История эволюции и перспективы HDD

Изобретение первых компьютеров привело к возникновению необходимости хранения цифровых данных, что стало началом истории винчестера на магнитной ленте.

Первые жесткие диски

Дебютный жесткий диск HDD RAMAC 305 был выпущен корпорацией IBM в 1956 году. Он представлял собой устройство из 50 металлических пластин, сопоставимое по габаритам с производственным рефрижератором весом в тонну. Накопитель обеспечивал доступ к данным за 600 миллисекунд, скорость информационного обеспечения составляла 8,8 байтов в секунду. Система была ненадежной, так как элементы быстро нагревались и изнашивались, и в 1961 году выпуск модели RAMAC 305 был остановлен.

Последователем данного винчестера стал IBM 1301, выпущенный в этом же году по технологии Air Bearing, которая позволила увеличить срок службы прибора за счет воздушного слоя между головкой и поверхностью накопителя. В 1962 году появилась модифицированная модель 1311 со сменными кассетами. 

В 1973 году в историю вошла модель HDD диска IBM 3340. Устройство обеспечивало получение доступа к информации за 25 миллисекунд и высокую скорость передачи данных – 885 килобайт в секунду.

Существенное влияние на эволюцию винчестеров оказало изобретение тонкопленочного магнитного покрытия. Благодаря этой разработке в 1979 году появился накопитель IBM 3370, у которого плотность записи была увеличена в десятки раз.

В 1980 году появилась модель 3380 с емкостью 2,52 гигабайта и скоростью информационного обеспечения 3 мегабайта в секунду.

Революция в индустрии HDD

Упомянутые выше винчестеры были направлены на использование в корпоративном сегменте. Ввиду компьютерной революции пользователи ПК стали более придирчивыми – возможности хранить 1,2 мегабайта данных на дискете диаметром 5,25 дюймов людям было уже недостаточно.

С учетом требований пользователей в 1980 году компания Seagate разработала премьерный жесткий диск HDD для широкого потребления, который назывался ST-506.

В 1983 году IBM выпустила видоизмененный стандарт накопителя IBM PC – IBM 5160, который вмещал 10 мегабайт информации.

Значительным прорывом в эволюции стал выпущенный в 1988 году HDD в формате 2,5 дюйма и емкостью 20 мегабайт – PrairieTek 220. Десять лет спустя данный формат начали использовать в разработке ноутбуков. В 1992 году на рынок вышел Seagate Barracuda 2LP – новый HDD диск, шпиндель которого вращался со скоростью 7200 оборотов в минуту.

Конец 20 века был ознаменован временем скоростных пластин и появлением современных стандартов. 

Как работает HDD

Винчестер изготавливают из специализированного пластика и стекла. Запись информации производится на магнитные диски – алюминиевые или стеклянные пластины с покрытием из ферромагнитного материала.

На оси жесткого диска HDD размещается одна или несколько пластин, число которых влияет на его производительность. Устройство делает 5000 оборотов в минуту, поэтому чем больше пластин, тем больший объем данных можно записать.

Площадь HDD состоит из окружностей с отрезками, которые называются дорожками. Диск получается разделен на несколько секторов. Если соединить между собой дорожки всех пластин с одинаковым радиусом, то они образуют цилиндр.

Для получения доступа к определенной ячейке памяти необходимы следующие данные:

• номер цилиндра;
• номер головки чтения;
• номер сектора.

Главным недостатком HDD дисков является большое количество подвижных элементов, что приводит к износу устройства. Кроме того, следует отметить следующие физические ограничения эффективности работы HDD:

• недостаточная скорость вращения диска;
• низкая скорость движения считывающей головки;
• инертность головки чтения/записи;
• высокая концентрация данных на единице площади пластины.

Выпуск интерфейсов IDE и SATA

Для подключения первых винчестеров к ПК использовали платы расширения с интерфейсами ST-506 и ST-412. В 1986 был представлен новый стандарт IDE (АТА), в котором контроллер привода размещался внутри устройства, а не в виде отдельной платы расширения, как в предыдущих интерфейсах.

HDD с параллельным интерфейсом подключения к компьютеру имели следующие преимущества:

• улучшение функциональности винчестера за счет меньшего расстояния до контроллера;
• упрощение управления накопителем, так как контроллер канала IDE находится отдельно от элементов привода;
• снижение стоимости дисковой подсистемы за счет отсутствия необходимости покупки дополнительных модулей;
• облегчение производственного процесса благодаря тому, что контроллер привода предусмотрен для конкретного стандарта HDD.

Интерфейс IDE (ATA) ежегодно совершенствовался, и в январе 2003 года была представлена новая спецификация SATA Revision 1.0. Ключевой ценностью HDD с интерфейсом SATA стало применение последовательной шины, а не параллельной. Это позволило работать на более высоких частотах за счет отсутствия потребности синхронизации каналов и большей устойчивости кабеля к помехам. Интерфейс SATA быстро развивался: в 2004 году было выпущено второе поколение, а в 2008 году третье. 

Перспективы эволюции HDD

Спрос на хранение больших объемов информации растет, поэтому можно с уверенностью сказать, что потребность в жестких дисках сохранится на ближайшие пару десятилетий.

Кроме того, в наши дни существуют методы, которые могут сгладить недостатки HDD. Например, был создан избыточный массив RAID, благодаря которому HDD работает быстрее и надежнее. 

Жесткие диски используют в персональных компьютерах и в центрах обработки данных. Виртуальные выделенные серверы и хостинги также размещают на HDD дисках (хотя все чаще на SSD и NVMe).

Более подробно об аренде выделенного сервера можно прочитать в этой статье.

Прекращение эксплуатации жестких дисков возможно в случае совпадения двух факторов:

• Стоимость гигабайта SSD будет равна или меньше цены гигабайта HDD.
• Пользователи станут использовать только облачное хранение для всего развлекательного контента (книги, фильмы, игры, приложения, сериалы). В таком случае отпадет необходимость в локальном хранении больших объемов информации, но возникнет потребность масштабного размещения облачных массивов. Теоретически можно представить исчезновение жестких дисков с потребительского рынка, но их роль в центрах обработки данных пока незаменима.

Несмотря на рост популярности твердотельных накопителей и систем облачного хранения данных, развитие жестких дисков HDD тоже не стоит на месте. Еще долгое время винчестеры будут занимать свою нишу на рынке и иметь постоянный спрос.