Los discos duros, o como también se les llama, discos duros, son uno de los componentes más importantes de un sistema informático. Todo el mundo lo sabe. Pero no todos los usuarios modernos saben en principio cómo funciona un disco duro. El principio de funcionamiento, en general, es bastante simple para una comprensión básica, pero aquí hay algunos matices, que se discutirán más adelante.
¿Preguntas sobre el propósito y la clasificación de los discos duros?
La cuestión del propósito es, por supuesto, retórica. Cualquier usuario, incluso el más principiante, responderá inmediatamente que el disco duro (también conocido como disco duro, también conocido como disco duro o HDD) responderá inmediatamente que sirve para almacenar información.
En general, es cierto. No olvides que en el disco duro, además del sistema operativo y los archivos de usuario, hay sectores de arranque creados por el SO, gracias a los cuales se inicia, así como algunas etiquetas por las que puedes encontrar rápidamente la información necesaria en el disco.
Los modelos modernos son bastante diversos: discos duros ordinarios, discos duros externos, discos SSD de estado sólido de alta velocidad, aunque generalmente no se les conoce como discos duros. Además, se propone considerar el dispositivo y el principio de funcionamiento del disco duro, si no en su totalidad, al menos de tal manera que sería suficiente comprender los términos y procesos básicos.
Tenga en cuenta que también existe una clasificación especial de los discos duros modernos de acuerdo con algunos criterios básicos, entre los que se pueden distinguir los siguientes:
- forma de almacenar información;
- tipo de medio;
- forma de organizar el acceso a la información.
¿Por qué un disco duro se llama disco duro?
Hoy en día, muchos usuarios se preguntan por qué los llaman discos duros de armas pequeñas. Parecería, ¿qué podría haber en común entre estos dos dispositivos?
El término en sí apareció en 1973, cuando apareció en el mercado el primer disco duro del mundo, cuyo diseño consistía en dos compartimentos separados en un contenedor sellado. La capacidad de cada compartimento era de 30 MB, por lo que los ingenieros le dieron al disco el nombre en clave "30-30", que estaba en plena consonancia con la marca del popular rifle 30-30 Winchester en ese momento. Es cierto que a principios de los 90 en América y Europa este nombre prácticamente dejó de usarse, pero aún sigue siendo popular en el espacio postsoviético.
El dispositivo y el principio de funcionamiento del disco duro.
Pero nos distrajimos. El principio de funcionamiento de un disco duro se puede describir brevemente como los procesos de lectura o escritura de información. Pero, ¿cómo sucede esto? Para comprender cómo funciona un disco duro magnético, primero debe estudiar cómo funciona.
El disco duro en sí es un conjunto de placas, cuyo número puede variar de cuatro a nueve, conectadas entre sí por un eje (eje) llamado huso. Las placas están ubicadas una encima de la otra. La mayoría de las veces, los materiales para su fabricación son aluminio, latón, cerámica, vidrio, etc. Las propias placas tienen un recubrimiento magnético especial en forma de un material llamado plato, a base de óxido de ferrita gamma, óxido de cromo, ferrita de bario, etc. Cada una de estas placas tiene un grosor de aproximadamente 2 mm.
Las cabezas radiales son responsables de escribir y leer la información (una para cada placa), y ambas superficies se utilizan en las placas. Para lo cual puede ser de 3600 a 7200 rpm, y dos motores eléctricos se encargan de mover los cabezales.
En este caso, el principio básico del disco duro de la computadora es que la información no se escribe en ningún lugar, sino en ubicaciones estrictamente definidas, llamadas sectores, que se ubican en pistas concéntricas o pistas. Para evitar confusiones, se aplican reglas uniformes. Significa que los principios de las unidades de disco duro, desde el punto de vista de su estructura lógica, son universales. Entonces, por ejemplo, el tamaño de un sector, aceptado como estándar unificado en todo el mundo, es de 512 bytes. A su vez, los sectores se dividen en grupos, que son secuencias de sectores adyacentes. Y las peculiaridades del principio de funcionamiento del disco duro a este respecto es que el intercambio de información se realiza únicamente por agrupaciones enteras (un número entero de cadenas de sectores).
Pero, ¿cómo se realiza la lectura de la información? Los principios de funcionamiento de una unidad de disco duro son los siguientes: utilizando un soporte especial, el cabezal de lectura se mueve en una dirección radial (espiral) a la pista deseada y, cuando se gira, se coloca sobre un sector determinado, y todos los cabezales pueden moverse simultáneamente, leyendo la misma información no solo de diferentes pistas , sino también de diferentes discos (placas). Todas las pistas con los mismos números de serie suelen denominarse cilindros.
Al mismo tiempo, se puede distinguir un principio más de funcionamiento del disco duro: cuanto más cerca esté el cabezal de lectura de la superficie magnética (pero no la toque), mayor será la densidad de grabación.
¿Cómo se escribe y se lee la información?
Los discos duros, o discos duros, fueron llamados magnéticos porque utilizan las leyes de la física del magnetismo, formuladas por Faraday y Maxwell.
Como ya se mencionó, se aplica un recubrimiento magnético a las placas de un material no magnéticamente sensible, cuyo espesor es de solo unos pocos micrómetros. Durante el funcionamiento, aparece un campo magnético, que tiene la denominada estructura de dominio.
El dominio magnético es una región magnetizada de la ferroaleación estrictamente limitada por los límites. Además, el principio de funcionamiento de un disco duro se puede describir brevemente de la siguiente manera: cuando se produce el efecto de un campo magnético externo, el campo intrínseco del disco comienza a orientarse estrictamente a lo largo de las líneas magnéticas, y cuando el efecto finaliza, aparecen zonas de magnetización remanente en los discos, en las que la información que estaba previamente contenida en el campo principal ...
El cabezal de lectura es responsable de crear un campo externo durante la escritura, y durante la lectura, la zona de magnetización remanente, al estar opuesta al cabezal, crea una fuerza electromotriz o EMF. Además, todo es simple: el cambio en EMF corresponde a uno en el código binario, y su ausencia o terminación corresponde a cero. El momento del cambio de EMF generalmente se denomina elemento de bit.
Además, por razones puramente informáticas, una superficie magnética puede asociarse como una determinada secuencia puntual de bits de información. Pero, dado que es absolutamente imposible calcular la ubicación de tales puntos, es necesario instalar algunos marcadores predefinidos en el disco, lo que ayudó a determinar la ubicación deseada. La creación de tales etiquetas se denomina formateo (en términos generales, dividir el disco en pistas y sectores, combinados en grupos).
La estructura lógica y el principio del disco duro en términos de formateo.
En cuanto a la organización lógica del HDD, el formateo es lo primero aquí, en el que se distinguen dos tipos principales: de bajo nivel (físico) y de alto nivel (lógico). Sin estas etapas, no es necesario hablar de poner el disco duro en condiciones de funcionamiento. Cómo inicializar un nuevo disco duro se discutirá por separado.
El formateo de bajo nivel implica un impacto físico en la superficie del HDD, que crea sectores ubicados a lo largo de las pistas. Es curioso que el principio de funcionamiento de un disco duro es tal que cada sector creado tiene su propia dirección única, que incluye el número del propio sector, el número de la pista en la que se encuentra, y el número del lateral de la placa. Así, al organizar el acceso directo, la misma RAM se dirige directamente a una determinada dirección, y no busca la información necesaria en toda la superficie, por lo que se consigue la velocidad (aunque esto no es lo más importante). Tenga en cuenta que al realizar un formateo de bajo nivel, se borra absolutamente toda la información y, en la mayoría de los casos, no se puede restaurar.
El formateo lógico es otro asunto (en los sistemas Windows, esto es formato rápido o formato rápido). Además, estos procesos son aplicables a la creación de particiones lógicas, que son una especie de área del disco duro principal que funciona de la misma forma.
El formateo lógico afecta principalmente al área del sistema, que consta del sector de inicio y las tablas de particiones (registro de inicio), la tabla de asignación de archivos (FAT, NTFS, etc.) y el directorio raíz (directorio raíz).
La información se escribe en los sectores a través del clúster en varias partes, y un clúster no puede contener dos objetos (archivos) idénticos. En realidad, la creación de una partición lógica, por así decirlo, la separa de la partición principal del sistema, como resultado de lo cual la información almacenada en ella no está sujeta a cambios o eliminación cuando aparecen errores y fallas.
Características principales del disco duro
Creo que, en términos generales, el principio del disco duro está un poco claro. Ahora pasemos a las características principales, que brindan una imagen completa de todas las capacidades (o desventajas) de los discos duros modernos.
El principio de funcionamiento de un disco duro y las características básicas pueden ser completamente diferentes. Para entender de qué estamos hablando, destaquemos los parámetros más básicos que caracterizan a todos los dispositivos de almacenamiento de información conocidos en la actualidad:
- capacidad (volumen);
- rendimiento (velocidad de acceso a datos, lectura y escritura de información);
- interfaz (método de conexión, tipo de controlador).
La capacidad es la cantidad total de información que se puede registrar y almacenar en el disco duro. La industria de fabricación de discos duros se está desarrollando tan rápidamente que en la actualidad se han utilizado discos duros con volúmenes de aproximadamente 2 TB y más. Y, como se cree, este no es el límite.
La interfaz es la característica más significativa. Determina exactamente cómo se conecta el dispositivo a la placa base, qué controlador se utiliza, cómo se realiza la lectura y escritura, etc. Las interfaces principales y más comunes son IDE, SATA y SCSI.
Los discos con interfaz IDE no son costosos, pero entre las principales desventajas están el número limitado de dispositivos conectados simultáneamente (máximo cuatro) y las bajas tasas de transferencia de datos (incluso si son compatibles con el acceso directo a la memoria Ultra DMA o protocolos Ultra ATA (Modo 2 y Modo 4) Aunque se cree que su uso puede aumentar la velocidad de lectura / escritura hasta 16 Mb / s, pero en realidad la velocidad es mucho menor. Además, para utilizar el modo UDMA, es necesario instalar un controlador especial, que, en teoría, debería suministrarse en completo con placa base.
Hablando sobre el principio de funcionamiento del disco duro y sus características, no se puede ignorar y cuál es el sucesor de la versión IDE ATA. La ventaja de esta tecnología es que la velocidad de lectura / escritura se puede aumentar hasta 100 MB / s utilizando el bus Fireware IEEE-1394 de alta velocidad.
Finalmente, la interfaz SCSI es la más flexible y rápida en comparación con las dos anteriores (velocidades de lectura / escritura de hasta 160 Mb / sy superiores). Pero estos discos duros son casi el doble de costosos. Pero la cantidad de dispositivos de almacenamiento conectados simultáneamente es de siete a quince, la conexión se puede realizar sin apagar la computadora y la longitud del cable puede ser de aproximadamente 15-30 metros. En realidad, este tipo de HDD se usa principalmente no en las PC de los usuarios, sino en los servidores.
El rendimiento, que describe la tasa de transferencia y el rendimiento de E / S, generalmente se expresa en tiempo de transferencia y la cantidad de datos secuenciales transferidos, y se expresa en MB / s.
Algunos parámetros adicionales
Hablando sobre cuál es el principio de funcionamiento de un disco duro y qué parámetros afectan su funcionamiento, no se pueden ignorar algunas características adicionales, de las que puede depender el rendimiento o incluso la vida útil del dispositivo.
Aquí, en primer lugar, está la velocidad de rotación, que afecta directamente el tiempo de búsqueda e inicialización (reconocimiento) del sector deseado. Este es el llamado tiempo de búsqueda latente, el intervalo durante el cual el sector deseado gira hacia el cabezal de lectura. En la actualidad, se han adoptado varios estándares para la velocidad del husillo expresada en rpm con tiempos de permanencia en milisegundos:
- 3600 - 8,33;
- 4500 - 6,67;
- 5400 - 5,56;
- 7200 - 4,17.
Es fácil ver que cuanto mayor es la velocidad, menos tiempo se tarda en buscar sectores y, en términos físicos, en girar el disco antes de establecer el punto de posicionamiento de la placa requerido para el cabezal.
Otro parámetro es la tasa de baudios interna. En los carriles exteriores, es mínimo, pero aumenta con una transición gradual a los carriles interiores. Por lo tanto, el mismo proceso de desfragmentación, que mueve los datos de uso frecuente a las áreas más rápidas del disco, no es más que transferirlos a una pista interna con una velocidad de lectura más rápida. La velocidad externa tiene valores fijos y depende directamente de la interfaz utilizada.
Finalmente, uno de los puntos importantes está relacionado con que el disco duro tenga su propia memoria caché o búfer. De hecho, el principio de funcionamiento de un disco duro en términos de uso de un búfer es algo similar a la RAM o la memoria virtual. Cuanto mayor sea la memoria caché (128-256 KB), más rápido funcionará el disco duro.
Requisitos principales para HDD
No hay tantos requisitos básicos que en la mayoría de los casos se imponen a los discos duros. Lo principal es una larga vida útil y fiabilidad.
Se considera que el estándar principal para la mayoría de las unidades de disco duro es una vida útil de aproximadamente 5-7 años con un tiempo de funcionamiento de al menos quinientas mil horas, pero para los discos duros de alta gama esta cifra es de al menos un millón de horas.
En términos de confiabilidad, la función de autoprueba S.M.A.R.T es responsable de esto, que monitorea el estado de los elementos individuales del disco duro, realizando un monitoreo constante. Sobre la base de los datos recopilados, incluso se puede formar un cierto pronóstico de posibles fallas en el futuro.
No hace falta decir que el usuario no debe quedarse fuera. Entonces, por ejemplo, cuando se trabaja con HDD, es extremadamente importante observar el régimen de temperatura óptimo (0 - 50 ± 10 grados Celsius), para evitar golpes, golpes y caídas del disco duro, polvo u otras partículas pequeñas que ingresen en él, etc. Por cierto, muchos lo harán Es interesante saber que las mismas partículas de humo de tabaco tienen aproximadamente el doble de distancia entre el cabezal de lectura y la superficie magnética del disco duro, y la distancia entre un cabello humano es de 5 a 10 veces.
Problemas de inicialización en el sistema al reemplazar el disco duro
Ahora unas palabras sobre qué acciones tomar si, por alguna razón, el usuario cambia el disco duro o instala uno adicional.
No describiremos completamente este proceso, pero nos detendremos solo en las etapas principales. Primero, el disco duro debe estar conectado y ver en la configuración del BIOS si se ha detectado el nuevo hardware, en la sección de administración del disco para inicializar y crear un registro de arranque, crear un volumen simple, asignarle un identificador (letra) y formatearlo con una opción del sistema de archivos. Solo después de eso, el nuevo "tornillo" estará completamente listo para trabajar.
Conclusión
Eso, de hecho, es todo lo que se refiere brevemente a los fundamentos del funcionamiento y las características de los discos duros modernos. El principio de funcionamiento de un disco duro externo no se consideró aquí en principio, ya que prácticamente no difiere en nada de lo que se utiliza para los discos duros estacionarios. La única diferencia es el método de conectar la unidad adicional a su computadora o computadora portátil. La más común es la interfaz USB, que está conectada directamente a la placa base. Al mismo tiempo, si desea garantizar el máximo rendimiento, es mejor utilizar el estándar USB 3.0 (el puerto interior es de color azul), por supuesto, siempre que el propio HDD externo lo admita.
Por lo demás, creo que muchos han entendido al menos un poco cómo funciona un disco duro de cualquier tipo. Quizás, se dio demasiado arriba, incluso más del curso escolar de física, sin embargo, sin esto, no será posible comprender completamente todos los principios y métodos básicos inherentes a las tecnologías de producción y uso de HDD.
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HDD ("Winchester", hdd, disco duro - ing.) - dispositivo de almacenamiento de información basado en placas magnéticas y el efecto del magnetismo.
Aplicable por todo el lugar en ordenadores personales, portátiles, servidores, etc.
Dispositivo de disco duro. Cómo funciona el disco duro.
En el piso herméticoel bloque contiene placas de doble cara, con capa magnéticaplantado en eje de motor y girando a una velocidad de 5400 revoluciones por minuto. El bloque no está completamente sellado, pero lo más importante, no pasa partículas finas y no permite gotas de humedad... Todo esto tiene un efecto perjudicial sobre la vida útil y la calidad del disco duro.
En los discos duros modernos, se utiliza el eje. Esto genera menos ruido durante la operación, aumenta significativamente la durabilidad y reduce la posibilidad de que el eje se atasque debido a un colapso.
La lectura y la escritura se realizan usando bloque de cabeza.
En funcionamiento, jefes flotar sobre la superficie del disco a una distancia ~ 10 nm... Son aerodinámicos y subir por encima de la superficie del disco debido a río arriba de la placa giratoria. Los cabezales magnéticos se pueden ubicar a ambos lados placas, si se aplican capas magnéticas a cada lado del disco magnético.
El bloque de cabeza conectado tiene posición fija, es decir, las cabezas se mueven todas juntas.
Todos los cabezales están controlados por un unidad de manejo Residencia en electromagnetismo.
Imán de neodimio crea un magnetico campo, en el que el bloque de cabeza puede moverse con una alta velocidad de reacción bajo la influencia de la corriente. Esta es la mejor y más rápida forma de mover el bloque de cabeza, pero una vez que el bloque de cabeza se movió mecánicamente, con la ayuda de engranajes.
Cuando el disco está apagado, para que las cabezas no se hundan en el disco y dañado él, salen en área de estacionamiento principal (zona de estacionamiento, zona de estacionamiento).
También le permite transportar discos duros desactivados sin restricciones especiales. Cuando está apagado, el disco puede soportar cargas pesadas y no dañarse. Cuando se enciende, incluso un golpe leve en cierto ángulo puede destruir la capa magnética de la placa o dañar las cabezas cuando se toca contra el disco.
Además de la parte sellada, los discos duros modernos tienen un exterior tabla de control... Érase una vez, todas las placas de control se insertaron en la placa base de la computadora en las ranuras de expansión. No era conveniente en términos de versatilidad y capacidades. Los discos duros ahora tienen todos los componentes electrónicos e interfaces del disco en una pequeña placa en la parte inferior del disco duro. Gracias a esto, se puede configurar cada disco de forma segura, ventajosa desde el punto de vista de su estructura, parámetros, otorgándole una ganancia de velocidad, o un funcionamiento más silencioso, por ejemplo.
Para conectar la interfaz y la fuente de alimentación, conectores estándar generalmente aceptados y Molex/Energía SATA.
Caracteristicas.
Los discos duros son el más espacioso custodios de la información y de confianza... Los volúmenes de disco crecen constantemente, pero recientemente esto se debe a algunos complejidades y para ampliar aún más el volumen, se requieren nuevas tecnologías. Podemos decir que los discos duros prácticamente han ido directo para lograr el máximo rendimiento. La difusión de los discos duros se debió principalmente a la relación precio volumen... En la mayoría de los casos, un gigabyte de espacio en disco cuesta menos que 2,5 rublos.
Pros y contras de los discos duros versus.
Antes de la aparición de sólidos SSD(unidad de estado sólido) - unidades, los discos duros no tenían competidores. Ahora los discos duros tienen una dirección a la que apuntar.
Contras de los discos duros(disco duro) (ssd) impulsa:
- baja velocidad de lectura secuencial
- baja velocidad de acceso
- baja velocidad de lectura
- velocidad de escritura ligeramente menor
- vibración y poco ruido durante el funcionamiento
Aunque por otro lado, los discos duros tienen otros, mas pesado beneficios a los que SSD los acumuladores se esfuerzan y se esfuerzan.
pros unidades de disco duro (disco duro) en comparación con el estado sólido (ssd) impulsa:
- precio volumétrico significativamente mejor
- el mejor indicador de confiabilidad
- mayor volumen máximo
- en caso de falla, muchas veces más posibilidades de recuperación de datos
- la mejor opción para su uso en centros de medios, debido a su tamaño compacto y gran volumen de 2,5 unidades
Acerca de vale la pena prestar atención a la hora de elegir un disco duro, puedes verlo en nuestro artículo ““. Si necesita reparación de disco duro o recuperación de datos, puede contactar.
Hoy en día, mucha gente cree que los discos duros magnéticos son demasiado lentos, poco fiables y técnicamente obsoletos. Al mismo tiempo, las unidades de estado sólido, por el contrario, están en la cima de su fama: cada dispositivo móvil tiene un medio de almacenamiento basado en memoria flash, e incluso las PC de escritorio utilizan tales unidades. Sin embargo, sus perspectivas son muy limitadas. Según las predicciones de CHIP, los SSD bajarán un poco más de precio, la densidad de datos y, por lo tanto, la capacidad del disco probablemente se dupliquen y luego terminen. Los SSD de 1TB siempre serán demasiado costosos. En su contexto, los discos magnéticos duros de capacidad similar parecen muy atractivos, por lo que es demasiado pronto para hablar sobre el declive de la era de las unidades tradicionales. Sin embargo, hoy se encuentran en una encrucijada. El potencial de la tecnología actual, el método de registro perpendicular, permite ciclos de dos años más, durante los cuales se lanzarán nuevos modelos de mayor capacidad y luego se alcanzará el límite.
Si los tres principales fabricantes, Seagate, Western Digital y Toshiba, pueden hacer la transición a una de las nuevas tecnologías presentadas en este artículo, entonces discos duros de 3,5 pulgadas con una capacidad de 60 TB o más (que es 20 veces más grande que los modelos actuales) dejará de ser un lujo inalcanzable. Al mismo tiempo, la velocidad de lectura también aumentará, alcanzando el nivel del SSD, ya que depende directamente de la densidad de los datos que se escriben: cuanto menor sea la distancia que debe recorrer el cabezal de lectura, más rápido funciona el disco. Por lo tanto, si nuestro "hambre de información" sigue creciendo, todos los "laureles" irán a parar a discos magnéticos duros.
Método de grabación perpendicular
Desde hace algún tiempo, los discos duros utilizan el método de grabación perpendicular (a dominios ubicados verticalmente), que proporciona una mayor densidad de datos. Ahora es la norma. Las tecnologías posteriores mantendrán este método.
6 TB: límite casi alcanzado
En dos años, los discos perpendiculares alcanzarán el límite de densidad de datos en el plato.
En los discos duros modernos con una capacidad de hasta 4 TB, la densidad de grabación de los platos magnéticos no supera los 740 Gbps por pulgada cuadrada. Los fabricantes prometen que las unidades que utilizan el método de grabación perpendicular podrán alcanzar una cifra de 1 Tbps por pulgada cuadrada. En dos años, se lanzará la última generación de este tipo de unidades: la capacidad de los modelos de 3,5 pulgadas alcanzará los 6 TB, y los de 2,5 pulgadas podrán proporcionar algo más de 2 TB de espacio en disco. Sin embargo, una tasa de crecimiento tan modesta de la densidad de registros ya no puede seguir el ritmo de nuestro hambre de información en constante aumento, como lo demuestran los siguientes gráficos.
Problema de selección de material
Los winchesters con un método de grabación perpendicular no son capaces de cubrir las crecientes necesidades en el campo del almacenamiento de datos, ya que con una densidad de grabación de poco más de 1 Tbps por pulgada cuadrada, tienen que luchar contra el efecto del superparamagnetismo. Este término significa que un cierto tamaño de una partícula de materiales magnéticos no es capaz de mantener un estado de magnetización durante mucho tiempo, lo que puede cambiar repentinamente bajo la influencia del calor del ambiente. El tamaño de partícula al que se produce este efecto depende del material utilizado (consulte la tabla siguiente). Las placas de los discos duros modernos con grabación perpendicular están hechas de una aleación de cobalto, cromo y platino (CoCrPt), cuyas partículas tienen un diámetro de 8 nm y una longitud de 16 nm. Para escribir un bit, la cabeza necesita magnetizar unas 20 partículas de este tipo. Con un diámetro de 6 nm o menos, las partículas de esta aleación no pueden mantener de manera confiable el estado de su campo magnético.
La industria de los discos duros a menudo se conoce como un "trilema". Los fabricantes pueden utilizar tres métodos principales para aumentar la densidad de grabación: cambiar el tamaño de las partículas, su número y el tipo de aleación de la que están compuestas. Pero cuando el tamaño de partícula de la aleación CoCrPt es de 6 nm, usar uno de los métodos conducirá al hecho de que los otros dos serán inútiles: si reduce el tamaño de partícula, perderán su magnetización. Si reduce un poco su número, su señal se "disolverá" en el ruido circundante de los bits adyacentes. El cabezal de lectura no podrá determinar si se trata de "0" o "1". Una aleación con mayores características magnéticas permite el uso de partículas más pequeñas y también permite su reducción en número, pero en este caso el cabezal de grabación no puede cambiar su magnetización. Este trilema solo puede resolverse si los fabricantes abandonan el método de grabación perpendicular. Ya hay varias tecnologías preparadas para esto.
Hasta 60 TB: nuevas tecnologías de grabación
La densidad de grabación de los futuros HDD se puede multiplicar por diez, con la ayuda de microondas, láseres, controladores SSD y nuevas aleaciones.
Shingled Magnetic Recording (SMR) es el desarrollo más prometedor capaz de ofrecer densidades de grabación superiores a 1 Tbit por pulgada cuadrada. Su principio es que las pistas magnéticas del disco SMR se superponen parcialmente entre sí, como tejas en un techo. Esta tecnología supera la dificultad inherente del método de grabación perpendicular: una reducción adicional en el ancho de las pistas conducirá inevitablemente a la imposibilidad de grabar datos. Los discos modernos tienen pistas separadas con un ancho de 50 a 30 nm. El ancho de pista más pequeño posible para la grabación perpendicular es de 25 nm. En la tecnología SMR, debido a la superposición parcial, el ancho de pista para el cabezal de lectura puede ser de hasta 10 nm, lo que corresponde a una densidad de grabación de 2,5 Tbps por pulgada cuadrada. El truco consiste en aumentar el ancho de las pistas de grabación a 70 nm y, al mismo tiempo, garantizar que el borde de la pista sea 100% magnetizable. El borde de la pista no cambiará si escribe el siguiente con un desplazamiento de 10 nm. Además, el cabezal de grabación está equipado con un escudo protector para que su potente campo magnético no dañe los datos que se encuentran debajo. En cuanto a la cabeza, ya se ha desarrollado
por Hitachi. Sin embargo, existe otro problema: por lo general, se realiza una reescritura directa separada de bits en un disco magnético y, en el marco de la tecnología SMR, esto solo es posible en la pista superior del plato. Cambiar los bits ubicados en la pista inferior requerirá reescribir todo el plato, lo que reduce el rendimiento.
Posible sucesor: HAMR
Mientras tanto, la organización internacional de unidades de disco, materiales y equipos IDEMA da preferencia a la grabación magnética asistida por calor (HAMR, Heat Assisted Magnetic Recording) y la considera como el candidato más probable para el papel de sucesor de la tecnología de grabación perpendicular. Mark Guinen, del Consejo de Administración de IDEMA, predice que los primeros discos HAMR llegarán al mercado en 2015.
A diferencia de SMR, HAMR resuelve el trilema al reducir las partículas magnéticas, lo que requiere un cambio a un nuevo material. Para los discos HAMR, es necesario utilizar un material con mayor energía anisotrópica; el más prometedor es una aleación de hierro y platino (FePt). La anisotropía determina cuánta energía se requiere para eliminar la magnetización de un material. En FePt, es tan alto que solo las partículas de 2,5 nm encuentran el límite superparamagnético (consulte la tabla en la siguiente sección). Esta circunstancia permitiría la producción de discos duros con una capacidad de 30 TB con una densidad de grabación de 5 TB por pulgada cuadrada.
El problema es que el cabezal de autograbación no puede cambiar la orientación magnética de las partículas de aleación de FePt. Por lo tanto, en los discos HAMR, se incrusta en él un láser, que calienta momentáneamente las partículas en un área de varios nanómetros a una temperatura de unos 400 ° C. Como resultado, el cabezal de grabación requiere menos energía para cambiar el campo magnético de las partículas. Según los valores de densidad de grabación, los discos magnéticos asistidos térmicamente pueden tener altas velocidades de lectura (alrededor de 400-500 MB / s), que en la actualidad solo se pueden lograr con SSD SATA 3.
Además del láser, el Spin Torque Oscillator, que emite microondas, también es capaz de grabar en placas de FePt. Las microondas alteran las características del campo magnético de las partículas de tal manera que un cabezal de grabación débil revierte fácilmente su magnetización. En general, el generador aumenta tres veces la eficiencia del cabezal de grabación. La tecnología de grabación magnética asistida por microondas (MAMR), a diferencia de HAMR, todavía está en desarrollo.
Nueva aleación de metal para discos con grabación magnética termoasistida
La aleación de FePt en el disco HAMR tiene una mayor energía anisotrópica y una mayor capacidad de magnetización. En comparación con el método de grabación perpendicular, aquí se pueden usar partículas más pequeñas.
¿Qué pasará después de HAMR?
La tecnología Bit-Patterned Media (BPM) se ha considerado durante mucho tiempo la tecnología más prometedora. Aporta una solución diferente al trilema: en este caso, las partículas magnéticas están separadas entre sí por una capa aislante de óxido de silicio. A diferencia de los discos magnéticos tradicionales, las áreas magnetizadas se aplican mediante litografía, similar a la producción de chips. Esto hace que la producción de medios BPM sea bastante cara. BPM le permite reducir la cantidad de partículas por bit mientras evita la influencia del ruido de las partículas vecinas en la señal. El único problema hoy en día es la creación de un cabezal de lectura / escritura que pueda proporcionar un control de alta precisión de bits BPM. Por lo tanto, BPM se considera actualmente el sucesor más probable de HAMR. Si combina ambas tecnologías, puede lograr una densidad de grabación de 10 TB por pulgada cuadrada y producir discos de 60 TB.
Un nuevo tema de investigación es la tecnología de grabación magnética bidimensional (TDMR), que resuelve el trilema al eliminar el problema de la relación señal-ruido. Con un número reducido de partículas por bit, el cabezal de lectura recibe una señal difusa, ya que tiene poca potencia y se pierde en el ruido de las partículas vecinas. Una característica de la tecnología TDMR es la capacidad de recuperar una señal perdida. Esto requiere múltiples impresiones de cabezas lectoras o una impresión de múltiples cabezas lectoras que produzcan una imagen 2D de la superficie. El decodificador reconstruye los bits correspondientes de estas imágenes.
Si consideramos el disco duro como un todo, entonces consta de dos partes principales: esta es la placa electrónica, en la que se encuentra el "cerebro" del disco duro. Hay un procesador en él, también hay un programa de control, una memoria de acceso aleatorio, un amplificador para grabar y leer. La parte mecánica incluye partes tales como un bloque de cabezales magnéticos con la abreviatura BMG, un motor que hace girar las placas y, por supuesto, las propias placas. Echemos un vistazo a cada parte con más detalle.
Bloque hermético.
El bloque hermético, también conocido como caja de disco duro, está destinado a sujetar todas las piezas y también cumple la función de proteger contra la entrada de partículas de polvo en la superficie de las placas. Vale la pena señalar que el HDA solo se puede abrir en una habitación especialmente preparada para evitar que el polvo y la suciedad entren dentro de la carcasa.
Circuito integrado.
Un circuito integrado o placa electrónica sincroniza el funcionamiento del disco duro con la computadora y controla todos los procesos, en particular, mantiene una velocidad de rotación constante del husillo y, en consecuencia, la placa, que es realizada por el motor.
Motor eléctrico.
Un motor eléctrico o motor hace girar las placas: unas 7200 revoluciones por segundo (se toma el valor medio, hay discos duros en los que la velocidad es mayor y alcanza las 15000 revoluciones por segundo, y también las hay a una velocidad menor de unas 5400, la velocidad de acceso a la información necesaria en disco duro).
Balancín.
El balancín está diseñado para escribir y leer información de los platos del disco duro. El extremo del balancín está dividido y hay un bloque de cabezales magnéticos en él, esto se hace para que pueda escribir y leer información de varias placas.
Bloque de cabezal magnético.
El balancín incluye un bloque de cabezales magnéticos, que a menudo falla, pero este parámetro "a menudo" es muy condicional. Los cabezales magnéticos se encuentran encima y debajo de las placas y se utilizan para leer directamente la información de las placas ubicadas en el disco duro.
Platos.
La información se almacena directamente en las placas, están hechas de materiales como aluminio, vidrio y cerámica. El aluminio es el más extendido, pero los llamados "discos de élite" están hechos de los otros dos materiales. Las primeras planchas producidas se recubrieron con óxido de hierro, pero este ferromagnet tenía un gran inconveniente. Los discos recubiertos con tal sustancia tenían poca resistencia al desgaste. Por el momento, la mayoría de los fabricantes de discos duros cubren las placas con cromo cobalto, que tiene un margen de seguridad de un orden de magnitud mayor que el óxido de hierro. Las placas de plástico están unidas al eje a la misma distancia entre sí, este diseño se llama "paquete". Un motor o motor eléctrico se encuentra debajo de los discos.
Cada lado de la placa se divide en pistas, las cuales, a su vez, se dividen en sectores o bloques de otra manera, todas las pistas del mismo diámetro representan un cilindro.
Todos los discos duros modernos tienen un llamado "cilindro de ingeniería", que almacena información de servicio, como el modelo de disco duro, el número de serie, etc. Esta información está destinada a la lectura por computadora.
Cómo funciona un disco duro
Los principios básicos del funcionamiento del disco duro han cambiado poco desde sus inicios. El dispositivo del disco duro es muy similar a un tocadiscos ordinario. Solo debajo del cuerpo puede haber varias placas montadas en un eje común, y los cabezales pueden leer información de ambos lados de cada placa a la vez. La velocidad de rotación de las placas es constante y es una de las principales características. La cabeza se mueve a lo largo de la placa a una cierta distancia fija de la superficie. Cuanto más corta sea esta distancia, más precisa se leerá la información y mayor será la densidad de grabación de información.
Al mirar el disco duro, solo ve una carcasa de metal sólido. Está completamente sellado y protege la unidad de las partículas de polvo que, si quedan atrapadas en el estrecho espacio entre la cabeza y la superficie del disco, pueden dañar la sensible capa magnética y dañar el disco. Además, la carcasa protege la unidad de interferencias electromagnéticas. Todos los mecanismos y algunos componentes electrónicos se encuentran dentro de la caja. Los mecanismos son los propios discos que almacenan información, los cabezales que escriben y leen información de los discos y los motores que ponen todo en movimiento.
El disco es una placa redonda con una superficie muy plana, generalmente de aluminio, menos a menudo de cerámica o vidrio, cubierta con una fina capa ferromagnética. Muchos discos utilizan una capa de óxido de hierro (que cubre una cinta magnética normal), pero los discos duros más recientes utilizan una capa de cobalto de unos diez micrones de espesor. Este recubrimiento es más duradero y, además, permite aumentar significativamente la densidad de grabación. Su tecnología de aplicación es cercana a la utilizada en la producción de circuitos integrados.
El número de discos puede ser diferente: de uno a cinco, el número de superficies de trabajo, respectivamente, es dos veces mayor (dos en cada disco). Este último (como el material utilizado para el revestimiento magnético) determina la capacidad del disco duro. A veces, las superficies exteriores de los discos exteriores (o uno de ellos) no se utilizan, lo que permite reducir la altura del disco, pero el número de superficies de trabajo disminuye y puede resultar extraño.
Los cabezales magnéticos leen y escriben información en discos. El principio de grabación es generalmente similar al usado en una grabadora de cinta convencional. La información digital se convierte en una corriente eléctrica alterna suministrada al cabezal magnético y luego transferida al disco magnético, pero en forma de campo magnético, que el disco puede percibir y "recordar".
El recubrimiento magnético del disco es una multitud de pequeñas áreas de magnetización espontánea (espontánea). Para mayor claridad, imagine que el disco está cubierto con una capa de flechas de brújula muy pequeñas que apuntan en diferentes direcciones. Estas partículas de flecha se denominan dominios. Bajo la influencia de un campo magnético externo, los campos magnéticos intrínsecos de los dominios se orientan de acuerdo con su dirección. Después de la terminación de la acción del campo externo, se forman zonas de magnetización remanente en la superficie del disco. De esta forma, se guarda la información grabada en el disco. Las áreas de magnetización remanente, al estar opuestas al hueco del cabezal magnético durante la rotación del disco, inducen en él una fuerza electromotriz, que varía según la magnitud de la magnetización.
El paquete de discos, montado en un eje de husillo, es impulsado por un motor especial ubicado de forma compacta debajo de él. Para reducir el tiempo que tarda el convertidor en empezar a funcionar, el motor funciona durante algún tiempo en modo forzado cuando se enciende. Por lo tanto, la fuente de alimentación de la computadora debe tener una reserva de energía máxima. Ahora sobre el trabajo de los jefes. Se mueven con la ayuda de un motor paso a paso y, por así decirlo, "flotan" a una distancia de una fracción de micrón de la superficie del disco, sin tocarlo. Como resultado de la grabación de información, se forman áreas magnetizadas en la superficie de los discos en forma de círculos concéntricos.
Se llaman bandas magnéticas. Moviéndose, las cabezas se detienen encima de cada pista siguiente. El conjunto de pistas ubicadas una debajo de la otra en todas las superficies se llama cilindro. Todos los cabezales de accionamiento se mueven simultáneamente, accediendo a los cilindros del mismo nombre con los mismos números.
