На першы погляд здаецца, што рынак жорсткіх дыскаў не так дынамічны, як рынак працэсараў або відэакарт. Большасць спажыўцоў лічаць, што жорсткія дыскі не развіваюцца так хутка, як іншыя камплектуючыя сучаснага персанальнага кампутара.

Аднак на практыцы ўсё далёка не так.

На першы погляд здаецца, што рынак жорсткіх дыскаў не так дынамічны, як рынак працэсараў або відэакарт. Большасць спажыўцоў лічаць, што жорсткія дыскі не развіваюцца так хутка, як іншыя камплектуючыя сучаснага персанальнага кампутара. Аднак на практыцы ўсё далёка не так – вытворцы жорсткіх дыскаў знаходзяцца ў пастаянным пошуку эфектыўных рашэнняў для паляпшэння характарыстык вінчэстараў. Усе гэтыя памылкі ад недахопу інфармацыі, у вялікай колькасці сярэднестатыстычных карыстальнікаў ПК веды аб цвёрдым дыску – на ўзроўні радкі з прайс-ліста: «Samsung 160 Гб 7200 аб./мін». У сённяшнім матэрыяле мы хочам папоўніць гэты прабел і расказаць вам, дарагія чытачы, што такое вінчэсцер.

Жорсткі дыск Western Digital

Трохі тэорыі

Жорсткі дыск уяўляе сабой складанае прылада для захоўвання дадзеных, у аснову якога пакладзены прынцып магнітнай запісу электрычных сігналаў.

Вінчэстары выкарыстоўваюць адну або некалькі магнітных пласцін, на якія нанесеныя канцэнтрычныя дарожкі. Запіс і захоўванне інфармацыі на гэтых пласцінах адбываецца за кошт пераўтварэння электрычных сігналаў у пэўныя змены магнітнага поля з наступным уздзеяннем гэтым полем на магнітную пласціну. Дзякуючы з'яве рэшткавага магнетызму сляды ад гэтых уздзеянняў захоўваюцца ў магнітным матэрыяле на працяглы тэрмін. Счытванне інфармацыі, то ёсць прайграванне электрычных сігналаў, адбываецца сапраўды гэтак жа, толькі ў зваротным кірунку.

Магнітныя дамены або бітаў вочка ўяўляюць сабой якія чаргуюцца ўчасткі з розным напрамкам намагнічанасць. Шчыльнасць магнітнай пласціны вызначаецца памерамі вочак: чым яны менш, тым вышэй шчыльнасць запісу інфармацыі.

Бітаў вочка фармуюць сектары, якія пасля вызначаюць мінімальную лагічную адзінку захоўвання дадзеных – кластар. Памер кластара змяняецца ў залежнасці ад выкарыстання файлавай сістэмы NTFS ці FAT32. У канчатковым выніку ўтвараюць кластары тыя самыя славутыя мегабайты, якія вызначаюць ёмістасць жорсткага дыска.

Для счытвання і запісу інфармацыі выкарыстоўваюцца так званыя галоўкі, якія сабраны на механічным перемещающемся прывадзе, прызначаным для пазіцыянавання. Колькасць галовак залежыць ад колькасці пласцін. Для кожнай магнітнай пласціны ўжываецца па дзве галоўкі – пры ўмове, што выкарыстоўваюцца абодва яе бакі. Візуальна працэс пазіцыянавання галовак нагадвае вінілавы прайгравальнік.

Прыклад працы жорсткага дыска

Ёмістасць жорсткага дыска напрамую звязана з шчыльнасцю і колькасцю пласцін. Усё досыць проста: чым больш шчыльнасць і колькасць пласцін – тым больш аб'ём жорсткага дыска. Аднак павышаць ёмістасць выключна за кошт павелічэння колькасці пласцін бессэнсоўна. Па-першае, корпус звычайнага 3,5-цалёвага вінчэстара здольны змясціць максімум 5 пласцін і 10 галовак. Па-другое, вялікая колькасць пласцін і галовак павялічвае энергаспажыванне і цеплавыдзяленне, што павышае рызыку апаратнага збою з-за вялікай колькасці рухомых элементаў.

Такім чынам, для развіцця жорсткіх дыскаў вытворцы вельмі важна працаваць над павелічэннем шчыльнасці якія ўжываюцца пласцін. Для павелічэння лінейнай шчыльнасці запісу інфармацыі неабходна максімальна памяншаць даўжыню бітавых вочак і рабіць пераходы паміж імі максімальна рэзкімі. На першы погляд у тэорыі здаецца, што ўсё дастаткова проста: змяншай сябе даўжыню бітавых вочак і кляпай пласціны. Аднак на практыцы ўсё трохі інакш, і з памяншэннем даўжыні ў бітавай ячэйкі зніжаецца ўстойлівасць да знешніх магнітным палях, у выніку чаго ўзнікае так званы супермагнитизм. Даўжыня бітавай ячэйкі памяншаецца да крытычнай адзнакі, і размагничивающиеся поля становяцца настолькі вялікімі, што ячэйка саморазмагничивается і знікае. Кажучы простай мовай, адбываецца самаадвольнае сціранне дадзеных.

Асноўныя гульцы рынку вінчэстараў змаглі вырашыць гэтую праблему. Дзякуючы тэхналогіі перпендыкулярнай магнітнай запісу PMR (Perpendicular Magnetic Recording) вытворцам жорсткіх дыскаў ўдалося атрымаць шчыльнасць ў 200 Гбайт для адной пласціны. Перпендыкулярнае размяшчэнне магнітных даменаў дазволіла дасягнуць высокай шчыльнасці без праявы суперпарамагнитного эфекту.

Формфактор, інтэрфейс і кэш-памяць жорсткіх дыскаў

Вінчэстары атрымалі вельмі шырокае прымяненне ў розных прыладах: персанальныя кампутары, ноўтбукі, КПК, MP3-плэеры і інш Адным з асноватворных момантаў тыпу жорсткага дыска з'яўляецца яго формфактор, які, у сваю чаргу, вызначаецца дыяметрам пласцін. Звычайныя десктопные жорсткія дыскі выкарыстоўваюць 3,5-цалевыя пласціны і прызначаны для ўстаноўкі ў адпаведныя адсекі карпусоў настольных ПК.

Магнітныя пласціны дыяметрам 2,5 цалі выкарыстоўваюцца ў мабільных жорсткіх дысках, якія шырока ўжываюцца ў наўтбуках і знешніх партатыўных назапашвальнікаў.

Ёсць і прылады, якія выкарыстоўваюць пласціны дыяметрам 1,8", 1" і 0,8". Як правіла, такія жорсткія дыскі выкарыстоўваюцца ў ўльтрапартатыўных наўтбуках, MP3-плэерах і іншых ультрамобильных девайсах.

Большасць жорсткіх дыскаў выпускаецца для двух інтэрфейсаў SATA і PATA. Іх прапускная здольнасць складае 300 Мбіт/з (Serial ATA II) і 133 Мбіт/з адпаведна. На першы погляд Serial ATA выглядае куды больш прывабнай. Як гаворыцца, многомегабайтная розніца ў наяўнасці, аднак дзе перавага ад выкарыстання інтэрфейсу з прапускной здольнасцю 300 Мб/з, калі стандартны жорсткі дыск са хуткасцю кручэння шпіндзеля 7 200 аб./мін мае хуткасць чытання з пласцін да 90 Мбіт/с. Чарговы маркетынг з пункту гледжання прадукцыйнасці. І ўсё ж Serial ATA мае канструктыўнае перавага ў выглядзе тонкага шлейфу, які зручней пракладаць ў корпусе, каб ён не перашкаджаў цыркуляцыі паветраных патокаў.

Serial ATA – інтэрфейс

Аб'ём кэш-памяці большасці сучасных жорсткіх дыскаў складае 8 і 16 Мбайт, хоць сустракаюцца на рынку і мадэлі з вялікім аб'ёмам кэша. Для прыкладу можна ўзяць жорсткія дыскі Hitachi DeskStar 7K1000 HDS721075KLA330 і DeskStar 7K1000 HDS721010KLA330, аб'ём кэша ў якіх складае 32 Мбайт. У тэорыі большы аб'ём кэш-памяці – гэта добра, жорсткія дыскі захоўваюць у кэшы ўваходныя каманды і алгарытмы для папярэдняга кэшавання дадзеных, ды і чарга каманд NCQ (Native Command Queuing) таксама патрабуе некаторага колькасці памяці. Аднак на практыцы аказваецца, што жорсткі дыск з 16 Мбайт кэш-памяці не мае якой-небудзь істотнай прыбаўкі ў хуткасці па параўнанні з аналагічнай мадэллю, абсталяванай 8 Мбайт.

Друкаваная плата жорсткага дыска

Прадукцыйнасць жорсткіх дыскаў

На прадукцыйнасць жорсткага дыска ўплываюць некалькі параметраў: хуткасць кручэння шпіндзеля, час доступу, шчыльнасць запісу, інтэрфейс, формфактор, аб'ём кэш-памяці, дыяметр і колькасць пласцін – некаторыя моцна, некаторыя не вельмі (напрыклад, інтэрфейс).

Хуткасць кручэння шпіндзеля з'яўляецца адным з ключавых параметраў, якія вызначаюць хуткасць працы назапашвальніка на жорсткіх дысках. Дадзены параметр вымяраецца ў абаротах у хвіліну (RPM або RotatePerMinute) і напрамую звязаны з лінейнай хуткасцю галовак чытання/запісу. Кажучы простай мовай, чым хутчэй круціцца шпіндзель, тым больш дадзеных могуць лічыць/запісаць галоўкі на магнітныя пласціны. Большасць жорсткіх дыскаў, разлічаных на ўсталёўку ў настольныя ПК, маюць хуткасць кручэння шпіндзеля 7200 аб./мін, ноутбучные назапашвальнікі – 5400 аб./мін, старыя мабільныя назапашвальнікі – 4200 аб./мін Серверныя рашэнні маюць больш вялікія характарыстыкі – 10000 або 15000 аб./мін У настольных рашэнняў ёсць прыемныя выключэнні ў выглядзе цвёрдых дыскаў Western Digital Raptor, у якіх хуткасць кручэння пласцін складае вялікія 10000 аб./мін.

Western Digital Raptor X WD1500AHFD

Іншы параметр – час доступу ўяўляе сабой часовай прамежак, які патрабуецца на чаканне падыходу патрабаванага сектара, калі галоўкі ўстануць на патрэбную дарожку. Відавочна, што час доступу напрамую звязана са хуткасцю кручэння шпіндзеля: чым хутчэй пласціна докрутится да неабходнага чаканага сектара, тым хутчэй галоўка лічыць яго.

Дыяметр пласцін таксама ўплывае на прадукцыйнасць назапашвальніка на жорсткіх дысках. Справа ў тым, што вінчэстары з аднолькавай хуткасцю кручэння шпіндзеля маюць і аднолькавую кутнюю хуткасць. Адлегласць, якое за секунду праходзяць галоўкі на знешніх і ўнутраных дарожках, рознае, у апошнім выпадку яно менш. Адпаведна, лінейная хуткасць на ўнутраных дарожках, якія бліжэй да цэнтра пласціны, значна менш, чым на знешніх, размешчаных бліжэй да яе краях. З усіх гэтых фактаў нескладана вывесці лагічнае заключэнне, што жорсткія дыскі з пласцінамі дыяметрам 2,5 цалі не змогуць на роўных цягацца з 3,5-цалевымі субратамі.

Колькасць пласцін гуляе ўскосную ролю ў прадукцыйнасці жорсткіх дыскаў. Для таго каб зразумець, у чым сутнасць, дастаткова ўявіць сучасную лінейку жорсткіх дыскаў ад якога-небудзь вытворцы. Дапусцім, дадзеная лінейка жорсткіх дыскаў выкарыстоўвае пласціны шчыльнасцю 200 Гбайт. Вытворца не можа выпускаць жорсткія дыскі толькі 200, 400 і 600 Гбайт, таму што рынак дыктуе іншыя ўмовы, спажыўцы хочуць бачыць на прылаўках крам даступныя мадэлі аб'ёмам 250 і 320 Гбайт. Адпаведна, такія мадэлі вінчэстараў выкарыстоўваюць не поўную даступную ёмістасць магнітнай пласціны, а пэўную яе частку. Як правіла, не выкарыстоўваецца тая самая павольная частка ўнутраных дарожак. Нескладана зрабіць выснову, што ў жорсткіх дыскаў, якія выкарыстоўваюць «абрэзаныя» магнітныя пласціны, мінімальныя хуткасці перадачы аказваюцца некалькі вышэй, чым у вінчэстараў, якія выкарыстоўваюць поўную даступную ёмістасць.

Прадукцыйнасць абумоўлена шэрагам параметраў вінчэстара, аднак калі цвяроза зірнуць на пытанне хуткадзейнасці, то на практыцы ў большасці выпадкаў нерэальна будзе заўважыць «на вока» розніцу паміж жорсткімі дыскамі апошніх пакаленняў са хуткасцю кручэння шпіндзеля 7200 аб./мін вытворчасці Seagate, Hitachi, Samsung або Western Digital. Розніца адчувальная пры выкарыстанні двух назапашвальнікаў на 7200 аб./мін для масавага рынку ў канфігурацыі RAID 0 або ў выпадку выкарыстання хуткасных жорсткіх дыскаў – напрыклад, таго ж Western Digital Raptor са хуткасцю кручэння шпіндзеля 10000 аб./мін.