Глава 9

Накопители на жестких дисках

В 1957 году Сирил Норткот Паркинсон (Cyril Northcote Parkinson) опубликовал свой знаменитый сборник, получивший название Законы Паркинсона, который начинается с утверждения: "Объем работы увеличивается настолько, чтобы полностью заполнить время, отпущенное на ее выполнение". Этот наиболее известный закон в несколько измененном виде может быть применен и к жестким дискам: "Объем данных увеличивается в соответствии с объемом пространства, отведенного для их хранения". Это означает, что, независимо от емкости жесткого диска, вы без особого труда найдете способ "набить" его до отказа. Хочу сказать, что под этим лозунгом я живу уже примерно лет двадцать, начиная с момента приобретения своего первого накопителя на жестких дисках.

Хорошо зная о высоких темпах развития компонентов ПК, я все же не перестаю поражаться тому, как быстро увеличивается скорость и емкость современных накопителей. Первым жестким диском, приобретенным мною еще в 1983 году, был 10-мегабайтовый (обратите внимание: не 10 Гбайт, а 10 Мбайт) накопитель Miniscribe модели 2012, который представлял собой 5,25-дюймовый дисковод (жесткий диск) с общими размерами 200x140x80 мм, или 7,9x5,5x3,2 дюймов (LxWxH), и весом около 2,5 кг (примерно 5,5 фунта, что превышает вес современных портативных компьютеров). Для сравнения: дисковод Maxtor MaXLine II (объемом 300 Гбайт), использующий 3,5-дюймовые жесткие диски, имеет общие размеры 147x101,1x26,1 мм (5,8x4x1 дюймов) и весит всего лишь 0,62 кг (1,34 фунта). Емкость этого накопителя просто колоссальна - 300 Гбайт, что в 30 000 раз превышает емкость моего первого жесткого диска. При этом накопитель в шесть раз меньше и примерно в четыре раза легче. В свою очередь, жесткий диск Hitachi Travelstar, используемый во многих ноутбуках, оснащен 2,5-дюймовыми дисками, его размер составляет всего 100x70x9,5 мм (3,94x2,76x0,37 дюймов), вес - 99 г (0,22 фунта) и объем хранимых данных - 80 Гбайт.

Замечание

Книга Законы Паркинсона постоянно переиздается и в настоящее время фактически является одной из наиболее распространенных в области бизнеса и управления.

Для того чтобы вы могли представить, насколько далеко ушли жесткие диски за последние 20 с лишним лет, приведу примеры наиболее существенных изменений, происшедших с накопителями на жестких дисках.

Максимальная емкость 5,25-дюймовых накопителей увеличилась от 5 и 10 Мбайт (1982 год) до 300 Гбайт и более для 3,5-дюймовых накопителей половинной высоты. Емкость 2,5-дюймовых дисководов с высотой не более 12,5 мм, которые используются в портативных компьютерах, выросла до 120 Гбайт. Жесткие диски объемом менее 40 Гбайт в современных настольных компьютерах используются в настоящее время довольно редко, а в ноутбуках, как правило, установлен жесткий диск объемом не менее 20 Гбайт.

Скорость передачи данных увеличилась от 85-102 Кбайт/с в оригинальном компьютере IBM XT (1983 год) до 62 Мбайт/с в наиболее быстродействующих системах.

Среднее время поиска (т.е. время установки головки на нужную дорожку) уменьшилось от 85 мс в Ю-мегабайтовых жестких дисках, используемых в компьютере IBM PC-XT (1983 год), до 3,2 мс в наиболее быстродействующих на сегодня системах.

В 1982-1983 годах накопитель емкостью 10 Мбайт и контроллер стоили более 2 000 долларов (200 долларов за мегабайт). В настоящее время стоимость жестких дисков (с интегрированным контроллером) уменьшилась до того, что жесткий диск объемом 120 Гбайт стоит примерно 100 долларов.

Поверхностная плотность записи

Основной критерий оценки накопителей на жестких дисках - поверхностная плотность записи (рис. 9,1). Она определяется как произведение линейной плотности записи вдоль дорожки, выражаемой в битах на дюйм (Bits Per Inch - BPI), и количества дорожек на дюйм (Tracks Per Inch - TPI). В результате поверхностная плотность записи выражается в Мбит/дюйм" или Гбит/дюйм1. На основании этого значения можно сделать вывод об эффективности того или иного способа записи данных. В современных накопителях размером 3,5 дюйма величина этого параметра составляет до 70 Гбит/дюйм1. Это позволяет выпускать накопители емкостью более 600 Гбайт.

Рис. Э. 1. Графическое представление поверхностной плотности записи

В накопителях данные записываются в виде дорожек; каждая дорожка, в свою очередь, состоит из секторов. На рис. 9.2 показан магнитный диск 5,25-дюймовой дискеты на 360 Кбайт, состоящий из 40 дорожек на каждой стороне, а каждая дорожка разделена на 9 секторов. В начале каждого сектора находится особая область, в которую записываются идентификационная и адресная информация. В области перед первым сектором записываются заголовки дорожки и сектора. Перед остальными секторами записываются лишь заголовки сектора. Область между заголовками предназначена непосредственно для записи данных.

Обратите внимание, что девятый сектор длиннее всех остальных. Это сделано для того, чтобы компенсировать отличия в скорости вращения различных накопителей. Большая часть поверхности рассматриваемой дискеты не используется; это связано с длиной внешних и внутренних секторов.

Поверхностная плотность записи неуклонно увеличивается. При появлении первого устройства магнитного хранения данных IBM RAMAC в 1956 году рост поверхностной плотности записи достигал 25% в год, а с начала 1990-х годов - 60%. Разработка и внедрение магниторезистивных (1991 год) и гигантских магниторезистивных головок (1997 год), а также накопителей, использующих антиферромагнитные двойные слои (2001 год), еще больше ускорили увеличение поверхностной плотности записи. За 47 лет, прошедших с момента появления первых устройств магнитного хранения данных, поверхностная плотность записи повысилась более чем в 17 млн. раз.

В следующие пять лет (при сохранении существующих темпов роста) плотность записи достигнет 100 Гбит/дюйм1. Эта плотность записи соответствует точке суперпарамагнитного эффекта (магнитные домены настолько малы, что становятся нестабильными при комнатной температуре). Использование новых технологий, например материалов с высокой коэрци-тивностью и записи с вертикальной поляризацией, позволит увеличить плотность записи до 400 Гбит/дюйм3 и более. Одна из перспективных технологии недалекого будущего - голо-