Dyski twarde

Odczytywanie i zapisywanie danych

Najważniejszą rzeczą w pamięci nie jest możliwość przechowywania informacji, ale możliwość ich późniejszego odnalezienia. Wyobraź sobie, że przechowujesz namagnesowany żelazny gwóźdź w stosie 1,6 miliona milionów identycznych gwoździ i będziesz miał pojęcie, w jakie kłopoty wpadłby twój komputer, gdyby nie używał bardzo metodycznego sposobu przechowywania swoich informacji.

Kiedy twój komputer przechowuje dane na swoim dysku twardym, nie wrzuca po prostu namagnesowanych gwoździ do pudełka, wszystkie pomieszane razem. Dane są przechowywane w bardzo uporządkowany sposób na każdym talerzu. Bity danych są ułożone w koncentryczne, okrągłe ścieżki zwane ścieżkami. Każda ścieżka jest podzielona na mniejsze obszary zwane sektorami. Część dysku twardego przechowuje mapę sektorów, które zostały już wykorzystane, oraz innych, które są nadal wolne. (W systemie Windows mapa ta nosi nazwę File Allocation Table lub FAT.) Gdy komputer chce zapisać nowe informacje, przegląda mapę w celu znalezienia wolnych sektorów. Następnie instruuje głowicę odczytująco-zapisującą, aby przemieściła się po talerzu do dokładnie właściwego miejsca i zapisała tam dane. Aby odczytać informacje, ten sam proces przebiega w odwrotnej kolejności.

Jak komputer elektroniczny manipuluje wszystkimi mechanicznymi drobiazgami na dysku twardym? Jest to mały układ, który obsługuje siłowniki, wybiera określone ścieżki do odczytu i zapisu oraz konwertuje równoległe strumienie danych z komputera na szeregowe strumienie danych zapisywanych na dysku (i odwrotnie). Kontrolery są wbudowane we własną płytkę drukowaną dysku lub stanowią część płyty głównej komputera.

Dzięki tak dużej ilości informacji przechowywanych w tak małej przestrzeni dysk twardy jest niezwykłym dziełem inżynierii. Przynosi to korzyści (takie jak możliwość przechowywania 500 płyt CD na iPodzie), ale także wady. Jedną z nich jest to, że dyski twarde mogą pójść źle, jeśli dostaną brud lub dustinside nich. Mały kawałek kurzu może spowodować, że głowica odczytująco-zapisująca będzie odbijać się w górę i w dół, uderzając w talerz i uszkadzając jego materiał magnetyczny. Jest to znane jako awaria dysku (lub awaria głowicy) i może (choć nie zawsze) spowodować utratę wszystkich informacji znajdujących się na dysku twardym. Awaria dysku zazwyczaj następuje nagle, bez żadnego ostrzeżenia. Dlatego należy zawsze przechowywać kopie zapasowe ważnych dokumentów i plików na innym dysku twardym, na płycie kompaktowej (CD) lub DVD, albo na pamięci flash.

Photo: Głowica odczytująco-zapisująca na dysku twardym. 1) Ramię siłownika odchyla głowicę do tyłu i do przodu, tak że znajduje się ona we właściwej pozycji na dysku. 2) Tylko niewielka, skrajna część dysku twardego faktycznie odczytuje dane z talerza i zapisuje je na nim. Należy pamiętać, że połowa tego, co widać na drugim zdjęciu, to odbicia na błyszczącej powierzchni dysku twardego!

Kto wynalazł dysk twardy?

Jak wiele innowacji w informatyce XX wieku, dyski twarde zostały wynalezione w firmie IBM jako sposób na zapewnienie komputerom szybko dostępnej pamięci „o dostępie swobodnym”. Problem z innymi urządzeniami pamięci komputerowej, takimi jak karty perforowane i szpule taśmy magnetycznej, polega na tym, że dostęp do nich jest możliwy tylko seryjnie (w kolejności, od początku do końca), więc jeśli fragment danych, który chcesz odzyskać, znajduje się gdzieś w środku taśmy, musisz przeczytać lub przeskanować całą taśmę, dość powoli, aby znaleźć to, co chcesz. Wszystko jest znacznie szybsze w przypadku dysku twardego, który może bardzo szybko przesuwać głowicę odczytująco-zapisującą z jednej części dysku do drugiej; dostęp do dowolnej części dysku jest równie łatwy, jak do każdej innej. Pierwszy dysk twardy został opracowany przez Reynolda B. Johnsona z firmy IBM i ogłoszony 4 września 1956 roku jako IBM 350 Disk Storage Unit.

Inżynierowie firmy IBM byli również pionierami w dziedzinie dyskietek, które były wymiennymi dyskami magnetycznymi pakowanymi w solidne plastikowe obudowy (początkowo o średnicy 20 cm lub 8 cali i owinięte w elastyczne plastikowe tuleje; później o średnicy 133 mm lub 5,25 cala i pakowane w wytrzymałe plastikowe obudowy). Opracowane przez Warrena Dalziela z IBM w 1967 roku i sprzedane po raz pierwszy w 1971 roku, stały się niezwykle popularne w mikrokomputerach (prekursorach komputerów osobistych) pod koniec lat 70. i na początku lat 80. Z pojemnością pamięci tylko 1,44 MB, zostały całkowicie wyparte przez „dyski” flash USB, które oferują setki lub tysiące razy więcej pamięci w malutkim plastikowym pendrive’ie o ułamku rozmiaru.

Opracowanie: Oryginalny dysk twardy. Inżynierowie firmy IBM opracowali tę przełomową pamięć magnetyczną (która w języku IBM nosiła nazwę DASD, wymawianą jako „das-dee”) w procesie ciągłego udoskonalania od wczesnych lat 50. ubiegłego wieku, a ostateczny patent na tę konstrukcję przyznano im w 1970 roku. Widać, że podstawowy mechanizm odczytu i zapisu jest dokładnie taki sam, jak w dzisiejszych napędach: istnieje wiele talerzy (jasnoniebieskie) składających się z poszczególnych sektorów (ciemnoniebieskie), które mogą być zapisywane lub odczytywane przez wiele głowic odczytu (czerwone) zamontowanych na końcach przesuwnych siłowników (pomarańczowe). Talerze są obracane przez koło pasowe i silnik (zielony), natomiast siłowniki są napędzane przez przekładnie i silnik (żółty). Główną różnicą między tym napędem a nowoczesnym jest niesamowita ilość skomplikowanej maszynerii, jaką zawierał ten napęd (o której można przeczytać w oryginalnym patencie). Z patentu USA 3,503,060: Direct access magnetic disc storage device by William Goddard and John Lynott, IBM Corporation, March 24, 1970, dzięki uprzejmości US Patent and Trademark Office, z kolorami dodanymi dla jasności.

Dyski twarde i dyski SSD w porównaniu

Dyski twarde są wypróbowane i przetestowane, mają dużą pojemność i są tanie, ale mają też wiele wad. Jedną z nich jest czas potrzebny głowicy odczytująco-zapisującej na dotarcie do odpowiedniej części dysku w celu uzyskania dostępu do żądanych informacji. Problemem jest również waga dysku twardego i jego stosunkowo duże zużycie energii, zwłaszcza w urządzeniach przenośnych, takich jak tablety i smartfony. Kolejną kwestią jest niezawodność. Jak można wywnioskować z tego, co właśnie przeczytałeś, dysk twardy jest wspaniałym urządzeniem precyzyjnym z wieloma skomplikowanymi ruchomymi częściami. Bez problemu może pracować przez 20 lat bez żadnych problemów. Jeśli jednak zdarzył Ci się wypadek głowicy dysku twardego (poważna awaria mechaniczna spowodowana zabrudzeniem jednego z talerzy dysku twardego lub nagłym wstrząsem mechanicznym), w wyniku której straciłeś wszystko, co kiedykolwiek przechowywałeś na swoim komputerze, to nie jest to zapewnienie: wiesz, że dysk twardy natychmiast się w Tobie zakocha, jeśli będziesz go traktować z mniejszą troską, niż na to zasługuje.

Zdjęcie: Dyski SSD wykonane z chipami pamięci (powyżej) zastępują dyski twarde (poniżej).

Wszystkie te problemy – waga, zużycie energii, czasy dostępu i niezawodność – można rozwiązać, stosując dyski półprzewodnikowe (SSD), które zazwyczaj wykorzystują chipy pamięci flash zamiast wirujących talerzy magnetycznych. Producenci komputerów odchodzą od dysków twardych w kierunku dysków SSD, co najmniej od ostatniej dekady, głównie ze względu na trend odchodzenia od komputerów stacjonarnych w kierunku urządzeń mobilnych. iPody firmy Apple są dobrym przykładem tego, jak zmieniły się czasy. Oryginalne „Classic” iPody, wprowadzone na rynek w 2001 roku, to niewiele więcej niż dyski twarde, karty dźwiękowe i baterie (można zobaczyć, co dysk twardy iPod wygląda na zdjęciach powyżej); dysk twardy, w szczególności, był oczywistym pretekstem do awarii, jeśli wziął je jogging lub rzucił je w torbie. W iPodzie Touch, który pojawił się na rynku w 2007 roku, Apple zdecydowanie postawiło na technologię SSD, dzięki czemu odtwarzacze muzyczne stały się cieńsze i lżejsze w kieszeni, mniej podatne na uszkodzenia mechaniczne i znacznie dłużej działały na baterii. Jest bardziej prawdopodobne, że zużyjesz przyciski lub pękniesz ekran w nowoczesnym iPodzie lub iPhonie, niż że uszkodzisz wewnętrzne układy pamięci.

Oto bardzo szybkie porównanie tradycyjnych dysków twardych (HDD) i dysków SSD pod względem kilku kluczowych pomiarów:

Nie ma konkursu? Dyski SSD wygrywają z rąk do rąk? Nie tak szybko! Jeśli chcesz kupić jak najwięcej pamięci masowej za jak najmniejszą kwotę i jesteś mniej wybredny w kwestiach takich jak zużycie energii i prędkość, tradycyjne dyski twarde są nadal najlepszym stosunkiem jakości do ceny. W 2020 r. dyski SSD są nadal nieco droższe w przeliczeniu na gigabajt niż tradycyjne dyski twarde, choć istnieją duże różnice w cenach różnych typów dysków SSD, a różnica między dyskami SSD a dyskami twardymi zmniejsza się z roku na rok. Nie należy oczekiwać, że dyski twarde starego typu znikną, dopóki ta różnica cenowa znacznie się nie zmniejszy!

.