Storage Media Evolution Parte 3: Discos duros

Hola a todos! Continuamos la serie de artículos sobre la evolución de los portadores de información. Ya hablamos de tarjetas perforadas, películas magnéticas y disquetes. Además, seguimos el desarrollo de unidades ópticas. Bueno, esta vez nuestro material estará dedicado a los dispositivos más familiares para nosotros: los discos duros.

El primer disco duro de la historia se introdujo 15 años antes que un disquete, en 1956. La era del HDD abrió el modelo IBM 305 RAMAC (Método de acceso aleatorio de contabilidad y control). Su diseño se basaba en cincuenta placas de aluminio con un diámetro de 24 pulgadas (o 61 cm). Externamente, el IBM 305 RAMAC se parecía a un gran gabinete. Pesó en consecuencia: su masa era casi una tonelada.

El principio de funcionamiento del dispositivo se basaba en el magnetismo. Y en general, el disco duro funcionaba como una cinta magnética. A cada lado de la placa de aluminio se roció metal, un ferromagnet. La información se registró magnetizando ciertas áreas (dominios) en una placa, y la lectura se realizó fijando el campo magnético residual. Al mismo tiempo, el cabezal de lectura se movía libremente a lo largo de la superficie, lo que garantizaba una velocidad de lectura de datos fenomenal para ese momento. Fue posible extraer la información necesaria en solo 600 milisegundos.

El principal inconveniente del IBM 305 RAMAC era que el dispositivo no era del todo confiable. El problema radica en la fragilidad de la cabeza móvil, que a menudo se sobrecalienta y falla. Además, las placas de aluminio se desgastaron rápidamente.

El costo de un megabyte en el IBM 305 RAMAC alcanzó la marca de 10 mil dólares. A pesar del alto costo, IBM logró vender alrededor de mil de esos dispositivos. Este disco duro se produjo durante 5 años, y solo en 1961, IBM decidió suspender la producción.

El 305 RAMAC fue reemplazado por el IBM 1301. En esencia, era una versión modificada del 305 RAMAC. El IBM 1301 usó las mismas placas de aluminio, y el problema del sobrecalentamiento del cabezal de lectura se resolvió utilizando la tecnología Air Bearing. El significado de esta tecnología era que el cabezal de lectura ya no estaba en contacto con la superficie de las placas: entre ellas había 0,5 micras de espacio de aire.

El IBM 1301 fue más rápido que el modelo 305. El tiempo de acceso a los datos necesarios se redujo en 5 veces y ascendió a 180 milisegundos. Al mismo tiempo, la capacidad del disco también aumentó y ascendió a 28 MB, que es casi 6 veces más que la del RAMAC 305 de IBM.

Después de IBM 1301, siguió el lanzamiento del modelo con el índice 1311. Fue el primer HDD con unidades extraíbles. Consistía en 14 placas, y su capacidad era de 2.6 MB. El dispositivo ya no era tan masivo como sus predecesores. El modelo tuvo tanto éxito que IBM no lo eliminó de la línea de ensamblaje hasta 1975.

Sin embargo, el dispositivo IBM 3340, que se lanzó en 1973, se considera el progenitor de los discos duros modernos. Este fue el primer dispositivo en el que se utilizó un microchip especial para controlar la rotación de los discos y el movimiento del cabezal de lectura.

Además, el diseño de este HDD utilizaba placas más ligeras y aerodinámicas, que se colocaron en un recinto sellado. Había dos de esas placas en el IBM 3340, y una de ellas era extraíble. El volumen de cada placa fue de 30 MB.

Por esta razón, el etiquetado del disco duro generalmente indicaba "30-30", lo que causó asociaciones con el legendario rifle Winchester 30/30. Pronto, el nombre "Winchester" quedó firmemente arraigado en el IBM 3340, y después de eso, para otros discos duros.

En 1980, IBM presentó al mundo el disco duro IBM 3380. Fue el primer dispositivo de este tipo al que se sometió el límite de gigabytes. La capacidad de dicho disco era de 2,52 GB. Y la velocidad de transferencia de datos alcanzó 3 MB / s.

Vale la pena señalar que todos los discos duros de IBM lanzados antes de este tiempo estaban destinados a su uso a escala industrial. Y solo en 1980, Seagate lanzó el primer HDD para computadoras domésticas. El modelo se llamaba ST-506. Fue ejecutado en un factor de forma de 5.25 ", y su volumen fue de 5 MB. Costó la impresionante cantidad de $ 1,500. Bueno, un año después apareció una unidad más rápida y más espaciosa con la interfaz Seagate ST-412, que se instaló en computadoras IBM PC / XT .

La transición al factor de forma de 3.5 "tuvo lugar en 1983, cuando la pequeña compañía escocesa Rodime introdujo el dispositivo RO351 de 6.38 MB. Y el primer dispositivo con el factor de forma de 2.5" fue lanzado por la compañía estadounidense PrairieTek en 1988. En el mismo año, apareció un disco duro Toshiba Tanba-1 de 2.5 "y 63 megabytes, diseñado para su instalación en computadoras portátiles.

En los años 90, dos nuevas tecnologías desarrolladas por IBM influyeron en el desarrollo de discos duros. El primero de ellos son las cabezas magnéticas con un efecto magnetoresistivo gigante. Esta tecnología hizo posible lograr mayores densidades de grabación de hasta 2.7 Gbps por pulgada cuadrada. La segunda tecnología innovadora era una nueva forma de formatear placas llamada No-ID. Su esencia radica en el hecho de que la información de identificación del sector no se almacena en la superficie del disco, sino en la memoria permanente del disco duro. Esto permitió aumentar la densidad de grabación en otro 10%.

Los fabricantes no se olvidaron de aumentar la velocidad de los discos duros. Durante mucho tiempo, la velocidad estándar del husillo fue de 5400 rpm, luego aumentó ligeramente y ya era de 7200 rpm. De vez en cuando, aparecían en el mercado dispositivos que tenían indicadores más impresionantes. Entonces, en 1999, Seagate presentó la línea Cheetah de discos duros rápidos. Su alto rendimiento estaba garantizado por una velocidad del husillo de 15,000 rpm, que era más de 2 veces la velocidad estándar. El volumen de dicho dispositivo fue de 36 GB.

La serie Winchester, llamada Raptor por Western Digital, se ha vuelto mucho más popular. Inicialmente, estos discos duros fueron desarrollados para su uso en sistemas de servidor, pero luego firmemente arraigados en el segmento de las computadoras de juegos. Las obleas del modelo Western Digital Raptor giraban un poco más lentamente que en el Seagate Cheetah. La velocidad del husillo era "solo" de 10.000 rpm, pero esto era más que suficiente para dejar atrás los discos duros convencionales en términos de rendimiento. Desafortunadamente, la línea WD Raptor no era confiable.

A finales de 2005, se dominó el método de grabación perpendicular. Hasta este punto, absolutamente todos los discos duros funcionaban de acuerdo con el método de grabación en paralelo. ¿Cuál fue la esencia de la nueva tecnología? Cuando se utiliza la grabación en paralelo, las partículas magnéticas están dispuestas de modo que el vector magnético pase paralelo al plano de la placa. Este enfoque es el más simple, pero tiene un inconveniente: entre dominios (celdas de información mínima), se requieren zonas de amortiguación bastante grandes para reducir las fuerzas de interacción entre ellos.

Por el contrario, cuando se utiliza el método de grabación perpendicular, el vector direccional magnético ya es perpendicular a la superficie del disco, lo que reduce significativamente las fuerzas de interacción. En consecuencia, el tamaño requerido de las zonas de amortiguamiento también disminuye. Esto le permite aumentar la densidad de grabación.

Gracias al método de grabación perpendicular de la industria de los discos duros, se alcanzó un hito de terabytes: en 2007, Hitachi presentó el primer modelo de 1 TB del mundo, el Deskstar 7K1000.

A pesar del hecho de que las unidades de estado sólido ocupan una parte cada vez mayor del mercado de almacenamiento de datos, las tecnologías de disco duro no se quedan atrás y continúan mejorando. Entonces, la tecnología de Western Digital llamada HelioSeal parece muy prometedora, lo que implica el uso de helio en lugar de aire dentro de la caja del disco duro. Debido al hecho de que el helio es más liviano que el aire, el ambiente ideal para placas que se mueven a alta velocidad se crea dentro del HDD. Además, se reducen las vibraciones entre las placas y el cabezal de lectura.

Los primeros discos duros "helio" se introdujeron a finales de 2013 bajo el nombre Ultrastar He6. Y a principios de diciembre, Western Digital anunció el lanzamiento de una línea actualizada de dispositivos Ultrastar He10. Estos dispositivos utilizan el método de grabación perpendicular, y su densidad es de 816 Gbps por pulgada cuadrada. La capacidad del modelo Ultrastar He10 es de 10 TB.

Otra tecnología interesante es Seagate SMR (grabación magnética escalonada), un método de grabación perpendicular con pistas superpuestas. A diferencia del enfoque perpendicular ordinario, donde las pistas de información se encuentran una al lado de la otra, en la tecnología SMR las pistas se superponen entre sí, formando algo parecido a un techo de tejas. El uso de SMR puede aumentar la densidad de grabación en aproximadamente un 25%. Por cierto, Seagate y Western Digital ya han adoptado esta tecnología.

También en un futuro próximo está previsto establecer la producción de discos duros utilizando la tecnología HAMR (grabación magnética asistida por calor), que combina la lectura magnética y la grabación magneto-óptica. El principio de su funcionamiento es que la información se registra calentando el dominio con un láser y una inversión de magnetización. Este enfoque aumentará aún más la densidad de grabación. Según el pronóstico de Seagate, el volumen de los discos duros HAMR clásicos de 3.5 "a largo plazo alcanzará los 50 TB. Bueno, el primer HDD HAMR debería aparecer en 2020.

(Continuará ...)

Source: https://habr.com/ru/post/es388585/