Виталий Леонтьев - Выбираем компьютер, ноутбук, планшет, смартфон

Как мы помним, первые вычислительные устройства сохранять информацию на каком-то внешнем или внутреннем носителе не могли. Потом появилась бумажная полоска с пробитыми дырочками – перфолента, носитель столь же неудобный, сколь и ненадёжный. Одна страница этой книги заняла бы несколько десятков метров перфоленты! И тем не менее, именно бумага исправно работала главным «запоминающим устройством» в компьютере на протяжении нескольких десятилетий.

В конце сороковых годов на смену продырявленной бумаге пришла магнитная запись – этот принцип был открыт ещё в конце XIX века, а до практического применения доведён инженерами компании BASF в 1934 г. С магнитной записью знаком каждый из нас – хотя бы на примере устаревших, но все ещё популярных у нас аудио– и видеокассет.

И вот наконец в 1951 году бумагу сменила магнитная запись: компьютер Univac 1 получил накопитель на основе металлической ленты. Позднее магнитные накопители (стримеры) перешли на полимерную ленту, носителем информации на которой служил слой магнитного материала (первоначально им была обычная ржавчина – оксид железа, а сегодня все чаще используется тонкая плёнка, состоящая из молекул чистого железа, кобальта и никеля), толщина которого составляет доли микрона! Именно эта тонюсенькая плёночка, помещённая на стеклянную или металлическую основу, и хранит на себе все те гигабайты информации, которыми мы забиваем наш компьютер.

Впрочем, гигабайты появились не сразу. Первый жёсткий диск, «дедушка» современных винчестеров IBM RAMAC, созданный в 1956 году, мог вмещать всего 5 Мб информации. И это при том, что по размеру это чудище было больше, чем два обычных холодильника, а для хранения этих жалких по нынешним временам пяти мегабайт требовалось аж 50 металлических пластин диаметром около 80 см.

Плёнка прослужила компьютеру рекордно долгий срок: ещё в 90-х годах прошлого века многие домашние компьютеры загружали программы с магнитных кассет. Хотя уже давно существовала замена: в 1956 году компания IBM выпустила первый жёсткий диск под названием RAMAC – «дедушку» современных винчестеров. Размером этот монстр был вдвое больше холодильника, а хранить мог всего 5 Мб информации, что было каплей в море по сравнению с ленточными накопителями. И тем не менее переход от ленты к диску был штукой революционной: ведь на ленту можно было записывать только последовательно, быстрый доступ к отдельным её участкам был невозможен, а загрузка программ могла занимать десятки минут!

В 1973 г. IBM представила новый, более ёмкий накопитель IBM model 3340 disk drive. Эта модель имела два разделённых шпинделя, каждый с ёмкостью в 30 Мб – по этой причине накопитель часто фигурировал в документах под маркой «30–30». Данное наименование и породило кличку «винчестер» – по ассоциации с известной маркой винтовки Винчестер 30–30. Удивительно, но ещё в начале 80-х большинство пользователей просто не знало, чем заполнить такой гигантский объем… Ведь все необходимое тогда программное обеспечение (операционная система, текстовый редактор, пара-тройка игр) спокойно умещалось в 2–3 Мб.

Ещё в 80-х годах, как и динозавры, достигали колоссальных размеров: внешне многие из них напоминали кастрюли и тазики, а старожилы с удовольствием расскажут вам, как в своё время притормаживали вращающиеся магнитные пластины пальцами. Впрочем, если хотите поностальгировать – пересмотрите старый добрый «Терминатор 2», а именно сцену разгрома компьютерной лаборатории: там можно без труда заметить как раз такие «тазики» – это винчестеры и есть.

Сегодня, конечно, мы серьёзно продвинулись по пути прогресса: ёмкость винчестеров уже измеряется терабайтами, и ах размеры значительно поскромнели. Однако принципы его устройства не претерпели серьёзных изменений.

Как и прежде, любой «винчестер» состоит из трёх основных блоков.

Первый блоки есть, собственно, само хранилище информации – один или несколько стеклянных (или металлических) дисков, покрытых с двух сторон магнитным материалом, на которые записываются данные.

Магнитная поверхность каждого диска разделена на концентрические дорожки, которые, в свою очередь, делятся на отрезки-сектора. Но не будем забывать о том, что жёсткий диск – устройство всё-таки объёмное: дисков в корпусе винчестера может быть несколько, да имеют они по две рабочие поверхности! Поэтому, наряду с дорожками и секторами, создатели жёсткого диска предусмотрели ещё и третье деление – на цилиндры. Цилиндр – это сумма всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали. Таким образом, чтобы узнать, какое количество цилиндров содержит жёсткий диск, нам необходимо просто умножить число дорожек на суммарное число рабочих поверхностей, которое, в свою очередь, соответствует удвоенному числу дисков в винчестере.

Разбивка винчестера на дорожки и секторы происходит ещё на заводе, при его изготовлении – она называется форматированием низкого уровня. Не путайте его с другим форматированием – логическим, во время которого существующие физические секторы объединяются в кластеры. Эту операцию нам, возможно, придётся делать самим, при помощи специальных программ.

Второй блок– механика жёсткого диска, ответственная за вращение этого массива «блинов», и точное позиционирование системы читающих головок. Каждой рабочей поверхности жёсткого диска соответствует одна читающая головка, которая летает над ней, словно неистовый Карлсон, и «заряжает» информацией одну магнитную частичку за другой. Причём располагаются эти головки по вертикали точным столбиком. А значит, в любой момент времени все головки находятся на дорожках с одинаковым номером. То есть, работают в пределах одного цилиндра. Кстати, интересно, что в качестве одного из важнейших технологических параметров любого диска указывается именно число читающих головок, а не совпадающее с ним количество рабочих поверхностей.

Наконец, третий блоквключает электронную начинку – микросхемы, ответственные за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управление механической частью, а также микросхемы кэш-памяти (как и процессор, жёсткий диск нуждается в буфере для передачи данных).

Объёмы жёстких дисков растут настолько быстрыми темпами, что только диву даёшься – как ухитряются его крохотные пластины вмещать в тысячу раз больше данных, чем 10–15 лет назад? Конечно, в первую очередь это происходит путём увеличения плотности записи на пластину – на сегодня она достигла 500 Гб. Для этого пришлось придумать целую кучу новых технологий – несколько лет назад, когда казалось, что потенциал ёмкости винчестеров уже исчерпан, на выручку пришла технология «перпендикулярной записи». Понять принцип её работы проще всего на примере самых обычных спичек: их можно выложить в линейку – получится длинная и абсолютно некомпактная гусеница. А что будет, если намазать стол клеем и поставить те же самые спички торчком, плотно прижав друг другу? Правильно – они займёт гораздо меньшую площадь. Точно такой же фокус проделали и с магнитными частичками (доменами) на поверхности винчестеров – это и позволило за короткий период увеличить ёмкость накопителей в несколько раз. Сегодня, впрочем, потенциал этой придумки уже исчерпан и надо срочно изыскивать новые. И кое-что уже изыскали – например, Toshiba предложила технологию под названием Discrete Track Recording (DTR), которая позволила увеличить ёмкость стандартной пластины ещё в полтора раза, до 516 Мбит на квадратный миллиметр. Эта технология позволяет создавать дополнительные вертикальные элементы за счёт формирования между дорожками специальных углублений-канавок. Остаётся надеяться, что эта находка, не последняя, ибо потребность в дисковом пространстве растёт угрожающими темпами.