жесткий диск образца 1998 года

Да, это жёстко: история и перспективы HDD

В этом материале вы узнаете краткую историю жёстких дисков, их устройство, преимущества и недостатки, а также ближайшие перспективы развития подобных устройств. Материал подготовлен совместно со специалистом отдела корпоративных продуктов REG.RU Павлом Кишеней.

С чего всё начиналось

Необходимость хранить цифровые данные появилась сразу с изобретением первых компьютеров. Изначально объёмы информации были невелики и всё помещалось на бумажном носителе. Тексты программ операторы вводили в первые компьютеры в ручном режиме.

Следующим этапом в развитии носителей стала перфокарта — небольшой лист картона с отверстиями. При этом отсутствие отверстия обозначало цифру «1», а его присутствие — «0». Только двоичный код, только хардкор!

Источник: Computerhope.com

Дальнейшим развитием технологий стали накопители на магнитной ленте. От них, в отличие от перфокарт, не отказались даже и сегодня: в некоторых финансовых организациях их используют до сих пор. Во многом это связано с высокой стоимостью и сложностью их замены на другие типы накопителей.

Первый жёсткий диск появился в 1956 году. Он был величиной с крупный шкаф и весил почти тонну.

Источник: Thenextweb.com

Технологии постоянно совершенствовались, и уже в 1983 году появился всем привычный формат 3,5-дюймовых жёстких дисков, который широко распространён сегодня. При этом конструкция HDD также принципиально не менялась с того времени. Выросла только плотность упаковки информации.

Как работает HDD

Все накопители можно условно разделить на жёсткие диски (HDD) и твердотельные диски (SSD).

По строению HDD очень похожи на проигрыватели виниловых пластинок, в которых «пластинка» делает от 5 000 оборотов в минуту.

Источник: Ixbt.com

Чем больше дисков, тем больший объём информации можно записать на устройство. HDD производят из композитных материалов, особого пластика и стекла. Сами магнитные диски покрываются специальным ферромагнитным материалом. Именно этот тонкий слой и будет хранить информацию.

Вся площадь делится на окружности — дорожки.

Они, в свою очередь, делятся на отрезки, тем самым разделяя площадь всего диска на сектора. Если выделить все дорожки одного радиуса на всех пластинах, то получится цилиндр.

Так, чтобы получить доступ к отдельной ячейке памяти, нужно знать:

2. Номер головки чтения.

Основной недостаток жёстких дисков — большое количество движущихся частей. Со временем это приводит к отказу устройства, поэтому даже у самого надёжного HDD есть свой ограниченный ресурс. К физическим ограничениям производительности жёстких дисков относятся:

— ограничение скорости вращения самого диска;

— ограничение скорости перемещения считывающей головки;

— физическая инертность головки чтения-записи;

— плотность записи информации на единице площади пластины.

С твердотельными накопителями, которые появились значительно позже HDD (во второй половине 90-х), всё гораздо проще. Отсутствует понятие пластин, вместо них используются банки данных: на монтажной плате размещается некоторое количество MLC/SLC чипов, каждый из которых представляет собой условный банк данных. Данные на чипе хранятся постранично, что несколько напоминает структуру оперативной памяти.

Источник: Go-radio.ru

Чтобы получить доступ к единичному объёму данных, нам потребуется:

1. Номер банка памяти.

2. Номер страницы памяти.

К физическим ограничениям твердотельных накопителей можно отнести скорость передачи информации внутри платы, а также скорость работы флеш-накопителей.

SSD в целом значительно быстрее HDD, но цена 1 гигабайта в них выше.

Как измеряется производительность жёстких дисков

Для оценки скорости жёстких дисков используются три метрики:

2. Скорость случайной записи или чтения. В подобных тестах данные записываются или считываются в ячейках памяти из разных областей, не следующих по порядку. Средний показатель для большинства HDD — 50–100 Мбит/с.

3. Количество операций ввода/вывода в секунду (IOPS). Здесь оценивается количество блоков, которое успевает считаться или записаться на носитель за секунду. В среднем HDD показывают от 130 до 230 IOPS. В то же время SSD могут демонстрировать результаты в десятки тысяч IOPS.

Также дополнительно существует параметр времени доступа. Он показывает время задержки от момента получения запроса доступа к данным до момента начала передачи информации.

Перспективы развития HDD

Спрос на хранение больших массивов данных постоянно увеличивается, и потребность в HDD в ближайшие 10–15 лет будет сохраняться на достаточно высоком уровне.

Кроме того, есть методы, которые отчасти нивелируют некоторые недостатки HDD. Например, RAID-массивы для ускорения работы и повышения надёжности. Также существует специальное ПО, позволяющее сочетать накопители разных типов, в том числе HDD и SSD.

Технология HDD применяется как в обычных домашних компьютерах, так и в дата-центрах. Например, в серверном оборудовании REG.RU мы используем только производительные HDD и SSD. Кроме того, мы постоянно обновляем парк наших устройств (сейчас в нём более 7 500 жёстких дисков и 4 500 твердотельных накопителей), чтобы у пользователей всегда было самое свежее железо. Также мы:

— Используем подходящий тип дисков для каждой задачи. Для хранения — HDD, для файлов, к которым нужно обращаться часто, — SSD.

— Применяем технологии дисковых массивов для увеличения производительности, надежности и объёма. Например, RAID 1 для повышения надёжности накопителей или RAID 0 для увеличения скорости.

— Мониторим состояние накопителей на серверах REG.RU. Наш основной инструмент — встроенная утилита самодиагностики дисков S.M.A.R.T. Именно по её показаниям можно спрогнозировать оставшийся ресурс накопителя. Отслеживаемые параметры для жёстких дисков и твердотельных накопителей несколько отличаются. Общими показателями для них являются температура (Airflow_Temperature_Cel) и количество ошибок чтения (Raw Read Error Rate).

— Следим за новинками индустрии и предлагаем самые современные решения.

Закат эпохи HDD возможен, если совпадут два ключевых фактора:

1. Цена гигабайта SSD сравняется или станет ниже цены гигабайта HDD.

2. Весь развлекательный контент (фильмы, сериалы, игры и другое) окончательно переедет в облака, и пользователям не понадобится хранить локально большие массивы данных. Однако все эти облачные массивы всё ещё будет необходимо где-то хранить глобально. Поэтому при таком сценарии возможно исчезновение жёстких дисков с рынка потребительской электроники, но сохранение сильных позиций в дата-центрах.

Так что, несмотря на то, что SSD за последние 10 лет существенно сбросили в цене, а облачные сервисы привлекают своей простотой и удобством всё больше пользователей, как технология жёсткие диски будут актуальны ещё долгое время!

Поделитесь в комментариях, какой накопитель используется в вашем компьютере или ноутбуке. А если у вас есть какой-нибудь раритет вроде 5,25-дюймовой дискеты, перфокарты или старого IDE-HDD, также обязательно напишите в комментариях и приложите фотографию! Иначе мы не поверим!

Источник

Компьютерный ресурс У SM

Всё о компьютерах, комплектующих, периферии, мобильных устройствах, софте и аксессуарах к ним

14 лет эволюции жёстких дисков

Уважаемые читатели, на сайте HotHardware появился небольшой материал, которым я просто не могу не поделиться с Вами. Речь пойдёт о жёстких дисках, а том как эти устройства эволюционировали за последние 14 лет, какими скоростными показателями обзавелись за этот немалый срок. Разве не интересно узнать разницу в производительности между WD Caviar 22100 выпуска 1996 года и более-менее новым WD VelociRaptor?

Моё знакомство с жёсткими дисками состоялось в 1998 году, когда мне мой собственный ПК купили родители. Не могу ручаться точно, но на тот момент у меня был один из самых ёмкостных винчестеров на рынке, кажется это был Quantum Fireball на

6.4ГБ. Позже я прикупил ещё жёсткий диск 15ГБ и на тот момент казалось, что его объёма хватит на долгие годы (это обманчивое ощущение не пропадает до сих пор у некоторых людей, что покупают себе 1/2/3ТБ винчестеры, наивный народ ).

Это своеобразное интро к статье. А сейчас перейдём непосредственно к источнику, где нам предлагают ознакомиться с участниками тестирования. Всего будет протестировано и сравнено между собой девять винчестеров из различных эпох, так сказать, с 1996 года по 2009, ёмкостью от 2.1ГБ до 2ТБ. Ознакомьтесь с табличкой соревнующихся накопителей:

Название модели

Ёмкость

Дата представления публике

Стоимость решения на момент его запуска в продажу / цена 1ГБ в долларах США

WD Caviar 22100

WD 400BB

Seagate 7200.7

Seagate 7200.10

WD 1TB Caviar Black

WD Raptor 300GB

Достаточно посмотреть сколько стоил один ГБ ёмкости в 1996 году, чтобы понять что SSD с их нынешней стоимость за гигабайт вовсе не так уж и дороги

Источник

НАКОПИТЕЛИ

Жёсткие диски за последние 15 лет: оценка скорости и ёмкости

Сегодня, конечно, интересные, но в то же время и трудные времена для индустрии накопителей. Переход на мультимедийные форматы высокого разрешения существенно улучшил визуальную составляющую, но и сказался соответствующим образом на требованиях к подсистемам хранения данных. Объёмы цифрового звука, видео и фотографий постоянно увеличиваются, что требует от накопителей всё большей ёмкости. Поэтому сегодня 3,5″ винчестеры уже достигли 750 Гбайт. К сожалению, производительность с такой же скоростью расти не может.

В индустрии наступила череда поглощений. Maxtor несколько лет назад купила Quantum, после чего компания объединилась с Seagate. На рынке настольных жёстких дисков ещё остались Hitachi, Samsung и Western Digital.

Seagate сегодня лидирует по ёмкости, обеспечив 750 Гбайт для 3,5″ накопителя Barracuda 7200.10, Samsung славится тихой работой и хорошим соотношением ёмкость/цена. Жёсткие диски Western Digital Raptor на 10 000 об/мин уже несколько лет лидируют по производительности, хотя изначально они позиционировались на профессиональный рынок начального уровня. А Samsung, наконец-то, может существенно уйти вперёд благодаря выпуску гибридных жёстких дисков. Это единственная компания в четвёрке, занимающаяся производством не только жёстких дисков, но и флэш-памяти.

Конечно, у многих возникнет вопрос: что все эти числа означают на практике? Как сравнить жёсткий диск с другими компонентами в ПК? Насколько производительность современных винчестеров отличается от старых? Сможет ли современный жёсткий диск легко обойти старые модели?

На этот раз мы решили добавить в наше тестирование старые жёсткие диски. Да, мы постарались найти действительно древние модели. Что интересно, они до сих пор прекрасно работают, несмотря на то, что родились в эру MS DOS 5.0 и Windows 3.1.

Жёсткие диски: от 40 Мбайт до 750 Гбайт, от 3 500 до 10 000 об/мин

Мы решили вернуться лет на 15 назад, когда только начали появляться жёсткие диски IDE с весьма приличным по тогдашним меркам объёмом в 40 Мбайт. Затем мы взяли модель середины 90-х годов (3,2 Гбайт), потом увеличили ёмкость до двузначного числа (10 Гбайт) и, наконец, модернизировали жёсткий диск до 60 Гбайт. Современные модели представляют лидеры рынка жёстких дисков: Seagate Barracuda 7200.10 на 750 Гбайт и Western Digital Raptor RD1500 на 150 Гбайт и 10 000 об/мин.

Ветеран IDE: Maxtor 7040A, 40 Мбайт (1991)

Ёмкость 130 Мбайт у топовой модели была тогда пределом, хотя достаточно быстро объём увеличился до 170 и 240 Мбайт. Что любопытно, все жёсткие диски в то время стоили несколько сотен долларов. Сегодня вы получаете в тысячу раз большую ёмкость, причём, дешевле!

Жёсткий диск слишком старый, поэтому PCMark05 отказался проводить на нём тесты. Но мы смогли запустить тест c’t magazine h2benchw 3.6. Среднее время доступа 7040A составило 27 мс, что кажется просто вечностью по сравнению с 8-15 мс у современных 3,5″ винчестеров. Пропускная способность интерфейса составляет 800 кбайт/с (0,8 Мбайт/с) против нынешних 80-200 Мбайт/с. Реальная производительность чтения тоже близка к этому значению: h2benchw показал 600-700 кбайт/с, что можно сравнить с четырёхкратной скоростью CD-ROM. Любой современный накопитель, вполне естественно, обгоняет жёсткий диск 1991 года.

Переход на FAT32 и UltraATA/33: Quantum Fireball ST3.2A (1996)

Пропускная способность интерфейса составляла 31,3 Мбайт/с, что очень близко к теоретическому максимуму, а внутренняя скорость передачи данных была заявлена в 132 Мбит/с (около 16 Мбайт/с). В реальности мы получили почти 10 Мбайт/с. Если посчитать, этот жёсткий диск предлагает в 80 раз большую ёмкость, чем модель Maxtor. Или в 50 раз большую, если сравнивать 6,4-Гбайт Fireball с топовой 130-Мбайт моделью Maxtor. Скорость же возросла примерно в 13 раз.

Конечно, это ограничение можно было обойти, создавая несколько разделов, но лучшим решением всё же стала новая файловая система FAT 32, у которой адресация кластеров была увеличена с 16 до 28 бит. Это позволяло адресовать миллионы кластеров размером от 4 до 32 кбайт, в зависимости от объёма раздела. FAT 32 теоретически поддерживает разделы до 2 Тбайт (терабайт, тысяча гигабайт), но поскольку при высокой ёмкости раздела непомерно увеличивается размер таблицы FAT 32 (256 Мбайт в случае раздела на 2048 Гбайт), и по причинам других ограничений лучше использовать более современную файловую систему. Например, журнальные системы NTFS под Windows XP или ext3 под Linux.

Кэш 512 кбайт: IBM DTTA-351010 (1998)

Выпустив линейку DeskStar 16GP, компания IBM, в то время ещё занимавшаяся производством жёстких дисков, представила гигантские магниторезистивные головки (Giant Magneto-Resistive, GMR), важный шаг для преодоления ёмкости 10 Гбайт на винчестер. Действительно, объявление более чувствительных GMR-головок позволило увеличить максимальную ёмкость жёсткого диска в линейках IBM от почти 9 Гбайт до 16,8 Гбайт.

Эта линейка жёстких дисков поставлялась с разными ёмкостями: 3,2, 4,3, 6,4, 8,4, 10,1, 12,9 и 16,8 Гбайт и использовала до трёх пластин. Жёсткие диски оснащались 512 кбайт кэша и интерфейсом UltraATA/33. DTTA-351010 показал максимальную скорость передачи данных 12,4 Мбайт/с, в то время как пропускная способность интерфейса составила 31,4 Мбайт/с.

Быстрый и тихий: Seagate Barracuda ATA IV (2003)

Жёсткие диски Seagate Barracuda с ёмкостью от 6,8 до 26 Гбайт были первыми моделями для настольных ПК со скоростью вращения 7 200 об/мин. Но первое поколение было довольно шумным, да и грелись винчестеры ощутимо. Второе и третье поколения существенно улучшились в этих отношениях, а ёмкость возросла до 40 Гбайт. Но только четвёртое поколение настольных жёстких дисков на 7 200 об/мин оказалось действительно быстрым и тихим.

Линейка Barracuda ATA IV отличалась большей плотностью записи данных, что позволило Seagate достичь ёмкости до 80 Гбайт всего с двумя пластинами. Кроме того, отличительной особенностью этой линейки стала металлическая пластина снизу, которая защищала электронику диска. Seagate назвала её Seashield, очень похоже на название пластиковой упаковки Seashell. Впрочем, позднее от Seashield пришлось отказаться по ценовым соображениям.

Четвёртая «барракуда» оказалась в числе одного из последних поколений приводов, выпускавшихся только для параллельного интерфейса ATA, поскольку в конце 2003 года было объявлено пятое поколение Barracuda ATA V с поддержкой интерфейса Serial ATA и ёмкостью до 120Гбайт. Все накопители Barracuda пятого поколения и выше используют интерфейс Serial ATA или UltraATA/100 (как эта модель).

Seagate Barracuda 7200.10 на 750 Гбайт и WD Raptor WD1500, 150 Гбайт (2006)

Анализ плотности записи

Повышение плотности записи впечатляет: за последние 15 лет она увеличилась в 10 000 раз!

Индустрия жёстких дисков по-прежнему ищет способы увеличения плотности записи. Последняя технология перпендикулярной записи (Perpendicular Magnetic Recording, PMR) построена на вертикальной ориентации магнитных доменов вместо горизонтальной, что позволяет хранить больше битов на той же площади.

Если взять максимальную ёмкость 130 Мбайт для 1991 года и сравнить с современными жёсткими дисками на 750 Гбайт, то можно посчитать: за последние 15 лет ёмкость увеличилась в 5 700 раз. Если же сравнивать ёмкость пластин, то разница будет ещё больше.

Как видим, прогресс плотности записи оказался весьма существенным. К сожалению, производительность жёстких дисков росла далеко не такими же темпами.

Если сравнить производительность жёсткого диска Maxtor 1991 года (0,7 Мбайт/с) с современным винчестером Barracuda 7200.10 на 750 Гбайт (64 Мбайт/с), то мы получим увеличение 91x. Если же сравнивать с 85 Мбайт/с у жёсткого диска WD Raptor на 10 000 об/мин, то мы получим улучшение в 121 раз.

Звучит не слишком радостно. А теперь примем во внимание средний размер файлов и программ. Если исполняемый файл Microsoft Word раньше занимал не больше нескольких мегабайт и ещё меньше места в ОЗУ, то современные приложения с лёгкостью «осваивают» десятки мегабайт. И вызывают дополнительный код в виде плагинов, библиотек и расширений. Например, Adobe Photoshop CS2 потребляет больше 60 Мбайт ОЗУ, причём, большую часть этой информации нужно считать с жёсткого диска. Или подумайте о фотографиях: лет десять назад мы работали с JPEG-файлами размером 640×480 и объёмом в несколько десятков килобайт. Сегодня мы уже не удивляемся фотографиям в несколько мегабайт с разрешением 3872×2592.

Плотность записи и производительность

Если сравнить рост плотности записи с ростом производительности, то сразу же становится заметно несоответствие: почти в 6 000 раз большая ёмкость и всего в 100 раз увеличенная производительность. Другими словами, ёмкость росла быстрее производительности в 60 раз! Что же говорят результаты нашего тестирования?

Время, которое требуется для считывания всей пластины

Посмотрите на результаты. Они наглядно показывают, что хотя производительность жёсткого диска в абсолютных значениях возросла, производительность относительно ёмкости жёсткого диска существенно снизилась! С этой точки зрения современные жёсткие диски ничуть не быстрее старых моделей. Судите сами.

В 1991 году у 40-Мбайт жёсткого диска на считывание ёмкости одной пластины (26 Мбайт) уходило 37 секунд.
В 1998 году у 3,2-Гбайт жёсткого диска на считывание ёмкости одной пластины (1,6 Гбайт) уходило 3 минуты и 31 секунда.
В 1999 году у 10-Гбайт жёсткого диска на считывание ёмкости одной пластины (3,2 Гбайт) уходило 5 минут и 37 секунд.
В 2004 году у 60-Гбайт жёсткого диска на считывание ёмкости одной пластины (40 Гбайт) уходило 18 минут и 34 секунды.
В 2006 году у 750-Гбайт жёсткого диска на считывание ёмкости одной пластины (200 Гбайт) уходило 52 минуты.

Конечно, это сравнение сильно упрощено и не принимает во внимание другие факторы, например, число и диаметр пластин, скорость вращения и средний размер файлов. Результаты также окажутся иными, если для сравнения взять другие жёсткие диски и другие ёмкости. Но тенденция будет такой же: время, которое требуется для заполнения или считывания полного жёсткого диска, за последние 15 лет существенно возросло.

За те же 15 лет на рынке жёстких дисков произошла череда покупок и слияний. Maxtor несколько лет назад купила Quantum, а к концу 2006 года Seagate завершит слияние с Maxtor.

Почему производительность жёсткого диска столь важна?

На этот вопрос с лёгкостью может ответить любой пользователь: просто включите ваш ПК или ноутбук, после чего вы заметите, что большая часть задержек и ожиданий связана со считыванием данных с жёсткого диска. При запуске Windows считывает информацию и заполняет оперативную память. И хотя время загрузки ОС за последние годы уменьшилось (частично, благодаря оптимизации BIOS), и некоторые ПК запускаются за 15-20 секунд, жёсткие диски являются тем самым «узким местом», которое ощутимо ограничивает производительность ПК.

Кому нравится ждать 30 или больше секунд, пока компьютер загружается? А ждать 20 секунд, пока запустится игра или программа? Да и несколько секунд, которые требуются на закрытие приложения, тоже не лучший вариант.

Пропускная способность интерфейса

PCMark05: производительность запуска Windows XP

PCMark05: производительность записи файлов

Любому современному жёсткому диску вполне по силам справиться с вашими повседневными данными. И большинство из них дают достаточно хорошую скорость для повседневных задач. Но если вы не любите ждать, ваш бюджет не ограничен студенческой стипендией, или ваши требования попросту высоки, то без жёсткого диска Western Digital Raptor на 10 000 об/мин вряд ли обойтись. Всем остальным можно порекомендовать приличную модель на 7 200 об/мин, она и стоит дешевле, да и ёмкость даёт хорошую.

За последние пятнадцать лет ёмкость жёстких дисков возрастала быстрее производительности больше, чем на порядок! Именно поэтому жёсткие диски сегодня являются наиболее «узким местом» вашего ПК. Будете вы загружать или выключать компьютер, запускать приложения и игры, записывать или считывать файлы, переносить большие объёмы данных, вы сразу же заметите, как производительность упирается в жёсткий диск. Быстрые винчестеры и интерфейсы уменьшают томительное ожидание, но даже высокопроизводительные RAID-массивы на несколько жёстких дисках не позволяют от него избавиться.

В любом случае, обвинять здесь некого. Напротив, мы должны оценить всю ту работу и гений инженеров и учёных в компаниях-производителях жёстких дисков, которые пытаются выжать ёмкость, а вместе с ней и производительность из технологии, по своей сути, не изменившейся за последние 50 лет. (Накопитель IBM 305 RAMAC был объявлен в 1956 году.)

Ситуация с производительностью вряд ли изменится, если в области технологий не произойдёт революции. Пока жёсткие диски построены на вращающихся пластинах, мы вряд ли обойдём ограничения этого физического механизма. К счастью, жёсткие диски нового поколения построены на технологии перпендикулярной записи, которая позволяет создавать жёсткие диски с ёмкостью в несколько терабайт и ещё сильнее выжать из них производительность.

Windows Vista улучшит ситуацию с программной стороны. У новой ОС реализованы умные технологии предсказания и кэширования, например, SuperFetch, которые позволяют загрузить любимые приложения пользователя в кэш ОЗУ, в результате чего время запуска заметно снижается. Другие технологии, например, жёсткие диски на основе флэш-памяти, снижают до минимума время доступа, но только за счёт высокой цены за гигабайт. Кроме того, флэш-накопители пока не способны обойти жёсткие диски по скорости передачи данных.

Возможно, хорошим компромиссом станут гибридные жёсткие диски, представляющие собой комбинацию флэш-памяти и вращающихся магнитных пластин. Подобная технология позволит ОС хранить во флэш-памяти наиболее важные данные, снижая задержки и увеличивая производительность.

Источник