Evolução da mídia de armazenamento Parte 3: Discos rígidos

Olá pessoal! Continuamos a série de artigos sobre a evolução dos portadores de informações. Já falamos sobre cartões perfurados, filmes magnéticos e disquetes. Além disso, seguimos o desenvolvimento de unidades ópticas. Bem, desta vez nosso material será dedicado aos dispositivos mais familiares para nós - discos rígidos.

O primeiro disco rígido da história foi introduzido 15 anos antes do que um disquete - em 1956. A era do HDD abriu o modelo IBM 305 RAMAC (Método de Acesso Aleatório da Contabilidade e Controle). Seu design foi baseado em cinquenta placas de alumínio com um diâmetro de 24 polegadas (ou 61 cm). Externamente, o IBM 305 RAMAC parecia um enorme gabinete. Ele pesava de acordo: sua massa era quase uma tonelada.

O princípio de operação do dispositivo foi baseado no magnetismo. E, em geral, o disco rígido funcionava como uma fita magnética. Em cada lado da placa de alumínio havia metal pulverizado - um ferro-ímã. As informações foram registradas magnetizando certas áreas (domínios) em uma placa e a leitura foi feita fixando o campo magnético residual. Ao mesmo tempo, a cabeça de leitura se movia livremente ao longo da superfície, o que assegurava uma velocidade fenomenal de leitura de dados para esse período. Foi possível extrair as informações necessárias em apenas 600 milissegundos.

A principal desvantagem do IBM 305 RAMAC era que o dispositivo não era de todo confiável. O problema estava na fragilidade da cabeça em movimento, que muitas vezes superaqueceu e falhou. Além disso, as placas de alumínio se desgastaram rapidamente.

O custo de um megabyte no IBM 305 RAMAC atingiu a marca de 10 mil dólares. Apesar do alto custo, a IBM conseguiu vender cerca de mil desses dispositivos. Esse disco rígido foi produzido por 5 anos e, somente em 1961, a IBM decidiu interromper a produção.

O 305 RAMAC foi substituído pelo IBM 1301. Em essência, era uma versão modificada do 305 RAMAC. O IBM 1301 usava as mesmas placas de alumínio, e o problema de superaquecimento da cabeça de leitura foi resolvido usando a tecnologia Air Bearing. O significado dessa tecnologia era que a cabeça de leitura não estava mais em contato com a superfície das placas: entre elas havia 0,5 mícrons de espaço aéreo.

O IBM 1301 foi mais rápido que o 305º modelo. O tempo de acesso aos dados necessários foi reduzido em 5 vezes e totalizou 180 milissegundos. Ao mesmo tempo, a capacidade do disco também aumentou e atingiu 28 MB, quase 6 vezes mais do que o IBM 305 RAMAC.

Após o IBM 1301, o lançamento do modelo com o índice 1311 foi seguido. Foi o primeiro HDD com unidades removíveis. Consistia em 14 placas e sua capacidade era de 2,6 MB. O dispositivo não era mais tão grande quanto seus antecessores. O modelo teve tanto sucesso que a IBM não o removeu da linha de montagem até 1975.

No entanto, o dispositivo IBM 3340, lançado em 1973, é considerado o progenitor dos discos rígidos modernos. Este foi o primeiro dispositivo no qual um microchip especial foi usado para controlar a rotação dos discos e o movimento da cabeça de leitura.

Além disso, o design deste disco rígido utilizou placas mais leves e aerodinâmicas, que foram colocadas em um gabinete fechado. Havia duas dessas placas no IBM 3340 e uma delas era removível. O volume de cada placa foi de 30 MB.

Por esse motivo, a rotulagem do disco rígido geralmente indicava "30-30", o que causava associações com o lendário rifle Winchester 30/30. Logo, o nome "Winchester" foi firmemente entrincheirado no IBM 3340, e depois disso - para outros discos rígidos.

Em 1980, a IBM apresentou ao mundo o disco rígido IBM 3380. Foi o primeiro dispositivo desse tipo ao qual o limite de gigabytes foi submetido. A capacidade desse disco era de 2,52 GB. E a taxa de transferência de dados atingiu 3 MB / s.

Vale ressaltar que todos os discos rígidos da IBM lançados antes desse período foram projetados para uso em escala industrial. E somente em 1980, a Seagate lançou o primeiro HDD para computadores domésticos. O modelo foi chamado ST-506. Foi executado em um formato de 5,25 "e seu volume era de 5 MB. Custou impressionantes US $ 1.500. Bem, um ano depois, apareceu uma unidade mais rápida e mais espaçosa com a interface Seagate ST-412, instalada em computadores IBM PC / XT .

A transição para o formato de 3,5 "ocorreu em 1983, quando a pequena empresa escocesa Rodime lançou o dispositivo RO351 de 6,38 MB. E o primeiro dispositivo com o formato de 2,5" foi lançado pela empresa americana PrairieTek em 1988. No mesmo ano, apareceu um disco rígido Toshiba Tanba-1 de 63 megabytes e 2,5 ", projetado para instalação em laptops.

Nos anos 90, duas novas tecnologias desenvolvidas pela IBM influenciaram o desenvolvimento de discos rígidos. O primeiro deles são cabeças magnéticas com um efeito magnetoresistivo gigante. Essa tecnologia tornou possível obter densidades de gravação mais altas de até 2,7 Gbps por polegada quadrada. A segunda tecnologia inovadora foi uma nova maneira de formatar chapas chamada No-ID. Sua essência está no fato de que as informações de identificação do setor não são armazenadas na superfície do disco, mas na memória permanente do disco rígido. Isso tornou possível aumentar a densidade de gravação em outros 10%.

Os fabricantes não esqueceram de aumentar a velocidade dos discos rígidos. Por um longo tempo, a velocidade padrão do eixo-árvore foi de 5400 rpm, depois aumentou um pouco e já era de 7200 rpm. De tempos em tempos, apareciam no mercado dispositivos com indicadores mais impressionantes. Então, em 1999, a Seagate lançou a linha Cheetah de discos rígidos rápidos. Seu alto desempenho foi garantido por uma velocidade do eixo de 15.000 rpm, que foi mais de 2 vezes a taxa padrão. O volume desse dispositivo era de 36 GB.

A série Winchester, chamada Raptor pela Western Digital, tornou-se muito mais popular. Inicialmente, esses discos rígidos foram desenvolvidos para uso em sistemas de servidor, mas depois firmemente entrincheirados no segmento de computadores para jogos. As bolachas do modelo Western Digital Raptor giravam um pouco mais lentamente do que no Seagate Cheetah. A velocidade do eixo era "apenas" 10.000 rpm, mas isso foi mais do que suficiente para deixar os discos rígidos convencionais muito para trás em termos de desempenho. Infelizmente, a linha WD Raptor não era confiável.

No final de 2005, o método de gravação perpendicular foi dominado. Até esse ponto, absolutamente todos os discos rígidos funcionavam de acordo com o método de gravação paralela. Qual era a essência da nova tecnologia? Ao usar a gravação paralela, as partículas magnéticas são dispostas de modo que o vetor magnético passe paralelo ao plano da placa. Essa abordagem é a mais simples, mas tem uma desvantagem: entre domínios (células de informações mínimas), são necessárias grandes zonas de buffer para reduzir as forças de interação entre elas.

Pelo contrário, ao usar o método de gravação perpendicular, o vetor direcional magnético já é perpendicular à superfície do disco, o que reduz significativamente as forças de interação. Conseqüentemente, o tamanho necessário das zonas de buffer também diminui. Isso permite aumentar a densidade de gravação.

Graças ao método de gravação perpendicular da indústria de discos rígidos, foi alcançado um marco de terabytes: em 2007, a Hitachi lançou o primeiro modelo de 1 TB do mundo, The Deskstar 7K1000.

Apesar de as unidades de estado sólido ocuparem uma parte cada vez maior do mercado de armazenamento de dados, as tecnologias de disco rígido não saem do caminho e continuam a melhorar. Portanto, a tecnologia da Western Digital chamada HelioSeal parece muito promissora, que fornece o uso de hélio em vez de ar dentro do gabinete do disco rígido. Devido ao fato de o hélio ser mais leve que o ar, é criado o ambiente ideal para placas que se movem em alta velocidade dentro do HDD. Além disso, as vibrações entre as placas e a cabeça de leitura são reduzidas.

Os primeiros discos rígidos "hélio" foram introduzidos no final de 2013 sob o nome de Ultrastar He6. E no início de dezembro, a Western Digital anunciou o lançamento de uma linha atualizada de dispositivos Ultrastar He10. Esses dispositivos usam o método de gravação perpendicular e sua densidade é de 816 Gbps por polegada quadrada. A capacidade do modelo Ultrastar He10 é de 10 TB.

Outra tecnologia interessante é a Seagate SMR (gravação magnética com shingled) - um método de gravação perpendicular com faixas sobrepostas. Diferentemente da abordagem perpendicular comum, onde as trilhas de informações estão localizadas lado a lado, na tecnologia SMR as trilhas se sobrepõem, formando algo semelhante a um telhado de azulejos. O uso de SMR pode aumentar a densidade de gravação em cerca de 25%. A propósito, a Seagate e a Western Digital já adotaram essa tecnologia.

Também em um futuro próximo, está planejado estabelecer a produção de discos rígidos usando a tecnologia HAMR (gravação magnética assistida por calor), que combina leitura magnética e gravação magneto-óptica. O princípio de sua operação é que as informações são registradas aquecendo o domínio com uma inversão de laser e magnetização. Essa abordagem aumentará ainda mais a densidade de gravação. De acordo com a previsão da Seagate, o volume dos discos rígidos HAMR clássicos de 3,5 "a longo prazo alcançará 50 TB. Bem, o primeiro HDD HAMR deve aparecer em 2020.

(Continua ...)

Source: https://habr.com/ru/post/pt388585/