Цьвёрды дыск

Цьвёрды дыск са зьнятай мэталічнай накрыўкай

Цьвёрды дыск, жорсткі дыск, HDD, назапашвальнік на цьвёрдых магнітных дысках — энэрганезалежная, перазапісвальная кампутарная запамінальная прылада. Зьяўляецца асноўным назапашвальнік зьвестак практычна ў ва ўсіх сучасных кампутарах.

Інфармацыя на цьвёдыя дыскі запісваецца на цьвёрдыя (алюмініявыя альбо шкляныя) пласьціны, якія пакрытыя пластам фэрамагнітнага матэрыялу, часьцей да ўсё двувокісам хрому. У некаторых цьвёдых дысках выкарыстоўваецца адна пласьціна, у іншых — некалькі на адной восі. Счытывальныя галоўкі цьвёрдага дыска ў працоўным рэжыме не кранаюцца паверхні пласьцін дзякуючы пласту плыні паветра, які ўтвараецца каля паверхні пры хуткім вярчэньні. Адлегласьць паміж галоўкай і дыскам складае некалькі нанамэтраў (у сучасных дысках — 5—10 нм), а адсутнасьць мэханічнага кантакту забясьпечвае працяглы тэрмін працы прылады. Пры адсутнасьці вярчэньня дыскаў галоўкі знаходзяцца каля шпіндэля альбо за межамі дыска ў бясьпечнай зоне, дзе выключаны іхны непажаданы кантакт з паверхняй дыскаў.

Першыя цьвёрдыя дыскі зьявіліся ў пачатку 1970-х гадоў. На той час іхная ёмістасьць складала ня больш за дзясятак кілябайтаў. У 1973 годзе кампанія IBM стварыла цьвёрды дыск мадэлі 3340, у якім у адным непадзельным корпусе ўпершыню былі аб’яднаныя пласьціны дыска і счытывальныя галоўкі.

З часам ёмістасьць цьвёрдага дыску павялічылася ў тысячы разоў, хаця ягоная будова ня дужа зьмянілася.

Будова

Схема цьвёрдага дыска

Цьвёрды дыск складаецца з наступных асноўных частак: корпус з трывалага сплаву, уласна цьвёрдыя дыскі (пласьціны) з магнітным пакрыцьцём, блёк галовак з прыладай пазыцыяваньня, электрапрывад шпіндэля і блёк электронікі.

Насуперак папулярнаму меркаваньню, цьвёрдыя дыскі не зьяўляюцца гермэтычнымі. Унутраная поласьць цьвёдага дыска злучаецца з атмасфэрай празь фільтар, які здольны затрымліваць вельмі дробныя (некалькі мікрамэтраў) часьцінкі. Гэта неабходна для падтрыманьня пастаяннага ціску ўнутры дыска пры ваганьнях тэмпэратураў корпуса.

Пылінкі, якія пры зборцы апынуліся ў цьвёрдым дыску і патрапілі на ягоную паверхню, пры вярчэньні зносяцца на яшчэ адзін фільтар — пылазьбіральнік.

Блёк электронікі

У першых цьвёрдых дысках кіруючая лёгіка была вынесеная на MFM- альбо RLL-кантролер кампутара, а плата электронікі ўтрымлівала толкі модулі аналягавай апрацоўкі і кіраваньне шпіндэльным мэханізмам, пазыцыянэрам і камутатарам галовак. Павелічэньне хуткасьцяў перадачы зьвестак прымусіла распрацоўнікаў паменшыць да мінімальна магчымага даўжыню аналягавага тракту, і ў сучасных цьвёрдых дысках блёк электронікі звычайна ўтрымлівае: блёк кіраваньня, пастаянную запамінальную прыладу (ПЗП), буфэрную памяць, інтэрфэйсны блёк і блёк лічбавай апрацоўкі сыгналу.

Інтэрфэйсны блёк забясьпечвае спалучэньне электронікі цьвёрдага дыска з астатняй сыстэмай.

Блёк кіраваньня зьўяляецца сыстэмай кіраваньня, якая прымае электрычныя сыгналы пазыцыяваньня галовак і выпрацоўвае ўзьдзеяньні кіраваньня прывадам кшталту «гукавая шпуля», камутацыяй інфармацыйных плыняў з розных галовак, кіраваньнем работай усіх астатніх вузлоў (напрыклад, кіраваньне хуткасьцю вярчэньня шпіндэля).

Блёк ПЗП захоўвае праграмы кіраваньня для блёкаў кіраваньня і лічбавай апрацоўкі сыгналу, а таксама службовую інфармацыю цьвёрдага дыска.

Буфэрная памяць зглажвае розьніцу хуткасьцяў інтэрфэйснай часткі і накапляльніка (выкарыстоўваецца хуткая статычная памяць). Павелічэньне памеру буфэрнай памяці дазваляе павялічыць хуткасьць работы накапляльніка.

Блёк лічбавай апрацоўкі сыгналу ажыцьцяўляе ачышчэньне счытанага аналягавага сыгналу і ягонае дэкадаваньне (атрыманьне лічбавай інфармацыі). Для лічбавай апрацоўкі прымяняюцца разнастайныя мэтады, напрыклад, мэтад PRML (анг. Partial Response Maximum Likelihood — максымальная праўдападобнасьць пры няпоўным водгуку). Ажыцьцяўляецца параўнаньне прынятага сыгналу з узорамі. Пры гэтым выбіраецца ўзор, які па форме і часавых характарыстыках найбольш падобны да сыгнала, які дэкадуецца.

Вытворцы

Першапачаткова на рынку была вялікая разнастайнасьць цьвёрдых дыскаў, якія вырабляліся мноствам кампаніяў. У сувязі з узмацненьнем жорсткасьці канкурэнцыі і паніжэньнем нормаў прыбытку большасьць вытворцаў было альбо купленае канкурэнтамі, альбо перайшло на іншыя віды прадукцыі. На сёньняшні дзень большая частка ўсіх вінчэстэраў вырабляецца ўсяго некалькімі кампаніямі: Seagate, Western Digital, а таксама, якія раней належалі IBM падразьдзяленьням па вытворчасьці дыскаў фірмы Hitachi. Fujitsu працягвае выпускаць цьвёрдыя дыскі для ноўтбукаў і SCSI-дыскі, але пакінула масавы рынак у 2001 годзе (у 2009 годзе вытворчасьць цьвёрдых дыскаў была цалкам перададзеная кампаніі Toshiba). Toshiba зьяўляецца асноўным вытворцам 2,5- і 1,8-цалёвых ВК для ноўтбукаў. Дастаткова яскравы сьлед у гісторыі цьвёрдых дыскаў пакінула кампанія Quantum. Адным зь лідэраў у вытворчасьці дыскаў зьяўлялася кампанія Maxtor. У 2001 годзе Maxtor выкупіла падразьдзяленьне цьвёрдых дыскаў кампаніі Quantum. У 2006 годзе адбылося зьліцьцё Seagate і Maxtor. У сярэдзіне 1990-х гадоў існавала кампанія Connerб якую купіла Seagate. У першай палове 1990-х існавала фірма Micropolis, якая вырабляла вельмі дарагія дыскі premium-клясы. Але пры выпуску першых у галіне вінчэстэраў на 7200-аб/хв. ёю былі выкарыстаныя няякасныя падшыпнікі галоўнага валу, якія пастаўляліся фірмай Nidec, і Micropolis панесла фатальныя ўбыткі на зваротах, разарылася і была купленая вышэйзгаданай Seagate.

Гісторыя разьвіцьця цьвёрдых дыскаў

• 1956 — продаж першага камэцыйнага цьвёрдага дыска, IBM 350 RAMAC 5 Мб. Ён важыў каля тоны і займаў дзьве скрыні — кожны памерам зь вялікую лядоўню, а агульны аб’ём памяці 50 пакрытых чыстым жалезам тонкіх дыскаў, якія вярціліся ў ім і былі дыямэтам зь вялікую піцу, складаў 5 мэгабайтаў
• 1980 — першы 5,25-цалёвы Winchester, Shugart ST-506, 5 Мб
• 1986 — створаны стандарт SCSI
• 1991 — максымальная ёмістасьць цьвёрдых дыскаў дасягнула 100 Мб
• 1995 — максымальная ёмістасьць дасягнула 2 Гб
• 1997 — максымальная ёмістасьць складала ўжо 10 Гб
• 1998 — створаныя стандарты UDMA/33 і ATAPI
• 1999 — IBM выпускае Microdrive ёмістасьцю 170 і 340 Мб
• 2002 — разьвязаная праблема адраснай прасторы вышэй за 137 Гб (праблема 48-bit LBA)
• 2003 — зьявіўся стандарт SATA
• 2005 — максымальная ёмістасьць цьвёрдых дыскаў дасягнула 500 Гб
• 2005 — зьявіўся стандарт Serial ATA 3G
• 2005 — зьявіўся стандарт SAS (Serial Attached SCSI)
• 2006 — ужываньне на практыцы пэрпэндыкулярнага мэтаду запіса ў камэрцыйных назапашвальніках
• 2006 — зьяўленьне першых «гібрыдных» цьвёрдых дыскаў, якія ўтрымлівалі блёк флэш-памяці
• 2007 — Hitachi прадстаўляе першы камэрцыйны назапашвальнік ёмістасьцю 1 Тб
• 2008 — Seagate Technology LLC прадстаўляе назапашвальнік ёмістасьцю 1,5 Тб

Вонкавыя спасылкі

Цьвёрды дыск — сховішча мультымэдыйных матэрыялаў