Перпендикулярный Жесткий Диск

Что такое жесткий диск?

Жесткий диск (HDD) — это устройство, используемое современными компьютерами для постоянного хранения информации. Жесткий диск, пожалуй, является наиболее важной частью компьютерной системы, поскольку вся информация, которая постоянно хранится, содержится в его корпусе, включая операционную систему (ОС) вашего компьютера. Благодаря жестким дискам давно прошли те времена, когда вам приходилось хранить все свои программы и документы на съемных носителях, таких как дискеты или компакт-диски.

Первоначально был изобретен в середине 1950-х годов и стал коммерчески доступным в 1956 году компанией International Business Machines (IBM). Первые жесткие диски, получившие название RAMAC (метод произвольного доступа для учета и контроля), содержали до 50 пластин диаметром 24 дюйма и сами по себе были компьютерами, хотя и с единственной целью — хранить данные. Весь блок, в котором размещался жесткий диск, был размером примерно с два больших холодильника, поставленных рядом. За 50 или около того лет, прошедших с момента их изобретения, жесткие диски постоянно и агрессивно превосходили закон Мура. Который предусматривает, что память в компьютерах будет увеличиваться на 100% примерно каждые 18 месяцев. С другой стороны, емкость жестких дисков за тот же период увеличилась примерно на 130%, причем во многих случаях увеличение составляет 100% каждые девять месяцев. Однако такое увеличение мощности находится под угрозой.

За годы, прошедшие с момента появления первого жесткого диска, мало что изменилось, за исключением логических шагов в технологии, таких как увеличение скорости или улучшение интерфейсов, базовая технология изменилась очень мало. В сфере жестких дисков не произошло никаких технологических прорывов, кроме их возросшей миниатюризации. Помимо миниатюризации и усовершенствований носителей записи, жесткий диск как устройство с технологической точки зрения практически идентичен самому первому устройству RAMAC. В жестких дисках используется та же технология, что и в аудио- и видеокассетах. В таких аудио- и видеокассетах для хранения данных используется магнитная лента, намотанная на два колеса. Чтобы получить доступ к определенной части данных, содержащихся на магнитной ленте, устройство должно намотать ленту так, чтобы начало участка, содержащего данные, находилось под устройством, которое считывает данные (магнитная головка чтения/записи). Этот процесс называется последовательным поиском данных, поскольку в процессе доступа к конкретным данным устройство должно последовательно считывать каждую часть данных, пока не будут найдены искомые данные. Этот процесс очень трудоемкий и способствует износу.

С другой стороны, в жестких дисках используется круглая дискообразная пластина, на которую нанесен магниточувствительный состав. Такие пластины по своей концепции аналогичны компакт-диску (CD) в том, что к хранящимся на них данным можно получить произвольный доступ, записываемый носитель имеет круглую (дисковую) форму и данные разделены на дорожки и сектора. Доступ к данным на жестком диске может быть произвольным, поскольку записываемый носитель жестких дисков использует эти отдельные дорожки и сектора. Разделив данные таким образом, их можно расположить на произвольных интервалах диска в зависимости от требований к пространству.

В металлическом корпусе современного жесткого диска содержится от одной до семи записываемых пластин. Пластины жесткого диска представляют собой диски идеальной круглой формы, изготовленные либо из алюминиевого сплава, либо, в последнее время, из стеклокерамической подложки, которая представляет собой керамический диск, подвешенный в стеклянной внешней оболочке. На поверхность пластины диска нанесен тонкий слой магниточувствительного покрытия, называемого носителем записи. В современных накопителях смесь представляет собой сложную смесь различных материалов, таких как кобальт, хром, платина, бор (CoCrPtB) и других подобных редких металлов.

Как жесткий диск хранит данные?

Вся информация, находящаяся на компьютере, выражается в виде последовательности единиц и нулей (1/0), в виде двоичных цифр (битов). Используя преимущества природы магнитных частиц, заключающиеся в том, что они могут быть поляризованы на магнитный север или юг и что их магнитные полюса могут чередоваться или переключаться при приложении достаточного магнитного поля правильной полярности, жесткие диски могут хранить одну и ту же последовательность битов на диск путем поляризации необходимых магнитных частиц на носителе записи так, чтобы они представляли сохраняемые данные. Жесткие диски разделены таким образом, что содержат пересекающиеся дорожки и сектора. Целью которого является предоставление логической структуры данных, чтобы обеспечить возможность различать области данных. Внутри каждой дорожки есть несколько секторов. Именно в этих секторах жесткого диска хранятся данные.

Пластина жесткого диска покрыта магниточувствительным покрытием, состоящим в основном из магнитно заряженных частиц или опилок, которые в целом можно назвать носителем записи. Эти частицы можно магнитно выровнять так, чтобы они представляли собой двоичные цифры, путем воздействия на них электромагнитного поля через головку чтения/записи устройства. Носитель записи содержит многие миллиарды микроскопических частиц, которые при рассмотрении с очень близкого расстояния напоминают миниатюрные металлические опилки. Когда жесткий диск записывает данные на носитель, для хранения одной двоичной цифры требуется много сотен (обычно от 500 до 100) этих магниточувствительных частиц. Повышенное сокращение количества частиц, необходимых для записи данных, сильно ограничено точностью головки чтения/записи (миниатюрного устройства, которое считывает и записывает данные на носитель записи), поскольку магнитное поле, которое используется головка записи для чтения и/или записи (записи) данных такова, что она уже ориентировочно граничит с соседними данными.

Если его еще больше сократить в попытке повысить точность, вероятность повреждения данных значительно возрастет. Различные стороны уже некоторое время продолжают исследования, направленные на поиск работоспособного решения для записи данных на гораздо меньшее количество или даже на отдельные частицы. Жесткий диск может записывать данные на жесткий диск, применяя достаточное магнитное поле к участку носителя записи (который подвешен на пластине жесткого диска) так, чтобы данные (серия единиц и/или нулей, которые соответствуют сохраняемая информация) записывается на носитель путем совмещения указанных частиц с нужным магнитным полюсом (северным или южным). При этом любые предыдущие данные, которые присутствовали, уничтожаются.

Перпендикулярные стихи Продольные

С конца 1980-х и начала 1990-х годов производители магнитных носителей исследовали возможность перехода от продольной к перпендикулярной технологии записи. Преимущество явно заключается в емкости: когда продольные магнитные частицы упакованы вместе, они занимают гораздо больше места, чем если бы они стояли вертикально, если бы они стояли перпендикулярно пластине. Технология перпендикулярной записи — это не просто вопрос первоначального увеличения емкости, она позволяет избежать проблемы, которая хорошо известна в этой области уже много лет: суперпарамагнитного эффекта (SPE), который влияет на магнитно заряженные частицы такого малого размера, как тот, который используется в Жесткие диски. «Суперпарамагнитный эффект — это явление, наблюдаемое в очень мелких частицах, где энергия, необходимая для изменения направления магнитного момента частицы, сравнима с окружающей тепловой энергией» (источник: Wikipedia.org). Появилось множество теорий. С течением времени мы выяснили, какой плотности магнитные частицы (описываемой поверхностной плотностью диска) могут достичь, прежде чем они подвергнутся SPE. В настоящее время предполагается, что физическим ограничением для продольных жестких дисков является скорость от 100 Гбит/дюйм2 до 150 Гбит/дюйм2, хотя решения для перпендикулярных носителей были созданы с пропускной способностью до 230 Гбит/дюйм2.

При наложении магнитных частиц поверх слоя магнитной суспензии и ориентации частиц перпендикулярно пластине носитель записи может упаковывать вместе гораздо больше магниточувствительных частиц в одном и том же пространстве, чем это было возможно ранее, при этом не допуская SPE. Однако технология перпендикулярной записи не препятствует ограничению производительности SPE в будущем. Более всего технологию перпендикулярной записи можно охарактеризовать как способ дать производителям передышку для разработки более надежных технологических решений, таких как голографическая литография или многослойный носитель записи. Традиционное производство носителей записи заключается в распределении записывающего материала по пластине диска с помощью центробежной силы, вызываемой вращением пластины, в то время как записывающий материал размещается на ее поверхности. Центробежная сила распространяла записывающий материал по поверхности, равномерно распределяя его во всех направлениях. С другой стороны, производство перпендикулярных носителей записи требует совершенно иной технологии.

Неудивительно, что точный процесс производства перпендикулярных носителей записи является тщательно охраняемым секретом, особенно учитывая его недавнее появление на рынке. Из патентов, зарегистрированных в Ведомстве по патентам и товарным знакам США (USPTO), можно сделать вывод, что преобладающая технология включает ламинирование магнитных и немагнитно заряженных металлов, таких как хром, кобальт, платина и их сплавы; объединение уникальных слоев для достижения желаемого результата – носитель записи, в котором магнитные частицы располагаются перпендикулярно пластине. В патенте США № 6387483, поданном токийской корпорацией NEC; он описывает технологию следующим образом: Перпендикулярный магнитный носитель записи согласно варианту осуществления формируется путем ламинирования пленки Cr, пленки магнитомягкого нижнего слоя и пленки перпендикулярного намагничивания на подложке в указанном порядке. (Источник: USPTO № 6387483)

При производстве продольных носителей также достигается ламинирование нескольких поддерживающих металлов; однако в перпендикулярных средах разница заключается в намагничивающей пленке, как описано выше. В то время как традиционное ламинирование обычно служит только для предотвращения износа и шума (как электромеханического, так и звукового), при производстве перпендикулярных носителей оказывается, что по крайней мере часть процесса ламинирования используется для намагничивания частиц магнитного носителя до перпендикулярной ориентации. Трудно определить, как именно осуществляется переориентация частиц магнитного носителя, скорее всего, потому, что технология настолько нова, что такие детали в лучшем случае отрывочны, а в худшем - неясны или охраняются. Этот факт совсем не удивителен в отношении такой новой технологии, как разработка перпендикулярных магнитных носителей.

Будущее технологий хранения данных

Технология перпендикулярных магнитных носителей, как обсуждалось ранее, является всего лишь временным решением. Чтобы найти более постоянные решения, мы должны обратиться к гораздо более продвинутым технологиям. Одной из таких технологий являются магнитные носители с рисунком. Процесс создания магнитных носителей с рисунком направлен на то, чтобы сделать отдельные магнитные частицы объектом записи битов. Вы помните, что современные технологии требуют примерно от 500 до 1000 магнитных частиц для хранения одного бита. Цель структурированных сред — резко сократить это количество до одной частицы на бит. Преимуществами такой технологии являются снижение статистического шума, связанного с гранулированными средами, и более высокая плотность записи (до 64 Гбит/дюйм2).

Узорчатые магнитные носители направлены на предотвращение барьера SPE или, по крайней мере, на дальнейшее уменьшение его эффекта за счет использования так называемых столовых гор и долин. В этом методе используется создание барьеров между магнитными частицами, что позволяет избежать осложнений ТФ?, которые затрагивают плотноупакованные частицы. Голографическое хранилище (также известное как голографическая литография) также представляет собой технологию, целью которой является увеличение емкости хранилища, которая также находится в стадии тщательного исследования и утверждает, что является гораздо более постоянным решением. В отличие от магнитных носителей с рисунком, голографическое хранилище представляет собой революционный шаг в сторону от магнитных носителей и предыдущих оптоэлектронных технологий.

Жесткие диски всегда будут подвергаться инерции и центробежной силе, создаваемой движущимися частями механических компонентов накопителя (пластина, головка чтения/записи). У голографического хранилища таких проблем нет; голографический процесс использует лазеры вместо головки чтения/записи жесткого диска, а сам носитель не требует импульса (в отличие от пластин в жестких дисках).

Такое голографическое хранение еще далеко от реализации, более того, некоторые постулируют, что может пройти целых десять лет, прежде чем технология сможет стать работоспособным решением. В прямой симметрии с ранними исследованиями памяти, исследования технологий голографического хранения, по-видимому, разделились на два лагеря: один — сверхбыстрый поиск данных и хранение чрезвычайно большой емкости; без сомнения, для обоих будут чрезвычайно прибыльные рынки.

Вот моя попытка написать статью «Перпендикулярные и продольные устройства жестких дисков», характеризующую его аспект, упомянутый в этой теме. Надеюсь, я включил достаточно информации со ссылками.

О перпендикуляре

Ранее возникший жесткий диск был известен тем, что записывал треки под определенными углами. Данные записывались вертикально, а также записывались на пластины, поэтому компания продолжила, но осознала, что возникает один серьезный недостаток, связанный с эффективным перемещением внутри пластин. Обладая 4,7 ТБ, он может столкнуться с ошибками данных, связанными с концом 2016 года, например, из-за намагниченных частиц эти диски трудно сломать при попадании в слабую область жесткого диска. При параллельных дорожках вращение диска определяет направление движения диска. Перпендикулярные данные сворачиваются намного больше и занимают сравнительно меньше места. Таким образом, получив высокую производительность и восполнив неудачу долгой жизни, можно воспользоваться одним способом – понять, что этот выбор был правильным. Было проведено достаточно исследований, чтобы заменить нынешнюю магнитную структуру, которая стремилась к этому апатичному позиционированию. Голова снова предпочтительнее способностей конфронтации, после чего следует перемещать эти магнитные домены в разных концентрациях, под небольшим наклоном, а не на уровнях высоты. Никаких ошибок в данных о плохих сценариях.

Когда изобретение было сделано примерно в 1967-68 годах, начались недостатки. Низкая производительность стала проблемой при легком восстановлении неполученных данных, которые однажды внезапно изменились. Конечно, были бы привлекательные, ошибочные траектории, занимающие больше места, и прямой вариант вряд ли мог бы произойти, учитывая, насколько развит параллельный метод. С этим намерением заменить тетродотоксин вращающихся пластин, вместо спокойного лежания будет встроенный водоворот. Как ни странно, производство стало свидетелем просветленной стороны, укорачивающейся с

Последнее изменение: 2024-12-19 05:12:58

Вместе с данным постом часто просматривают: