تطور وسائط التخزين الجزء 3: محركات الأقراص الصلبة

مرحبا بالجميع! نواصل سلسلة من المقالات حول تطور ناقلات المعلومات. لقد تحدثنا بالفعل عن البطاقات المثقبة والأفلام المغناطيسية والأقراص المرنة. بالإضافة إلى ذلك ، تابعنا تطوير محركات الأقراص الضوئية. حسنًا ، هذه المرة سيتم تخصيص موادنا للأجهزة الأكثر شيوعًا بالنسبة لنا - محركات الأقراص الثابتة.

تم تقديم أول محرك أقراص ثابتة في التاريخ قبل 15 عامًا من قرص مرن - في عام 1956. افتتح عصر الأقراص الصلبة نموذج IBM 305 RAMAC (طريقة الوصول العشوائي للمحاسبة والتحكم). اعتمد تصميمه على خمسين صفائح ألومنيوم بقطر 24 بوصة (أو 61 سم). خارجيا ، يشبه IBM 305 RAMAC خزانة ضخمة. وزنه وفقًا لذلك: كانت كتلته تقريبًا طنًا.

اعتمد مبدأ تشغيل الجهاز على المغناطيسية. وبشكل عام ، عمل القرص الصلب مثل الشريط المغناطيسي. على كل جانب من صفيحة الألومنيوم تم رش المعدن - مغناطيس حديدي. تم تسجيل المعلومات عن طريق جذب مناطق معينة (المجالات) على لوحة ، وتمت القراءة عن طريق تثبيت المجال المغناطيسي المتبقي. في الوقت نفسه ، تحرك رأس القراءة بحرية على طول السطح ، مما يضمن سرعة قراءة هائلة للبيانات في ذلك الوقت. كان من الممكن استخراج المعلومات الضرورية في 600 مللي ثانية فقط.

العيب الرئيسي في IBM 305 RAMAC هو أن الجهاز لم يكن موثوقًا على الإطلاق. تكمن المشكلة في هشاشة الرأس المتحرك ، الذي غالباً ما يسخن ويخفق. بالإضافة إلى ذلك ، تآكلت صفائح الألومنيوم بسرعة.

وصلت تكلفة الميجابايت في IBM 305 RAMAC إلى 10 آلاف دولار. على الرغم من التكلفة العالية ، تمكنت شركة IBM من بيع حوالي ألف من هذه الأجهزة. تم إنتاج هذا القرص الصلب لمدة 5 سنوات ، وفقط في عام 1961 ، قررت شركة IBM التوقف عن الإنتاج.

تم استبدال 305 RAMAC بـ IBM 1301. في جوهرها ، كانت نسخة معدلة من 305 RAMAC. استخدم IBM 1301 نفس ألواح الألمنيوم ، وتم حل مشكلة ارتفاع درجة حرارة رأس القراءة باستخدام تقنية Air Bearing. كان معنى هذه التكنولوجيا هو أن رأس القراءة لم يعد على اتصال بسطح الألواح: كان بينهما 0.5 ميكرون من مساحة الهواء.

كان IBM 1301 أسرع من الطراز 305. تم تقليل وقت الوصول إلى البيانات الضرورية بمقدار 5 مرات ووصل إلى 180 مللي ثانية. في الوقت نفسه ، زادت سعة القرص أيضًا ووصلت إلى 28 ميغابايت ، وهو ما يقرب من 6 أضعاف سعة ذاكرة الوصول العشوائي IBM 305 RAMAC.

بعد IBM 1301 ، أعقب ذلك إصدار النموذج مع الفهرس 1311 ، وكان أول محرك أقراص صلبة مع محركات أقراص قابلة للإزالة. كان يتألف من 14 لوحة ، وسعتها 2.6 ميجابايت. لم يعد الجهاز ضخمًا مثل أسلافه. كان النموذج ناجحًا لدرجة أن IBM لم تقم بإزالته من خط التجميع حتى عام 1975.

ومع ذلك ، فإن جهاز IBM 3340 ، الذي تم إصداره في عام 1973 ، يعتبر سلف محركات الأقراص الصلبة الحديثة. كان هذا الجهاز الأول الذي تم فيه استخدام رقاقة خاصة للتحكم في دوران الأقراص وحركة رأس القراءة.

أيضًا ، استخدم تصميم محرك الأقراص الصلبة هذا ألواحًا أخف وزناً وديناميكيًا ، تم وضعها في حاوية مختومة. كان هناك لوحان من هذا القبيل في IBM 3340 ، وكان أحدهما قابلاً للإزالة. كان حجم كل صفيحة 30 ميغا بايت.

لهذا السبب ، تشير تسمية القرص الصلب عادة إلى "30-30" ، مما تسبب في ارتباطات ببندقية وينشستر 30/30 الأسطورية. سرعان ما ترسخ اسم "وينشستر" بقوة في IBM 3340 ، وبعد ذلك - لمحركات الأقراص الصلبة الأخرى.

في عام 1980 ، قدمت شركة آي بي إم العالم إلى محرك الأقراص الصلبة آي بي إم 3380. وكان أول جهاز من نوعه تم تقديم حد الجيجابايت إليه. كانت سعة هذا القرص 2.52 جيجابايت. وبلغ معدل نقل البيانات 3 ميجا بايت / ثانية.

من الجدير بالذكر أن جميع محركات الأقراص الصلبة IBM التي تم إصدارها قبل هذا الوقت كانت مخصصة للاستخدام على نطاق صناعي. وفقط في عام 1980 ، أصدرت Seagate أول محرك أقراص صلبة لأجهزة الكمبيوتر المنزلية. تم استدعاء النموذج ST-506. تم تنفيذه في شكل شكل 5.25 "، وكان حجمه 5 ميغابايت. لقد كلف ذلك مبلغًا مذهلاً قدره 1500 دولار. حسنًا ، بعد مرور عام ، ظهر محرك أقراص أسرع وأكثر سعة مع واجهة Seagate ST-412 ، التي تم تثبيتها في أجهزة كمبيوتر IBM PC / XT .

تم الانتقال إلى عامل الشكل 3.5 "في عام 1983 ، عندما قدمت الشركة الاسكتلندية الصغيرة روديمي جهاز 6.38 ميجابايت RO351. وأصدرت الشركة الأمريكية PrairieTek في عام 1988 أول جهاز بعامل 2.5 بوصة. في نفس العام ، ظهر محرك أقراص ثابتة Toshiba Tanba-1 سعة 63 ميجابايت 2.5 بوصة ، مصمم للتثبيت في أجهزة الكمبيوتر المحمولة.

في التسعينات ، أثرت تقنيتان جديدتان طورتهما IBM على تطوير محركات الأقراص الثابتة. أولها رؤوس مغناطيسية ذات تأثير مغناطيسي ضخم. جعلت هذه التكنولوجيا من الممكن تحقيق كثافة تسجيل أعلى تصل إلى 2.7 جيجابايت في الثانية لكل بوصة مربعة. كانت التقنية المبتكرة الثانية طريقة جديدة لتنسيق لوحات تسمى No-ID. يكمن جوهرها في حقيقة أن معلومات تعريف القطاع لا يتم تخزينها على سطح القرص ، ولكن في الذاكرة الدائمة للقرص الصلب. هذا جعل من الممكن زيادة كثافة التسجيل بنسبة 10٪ أخرى.

لم ينسى المصنعون زيادة سرعة محركات الأقراص الصلبة. لفترة طويلة ، كانت سرعة المغزل القياسية 5400 دورة في الدقيقة ، ثم زادت قليلاً وكانت بالفعل 7200 دورة في الدقيقة. من وقت لآخر ، ظهرت الأجهزة التي تحتوي على مؤشرات أكثر إثارة للإعجاب في السوق. لذلك ، في عام 1999 ، أدخلت Seagate خط الفهد من محركات الأقراص الصلبة السريعة. تم ضمان أدائها العالي من خلال سرعة دوران 15000 دورة في الدقيقة ، وهو أكثر من ضعف المعدل القياسي. كان حجم هذا الجهاز 36 جيجابايت.

أصبحت سلسلة Winchester ، التي تسمى Raptor by Western Digital ، أكثر شيوعًا. في البداية ، تم تطوير محركات الأقراص الثابتة هذه للاستخدام في أنظمة الخادم ، ولكن بعد ذلك راسخة بقوة في قطاع أجهزة الكمبيوتر المخصصة للألعاب. تم تدوير رقائق نموذج ويسترن ديجيتال رابتور بشكل أبطأ قليلاً مما كانت عليه في سيجيت الفهد. كانت سرعة المغزل 10000 "دورة في الدقيقة" فقط ، ولكن هذا كان أكثر من كافٍ لترك الأقراص الصلبة التقليدية بعيدة جدًا من حيث الأداء. لسوء الحظ ، لم يكن خط WD Raptor موثوقًا به.

في نهاية عام 2005 ، تم إتقان طريقة التسجيل المتعامد. حتى هذه اللحظة ، عملت جميع محركات الأقراص الثابتة على الإطلاق وفقًا لطريقة التسجيل المتوازي. ما هو جوهر التكنولوجيا الجديدة؟ عند استخدام التسجيل المتوازي ، يتم ترتيب الجزيئات المغناطيسية بحيث يمر الناقل المغناطيسي بالتوازي مع مستوى اللوحة. هذا النهج هو الأبسط ، ولكن له عيب واحد: بين المجالات (الحد الأدنى من خلايا المعلومات) ، هناك حاجة إلى مناطق عازلة كبيرة إلى حد ما لتقليل قوى التفاعل بينها.

على العكس من ذلك ، عند استخدام طريقة التسجيل المتعامد ، يكون ناقل الاتجاه المغناطيسي متعامدًا بالفعل على سطح القرص ، مما يقلل بشكل كبير من قوى التفاعل. وبالتالي ، ينخفض ​​أيضًا الحجم المطلوب للمناطق العازلة. هذا يسمح لك بزيادة كثافة التسجيل.

بفضل طريقة التسجيل المتعامدة في صناعة محركات الأقراص الصلبة ، تم الوصول إلى معلم تيرابايت: في عام 2007 ، قدمت شركة هيتاشي أول 1 تيرابايت في العالم Deskstar 7K1000.

على الرغم من حقيقة أن محركات الأقراص ذات الحالة الصلبة تحتل جزءًا متزايدًا بشكل متزايد من سوق تخزين البيانات ، إلا أن تقنيات القرص الصلب لا تذهب إلى جانب الطريق وتستمر في التحسن. لذلك ، تبدو تقنية Western Digital تسمى HelioSeal واعدة للغاية ، والتي تنص على استخدام الهيليوم بدلاً من الهواء داخل علبة القرص الصلب. نظرًا لأن الهيليوم أخف من الهواء ، يتم إنشاء البيئة المثالية للألواح التي تتحرك بسرعة عالية داخل محرك الأقراص الثابتة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تقليل الاهتزازات بين اللوحات ورأس القراءة.

تم تقديم أول محركات الأقراص الصلبة "الهليوم" في نهاية عام 2013 تحت اسم Ultrastar He6. وفي أوائل ديسمبر ، أعلنت ويسترن ديجيتال عن إصدار خط محدث من أجهزة Ultrastar He10. تستخدم هذه الأجهزة طريقة التسجيل العمودي ، وتبلغ كثافتها 816 جيجابت في الثانية لكل بوصة مربعة. تبلغ سعة طراز Ultrastar He10 10 تيرابايت.

تقنية أخرى مثيرة للاهتمام هي Seagate SMR (التسجيل المغناطيسي المتقطع) - طريقة تسجيل متعامدة مع مسارات متداخلة. على عكس النهج المتعامد العادي ، حيث توجد مسارات المعلومات جنبًا إلى جنب ، في تقنية SMR ، تتداخل المسارات مع بعضها البعض ، لتشكل شيئًا يشبه السقف المبلط. يمكن أن يؤدي استخدام SMR إلى زيادة كثافة التسجيل بنحو 25٪. بالمناسبة ، اعتمدت سيجيت وويسترن ديجيتال بالفعل هذه التكنولوجيا.

ومن المقرر أيضًا في المستقبل القريب إنشاء إنتاج محركات الأقراص الصلبة باستخدام تقنية HAMR (التسجيل المغناطيسي المدعوم بالحرارة) ، والتي تجمع بين القراءة المغناطيسية والتسجيل البصري المغناطيسي. مبدأ عملها هو أن يتم تسجيل المعلومات عن طريق تسخين المجال بعكس الليزر والمغنطة. سيؤدي هذا النهج إلى زيادة كثافة التسجيل. وفقًا لتوقعات Seagate ، سيصل حجم محركات الأقراص الثابتة HAMR الكلاسيكية مقاس 3.5 بوصة على المدى الطويل إلى 50 تيرابايت. حسنًا ، يجب أن يظهر محرك الأقراص الثابتة HAMR الأول في عام 2020.

( يتبع ...)

Source: https://habr.com/ru/post/ar388585/