Определение
Твърдият диск (хард диск, HDD, hard disk drive) е енергонезависима, постоянна памет. Информацията се съхранява по магнитен път върху покрити със специален слой плочи. Запаметяващото устройство използва набор от една или повече дискови плочи около обща ос в т.нар. дисков пакет. Традиционно плочите са изработвани от алуминий, но с нарастване на плътността на запис се правят от стъкло. Всяка плоча е покрита с магнитен слой, върху който информацията се записва и чете от магнитна глава. Данните се записват върху концентрични окръжности, които се наричат „пътечки“ (писти). Пистите се номерират, като се започва от нулева (най-външната работна) до последната (с най-голям номер)
Устройство на HDD
Контролерът е платка с чипове, която се грижи за твърдия диск как точно да бъдат записвани, съхранявани и използвани данните на него. Основната идея е, че твърдите дискове и контролерите трябва да си взаимодействат. Без управляващо устройство тип контролер твърдия диск не би бил разпознат и съответно управляван от компютърната система. Повечето контролери притежават и памет, буфери и дори процесор за да се ускорява работата на твърдия диск.
Механиката на твърдите дискове и по-специално плочите им, е много чувствителна на механични въздействия, прах и т.н. Ето защо всичко, освен контролера му е затворено в уплътнена метална херметически затворена кутия.
Оста, към която са прикачени плочите на диска се нарича шпиндел. Тя се върти от високоскоростен и много прецизен електродвигател, който се контролира с висока точност от контролера на диска.
От всяка страна на всяка плоча са намира двойка глави – за четене/запис. Те са прикачени в края на огъваема пластинка, наречена плъзгач. Главите се изработват по много прецизна технология от модерни материали, като керамика и други, но в същността си и до ден днешен представляват едно и също – обикновени електромагнити.
Основният материал на единичните дискове са обикновено алуминиеви, магнезиеви сплави или стъкло. Използва се покритие под магнитния запомнящ слой за намаляване на дифузията и подобряване на механическите качества на подложката. Магнитния слой в съвременните твърди дискове се нанася чрез разпрашване на материали като кобалт с дебелина под 1 μm. Върху магнитния слой се нанася много тънък слой от въглерод, който служи да предотврати повреди на магнитното покритие при кацането на магнитната глава. Поради структурата на този въглероден слой, той наподобява диамантено покритие. В съвременните твърди дискове се поставят от един до четири единични диска, като на всеки диск има по две магнитни глави (на всяка повърхност)
Това е гърба на платката-контролер – чрез тези конектори се осигурява връзка с компютъра (SATA, PATA), посредством интерфейсът на диска, и към захранването, за да се получи необходимото за работата на диска напрежение – 5V за електрониката и 12V за мотора – при дисковете за лаптопи се ползва само едно напрежение – 5V.
Характеристики на HDD
- Капацитет (обем): измерва са в GB и TB и показва колко информация можем да съхраним на него. Капацитетът на 2.5-инчовите устройства днес е със средни стандарти от 150 GB до 2 TB. 3,5-инчовите устройства могат да съхраняват 3-5 TB информация в себе си.
- Скорост на въртене на шпиндела: определя производителността на твърдия диск-колкото по-голяма е тя, толкова по-бърз ще е диска. Преди дисковете се въртяха със скорост 5400rpm (оборота в минута). По-новите стандартни скорости са 7200rpm и 10000, че дори и 15000. По-голямата скорост на въртене води със себе си и редица недостатъци-по-високата скорост създава повече шум в помещението, а и води до по бързото износване, затова производителите са се съсредоточили към 7200 и 10000 оборота.
- Време за достъп: определя колко време изисква главата да се премести в която и да е част от пистата. Измерва се в хилядни от секундата. Времето за достъп е един от най-важните параметри на HDD. От него зависи средната ефективност. По-малкото време ви позволява да извършвате по-бързи основни операции. За сървърните дискове времето за достъп е 2-14 ms., а за потребителските обикновено е 7-14 ms.
- Време за търсене (seek time): Времето за търсене показва какво закъснение има между заявката, подадена от процесора за даден файл и времето в което първият байт от него ще бъде преведен по шината. То обикновено варира между 10 и 10 милисекунди (хилядни от секундата).
- Кеш: Буферът или кеша са междинно устройство за съхранение на данни. Това е необходимо, защото скоростта на четене се различава от скоростта на запис. Също така, устройствата, които са поискали информация от твърдия диск, не могат винаги да имат достъп до него веднага. Тези данни също ще останат за известно време в кеша на твърдия диск. Това намалява времето на престой на изчислителните елементи и намалява натоварването върху плочите. Кеш за HDD за настолни компютри и лаптопи варира между 8-128 MB. HDD за лаптопи в повечето са оборудвани с памет от 8-16 MB, а тези за настолен компютър с 32-64 MB.
- Размер: Размерът (или формният фактор) определя ширината на устройство. Измерва се в инчове. Днес формният фактор на почти всички дискове е 2.5 / 3.5 инча. Малките обикновено се инсталират в лаптопи.
- Интерфейс: Интерфейсът е начинът на свързване на твърдите дискове с дънната платка и с други четящи и записващи усторйства. Днес използваните интерфейси са SATA (от Serial ATA) и по-стария ATA интерфейс. SATA е за препоръчване пред ATA заради по-бързия трансфер.
- Ниво на шум: Няма модерно електронно устройство, което да работи абсолютно безшумно. Твърдите дискове включват въртящи се плочи, шпиндел, глави за четене. Наличието на такъв голям брой движещи се елементи прави HDD един от най-шумните компютърни устройства. Шумът се измерва в децибели. Колкото по-бавно се върти шпиндела, толкова по-малко външни звуци се появяват по време на работа на устройството. Не е възможно да се намери едно много тихо и много продуктивно устройство по едно и също време.
Малко история
Първия твърд диск бил представен от IBM през далечната 1956 г. от IBM. Имал диаметър от 60 сантиметра и капацитет от 5MB. Почти 20 години по-късно бил представен усъвършенстван модел, носещ името Winchester, което по-късно станало определително за този тип твърди дискове – т.н. твърд диск тип Уинчестър. През 1977 г. на пазара било представено 14-инчово устройство, с капацитет от 30MB, създадено от компанията Shugart. От този момент насам технологията започва неудържимо развитие – диаметърът на плочите започнал да намалява все повече и повече, а капацитетите тръгнали нагоре, благодарение на новите технологии за нанасяне на магнитният слой и по-прецизните системи за четене/запис.
В България
През 1969 г. като част от програмата за развитие на производството на изчислителна техника в България се създава предприятието Завод за периферна техника (ЗПУ) в Стара Загора, по-късно ЗЗУ, а още по-късно ДЗУ. Основната задача е производството на дискови запомнящи устройства. През 1972 г. е произведено първото запаметяващо устройство на твърд магнитен диск в България – дисково устройство с пакет сменяеми магнитни дискове с диаметър 14 инча: ЗУМД ЕС 5052.
ДЗУ става основният производител на запаметяващи устройства на твърди дискове в СИВ и най-големия по обем на продукцията и печалбата завод в България. Произвеждат дискове с капацитет 6,35 МВ, 27 МВ, 100 МВ, 200 МВ, 317 МВ (технология Winchester), 635 МВ и различни размери: 14″, 5″, 3,5″, 1,8″ и др. Най-характерно е, че в България се произвеждат всички основни възли и части, необходими за тези устройства – електронни платки, магнитни глави, единични магнитни дискове, линейни двигатели, шпинделни двигатели, гъвкави печатни платки, постоянни магнити, филтри и други.
IBM RAMAC Model 350 изграден от 50 диска с диаметър 24 инча на шпиндел, които се върти със скорост 1200 rpm. Тежи над 1 тон и е отдаван под наем за $ 750 на месец.
Твърд диск IBM 1311, послужил при изготвянето на технологичния проект за завода в Стара Загора.