Нжмд. 
Носители информации

Отцом жесткого диска является корпорация, придумавшая персональный компьютерIBM. 13 сентября 1956 года в ее лабораториях появилось некое устройство с названием IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Первый жесткий диск состоял из пятидесяти алюминиевых пластин диаметром около 60 сантиметров. Емкость этого монстра составляла целых 5 Мб — по тем временам довольно внушительный объем!

Скорость передачи данных составляла почти 9 байт в секунду. Это был первый жесткий диск, который IBM представила народу. Принцип работы был такой же, как и у магнитной пленки: на обеих сторонах алюминиевых пластин было нанесено магнитное напыление, которое хранило информацию, так же как магнитная пленка. Считывалась и записывалась она с помощью головки, которая перемещалась по поверхности дисков. Из-за того, что головка чтения-записи соприкасалась с поверхностью диска, надежность и скорость устройства была совсем не на высоте. От постоянного трения диски и головки нагревались, а поверхность просто изнашивалась. И вот в 1961 году IBM разрабатывает технологию «air bearing», в которой между диском и головкой образуется прослойка воздуха (всего около 0.5 мкм), а значит, между ними исчезает трение и значительно снижается механический износ поверхностей. А спустя год появляется и первый жесткий диск, использующий эту технологию — IBM 1301 Advanced Disk File.

В течение следующих нескольких лет IBM доводит технологию производства до совершенства, создав микрочип, управляющий вращением дисков и перемещением головки диска. Также появляется чувствительная механика, позволяющая более точно позиционировать головку над поверхностью диска. В 1967 году возникает идея разделить устройство хранения (сам диск) и логику привода (систему управления головкой и т. д.).

В 1973 году IBM, наконец, представляет папу всех современных дисков — IBM 3340. Это устройство имело два диска: один был закреплен внутри, а второй диск можно было менять. При этом каждый диск имел емкость около 30 Мб. Именно с появлением этого устройства винчестеры стали называть винчестерами. Дело в том, что из-за наличия двух пластин по 30 Мб эту модель диска стали называть «30−30», что напомнило руководителю проекта Кену Хотону (Ken Haughton) про ружье Winchester 30/30, которое имело патрон с пулей калибра 0,3 дюйма и пороховым зарядом 30 гран. А поскольку модель 3340 получилась на самом деле массовой, то название винчестер очень быстро прикрепилось ко всем жестким дискам. Стоил, кстати, такой «винчестер» около 8000 $.

В персональных компьютерах жесткий диск появился не сразу. Долгое время компьютеры комплектовались лишь дисководом. Чаще даже двумя. В один дисковод вставлялась дискета с операционной системой, с нее компьютер и загружался, а во второй дисковод вставляли дискету с нужной на данный момент программой. Дисководы после своего появления тоже стоили недешево — часто их приходилось докупать отдельно от компьютера.

Все предыдущие модели винчестеров создавались для промышленных компьютеров, никто не задумывался о персоналках. Еще бы, ведь в диаметре эти диски были почти 40 см (14 дюймов). И только спустя 6 лет после выпуска «винчестера», в 1979 году, IBM представила модель 3310 — первый жесткий диск с 8-дюймовыми пластинами. А год спустя молодая компания Seagate (в то время она называлась Shugart Technology) представила жесткий диск в более привычном для многих форм-факторе: 5,25 дюйма. Жесткий диск получил название Seagate ST-506, имел 4 головки и емкость 5 Мб. Однако первым винчестером, которым стали комплектоваться IBM PC/XT, стал Seagate ST-412, емкостью 10 Мб.

Привычный же для нас 3,5 дюймовый форм-фактор появился в 1983 году. Когда никому неизвестная шотландская фирма Rodime представила устройство с названием КОЗ 52. Первые винчестеры упаковывались в цельный корпус и имели специальные системы вентиляции. В них подавался охлажденный, специально очищенный воздух, чтобы не допускать перегрева механики и попадания пыли на поверхность. Самое большое заблуждение, бытующее до сих пор, — что внутри жесткого диска вакуум. Это совершенно не так — там воздух, чистый воздух. Если посмотреть на винчестер сверху, то на некоторых моделях можно увидеть змеевки — это воздушные фильтры для поступления воздуха во внутрь устройства. Также на всех жестких дисках есть отверстия, заклеенные специальной пленкой. Они служат для регулирования давления воздуха. Ведь при работе диски нагреваются, и нагревается воздух, а при нагреве воздух расширяется, и чтобы не было избыточного давления, используются подобные технологические отверстия.

Когда диск начинает вращаться, образуется воздушный поток, который поднимает головку (она очень легкая) над поверхностью диска. Диски вращаются со скоростью от 3600 до 10 000 и даже 15 000 оборотов в минуту (например, Seagate Cheetah 15K Ultra320 SCSI). Дальнейшее повышение скорости возможно, но оно ограничено прочностью дисков.

В первых винчестерах диски были сделаны из алюминия, но сейчас также создаются диски из стекла или керамики. Это позволяет достичь более высокой плотности записи (и хранения больших объемов информации) однако часто приводит к уменьшению надежности устройства. Сверху пластины покрываются тончайшим слоем высококачественного ферромагнетика (вещество на основе железа, обладающее магнитными свойствами). В первых дисках использовалось покрытие из оксида железа. Сегодняшние винчестеры используют тонкопленочное покрытие. Как видно из названия, очень тонкий слой магнитного материала прикреплен к подложке пластины. При производстве таких пластин используются специальные производственные технологии. Одна из технологий — это гальванопокрытие. Другая технология — распыление. Пластины, произведенные по технологии распыления, имеют лучшую однородность, чем пластины, произведенные с помощью гальванопокрытия. В силу возросших требований к качеству пластин в современных жестких дисках, используются пластины, произведенные по технологии напыления магнитного материала.

По сравнению с оксидным материалом, тонкопленочный материал более однороден и гладок. Он также имеет намного лучшие магнитные свойства, позволяющие хранить намного больше данных на единицу поверхности. Кроме того, этот материал намного устойчивее к физическим воздействиям.

Пластины после нанесения магнитного материалом покрывается тонким защитным слоем, состоящим из карбона. В конце концов, получившийся «бутерброд» покрывают очень тонким слоем смазывающего материала. Этот материал используется для защиты пластин от случайного соприкосновения с магнитными головками, сводя к минимуму последствия таких случайностей.

Винчестеры обычно содержат от 1 до 12 дисков. Они крепятся на одной оси, которая соединена с сервоприводом. И на каждый диск можно писать информацию с двух сторон, однако иногда внешние поверхности крайних дисков не используются из-за конструктивных особенностей.

Головка чтения-записи во время работы винчестера никогда не соприкасается с поверхностью диска. Она «парит» на расстоянии около 0.13 мкм. Это расстояние постоянно уменьшается, что позволяет увеличивать плотность записи, но при этом во время тряски или удара головка может соприкоснуться с диском и поцарапать его или сама испортиться. Производители постоянно ищут компромисс между надежностью, емкостью и скоростью. Если жесткий диск неожиданно остановится, пропадет поток воздуха и головка просто «упадет» на поверхность диска. Раньше именно так и было, и перед выключением компьютера запускались специальные программы, которые отводили головку к краю диска на безопасное место. Это называется «парковать» головку. Сейчас жесткие диски умеют самостоятельно парковать головку при выключении питания.

Одним из важнейших устройств в накопителе на жестком магнитном диске (НЖМД), как на сухом техническом языке называется винт, является привод магнитных головок. От скорости и точности перемещения головок зависит скорость передачи данных. Одним из главных параметров при оценке производительности жестких дисков является время позиционирования головок или время поиска (seek time). Для перемещения головок изначально использовались так называемые шаговые двигатели, и расстояние между дорожками зависело от размера шага. В современных винчестерах позиционирование головок осуществляется при помощи линейного двигателя без всякой дискретности, который позиционирует головки, ориентируясь по служебным сигналам, записанным на блинах. Таким образом, позиционирование гораздо более точное, а плотность записи значительно выше.

Существуют два различных варианта приводов: линейные и поворотные. При поворотном приводе головки перемещаются по дуге, как в обычном электропроигрывателе, линейный привод обеспечивает перемещение головок по радиусу диска. Преимущество линейного привода заключается в том, что зазор магнитной головки всегда перпендикулярен дорожке и расстояние между дорожками сохраняется постоянным. Поворотные приводы обеспечивают меньшую инерционность и, как следствие, более быстрое позиционирование головок.

Кроме механических частей, жесткий диск имеет логику для управления вращением дисков, перемещением головок и связи с компьютером. Чаще всего вся электроника располагается в нижней части диска.

Лет 10 назад многие люди были поражены винчестерами, имевшими плотность записи порядка 1 Гб на поверхность. Всего 5 лет назад жесткий диск, имеющий плотность записи 20 Гб на поверхность казался фантастикой. Сейчас в нашем распоряжении имеются винчестеры, имеющие плотность записи порядка 80 Гб на пластину.

Естественно, эта тенденция будет и дальше сохраняться, будут выходить новые жесткие диски, вмещающие все больше и больше информации. Одновременно с этим, происходит развитие в области усовершенствования как самой химической и физической структуры, хранящей данные, так и методов записи и хранения информации Параллельно с емкостью растет и скорость вращения шпинделя. В 1993 г. Seagate Technology представила первый накопитель со скоростью вращения шпинделя 7200об/мин — 2,1ГБ ST121550 Barracuda, а винчестер со скоростью 10 000 оборотов в минуту появился через четыре года в линейке продуктов той же Seagate. Это был ST19101 Cheetah 9 емкостью 9,1Гбайт. Рекорд в 1998 году побила Hitachi. Диски в ее накопителе DK3F-1 емкостью 9,2ГБ, вращались со скоростью 12 000об/мин. А первый «пятнадцатитысячник» был выпущен на рубеже XXI века (в 2000 году) компанией Seagate. Им стал 18,4-гигабайтный ST318451 Cheetah X15.

С 2005 года начали появляться модели, основанные на ином методе магнитной записи — перпендикулярном. Первой отметилась накопителем на этом принципе компания Toshiba, выпустив 1,8-дюймовый жесткий диск MK4007 GAL, емкостью 40ГБ. Но в продажу первой запустила перпендикулярные диски не Toshiba, а Seagate в 2006 году.