Зовнішня пам'ять

Жорсткі магнітні диски

Жорсткі магнітнідиски є кілька металевих чи керамічних дисків, покритих магнітним шаром. Диски разом з блоком магнітних головок встановлені всередині герметичного корпусу накопичувача на жорстких магнітних дисках (НЖМД), що називається вінчестером.

Термін «вінчестер» виник з жаргонної назви першої моделі жорсткого дискаємністю 16 Кбайт (IBM, 1973гю), що мав 30 доріжок по 30 секторів, що випадково збіглося з калібром 30 "/30" відомої мисливської рушниці «вінчестер». Жорсткий дискє дуже складним пристроєм з високоточною механікою та електронною платою, керуючою роботою диска.

Структура жорстких дисківмає загалом таку ж структуру, як і гнучкі магнітні диски.

Магнітні пластини, встановлені в накопичувачі, розміщені на одній осі та обертаються з великою кутовою швидкістю. Обидві сторони кожної пластини покриті тонким шаром намагніченого матеріалу. Запис проводиться на обидві поверхні кожної пластини (крім крайніх).

Кожна магнітна сторона кожної пластини має свою магнітну головку читання/запису. Ці головки з'єднуються разом і рухаються радіально (радіус) по відношенню до пластин. Таким чином забезпечується доступ до будь-якої доріжки будь-якої пластини.

За рахунок використання кількох магнітних пластин і набагато більшої кількостідоріжок на кожній стороні пластини інформаційна ємністьжорстких дисків може сягати 500 Гбайт.

Як і НГМД, НЖМД належить до класу носіїв з довільним доступом до інформації.

Основні характеристики вінчестерів:

• швидкодія, що визначається часом доступу до потрібної інформації, часом її зчитування/запису та швидкістю передачі даних
• ємність, тобто максимальданих, який можна записати на носій;
• час безвідмовної роботи(Зазвичай становить приблизно 50 років).

У всіх сучасних дискових накопичувачах встановлюється кеш-буфер (пам'ять), який пришвидшує обмін даними; чим більша його ємність, тим вища ймовірність того, що в кеш-пам'яті буде необхідна інформація, яку не треба зчитувати з диска (цей процес у тисячі разів повільніший); ємність кеш-буфера в різних пристрояхможе змінюватись у межах від 64 Кбайт до 2Мбайт.

Існують змінні жорсткі диски і, відповідно, дисководи для них. В основному вони використовуються для перенесення великих обсягівінформації між комп'ютерами чи зберігання архівних даних.
Основний тип – Jaz-диск. Його ємність, залежно від моделі від 540 Мбайт до 1,07 Гбайт.

Пристрої зберігання інформації

Запам'ятовуючий пристрій- носій інформації, призначений для запису та зберігання даних. В основі роботи пристрою може лежати будь-який фізичний ефект, що забезпечує приведення системи до двох або стійкіших станів.

Пристрої зберігання інформації поділяються на 2 види:

§ зовнішні (периферійні) пристрої

§ внутрішні пристрої

До зовнішнім пристроям відносяться магнітні диски, CD, DVD, BD, стрімери, жорсткий диск (вінчестер), а також флеш-карта. Зовнішня пам'ять дешевша за внутрішню, створювану зазвичай на основі напівпровідників. Крім того, більшість пристроїв зовнішньої пам'ятіможе переноситися з одного комп'ютера до іншого. Головний їх недолік у тому, що вони працюють повільніше за пристрої внутрішньої пам'яті.

До внутрішнім пристроям відносяться оперативна пам'ять, кеш-пам'ять, CMOS-пам'ять, BIOS. Головною перевагою є швидкість обробки інформації. Але в той же час пристрої внутрішньої пам'яті є досить дорогими.

НГМД (накопичувач на гнучких магнітних дисках)

Використання гнучких дисківвідходить у минуле. Бувають двох типів та забезпечують зберігання інформації на дискетах одного з двох форматів: 5,25" або 3,5". Дискети формату 5,25" в даний час практично не зустрічаються (максимальна ємність 1,2 Мб). Для дискет формату 3,5" максимальна ємність становить 2,88 Мб, найпоширеніший формат ємності для них – 1,44 Мб. Гнучкі магнітні диски поміщаються у пластмасовий корпус. У центрі дискети є пристрій для захоплення та забезпечення обертання диска всередині пластмасового корпусу. Дискета вставляється в дисковод, що обертається з постійною кутовою швидкістю. Усі дискети перед вживанням форматуються – на них наноситься службова інформація, обидві поверхні дискети розбиваються на концентричні кола – доріжки, які у свою чергу діляться на сектори. Однойменні сектори обох поверхонь утворюють кластери. Магнітні головки примикають до обох поверхонь і при обертанні диска проходять повз всі кластери доріжки. Переміщення головок радіусом за допомогою крокового двигуна забезпечує доступ до кожної доріжки. Запис/читання здійснюється цілим числом кластерів, зазвичай під керуванням операційної системи. Однак у особливих випадкахможна організувати запис/читання та в обхід операційної системи, використовуючи безпосередньо функції BIOS. З метою збереження інформації гнучкі магнітні диски необхідно оберігати від впливу сильних магнітних полів та нагрівання, оскільки такі впливи можуть призвести до розмагнічування носія та втрати інформації.

НЖМД (накопичувач на жорстких магнітних дисках)

Накопичувач на жорсткому диску відноситься до найбільш досконалих та складних пристроїв сучасного ПК. Його диски здатні вмістити багато мегабайтів інформації, що передається з величезною швидкістю. Основні принципи роботи жорсткогодиска мало змінилися з дня його створення. Подивившись на накопичувач на жорсткому диску, ви побачите лише міцний металевий корпус. Він повністю герметичний та захищає дисковод від частинок пилу. Крім того, корпус екранує накопичувач від електромагнітних перешкод.

Диск є круглою пластиною з дуже рівною поверхнею частіше з алюмінію, рідше - з

кераміки чи скла, покриту тонким феромагнітним шаром. Магнітні головки зчитують та записують інформацію на диски. Цифрова інформаціяперетворюється на змінний електричний струм, що надходить на магнітну головку, а потім передається на магнітний диск, але вже у вигляді магнітного поля, яке може сприйняти диск і "запам'ятати". Під впливом зовнішнього магнітного поля власні магнітні поля доменів орієнтуються відповідно до його напряму. Після припинення дії зовнішнього поляна поверхні диска утворюються зони залишкової намагніченості. У такий спосіб зберігається записана на диск інформація. Ділянки залишкової намагніченості, опинившись при обертанні диска навпроти зазору магнітної головки, наводять у ній електрорушійну силущо змінюється в залежності від величини намагніченості. Пакет дисків, змонтований на осі-шпинделі, рухається спеціальним двигуном, компактно розташованим під ним. Швидкість обертання дисків, як правило, становить 7200 об/хв. Для того, щоб скоротити час виходу накопичувача в робочий стан, двигун при включенні деякий час працює у форсованому режимі. Тому джерело живлення комп'ютера повинен мати запас по пікової потужності. Поява в 1999 р. винайдених фірмою IBM головок з магніторезистивним ефектом (GMR – Giant Magnetic Resistance) призвела до підвищення щільності запису до 6,4 Гбайт на одну пластину вже представлених на ринку виробах.

Основні параметри жорсткогодиска:

§ Місткість – вінчестер має об'єм від 40 Гб до 200 Гб.

§ Швидкість читання даних. Середній показник – близько 8 Мбайт/с.

§ Середній час доступу. Вимірюється в мілісекундах і позначає той час, який потрібний диску для доступу до будь-якої обраної вами ділянки. Середній показник – 9 мс.

§ Швидкість обертання диска. Показник, безпосередньо пов'язаний зі швидкістю доступу та швидкістю читання даних. Швидкість обертання жорсткогодиск в основному впливає на скорочення середнього часу доступу (пошуку). Підвищення загальної продуктивності особливо помітно під час вибірки великої кількостіфайлів.

§ Розмір кеш-пам'яті – швидкої буферної пам'яті невеликого об'єму, в яку комп'ютер поміщає найчастіше використовувані дані. Вінчестер має свою кеш-пам'ять розміром до 8 Мбайт.

§ Фірма виробник. Освоїти сучасні технологіїможуть тільки найбільші виробники, Тому що організація виготовлення найскладніших головок, пластин, контролерів вимагає великих фінансових та інтелектуальних витрат. В даний час жорсткі диски виробляють сім компаній: Fujitsu, IBM-Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate, Toshiba та Western Digital. При цьому кожна модель одного виробника має свої, тільки їй властиві особливості.

Стрімери

ласичним способом резервного копіюванняє застосування стримерів – пристроїв

запис на магнітну стрічку. Однак можливості цієї технології, як за ємністю, так і за швидкістю, сильно обмежені фізичними властивостями носія. Стример за принципом дії дуже схожий касетний магнітофон. Дані записуються на магнітну стрічку, що простягається повз головки. Недоліком стримеру є занадто великий часпослідовного доступу до даних під час читання. Місткість стримеру досягає декількох Гбайт, що менше ємності сучасних вінчестерів, а час доступу набагато більше.

Flash-карта

Пристрої, виконані на одній мікросхемі (кристалі) і не мають рухомих частин, засновані на кристалах електрично перепрограмованої флеш-пам'яті. Фізичний принципОрганізації осередків флеш-пам'яті можна вважати однаковим для всіх пристроїв, що випускаються, як би вони не називалися. Розрізняються такі пристрої за інтерфейсом і контролеру, що застосовується, що обумовлює різницю в ємності, швидкості передачі даних і енергоспоживання.

Multimedia Card (MMC) та Secure Digital (SD)– сходить зі сцени через обмежену ємність (64 Мб та 256 Мб відповідно) та низьку швидкість роботи.

SmartMedia– основний формат для карт широкого застосування (від банківських та проїзних у метро до посвідчень особи). Тонкі платівки вагою 2 грами мають відкрито розташовані контакти, але значна для таких габаритів ємність (до 128 Мбайт) і швидкість передачі даних (до 600 Кбайт/с) зумовили їх проникнення у сферу цифрової фотографії та МРЗ-пристроїв, що носяться.

Memory Stick– “ексклюзивний” формат фірми Sony практично не використовується іншими компаніями. Максимальна ємність – 256 Мбайт, швидкість передачі даних сягає 410 Кбайт/с, ціни порівняно високі.

CompactFlash (CF)- Найпоширеніший, універсальний та перспективний формат. Легко підключається до будь-якого ноутбука. Основна сфера застосування – цифрова фотографія. За ємністю (до 3 Гбайт) сьогоднішні CF-карти не поступаються IBM Microdrive, проте відстають за швидкістю обміну даними (близько 2 Мбайт/с).

USB Flash Drive – послідовний інтерфейс USB з пропускною здатністю 12 Мбіт/с або його сучасний варіант USB 2.0 із пропускною здатністю до 480 Мбіт/с. Сам носій укладено в компактний обтічний корпус, що нагадує автомобільний брелок. Основні параметри (ємність і швидкість роботи) повністю збігаються з CompactFlash, оскільки чіпи пам'яті залишилися колишніми. Може служити не тільки "переносником" файлів, але і працювати як звичайний накопичувач– з нього можна запускати програми, відтворювати музику та стисло відео, редагувати та створювати файли. Низький середній час доступу до даних на Flash-диску – менше 2,5 мс. Ймовірно, накопичувачі класу USB Flash Drive, особливо з інтерфейсом USB 2.0, у перспективі зможуть повністю замінити собою звичайні дискети і частково – компакт-диски, що перезаписуються, носії Iomega ZIP і їм подібні.

PC Card (PCMCIA ATA)– основний тип флеш-пам'яті для компактних комп'ютерів. В даний час існує чотири формати карток PC Card: Type I, Type II, Type III і CardBus, що відрізняються розмірами, роз'ємами та робочою напругою. Для PC Card можлива Зворотня сумістністьпо роз'ємах "згори донизу". Місткість PC Card досягає 4 Гб, швидкість – 20 Мб/с під час обміну даними з жорстким диском.

Інструкція

Якщо на комп'ютері встановлений один диск, то йому, як правило, присвоєно букву C. Це зручно, оскільки за умовчанням саме на диску С знаходиться операційна система. Змінювати цю літеру не слід, ви можете отримати непрацездатну систему або зіткнетеся з проблемами при запуску вже встановлених програм.

Літери всіх інших дисківможна міняти. Для зміни відкрийте: "Пуск" - "Панель управління" - "Адміністрування" - "Керування комп'ютером". У лівій колонці вікна виберіть пункт «Керування дисками».

У вікні ви побачите список дисківта їх графічне уявлення. Клацніть потрібний диск правою кнопкоюмишки та виберіть у контекстному менюпункт "Змінити букву диска або шлях до диска". У новому вікні підберіть для диска будь-яку вільну літеру та збережіть зміни.

У тому випадку, якщо ви, наприклад, хочете перейменувати диск F на D, але ця літера вже належить іншому диску, перейменуйте диск D на будь-який інший, а літеру, що звільниться, надайте диску F.

Ви можете не тільки міняти букву диска, але і його назву, що відображається у «Провіднику». Відкрийте «Мій комп'ютер», клацніть будь-який диск правою кнопкою мишки та виберіть пункт «Перейменувати». Так, якщо на вибраному диску у вас є ігри, ви можете назвати його «Ігри» або Game. Якщо це диск із даними, то цілком підійдуть такі варіанти, як «Дані» чи «Файли». У вас на комп'ютері можуть бути диски: «Фото», «Музика», «Софт», «Архів» та ін.

Деякі користувачі створюють окремий розділ, в якому зберігають всі файли, що втратили актуальність, але ще здатні стати в нагоді в якійсь ситуації. Назва такого диска відповідна – «Звалище», «Різне», «Старі файли», «Утиль» тощо. – у даному випадкувсе залежить від фантазії користувача. Зміна назви диска не призводить до зміни літери.

Навіть якщо у вас на комп'ютері лише один фізичний дискрекомендується розділити його на кілька логічних. Виділіть диск С досить невеликий об'єм – наприклад, 50 Гб. Цього вистачить для операційної системи та встановлених програм. Всі інші файли зберігайте на інших розділах, це значно підвищить їх збереження. Ще краще, якщо у вашій системі два і більше фізичних жорсткихдиска: дублююча важливу інформаціюВи зведете до мінімуму ризик її втрати.

Відео на тему

Наявність на комп'ютері кількох жорстких дисківзначно збільшує безпеку зберігання файлів. Але навіть якщо на вашому комп'ютері всього один жорсткий диск, ви можете підвищити збереження файлів, розділивши його на кілька логічних дисків.

Інструкція

Створення логічного диска досить умовним процесом, оскільки фізично ніякого нового пристрою не створюється. Відбувається виділення деякого дисківного простору, якому присвоюється та чи інша буква. З моменту такого розбиття користувач може звертатися до нового логічного дискуяк до самостійного пристрою – форматувати його, записувати на нього інформацію, встановлювати операційну систему тощо.

Якщо на вашому комп'ютері лише один жорсткий диск, обов'язково розділіть його на два (або більше) логічні. Це дуже зручно, оскільки значно підвищує безпеку інформації на комп'ютері. На диск С встановлюється основна операційна система, диск D – резервна. На диску D зберігаються основні файли користувача. Навіть у разі дуже серйозних проблем з основною ОС ви зможете завантажитись з резервної, зберегти важливі дані з диска С (наприклад, папку «Мої документи») та перевстановити операційну систему. При цьому файли на диску D у будь-якому випадку залишаються недоторканими.

В операційній системі Windows XP немає вбудованих засобів для розбиття жорсткогодиска. У Windows 7 можливість розбиття диска є, але таки для цієї ОС краще скористатися сторонньої утилітою. Однією з найбільш зручних програмє програма Acronis Disk Director, її останні версіїпідтримує усі операційні системи сімейства Windows. Програма існує у двох основних версіях: одна завантажується з компакт-диска під час старту комп'ютера, інша встановлюється як звичайна програмадля Windows. В іншому в них все одно.

Для розбиття диска запустіть програму Acronis Disk Director. Виберіть ручний режим. мишкою виділіть диск, який ви збираєтеся поділити. Потім у лівій частині програми натисніть «Розділити». Відкриється вікно, в якому вам запропонують виділити папки, що переносяться на новий розділ. Вибравши потрібні папки, Натисніть кнопку "Далі".

Ідея зберігання великих обсягів даних на зовнішніх магнітних носіях виникла практично одночасно із самими комп'ютерами. Першими з'явилися стрічки, а за ними - барабани. Перевагою стрічок була практично необмежена площа носія, а недоліком – необхідність послідовного доступу. Навпаки, перевага барабанів полягала в можливості прямого доступу, зате збільшити площу їх магнітної поверхні в заданому обсязі було неможливо. З «геометричної» точки зору єдиною альтернативою цим типам носіїв виявилися накопичувачі, в яких магнітна поверхня розташовується на стеку дисків, що обертаються, в просторіччі - «млинців». По-перше, їх площу можна збільшувати за рахунок кількості «млинців», а по-друге, можливий прямий доступ до записаних даних. Магнітні диски вперше були реалізовані на початку 50-х років у дослідницькій лабораторії IBM, розташованої в Сан-Хосе (Каліфорнія).

З того часу минуло понад півстоліття, але чогось іншого, здатного замінити диски, поки не придумано. По всій Землі обертається понад 2 млрд шпинделів, на яких записані петабайти даних, і так буде, мабуть, ще багато років. При цьому «прихильність» процесорів, що містять сотні мільйонів транзисторів на одному кристалі, до досить примітивного на перший погляд механічного пристрою виглядає досить дивною. Не випадково протягом довгої історіїдисків їм (як, наприклад, і мейнфреймам), неодноразово пророкували неминучу кончину. Однак і ті, й інші із завидною регулярністю реінкарінувались, з'являлися все нові і нові технічне рішення, які дозволяли відкласти вирішення, що здавалося справою, розставання на невизначений час. Сучасні диски настільки мініатюрні та досконалі, що користувачі забувають або навіть не здогадуються про їхню механічну природу. Твердотільні диски, які, безперечно, колись прийдуть на зміну традиційним механічним пристроям, вже зараз перевершують їх за всіма показниками, але стоять на порядки дорожче і в найближчому майбутньому навряд чи зможуть з ними конкурувати.

Одна з найважливіших технічних тенденцій, що забезпечила дискам довгожительство, - їх зменшення фізичних розмірів. Мініатюризація дозволяє радикально знижувати необхідну для обертання споживану потужність, величина якої пропорційна діаметру четвертого ступеня. Зазвичай при переході на стандарт, що має на увазі менший діаметр дисків, їх ємність спочатку зменшується, але потім завдяки підвищенню щільності запису різко зростає. У свою чергу, зменшення розмірів та споживаної потужності призводить до розширення сфери застосування. Колись диски могли використовуватися тільки в комп'ютерних центрах, Потім - в персональних комп'ютерах, а в сучасних умовах- у мобільних пристроях. На кожній новій хвилі ринок зростає на порядки.

Дисковий накопичувач, як і більшість винаходів, пов'язаних із комп'ютерами, з'явився внаслідок індивідуальної творчості. Автор цього незамінного пристроюРейнолд Джонсон (1906-1998) - невтомний винахідник-універсал та володар безлічі патентів - майже все своє довге життя пропрацював у IBM. Навіть пішовши у відставку, Джонсон продовжував творити і на додаток до слави винахідника дисків здобув широку популярність як автор іграшок.

Винахідницька кар'єра Джонсона розпочалася зі створення електронного пристроюдля зчитування бланків у 30-х роках XX століття, коли він працював шкільним учителем. Запропонований ним прилад виявився настільки ефективним, що компанія IBMзапросила його на роботу. Використана в цьому приладі технологія (надалі вона була названа електрографією) дозволяла перекладати мітки, нанесені спеціальним олівцем, з паперового бланка на єдиний машинний носій, що існував на той час, - перфокарти. Потім Джонсон зробив багато інших винаходів, у тому числі створив касетні магнітні стрічкиАле, зрозуміло, головне його досягнення - перший в історії комп'ютерних систем дисковий накопичувач. За свої винаходи Джонсона було нагороджено 1986 року Національною технологічною медаллю.

В 1953 Джонсон був призначений на посаду керівника дослідницької лабораторії IBM, розташованої в Сан-Хосе, і в подальшому вона стала для корпорації основним центром розробки технологій магнітних дисків. Географічна віддаленість лабораторії від штаб-квартири забезпечувала відносну свободу дій та дозволяла вести несанкціоновану розробку приладу, який отримав назву RAMAC (Random-Access Method of Accounting and Control - «довільний метод доступу та управління»). Самодіяльність Джонсона не відразу була гідно оцінена, і за результатами інспекційної поїздки вище керівництвоспочатку висловило недовіру до проекту, вважаючи його надмірно затратним. Але Джонсон виявив завзятість і в лютому 1954 зумів вперше переписати дані з перфокарт на диск.

У листопаді того ж року розробка RAMAC отримала офіційне визнання, а в 1956 був випущений серійний дисковий накопичувач IBM 350 - перший пристрій з рухомою головкою для читання і запису. Цей диск став частиною системи IBM 305, до складу якої входили зчитувач з карт і принтер. RAMAC важив більше тонни і був здатний зберігати 5 млн символів у 7-бітовому кодуванні на 50 (!) «млинцях» діаметром 24 дюйми, покритих фарбою з окисом заліза. До речі, така сама фарба і досі використовується для фарбування мосту Golden Gate у Сан-Франциско.

При проектуванні першого магнітного диска інженери зіткнулися з цілим комплексом проблем, який супроводжував ці пристрої протягом усіх наступних років: необхідність підвищення щільності запису та швидкості обертання, зменшення товщини магнітного покриття та відстані від головки до поверхні. У RAMAC була застосована головка, яка не стикається з диском, а знаходиться на повітряній подушці. Ця ідея з невеликими змінами залишається основною і досі. У перших конструкціях головка підтримувалася на потрібній відстані від диска за допомогою повітряного струменя. Незабаром з'явилися «літаючі» голівки, чий «політ» забезпечувався за рахунок ефекту Бернуллі, а потім такий конструктивний принципне змінювався. Іноді вважають, що сучасні дискипрацюють у вакуумі, але головка може «літати» лише у повітряному середовищі. Одна із проблем полягає у необхідності забезпечення «аварійної посадки» у разі відключення живлення; вона вирішується завдяки інерційності «млинців», що обертаються.

Заради справедливості зазначимо, що робота Джонсона не була унікальною. До ідеї створення дискових накопичувачів майже одночасно підійшли кілька компаній, але найближче – ведуча комп'ютерна компанія 50-х, Univac, в якій працювали винахідники комп'ютера ENIACПреспер Еккерт та Джон Мочлі. Однак з міркувань внутрішньої політики в Univac перевага була віддана магнітним барабанам - напрямку, в кінцевому рахунку, тупиковим, що виявилося.

Деякі конструкції дисків початку 60-х справді вражаючі. До унікальних відноситься пристрій компанії Bryant Computer, який мав найбільший в історії дисків діаметр (майже 1 метр) і ємність до 90 Мбайт. Але єдиним серйозним конкурентом IBM щодо дисків була компанія Telex, яка на початку 60-х років змогла випустити власні пристрої, що поставлялися як додаткового обладнаннядо комп'ютерів IBM. Це, напевно, перший відомий прецедент комплектування комп'ютерів системами зберігання незалежних виробників. У наступні роки кількість компаній, що виробляють диски, помітно збільшилася, причому багато хто з них був створений вихідцями з IBM. Одним з найбільш яскравих представниківнового покоління став легендарний Алан Шугарт, який після низки метаморфоз утворив компанію Seagate Technology.

Наступним кроком було створення накопичувачів із змінними пакетами діаметром 14 дюймів. Ці практичні пристрої дозволяли багаторазово збільшувати обсяг даних, що зберігаються на дисках, без істотних витрат. Через їхні габарити і зовнішню схожість ці дисководи називали « пральними машинами». З таких конструкцій почалося серійне тиражування дисків, якими комплектувалися до середини 80-х міні-ЕОМ і мейнфрейми.

Але найрадикальнішим винаходом, що змінив дискову індустрію, стали диски-вінчестери. Перший накопичувач такого типу, IBM 3340, зберігав 30 Мбайт на змінному пакеті та ще 30 Мбайт – на фіксованому. З 1973 вінчестерами стали називати нерозбірні диски, розташовані разом з головками в замкнутому просторі. (Стверджується, що така назва була дана на ім'я гвинтівки «Вінчестер 30-30», якою володів менеджер проекту; а може, справа полягала в тому, що одна з дослідницьких лабораторій IBM розташована в англійському місті Вінчестер.) Випускалися у 80-ті роки вінчестери мали ємність, що вимірювалась сотнями мегабайт, і були досить громіздкими – вони важили десятки кілограм.

Подальша еволюція дисків була пов'язана з компонентами, що входять до їх складу. При цьому доводилося вирішувати безліч конструктивних, аеродинамічних та матеріалознавчих завдань, а також проблем, пов'язаних з керуванням у процесі переміщення головок. Управління сервоприводами та точне динамічне позиціонування головок щодо доріжок становлять один із найцікавіших напрямків у сучасній теорії автоматичного регулювання. Загальний тренд у розвитку дисків залежить від того, що якість поверхні диска, допускаемая матеріалом щільність записи, висота «польоту» головки та інші характеристики взаємозалежні. Ця залежність визначається насамперед законами фізики: напруженість магнітного поля падає пропорційно кубу відстані між голівкою та носієм. До того ж, чим менше діаметр диска, тим менше лінійна швидкістьна периметрі і турбулентність, що викликається обертанням. Зменшення розмірів диска, що безпосередньо призводить до збільшення його ємності, обмежується лише наявними технологіями.

Першим серйозним кроком у цьому напрямі було створення 1979 року 8-дюймового дисководу IBM Piccolo (IBM 3350). Спочатку такі дисководи поступалися по ємності найпоширенішим на той момент 14-дюймовим дисководам, але з часом перевершили їх. У 1980 році компанія Seagate Technology створила диски розміром 5,25 дюйма, в 1983 році Rodime запустила у продаж 3,5-дюймові диски, а в 1988 PrairieTek зменшила розмір дисків до 2,5 дюймів. В даний час мініатюризація дисків, здолавши бар'єр в 1 дюйм (IBM Microdrive), досягла показника 0,85 дюйма. Комп'ютери IBM PC та їх численні клони комплектувалися 5-дюймовими дисками ємністю 10 Мбайт, з яких почалося виробництво дисків мільйонними тиражами.

Одночасно зі зменшенням діаметра вдосконалювалися матеріали, що використовуються для створення магнітної поверхні і самих дисків, що обертаються, а електричний привід змістився всередину шпинделя. Найбільш помітним було підвищення швидкості обертання. Перший диск RAMAC обертався зі швидкістю 1200 оборотів за хвилину, 14-дюймові - зі швидкістю 5400 оборотів за хвилину, а швидкість обертання дисків діаметром 5,25, 3,5 і 2,5 дюймів зросла з 7200 до 10 тис. і навіть до 15 тис. тис. оборотів. Але, мабуть, найяскравішим показником прогресу дискових технологійє зниження питомої вартості зберігання. У 60-ті роки вона перевищувала 2 тис. дол. за мегабайт, а зараз за той самий обсяг потрібно заплатити десяті частки центу.

Сучасні диски підключаються по одному з таких типів інтерфейсів: ATA (IDE, EIDE), SCSI, FireWire/IEEE 1394, USB та Fibre Channel. Їх збирають у дискові масиви, але це вже інша історія. Наприкінці 2002 року було запропоновано послідовний інтерфейс Serial ATA, що дозволив створювати недорогі масиви великої ємностіщо відкриває нові можливості для оперативного зберігання даних.

Як вимірювати ємність дисків

Швидке зростання ємності дисків оголило на перший погляд несподівану проблему, а саме – недостатню визначеність одиниць виміру цієї ємності. Декілька років тому в Сполучених Штатах відбулися судові процеси у зв'язку зі звинуваченням виробників комп'ютерів у тому, що заявлені ємності дисків не відповідають тому, що показує операційна система. Скажімо, у специфікації комп'ютера зазначено, що в ньому встановлено диск 120 Гбайт, а система показує лише 115. Багато хто з нас намагався зрозуміти, чому на 30-гігабайтному диску можна записати лише 28 Гбайт даних, для чого співвідносили значення ступеня двійки зі ступенем десятки. А виною всьому - неузгодженість термінів, використання упереміж десяткових (кіло-, мега-) префіксів і двійкових значень, підступна близькість горезвісних значень 1024 і 1000, що спонукає прирівняти їх, щоб за подальших розрахунків ототожнювати 103 і 21.

До чого це призводить, стане ясно, якщо як приклад розглянути таку одиницю виміру, як мегабайт. Виявляється, її можна трактувати трьома різними способами.

1. Міжнародна електротехнічна комісія (International Electrotechnical Commission, IEC), що дотримується системи СІ, вважає, що 1 Мбайт дорівнює 1 млн. байт (106). У такому трактуванні цю одиницю виміру використовують деякі виробники жорстких дисків та DVD.
2. Пам'ять комп'ютерів теж вимірюється мегабайтами, але за визначенням, є "чисто двійковою", тому в цьому випадку 1 Мбайт дорівнює 1048576 байт (220).
3. Виробники гнучких дисків породили проміжний підхід. Вони зберегли двійковий кілобайт, тому вони 1 Мбайт дорівнює 1 тис. Кбайт, тобто 1024000 байт (1024 x 1000). Звідси випливає, що дискета ємністю 1,44 Мбайт може зберігати 1474560 байт.

З очевидних арифметичних причин розбіжність між двійковими значеннями та десятковими буде тим більшою, чим більше абсолютна величина. Між десятковою тисячею байт та кілобайтом (1024 байт) – різниця всього 2,4%; однак між йоттабайтом (280) і зазвичай ставляться йому у відповідність до числа 1024 відмінність становить вже 20,8%. На гігабайтному рівні відмінність менша, але її виявилося достатньо у тому, щоб організації, які захищають права споживачів, порушили судові процеси проти виробників дисків. Були спроби довести, що вони вводять в оману покупців, завищуючи справжні обсяги дисків, але це зовсім не так. Використання десяткових одиниць виміру в накопичувачах є інженерною традицією, яка почалася ще з часів перфострічок, а двійкова інтерпретація дискового просторупов'язана з особливостями операційної системи.

Для подолання протиріччя 1999 року IEC розробила новий стандарт IEC 60027-2, в якому пропонується замінити десяткові префікси двійковими, що відрізняються двома літерами bi (від binary), і повністю відмовитися від використання основи 10 на користь основи 2. За минулі роки спостерігалося певне зростання популярності нової системивимірів, і в 2005 році її прийняли американський інститут IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) та Міжнародний комітет заходів та терезів (Comite International des Poids et Mesures, CIPM).

Аналогічні зміни запропоновані й у одиниць виміру, визначальних швидкість передачі. Як зараз прийнято, одиниця виміру частоти герц взята з системи СІ, отже, дані, що передаються, вважаються в десятковій системіі швидкість передачі, скажімо, 128 Кбіт/с означає передачу 128 тис. десяткових бітів за секунду, що дорівнює 15,625 Ki за секунду, а, наприклад, швидкість передачі 1 Мбіт/с 122 Ki за секунду.

Важливі дати з історії магнітних дисків

• 1956 рік - перший дисковий накопичувач RAMAC 350 (5 Мбайт, 24 диски)
• 1961 - накопичувач з розподілом на сектори Bryant Computer 4240 (90 Мбайт, 24 диски діаметром 39 дюймів, тобто 99 см)
• 1963 - накопичувач зі змінними 14-дюймовими пакетами IBM 1311 (2,69 Мбайт, 6 дисків)
• 1971 - накопичувач з стежить сервомеханізмом IBM 3330-1 Merlin (100 Мбайт, 11 дисків)
• 1971 рік - гнучкий диск IBM 23FD (0,816 Мбайт, 1 диск діаметром 8 дюймів)
• 1973 - накопичувач типу «Вінчестер» IBM 3340
• 1976 - гнучкий диск діаметром 5, 25 дюйма Shugart Associates SA400
• 1980 - жорсткий диск діаметром 5,25 дюйма Seagate Technology ST506 (5 Мбайт)
• 1985 - диск на карті Quantum Hardcard (10,5 Мбайт, 3,5 дюйма)

Накопичувачі на жорстких магнітних дисках (НЖМД, жорсткі диски, HDD) є пристроями, призначеними для тривалого зберігання інформації. Як накопичувачі на жорстких магнітних дисках стала вельми поширеною в ПК отримали накопичувачі типу вінчестер. Термін «вінчестер» є жаргонною назвою першої моделі жорсткого диска ємністю 16 Кбайт (IBM, 1973), що мав 30 доріжок по 30 секторів, що випадково збіглося з калібром 30/30 відомої мисливської рушниці вінчестер. У цих накопичувачах один або кілька жорстких дисків, виготовлених з алюмінієвих сплавів або з кераміки і покритих феролаком, разом з блоком магнітних головок зчитування-запису поміщені в герметично закритий корпус. Під дисками розташований двигун, що забезпечує обертання дисків, а ліворуч і праворуч – поворотний позиціонер з коромислом, керуючим рухом магнітних головок по спіральній дузі для їх встановлення на потрібний циліндр. Місткість вінчестерів завдяки надзвичайно щільному запису, що виконується магніторезистивними головками в таких герметичних конструкціях, досягає кількох десятків гігабайтів; швидкодія їх також дуже висока: час доступу від 5 мс, трансфер (швидкість обігу) до 6 Гбайт/с. Магніторезистивні технології забезпечують надзвичайно високу густину запису, що дозволяє розміщувати 2-3 Гбайт даних на одну пластину (диск). Поява ж головок з гігантським магніторезистивним ефектом (GMR – Giant Magnetic Resistance) ще більше збільшила щільність запису – можлива ємність однієї пластини зросла до 6,4 Гбайт.

НЖМД дуже різноманітні. Діаметр дисків найчастіше 3,5 дюйми (89 мм). Найбільш поширена висота корпусу дисководу: 25 мм – у настільних ПК, 41 мм – у серверів, 12 мм – у портативних ПК, є й інші. Зовнішні доріжки диска довші за внутрішні. Тому в сучасних жорсткого дисках використовується метод зонного запису. У цьому випадку весь простір диска ділиться на кілька зон, причому у зовнішніх зонах секторів розміщується більше даних, ніж у внутрішніх. Це зокрема дозволило збільшити ємність жорстких дисків приблизно на 30%.

Зовнішній вигляд НМЗ зі знятою кришкою показаний на рис. .

Мал. __. Жорсткий диск зі знятою кришкою

Є два основних режими обміну даними між HDD та ОП:

Programmed Input/Output (PIO - програмований введення-виведення);

Direct Memory Access (DMA – прямий доступ до пам'яті).

PIO– це режим, при якому переміщення даних між периферійним пристроєм (жорстким диском) та оперативною пам'яттю відбувається за участю центрального процесора. Найшвидший PIO забезпечує 16,6 Мбайт/с. Режим PIO у сучасних ПК використовуються рідко, оскільки сильно завантажують процесор.

DMA– це режим, у якому вінчестер безпосередньо спілкується з оперативною пам'яттю без участі центрального процесора, перехоплюючи керування шиною. Трансфер – до 66 Мб.

При інтерфейсах (на периферійних шинах) SCSI може бути досягнуто вищу швидкість передачі – 80 Мбайт/с, у своїй можна підключати до 15 накопичувачів одного контролера інтерфейсу. А технологія, що використовує оптоволоконні канали зв'язку для жорстких дисків SCSI, забезпечує трансфер 200 Мбайт/с і можливість підключення до 256 пристроїв (використовується, звичайно, не в ПК, а у великих системах дискових масивах- RAID).

Час доступу до інформації на диску пов'язаний безпосередньо зі швидкістю обертання дисків. Стандартні швидкості обертання для інтерфейсу IDE– 3600, 4500, 5400 та 7200 оборотів/хв; при інтерфейсі SCSI використовують швидкості до 10 000 і навіть до 12 000 оборотів/хв. При швидкості 10 000 оборотів/хв середній час доступу становить 5,5 мс. Для підвищення швидкості обміну даними процесора з дисками НЖМД слід кешувати. Кеш-пам'ять для дисків має те ж функціональне призначення, що і кеш для основної пам'яті, тобто служить швидкодіючим буфером для короткочасного зберігання інформації, що зчитується або записується на диск. Кеш-пам'ять може бути вбудована в дисковод, а може створюватися програмним шляхом (наприклад, драйвером Microsoft Smartdrive) оперативної пам'яті. Місткість кеш-пам'яті диска зазвичай становить 2 Мбайт, а швидкість обміну даними процесора з кеш-пам'яттю досягає 100 Мбайт/с.

Для того щоб отримати на магнітному носії структуру диска, що включає доріжки і сектори, над ним повинна бути виконана процедура, звана фізичним, або низькорівневим, форматуванням (physical, або low-level formatting). Під час виконання цієї процедури контролер записує на носій службову інформацію, яка визначає розмітку циліндрів диска на сектори та нумерує їх. Форматування низького рівня передбачає маркування дефектних секторів для виключення звернення до них у процесі експлуатації диска.

У ПК є зазвичай один, рідше кілька накопичувачів жорстких магнітних дисках. Однак програмними засобами один фізичний диск можна розділити на кілька «логічних» дисків; цим імітується кілька НМД однією накопичувачі.

Більшість сучасних накопичувачів мають власну кеш-пам'ять ємністю від 2 до 8 Мбайт.

ЗовнішніHDDналежать до категорії переносних.

Останнім часом переносні накопичувачі (їх також називають зовнішніми, мобільними, знімними, а їх портативні варіанти – кишеньковими – Pocket HDD) набули широкого поширення. Живлення переносних жорстких дисків виконується від клавіатури або по шині USB (можливий варіант – через порт PS/2).

Переносні жорсткі дискидуже різноманітні: від звичайних HDD в окремих корпусах до твердотільних дисків, що стрімко набирають популярність. Форм-фактор чаші – 2,5 дюйми, ємність 1-60 Гб.

Переносити великі масиви даних з одного комп'ютера на інший дозволяють оптичні накопичувачі CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RW і DVD-RAM. Їх носії забезпечують перенесення великих масивів даних із одного комп'ютера в інший. Крім того, в силу відносно високої продуктивності ці накопичувачі можна використовувати з тією ж метою, що і звичайні жорсткі стаціонарні. Такі пристрої можуть застосовуватись і для вирішення завдань резервного копіювання інформації.

Іноді НЖМД зі змінними пакетами дисків і НГМД типу Zip називають накопичувачами Бернуллі, оскільки в цих накопичувачах для мінімізації та регулювання зазору між магнітною головкою і носієм - магнітним диском - використовується закон Бернуллі: тиск на поверхню тіла, що створюється потоком рідини або газу, що рухається вздовж неї. залежить від швидкості цього потоку та зменшується зі збільшенням цієї швидкості. Магнітні головки розташовуються над поверхнею еластичних дисків: коли диски нерухомі, вони під дією своєї ваги дещо провисають і відходять від головок, при швидкому обертанні дисків під дією розрідження повітря, що створюється, вони притягуються до голівок майже впритул, але без їх торкання. Це забезпечує мінімальне розсіювання магнітного потоку головки та дозволяє збільшити щільність запису інформації на диску.