Speichermedien Evolution Teil 3: Festplatten

Hallo allerseits! Wir setzen die Artikelserie über die Entwicklung der Informationsträger fort. Wir haben bereits gesprochen über Lochkarten, Disketten und Magnetfolien. Darüber hinaus verfolgten wir die Entwicklung optischer Laufwerke. Nun, dieses Mal wird unser Material den für uns bekanntesten Geräten gewidmet sein - Festplatten.

Die erste Festplatte in der Geschichte wurde 15 Jahre früher als eine Diskette eingeführt - 1956. Die Ära der Festplatte eröffnete das Modell IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control). Das Design basierte auf fünfzig Aluminiumplatten mit einem Durchmesser von 61 cm. Äußerlich ähnelte der IBM 305 RAMAC einem riesigen Schrank. Er wog dementsprechend: seine Masse betrug fast eine Tonne.

Das Funktionsprinzip der Vorrichtung basierte auf Magnetismus. Im Allgemeinen funktionierte die Festplatte wie ein Magnetband. Auf jede Seite der Aluminiumplatte wurde Metall gesprüht - ein Ferromagnet. Informationen wurden durch Magnetisieren bestimmter Bereiche (Domänen) auf einer Platte aufgezeichnet, und das Ablesen erfolgte durch Fixieren des verbleibenden Magnetfelds. Gleichzeitig bewegte sich der Lesekopf frei entlang der Oberfläche, was für diese Zeit eine phänomenale Datenlesegeschwindigkeit sicherstellte. Die notwendigen Informationen konnten in nur 600 Millisekunden extrahiert werden.

Der Hauptnachteil des IBM 305 RAMAC war, dass das Gerät überhaupt nicht zuverlässig war. Das Problem lag in der Zerbrechlichkeit des sich bewegenden Kopfes, der oft überhitzt war und versagte. Außerdem haben sich Aluminiumplatten schnell abgenutzt.

Die Kosten für ein Megabyte im IBM 305 RAMAC erreichten die Marke von 10 Tausend Dollar. Trotz der hohen Kosten gelang es IBM, etwa tausend solcher Geräte zu verkaufen. Diese Festplatte wurde 5 Jahre lang hergestellt, und erst 1961 beschloss IBM, die Produktion einzustellen.

Der 305 RAMAC wurde durch den IBM 1301 ersetzt. Im Wesentlichen handelte es sich um eine modifizierte Version des 305 RAMAC. Der IBM 1301 verwendete dieselben Aluminiumplatten, und das Problem der Überhitzung des Lesekopfs wurde mithilfe der Luftlagertechnologie gelöst. Die Bedeutung dieser Technologie war, dass der Lesekopf keinen Kontakt mehr mit der Oberfläche der Platten hatte: Zwischen ihnen befanden sich 0,5 Mikrometer Luftraum.

Der IBM 1301 war schneller als das 305. Modell. Die Zugriffszeit auf die erforderlichen Daten wurde um das Fünffache reduziert und betrug 180 Millisekunden. Gleichzeitig erhöhte sich auch die Festplattenkapazität auf 28 MB, was fast dem Sechsfachen des IBM 305 RAMAC entspricht.

Nach IBM 1301 folgte die Veröffentlichung des Modells mit dem Index 1311. Es war die erste Festplatte mit Wechseldatenträgern. Es bestand aus 14 Platten und hatte eine Kapazität von 2,6 MB. Das Gerät war nicht mehr so ​​massiv wie seine Vorgänger. Das Modell war so erfolgreich, dass IBM es erst 1975 vom Fließband entfernte.

Das 1973 veröffentlichte IBM 3340-Gerät gilt jedoch als Vorläufer moderner Festplatten. Dies war das erste Gerät, bei dem ein spezieller Mikrochip verwendet wurde, um die Drehung der Scheiben und die Bewegung des Lesekopfs zu steuern.

Das Design dieser Festplatte verwendete auch leichtere und aerodynamische Platten, die in einem versiegelten Gehäuse untergebracht waren. Der IBM 3340 enthielt zwei solcher Platten, von denen eine abnehmbar war. Das Volumen jeder Platte betrug 30 MB.

Aus diesem Grund zeigte die Beschriftung der Festplatte normalerweise "30-30" an, was zu Assoziationen mit dem legendären Winchester 30/30 Gewehr führte. Bald war der Name "Winchester" fest in der IBM 3340 verankert, und danach - für andere Festplatten.

1980 führte IBM die Welt auf die IBM 3380-Festplatte ein. Es war das erste Gerät dieser Art, bei dem das Gigabyte-Limit eingereicht wurde. Die Kapazität einer solchen Festplatte betrug 2,52 GB. Und die Datenübertragungsrate erreichte 3 MB / s.

Es ist anzumerken, dass alle vor diesem Zeitpunkt freigegebenen IBM-Festplatten für den industriellen Einsatz vorgesehen waren. Und erst 1980 veröffentlichte Seagate die erste Festplatte für Heimcomputer. Das Modell wurde ST-506 genannt. Es wurde in einem 5,25 "-Formfaktor ausgeführt und hatte ein Volumen von 5 MB. Es kostete beeindruckende 1.500 US-Dollar. Ein Jahr später erschien ein schnelleres und umfangreicheres Laufwerk mit der Seagate ST-412-Schnittstelle, die in IBM PC / XT-Computern installiert war .

Der Übergang zum 3,5-Zoll-Formfaktor erfolgte 1983, als das kleine schottische Unternehmen Rodime das 6,38 MB große RO351-Gerät einführte. Das erste Gerät mit dem 2,5-Zoll-Formfaktor wurde 1988 von der amerikanischen Firma PrairieTek veröffentlicht. Im selben Jahr erschien eine 2,5-Zoll-Toshiba Tanba-1-Festplatte mit 63 Megabyte für die Installation in Laptops.

In den 90er Jahren beeinflussten zwei von IBM entwickelte neue Technologien die Entwicklung von Festplatten. Der erste davon sind Magnetköpfe mit einem riesigen magnetoresistiven Effekt. Diese Technologie ermöglichte es, höhere Aufzeichnungsdichten von bis zu 2,7 Gbit / s pro Quadratzoll zu erreichen. Die zweite innovative Technologie war eine neue Methode zum Formatieren von Platten mit der Bezeichnung No-ID. Sein Kern liegt in der Tatsache, dass die Identifikationsinformationen des Sektors nicht auf der Oberfläche der Festplatte gespeichert werden, sondern im permanenten Speicher der Festplatte. Dies ermöglichte es, die Aufzeichnungsdichte um weitere 10% zu erhöhen.

Die Hersteller haben nicht vergessen, die Geschwindigkeit von Festplatten zu erhöhen. Die Standardspindeldrehzahl betrug lange Zeit 5400 U / min, stieg dann leicht an und betrug bereits 7200 U / min. Von Zeit zu Zeit erschienen Geräte mit eindrucksvolleren Indikatoren auf dem Markt. So führte Seagate 1999 die Cheetah-Reihe schneller Festplatten ein. Ihre hohe Leistung wurde durch eine Spindeldrehzahl von 15.000 U / min sichergestellt, was mehr als dem Zweifachen der Standardrate entsprach. Das Volumen eines solchen Geräts betrug 36 GB.

Die Winchester-Serie, von Western Digital Raptor genannt, ist viel beliebter geworden. Ursprünglich wurden diese Festplatten für den Einsatz in Serversystemen entwickelt, waren dann aber fest im Segment der Spielecomputer verankert. Die Wafer des Western Digital Raptor-Modells drehten sich etwas langsamer als beim Seagate Cheetah. Die Spindeldrehzahl betrug „nur“ 10.000 U / min, aber dies war mehr als genug, um herkömmliche Festplatten hinsichtlich der Leistung weit hinter sich zu lassen. Leider war die WD Raptor-Linie nicht zuverlässig.

Ende 2005 wurde die senkrechte Aufnahmemethode beherrscht. Bis zu diesem Zeitpunkt arbeiteten absolut alle Festplatten nach der parallelen Aufzeichnungsmethode. Was war die Essenz der neuen Technologie? Bei paralleler Aufzeichnung sind die Magnetpartikel so angeordnet, dass der Magnetvektor parallel zur Plattenebene verläuft. Dieser Ansatz ist der einfachste, hat jedoch einen Nachteil: Zwischen Domänen (minimale Informationszellen) sind ziemlich große Pufferzonen erforderlich, um die Wechselwirkungskräfte zwischen ihnen zu verringern.

Im Gegensatz dazu ist bei Verwendung des senkrechten Aufzeichnungsverfahrens der magnetische Richtungsvektor bereits senkrecht zur Oberfläche der Scheibe, was die Wechselwirkungskräfte erheblich verringert. Folglich nimmt auch die erforderliche Größe der Pufferzonen ab. Auf diese Weise können Sie die Aufnahmedichte erhöhen.

Dank der senkrechten Aufzeichnungsmethode der Festplattenindustrie wurde ein Terabyte-Meilenstein erreicht: 2007 stellte Hitachi das weltweit erste 1-TB-Modell vor, den Deskstar 7K1000.

Trotz der Tatsache, dass Solid-State-Laufwerke einen immer größeren Teil des Datenspeichermarktes einnehmen, bleiben Festplattentechnologien nicht auf der Strecke und verbessern sich weiter. Daher sieht die Technologie von Western Digital namens HelioSeal sehr vielversprechend aus, die die Verwendung von Helium anstelle von Luft im Festplattengehäuse vorsieht. Aufgrund der Tatsache, dass Helium leichter als Luft ist, wird in der Festplatte die ideale Umgebung für Platten geschaffen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Außerdem werden Vibrationen zwischen den Platten und dem Lesekopf reduziert.

Die ersten "Helium" -Festplatten wurden Ende 2013 unter dem Namen Ultrastar He6 eingeführt. Anfang Dezember kündigte Western Digital die Veröffentlichung einer aktualisierten Reihe von Ultrastar He10-Geräten an. Diese Geräte verwenden das senkrechte Aufzeichnungsverfahren und ihre Dichte beträgt 816 Gbit / s pro Quadratzoll. Die Kapazität des Ultrastar He10-Modells beträgt 10 TB.

Eine weitere interessante Technologie ist Seagate SMR (Shedled Magnetic Recording) - eine senkrechte Aufzeichnungsmethode mit überlappenden Spuren. Im Gegensatz zum gewöhnlichen senkrechten Ansatz, bei dem sich die Informationsspuren nebeneinander befinden, überlappen sich bei der SMR-Technologie die Spuren und bilden etwas, das einem Ziegeldach ähnelt. Die Verwendung von SMR kann die Aufzeichnungsdichte um etwa 25% erhöhen. Seagate und Western Digital haben diese Technologie übrigens bereits übernommen.

Ebenfalls in naher Zukunft ist geplant, die Produktion von Festplatten mithilfe der HAMR-Technologie (Heat-Assisted Magnetic Recording) zu etablieren, die magnetisches Lesen und magnetooptische Aufzeichnung kombiniert. Das Prinzip seiner Funktionsweise besteht darin, dass Informationen durch Erhitzen der Domäne mit einem Laser und Magnetisierungsumkehr aufgezeichnet werden. Dieser Ansatz erhöht die Aufzeichnungsdichte weiter. Laut der Prognose von Seagate wird das Volumen klassischer 3,5-Zoll-HAMR-Festplatten langfristig 50 TB erreichen. Nun, die erste HAMR-Festplatte sollte 2020 erscheinen.

(Fortsetzung folgt ...)

Source: https://habr.com/ru/post/de388585/