Жёсткий магнитный диск¶

Жёсткий магнитный диск (сокращённо ЖМД, также винчестер, HDD) — запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи на вращающиеся дисковые пластины. Относится к классу энергонезависимых носителей информации: данные сохраняются после отключения питания. Служит для долговременного хранения операционных систем, программ и пользовательских файлов, а также применяется в серверных системах и системах видеонаблюдения.

¶История

Прототип первого жёсткого диска создан в 1956 году в лабораториях американской компании IBM под руководством Рейнольда Джонсона. Накопитель IBM 350, входивший в состав вычислительной системы RAMAC 305, имел ёмкость около 5 миллионов символов (примерно 3,75 МБ) и состоял из 50 дисков диаметром 24 дюйма. Устройство весило около тонны и требовало специального помещения.

Название «винчестер» закрепилось за накопителями в начале 1970-х годов: модель IBM 3340 носила внутреннее обозначение «Winchester» по маркировке одного из вариантов — «30-30», совпадавшей с калибром известной винтовки. В СССР и России параллельно использовалось сокращение ЖМД — «жёсткий магнитный диск», подчёркивающее отличие от гибких дисков (ГМД, флоппи-дисков).

В 1980-х годах началось массовое производство накопителей для персональных компьютеров. Ёмкость росла от единиц мегабайт до гигабайт, а форм-фактор уменьшался с 5,25 до 3,5 дюйма. В 2000-х годах появились накопители объёмом в сотни гигабайт и терабайты, а также технологии перпендикулярной записи, позволившие повысить плотность хранения.

¶Устройство и принцип работы

Конструктивно ЖМД включает несколько основных компонентов:

• Гермоблок — корпус с очищенным воздухом, внутри которого размещены магнитные пластины.
• Пластины (диски) — металлические или стеклянные основания с ферромагнитным покрытием, вращающиеся со скоростью 5400, 7200, 10 000 или 15 000 оборотов в минуту.
• Магнитные головки — элементы чтения и записи, перемещающиеся по радиусу диска на подвижном коромысле.
• Шпиндельный двигатель — обеспечивает вращение пакета пластин.
• Позиционер (актуатор) — управляет положением головок с высокой точностью.
• Плата электроники — контроллер, кэш-память и интерфейс связи с компьютером.

Запись информации производится путём намагничивания участков покрытия в определённом направлении, чтение — за счёт регистрации изменения магнитного поля головкой. Данные организованы в дорожки, секторы и цилиндры; адресация выполняется по схеме CHS (цилиндр — головка — сектор) или LBA (логическая адресация блоков).

¶Классификация

Жёсткие диски различают по нескольким признакам:

Отдельно выделяют гибридные накопители (SSHD), сочетающие магнитные пластины и флеш-кэш, а также внешние ЖМД с корпусом и интерфейсом USB.

¶Характеристики

Ключевыми параметрами являются объём (от сотен гигабайт до десятков терабайт), скорость чтения и записи, время доступа, объём кэш-памяти и надёжность. Среднее время поиска дорожки составляет единицы миллисекунд, что заметно медленнее твердотельных накопителей (SSD). Устойчивость к ударам у работающего диска низкая: головка «парит» над поверхностью на расстоянии долей микрона, поэтому механические воздействия опасны.

Для оценки надёжности используется показатель MTBF (средняя наработка на отказ) и технология S.M.A.R.T., позволяющая прогнозировать сбои по ряду атрибутов.

¶Применение

ЖМД применяются в настольных и портативных компьютерах, серверах, системах хранения данных (СХД), сетевых хранилищах (NAS), видеорегистраторах, промышленной и медицинской технике. В серверном сегменте распространены SAS-накопители с повышенной скоростью и надёжностью. Внешние диски используются для резервного копирования и переноса больших объёмов данных.

¶Место среди носителей информации

С середины 2010-х годов в потребительском сегменте ЖМД активно вытесняются твердотельными накопителями, превосходящими их по скорости и устойчивости к ударам. Однако по стоимости хранения гигабайта жёсткие диски остаются экономичнее, что сохраняет спрос на них в задачах архивного хранения, резервного копирования и в центрах обработки данных. В России накопители выпускались и разрабатывались рядом предприятий, в том числе в рамках импортозамещения в сфере вычислительной техники.

¶Интересные факты

• Первый накопитель IBM 350 вмещал около 3,75 МБ при массе свыше 900 кг.
• Плотность записи за десятилетия выросла более чем в миллионы раз.
• Внутри гермоблока поддерживается давление, близкое к атмосферному, но воздух проходит через фильтры.
• Существует понятие «эффект громкости» — при работе диска слышны щелчки позиционера головок.

Источники: техническая документация производителей накопителей, материалы по истории вычислительной техники, справочные издания по аппаратному обеспечению ПК.