлагалось уже 16 МБ. Правда и год на дворе был 1988, а не 1980 — тогда уже жесткие диски на 40+ МБ стали обычным делом для персоналок. Например, годом ранее дебютировало семейство IBM PS/2. Model 30 (фактически рестайлинг PC XT) стоила $2295 — включая как раз и винчестер на 20 МБ. Самая дорогая Model 80 тянула уже на $10995 — зато покупатель получал i386DX/20, целых 2 МБ ОЗУ и аж 115 МБ дискового пространства. Но в целом и те, и другие накопители пробивали одни и те же «ценовые» уровни — просто флэш начал это делать позже, а цены механических мегабайтов летели вниз ничуть не медленнее. Позднее гигабайтов. А от терабайтной отметки начались проблемы. Ставшие в конечном итоге нерешаемыми. В том плане, что флэш не может вытеснить механику — производства банально недостаточно, а наращивать его удается не быстрее роста потребностей. Но и вернуть все как было уже не получится — потребители распробовали новые технологии и их преимущества. Даже если разница в цене перестанет сокращаться и немного увеличится — запихнуть этого джина в бутылку уже не выйдет.

Почему его ранее получалось не выпускать? Потому, что жесткие диски «улучшались» быстро, в разных направлениях — и без особых сложностей. Действительно — что дает, например, увеличение плотности записи вдвое? Увеличение емкости вдвое — ответ простой, но не полный. Ведь увеличивается не только максимальная емкость — но и минимальная. Которую обеспечивают самые простые и дешевые модели на одной пластине и с одной-двумя головками. А еще увеличивается скорость последовательных операций (по крайней мере): ведь за один оборот диска можно записать или прочитать вдвое больше данных. И то, и другое затрагивает все диски на рынке — что могут учитывать производители программного обеспечения. Windows 95 требовала наличия жесткого диска на 40 МБ — и это в 1995 году еще вызывало недовольное бухтение некоторых пользователей подустаревших к тому моменту компьютеров. Windows XP в 2002 отказывалась устанавливаться на разделы менее 1 ГБ — но на это никто уже не обращал внимания. Все усвоили главное: что кажется чрезмерным сейчас, лет через пять станет смешным.

Кстати, в таких условиях сильно просели требования и к надежности дисков. Нет, конечно, незапланированный выход из строя любых компонентов ПК неприятен, а накопителей — вдвойне неприятен, поскольку именно они хранят информацию, но. Последнее решается резервным копированием. А трястись над устройством, которое радикально устаревает лет через пять, не имеет смысла. При таких темпах развития большинство жестких дисков на свалку отправлялось в исправном состоянии. Например, куплен в 2000 году винчестер на 20 ГБ — в 2005 этого стало не хватать, так что приобретен новый на 200 ГБ: и больше, и быстрее. Оставлять старый работать вместе с ним? Не за чем — это всего лишь +10% медленного дискового пространства. Продать? Когда в магазинах лежат диски от 100 ГБ, выручить за 20 можно лишь совсем незначительную сумму. Скорее, просто подарить — если есть кому. Или выбросить. А не дожил немного до плановой замены — да тоже невелика потеря (при условии, что данные сохранились): все равно остаточная стоимость нулевая.

Что изменилось за последние 10 лет? Да буквально всё. Например, общая емкость — винчестеры на 1, 2 и 3 ТБ продаются до сих пор, хотя и последним уже те самые 10 лет стукнули. Да — сейчас это немного другие устройства, но потребительские характеристики за это время практически не улучшились. Следовательно, и старые продукты сохраняют актуальность — при наличии у пользователя. Кому-то, разумеется, уже не хватает их емкости или скорости. Но в первом случае речь о замене на новый диск обычно уже не идет — покупается еще один, причем зачастую сопоставимого «размера». Купить что-то в 10 раз большее можно (иногда — для 3 ТБ это уже вообще не выполняется), однако «по деньгам» это не слишком выгодно, поскольку такие модели стоят дороже (и в относительном исчислении — тоже), чем маломерки. А когда не хватает производительности — можно уже и поменять на SSD той же емкости. Либо (что экономически более выгодно) SSD небольшой емкости тоже докупается к имеющемуся жесткому диску. Т. е. в современных условиях, когда емкость растет очень медленно, а скорость уже не важна, на первое место вообще выходит срок службы.

Почему так произошло? Потому, что плотность записи практически не росла — как уже было сказано выше. При этом максимальная емкость жестких дисков все-таки выросла за десятилетие примерно на порядок — но титаническими усилиями производителей и не бесплатно. Лишь часть этого пришлась на увеличение продольной плотности записи — полезной со всех точек зрения. Правда достигалось это не какими-то серьезными инновациями, а «вылизыванием» технологии. Поэтому в отличие от прошлого новые «высокоплотные» пластины не имеет смысла применять во всех моделях — это не окупится. Уже освоив 1 ТБ на пластину, многие производители продолжали штамповать 2—4 ТБ на пластинах по 800 ГБ — так дешевле получалось. Хотя потребители предпочли бы меньшее количество «больших» пластин — но не за большие деньги. Сейчас проблема только усугубилась.

Жертвы прогресса

Что делать, когда делать нечего? Попробовать поиграть с поперечной плотностью записи (т. е. количеством дорожек) — либо с количеством дисков в пакете. Звучит просто и красиво — на практике приводит к разным неожиданным эффектам. Например, самые простой и дешевый способ увеличения количества дорожек — повыкидывать часть зазоров между ними. А чтоб избежать проблем с взаимным влиянием дорожек друг на друга, записывать их будем сразу несколько — широкой лентой. При этом записывающая головка может быть мощной и относительно грубой, так что недорогой. Считывающая — тоже недорогой и простой. Получаем бесплатное увеличение емкости пластины на 20%—30% — все довольны. Пока не выясняется, что «бесплатность» была исключительно в денежном эквиваленте — да и то в основном для производителя. А вот пользователи от «черепичной записи» (а это именно она — SMR) получают массу проблем, о которых никто никогда не задумывался. «Нормальный» диск может в любой момент времени взять и записать любой сектор — SMR так не может, поскольку операция будет влиять на соседние секторы. Поэтому на пустом диске все хорошо — ведь мы только записываем информацию, не трогая уже хранимую. А вот по мере эксплуатации будут возникать неожиданные просадки производительности. Просто потому, что в обычных системах используется Drive-Managed SMR — т. е. система не в курсе, что ей подсунули, а диск пытается эмулировать «обычный». Host Managed SMR серверных моделей куда предсказуемее, но для ее использования требуется «перелопачивать» всю инфраструктуру.

Поэтому и DM-SMR — производителям нужны были недорогие диски, которые можно устанавливать в обычные системы. А чтобы нивелировать отрицательные эффекты технологии, «внутреннюю кухню» начали усложнять. Например, внедрив медиакэш — совокупность CMR-дорожек, флэш-памяти и DRAM, которая должна «перехватывать» интенсивные обращения к диску. Особенно те, которые и классическим-то винчестерам не нравятся — с произвольной адресацией. А дальше в момент простоя диск информацию из кэша разгребет по лентам. Во всяком случае, так задумано. Но не всегда получается на практике. Где, например, кэша может не хватить для завершения «сеанса» повышенной активности — так что накопитель полностью уйдет в себя, расчищая место. И либо вообще не будет реагировать на запросы хост-системы, либо будет переваривать их очень медленно. В обоих случаях может быть попросту отключен по таймауту — так ведут себя некоторые RAID-контроллеры. В обычном ПК, скорее всего, рано или поздно придет в себя. Изрядно напугав пользователя и добавив ему волнений — а то и седых волос, если вдруг покажется, что «накрылся» диск с важной информацией в единственной копии.

Хотя в принципе SMR — полезная технология, поскольку стоимость хранения данных она снижает, а при правильном использовании — никому не мешает. Но при правильном — и осознанном. Недавний скандал вокруг технологии относился не к ней самой — а к сокрытию информации. Производители в старых и проверенных линейках некоторые старые и проверенные модели поменяли на новые SMR — и никому об этом не сказали. При том, что технология, в общем-то, новой сама по себе считаться не может — первые жесткие диски с использованием SMR появились на рынке еще в 2014 году, так что специалисты все нюансы давно изучили. А ныне «выжившие» ноутбучные винчестеры — это, как уже сказано, в основном модели года так 2017. И с тотальным использованием SMR — ничего другого на 1—2 ТБ давно уже практически невозможно купить (на самом деле 2 ТБ в корпусах толщиной 7 мм без SMR и вовсе никогда не существовало). Но одно дело — отдельные ниши, причем без вариантов. Другое — когда какой-нибудь WD Red на 2—4 ТБ был «обычным», а стал SMR. При этом в номере модели поменялась одна буковка — чего, естественно, основная целевая аудитория таких накопителей не заметила. Привлекли бы к этому внимание в явной форме сразу — заметила бы. И сделала бы выводы — те или иные. Кому-то новые модели подходят не хуже старых, кому-то стоило поискать что-то дороже, но без таких особенностей. Однако, подобные вещи происходят тихо — жди скандала. Он и случился.

Хорошо — но дорого

SMR — не единственное изобретение последнего времени, и не единственная технология, позволяющая повысить емкость пластин. Но из всех таких она единственная, позволяющая сделать это бесплатно «в деньгах» — пусть и с нюансами по производительности. Поэтому активно применяется в недорогих жестких дисках, но практически отсутствует в топовых моделях (за исключением некоторых серверных с HM-SMR — что совсем другая история). Их делают совсем по-другому.

Для увеличения плотности хранения информации ныне используется технология двухмерной магнитной записи (TDMR). Суть ее в том, что пишущие головки здесь тоже «узкие», так что большое количество дорожек помещается на магнитный «блин» без перекрытия. Возникающая же проблема взаимной интерференции сигналов с разных дорожек при чтении решается использованием сразу двух (а то и трех) «считывателей» в головке чтения, смещенных относительно друг друга, с последующим анализом полученных данных. Побочным (относительно увеличения емкости пластины на 10%—15%) эффектом TDMR является потенциальное увеличение скорости чтения данных: если, например, мы считали данные сразу с двух дорожек (цилиндров) и «рассортировали» их в кэш-памяти, а потом оказалось, что это один большой массив данных, последовательно на них и расположенный. на этом можно и остановиться, вместо обычного «последовательного» чтения дорожки за дорожкой. Понятно, что такие идеальные случаи будут возникать далеко не всегда, а при чтении небольших файлов — и вовсе никогда, но иногда такой эффект получить тоже можно будет и на практике.

Казалось бы, все хорошо. Пока не задумаешься о стоимости — применение TDMR удваивает-утраивает количество считывателей и требует использования сложных схем анализа информации. Полупроводниковой продукции свойственно постоянно дешеветь (на длинных дистанциях), но, естественно, при прочих равных «классика» всегда дешевле — меньше элементов, меньше работы. Поэтому TDMR применяется лишь там, где без нее обойтись нельзя. Хотя сейчас технология позволяет уже получать 2 ТБ с пластины, а это могло бы дать нам диски на 4—6 ТБ всего на 2—3 «новых» пластинах», но стоить это будет дороже, чем 4-5 «старых» пластин и «простые» головки. В отличие от того, повторимся, что творилось на рынке три десятилетия подряд — когда увеличение продольной плотности быстро делало невыгодным выпуск пластин и головок по старым технологиям во всем модельном ряду. Сейчас же такие «апгрейды» стали точечными. Например, Seagate освоил пластины по 2 ТБ в семействе Exos X18 — и постепенно перевел на них модели на 14 и 16 ТБ, что позволило уменьшить количество пластин на одну. А вот 12 ТБ так и остались на предыдущем дизайне — с семью пластинами. Впрочем, изначально в этих моделях было восемь «блинов» — но вот сокращать их количество до шести пока не стали, хотя уже и можно. Кроме того, такие пластины и головы используются в «воздушных» моделях на 10 ТБ — поскольку без них такие попросту невозможны. И, опять же, никто не стал редизайнить предыдущие «атмосферники» на 8 ТБ — в них выгоднее продолжать использовать пять «блинов» предыдущего поколения.

Сами по себе разные газовые среды — тоже в основном достижение последнего десятилетия: первые гелиевые HGST Ultrastar He6 появились на рынке в 2013 году. Несмотря на это, отношение к данной технологии остается настороженным у многих пользователей. да и у производителей — тоже: HGST в качестве экспериментов начала внедрение с 6 ТБ, но большинство стартовало только с 10+ ТБ. Причины такого отношения — разные, но сходятся в одном: никто не желает переплачивать. Гелиевые диски по определению дороже воздушных. Но обойтись без них в современном мире уже нельзя.

Просто потому, что емкость можно наращивать не только интенсивными методами (увеличением плотности записи), но и экстенсивным увеличением количества пластин. Первое время этот процесс был легким и относительно безболезненным — когда-то уважение вызывали модели на трех блинах, но за быстрое время все производители освоили и пять. Дальше — тупик. Головка должна лететь на определенной ненулевой высоте над поверхностью. Плюс ее размеры — значит между дисками должен быть определенный промежуток, куда помещаются, не мешая друг другу две головки. Плюс толщина самих пластин — в итоге пакет дисков имеет определенную минимальную высоту, уменьшить которую уже нельзя. Можно увеличить толщину дисков. Но не нужно — в удвоенный по высоте отсек можно просто поставить два винчестера.

Почему гелий? Выше текучесть — так что меньше подъемная сила и ниже турбулентность. А это значит, что головки могут летать ниже. Зазор между дисками сокращается — в тот же корпус можно «впихнуть» больше пластин. На сколько? На данный момент в полтора-два раза: старшие гелиевые модели построены на девяти «блинах», а «атмосферники» — максимум на шести, но производители стараются по возможности ограничиваться пятью (для надежности и относительной простоты изготовления). В итоге разная емкость — как уже сказано, у Seagate, например, 10 и 18 ТБ. При этом приятным побочным эффектом является снижение энергопотребления — пластины в гелиевой среде тоже слабее «тормозятся», так что меньше энергии уходит на поддержание постоянной скорости их вращения.

Это плюсы. Теперь минусы — тесно связанные с плюсами. Гелий — текуч, так что может и вытечь. Чего, собственно, некоторые пользователи и боятся. Производители, впрочем, утверждают, что, буде такое произойдет, головки взлетят выше, начнутся проблемы с записью — но все старые данные можно будет спокойно прочесть. Но сама перспектива многих пугает — раз уж в современных условиях диски остаются актуальными и по 10 лет, не хотелось бы выбрасывать их через пять. С другой стороны, как уже сказано, технология на рынке уже восемь лет — и пока никаких массовых проблем не отмечено.

Однако в любом случае конструктивно это совсем другие диски — даже внешне сложно спутать гелиевую модель с «воздушной». Глухие корпуса требуют специальных технологий изготовления, других материалов — и обходятся в производстве намного дороже. Внутри тоже сэкономить не на чем — гелий допускает существование девяти «блинов» в пакете, но не делает создание таких моделей простым и дешевым: все допуски здесь намного жестче, чем в винчестерах на меньшем количестве пластин. Поэтому по цене одного диска на 16—18 ТБ иногда можно приобрести три «воздушки» по 8 ТБ — и получить в полтора раза большую емкость. Но уйдет на это втрое больше отсеков — почему и невозможно обойтись без гелия там, где речь заходит о петабайтах емкости. И без HAMR/MAMR там тоже в ближайшем будущем обходиться не будут — потому что уже не могут.

Что же касается простого ендъюзера, то ему все эти навороты. не нужны. Будь на рынке простые и относительно недорогие винчестеры на 50 ТБ — некоторые потребители нашли бы им применение, но большинство в таком случае все равно спокойно обходилось бы и 10 ТБ или даже меньшими объемами: лишь бы дешевле. Но сейчас нет не только дешевых 50 ТБ — на деле и дешевых «десяток» тоже нет. Поэтому выбирают накопители все «танцуя от бюджета» — приходя нередко к тем самым 1—3 ТБ до сих пор. Если мало — то рассматриваются винчестеры большей емкости, но в 146% случаев только «воздушные» и, обычно, даже в этих семействах предтоповые. Т. е. когда «на воздухе» получалось 8 ТБ, самыми дешевыми в пересчете на стоимость терабайта оказывались модели на 2-6 ТБ («единички» все-таки давно хороши лишь минимальной абсолютной ценой) — а сейчас уже фокус можно смещать на 3-8 ТБ. Да и все, пожалуй. Выше — своя атмосфера. Очень важная и нужная — даже тем, кто об этом не знает, а просто заливает фоточки в облако. Но это уже другая история.

Итого

История персональных компьютеров начиналась с флопи-дисководов в лучшем случае — рассчитанные на бытовое применение модели зачастую обходились и сопряжением с бытовым же кассетным магнитофоном. Прошло немногим более десятилетия — и жесткий диск стал обязательным компонентом, без которого нормальное использование современного (на тот момент) программного обеспечением перестало быть возможным. Еще десять лет — и на рубеже веков начался бурный расцвет: винчестеры постепенно хоронили одну за другой все технологии, с которыми конкурировали или «сотрудничали» на предыдущих этапах. Продажи компьютеров постоянно росли. Некоторые новые пользователи в итоге и не знали о том, что когда-то емкость этих устройств измерялась даже не в гигабайтах, а в мегабайтах — к концу «нулевых» дошли уже до терабайтов (хотя, повторимся, за 30 лет до этого в массовом сегменте начинали с нуля). Будущее казалось простым, безоблачным — и распланированным на много лет вперед.

Единственное, что из тех прогнозов исполнилось — жесткие диски и сейчас являются основным носителем информации в целом, а их емкость продолжает расти. Но совсем другими темпами, нежели ранее — и, можно сказать, на других принципах. Некогда улучшения технологии производства пластин и головок позволяли интенсивно наращивать плотность записи, практически не меняя конструкцию самого устройства. Просто и ее иногда по возможности улучшая: так количество пластин в пакете при сохранении размеров, сложившихся еще в 90-е, выросло, да и скорость их вращения почти удвоилась. Нельзя сказать, что это обходилось бесплатно — но все затраты на разработку и внедрение быстро окупались. Новые диски оказывались настолько лучше старых (и по емкости, и по скорости), что использование вторых быстро теряло смысл — иногда даже быстрее, чем кончался гарантийный срок. Да и рынок тогда рос — и ему требовалось каждый год все большее количество накопителей. Поскольку хотя бы один винчестер был в каждом продаваемом компьютере. И кроме него в большинстве таковых ничего и не было.

Однако прошлое десятилетие поменяло все. Во-первых, рост продаж компьютеров прекратился — появились альтернативные умные устройства. Во-вторых, и во многих компьютерах жестких дисков больше нет. Причем быстрее всего этот процесс шел в ноутбуках — которые лет 10 назад и обеспечивали основной объем продаж. Потребность в емких «стационарных» (поскольку «десктопными» их назвать уже сложно) винчестерах не только сохраняется, но и растет. Равно как и растут требования к емкости этих устройств. Но обеспечить их простым и дешевым способом больше не получается — все разработанные в прошлое десятилетие технологии стоимость хранения информации только повышают. За исключением SMR — но у этой технологии столько побочных эффектов, что применять ее имеет смысл исключительно в бюджетном сегменте. А вот без гелия, TDMR и прочего лучше всего обходиться и в массовом — во всех случаях, когда это возможно. «Подогрев» как минимум первые годы будет таким же — пугающая новизна и высокая стоимость. Да и то, что производители его наконец-то (с десятилетней задержкой) освоили, глобально преломить тенденции неспособно — прогнозируемые +20% в год это совсем не удвоение за тот же год, которое нередко получалось ранее. Собственно, в начале десятилетия мы подобные темпы и имели — ну и что?

В общем, скорее всего, в ближайшее время ничего не изменится. Жесткие диски по-прежнему будут оставаться стратегически важным ресурсом — заменить их все твердотельными накопителями на данный момент в принципе невозможно (собственно, прекратись производство винчестеров, начнется такой дефицит объемов, что цены флэш-памяти взлетят до небес). Рост емкостей продолжится. И будет сопровождаться небольшим снижением относительной стоимости — на уровне прошедшего десятилетия или даже немного быстрее. Однако абсолютные цены снижаться не будут — топовые модели винчестеров так и останутся специфическим дорогостоящим товаром, предназначенным для использования там, где без них в принципе обойтись невозможно. В итоге будут все дальше и дальше удаляться от чаяний простых пользователей. Все большее количество которых будет обходиться без использования жестких дисков в явной форме (ограничиваясь косвенным использованием — в виде облачных сервисов и т. п.), хотя совсем недавно даже представить себе такое было невозможно. Но иногда прогресс выглядит именно так.

Да, это жёстко: история и перспективы HDD

В этом материале вы узнаете краткую историю жёстких дисков, их устройство, преимущества и недостатки, а также ближайшие перспективы развития подобных устройств. Материал подготовлен совместно со специалистом отдела корпоративных продуктов REG.RU Павлом Кишеней.

С чего всё начиналось

Необходимость хранить цифровые данные появилась сразу с изобретением первых компьютеров. Изначально объёмы информации были невелики и всё помещалось на бумажном носителе. Тексты программ операторы вводили в первые компьютеры в ручном режиме.

Следующим этапом в развитии носителей стала перфокарта — небольшой лист картона с отверстиями. При этом отсутствие отверстия обозначало цифру «1», а его присутствие — «0». Только двоичный код, только хардкор!

Источник: Computerhope.com

Дальнейшим развитием технологий стали накопители на магнитной ленте. От них, в отличие от перфокарт, не отказались даже и сегодня: в некоторых финансовых организациях их используют до сих пор. Во многом это связано с высокой стоимостью и сложностью их замены на другие типы накопителей.

Первый жёсткий диск появился в 1956 году. Он был величиной с крупный шкаф и весил почти тонну.

Источник: Thenextweb.com

Технологии постоянно совершенствовались, и уже в 1983 году появился всем привычный формат 3,5-дюймовых жёстких дисков, который широко распространён сегодня. При этом конструкция HDD также принципиально не менялась с того времени. Выросла только плотность упаковки информации.

Как работает HDD

Все накопители можно условно разделить на жёсткие диски (HDD) и твердотельные диски (SSD).

По строению HDD очень похожи на проигрыватели виниловых пластинок, в которых «пластинка» делает от 5 000 оборотов в минуту.

Источник: Ixbt.com

Чем больше дисков, тем больший объём информации можно записать на устройство. HDD производят из композитных материалов, особого пластика и стекла. Сами магнитные диски покрываются специальным ферромагнитным материалом. Именно этот тонкий слой и будет хранить информацию.

Вся площадь делится на окружности — дорожки.

Они, в свою очередь, делятся на отрезки, тем самым разделяя площадь всего диска на сектора. Если выделить все дорожки одного радиуса на всех пластинах, то получится цилиндр.

Так, чтобы получить доступ к отдельной ячейке памяти, нужно знать:

1. Номер цилиндра.

2. Номер головки чтения.

3. Номер сектора.

Основной недостаток жёстких дисков — большое количество движущихся частей. Со временем это приводит к отказу устройства, поэтому даже у самого надёжного HDD есть свой ограниченный ресурс. К физическим ограничениям производительности жёстких дисков относятся:

— ограничение скорости вращения самого диска;

— ограничение скорости перемещения считывающей головки;

— физическая инертность головки чтения-записи;

— плотность записи информации на единице площади пластины.

С твердотельными накопителями, которые появились значительно позже HDD (во второй половине 90-х), всё гораздо проще. Отсутствует понятие пластин, вместо них используются банки данных: на монтажной плате размещается некоторое количество MLC/SLC чипов, каждый из которых представляет собой условный банк данных. Данные на чипе хранятся постранично, что несколько напоминает структуру оперативной памяти.

Источник: Go-radio.ru

Чтобы получить доступ к единичному объёму данных, нам потребуется:

1. Номер банка памяти.

2. Номер страницы памяти.

К физическим ограничениям твердотельных накопителей можно отнести скорость передачи информации внутри платы, а также скорость работы флеш-накопителей.

SSD в целом значительно быстрее HDD, но цена 1 гигабайта в них выше.

Как измеряется производительность жёстких дисков

Для оценки скорости жёстких дисков используются три метрики:

1. Скорость последовательной записи или чтения. При таких бенчмарках информация записывается или считывается в ячейки памяти, идущие по порядку. Средний показатель для большинства HDD — 200–300 Мбит/с .

2. Скорость случайной записи или чтения. В подобных тестах данные записываются или считываются в ячейках памяти из разных областей, не следующих по порядку. Средний показатель для большинства HDD — 50–100 Мбит/с.

3. Количество операций ввода/вывода в секунду (IOPS). Здесь оценивается количество блоков, которое успевает считаться или записаться на носитель за секунду. В среднем HDD показывают от 130 до 230 IOPS. В то же время SSD могут демонстрировать результаты в десятки тысяч IOPS.

Также дополнительно существует параметр времени доступа. Он показывает время задержки от момента получения запроса доступа к данным до момента начала передачи информации.

Перспективы развития HDD

Спрос на хранение больших массивов данных постоянно увеличивается, и потребность в HDD в ближайшие 10–15 лет будет сохраняться на достаточно высоком уровне.

Кроме того, есть методы, которые отчасти нивелируют некоторые недостатки HDD. Например, RAID-массивы для ускорения работы и повышения надёжности. Также существует специальное ПО, позволяющее сочетать накопители разных типов, в том числе HDD и SSD.

Технология HDD применяется как в обычных домашних компьютерах, так и в дата-центрах. Например, в серверном оборудовании REG.RU мы используем только производительные HDD и SSD. Кроме того, мы постоянно обновляем парк наших устройств (сейчас в нём более 7 500 жёстких дисков и 4 500 твердотельных накопителей), чтобы у пользователей всегда было самое свежее железо. Также мы:

— Используем подходящий тип дисков для каждой задачи. Для хранения — HDD, для файлов, к которым нужно обращаться часто, — SSD.

— Применяем технологии дисковых массивов для увеличения производительности, надежности и объёма. Например, RAID 1 для повышения надёжности накопителей или RAID 0 для увеличения скорости.

— Мониторим состояние накопителей на серверах REG.RU. Наш основной инструмент — встроенная утилита самодиагностики дисков S.M.A.R.T. Именно по её показаниям можно спрогнозировать оставшийся ресурс накопителя. Отслеживаемые параметры для жёстких дисков и твердотельных накопителей несколько отличаются. Общими показателями для них являются температура (Airflow_Temperature_Cel) и количество ошибок чтения (Raw Read Error Rate).

— Следим за новинками индустрии и предлагаем самые современные решения.

Закат эпохи HDD возможен, если совпадут два ключевых фактора:

1. Цена гигабайта SSD сравняется или станет ниже цены гигабайта HDD.

2. Весь развлекательный контент (фильмы, сериалы, игры и другое) окончательно переедет в облака, и пользователям не понадобится хранить локально большие массивы данных. Однако все эти облачные массивы всё ещё будет необходимо где-то хранить глобально. Поэтому при таком сценарии возможно исчезновение жёстких дисков с рынка потребительской электроники, но сохранение сильных позиций в дата-центрах.

Так что, несмотря на то, что SSD за последние 10 лет существенно сбросили в цене, а облачные сервисы привлекают своей простотой и удобством всё больше пользователей, как технология жёсткие диски будут актуальны ещё долгое время!

Поделитесь в комментариях, какой накопитель используется в вашем компьютере или ноутбуке. А если у вас есть какой-нибудь раритет вроде 5,25-дюймовой дискеты, перфокарты или старого IDE-HDD, также обязательно напишите в комментариях и приложите фотографию! Иначе мы не поверим!

Источник https://www.syl.ru/article/284726/new_jestkiy-disk—eto-chto-takoe-osobennosti-jestkih-diskov

Источник https://www.ixbt.com/data/hdd-10yr-progress-review.html

Источник https://www.reg.ru/blog/da-eto-zhyostko-istoriya-i-perspektivy-hdd/