Накопители на жестких магнитных дисках

Термин винчестер возник из жаргонного названия первой модели жесткого диска емкостью 16 Кбайт (IBM, 1973 г.), имевшего 30 дорожек по 30 секторов, что случайно совпало с калибром "30/30" известного охотничьего ружья "Винчестер".

В этих накопителях один или несколько жестких дисков, изготовленных из сплавов алюминия или из керамики и покрытых ферролаком, вместе с блоком магнитных головок считывания/записи помещены в герметически закрытый корпус. Емкость этих накопителей благодаря чрезвычайно плотной записи, получаемой в таких несъемных конструкциях, достигает нескольких десятков гигабайт; быстродействие их также значительно более высокое, нежели у НГМД.

На 2001 г. основные информационные характеристики НМД имеют следующие значения:

· емкость до 100 Гбайт и выше;

· скорость вращения 7200-15000 об./мин;

· время доступа – 4-12 мс;

· скорость чтения/записи – 15-60 Мбайт/с.

Стандартный диаметр дисков 3,5" (89 мм), в notebook-ах – 2,5" (63,5 мм).

В современных винчестерах стал использоваться метод зонной записи (Zone Bit Recording). В этом случае все пространство диска делится на несколько зон, причем во внешних зонах размещается больше секторов, чем во внутренних, например на 1-ой (самой длинной) дорожке может быть 200 секторов, а на последней – 100. Это, в частности, позволило увеличить емкость жестких дисков примерно на 30%.

Для того чтобы получить на магнитном носителе структуру диска, включающую в себя дорожки и сектора, над ним должна быть выполнена процедура, называемая физическим, или низкоуровневым, форматированием (physical, или low-level formatting). В ходе выполнения этой процедуры контроллер записывает на носитель служебную информацию, которая определяет разметку цилиндров диска на сектора и нумерует их. Форматирование низкого уровня предусматривает и маркировку дефектных секторов для исключения обращения к ним в процессе эксплуатации диска.

Максимальная емкость и скорость передачи данных существенно зависят от интерфейса, используемого накопителем.

Первая версия распространенного интерфейса AT Attachment (ATA), широкоизвестного и под именем Integrated Device Electronics (IDE), предложенная в 1988 г. пользователям ПК IBM PC/AT, ограничивала емкость одного накопителя 504 Мбайтами (эта емкость ограничена адресным пространством традиционной адресации C/H/S (головка - цилиндр – сектор): 16 головок * 1024 цилиндра * 63 сектора * 512 байт в секторе = 504 Кбайта = 528 482 304 байта) и обеспечивала скорость передачи данных 5-10 Мбайт/с.

В 2000 году произошло очередное увеличение скорости передачи информации по интерфейсу IDE, за счет применения новых режимов DMA (mode 4). Она достигла 100 Мбайт/с. Эта спецификация интерфейса IDE стала называться UltraATA/100 или UltraDMA/100. Современные спецификации этого интерфейса используют как традиционную (но расширенную) адресацию по номерам головки, цилиндра и сектора, так и адресацию логических блоков (Logic Block Address LBA). В режиме LBA информация из физического адреса традиционного формата преобразуется в 64 битовый логический адрес. С помощью IDE к материнской плате может подключаться до четырех накопителей, в том числе и CD-ROM, и НМЛ.

Наряду с ATA широко используются и две версии более сложных дисковых интерфейсов Small Computer System Interface (интерфейс малых компьютерных систем): Ultra160 SCSI и SCSI-3. Их достоинства: высокая скорость передачи данных (интерфейс Ultra160 SCSI имеет скорость 160 Мбайт/с , а интерфейс SCSI-3 поддерживают скорость 100 Мбайт/с и более), большое количество (до 7 шт.) и максимальная емкость подключаемых накопителей. Их недостатки: высокая стоимость (примерно в 5 -10 раз дороже ATA), сложность установки и настройки. Интерфейсы SCSI-2 и SCSI-3 рассчитаны на использование в мощных машинах-серверах и рабочих станциях.

В ПК имеется обычно один, реже несколько накопителей на жестких магнитных дисках. Однако программными средствами один физический диск может быть разделен на несколько "логических" дисков; тем самым имитируется несколько НМД на одном накопителе.

В машинах-серверах баз данных и в суперЭВМ часто применяются дисковые массивы RAID (Redundant Array of Independent Disks - матрица с резервируемыми независимыми дисками), в которых несколько накопителей на жестких дисках объединены в один большой логический диск. При этом используются основанные на введении информационной избыточности методы обеспечения достоверности информации, существенно повышающие надежность работы системы (при обнаружении искаженной информации она автоматически корректируется, а неисправный накопитель в режиме Plug and Play (вставляй и работай) замещается исправным).