2.4.2. Накопители на жестких магнитных дисках

В ПЭВМ используется главным образом НГМД с несъемными МД. Поэтому накопители данного типа служат исключительно для хранения подлежащих выполнению программ и информационных массивов без возможности их непосредственного переноса на другие машины (требуется предварительная перезапись на дискеты). Не обеспечивается в должной мере и конфиденциальность информации. Однако НЖМД существенно превосходят НГМД как по ёмкости, так и по быстродействию. НГМД с несъемным носителем информации имеет ту особенность, что МД, система позиционирования и блок магнитных головок помещены в герметично закрытый корпус. Сам диск обычно имеет металлическую основу. Такой НМД был впервые применен фирмой IBM в 1973 г.

Герметизация диска в накопителе позволила добиться качественного улучшения его характеристик благодаря идеальной чистоте рабочих поверхностей носителя информации. С учетом того, что в НЖМД устанавливаются 2 – 4 жестких МД с металлической основой, их суммарная ёмкость колеблется в пределах 5 Мбайт – 2 Гбайт, среднее время доступа составляет 4 – 100 с, а скорость чтения/записи – 0,5 – 1 Мбайт/с. Скорость вращения МД велика – как правило, 3600 оборотов в мин. Диаметр дисков обычно составляет 133 или 89 мм. Существуют также 63- и даже 46-мм НЖМД, предназначенные для портативных машин. Пакет жестких МД имеет 306, 612 или более цилиндров (дорожек на каждой рабочей поверхности), а на каждой дорожке размещается 17 или большее количество секторов.

НЖМД с несъемным носителем информации часто называют винчестерскими накопителями или просто винчестерами. Причина этого кроется в том, что первые такие устройства рассчитывались на два жестких диска по 30 Мбайт, а ёмкость этих дисководов обозначалась как 30/30, подобно калибру старинного охотничьего ружья «Винчестер».

Нумерация секторов на дорожке жесткого диска не соответствует последовательности их физического размещения. Дело в том, что большая скорость вращения диска не позволяет передать в ПЭВМ содержимое считанного сектора до подвода к головкам физически следующего сектора. Поэтому сектор с номером, на единицу больше предыдущего, размещается за ним через определенное количество секторов (коэффициент чередования). Естественно, в этом случае информация, содержащаяся на дорожке, не может быть прочитана за один оборот МД. Непоследовательная нумерация секторов устанавливается посредством процедур, называемой форматированием нижнего уровня. Для каждого типа НЖМД имеется своя программа такого форматирования. Более подробно понятие чередования обслуживается в п. 8.5.1.

Основным производителем, обеспечивающим более 50% потребности мирового рынка НЖМД, является американская фирма Maxtor, разместившая свои предприятия в Сингапуре. Именно она и лидирует в уменьшении характеристик дисководов этого типа. За ней по пятам следуют компании Micropolis, Imprimus, Conner Peripherals и Newbury Data. Фирма IBM в настоящее время работает над созданием 380-Мбайт 89-мм НЖМД.

Винчестерские накопители устанавливаются, как правило, в системный блок ПЭВМ и не видимы для пользователя, за исключением лампочки HD (Hard Disk), которая загорается при обращении к накопителю. В отличие от гибкого жесткий диск вращается непрерывно. До недавнего времени все НЖМД изготавливались только стандартной высоты. Однако одной из новинок 1989 г. стал НЖМД половинной высоты. По сравнению с НГМД винчестерские накопители имеют повышенную долговечность в связи с тем, что в них отсутствует непосредственный контакт с поверхностью дисков. Стоимость НЖМД большой ёмкости высока и составляет несколько тысяч долларов.

Контроллер винчестерского накопителя может поддерживать один из следующих интерфейсов:

1)      интерфейс ST506/412, разработанный фирмой Seagate Technology  еще в начале 1980-х гг., в настоящее время преобладающий в ПЭВМ, но не отличающийся высокими характеристиками;

2)      усовершенствованный интерфейс малых дисковых накопителей (ESDI), предложенный в середине 1980-х гг. и представляющий собой усовершенствованную версию интерфейсаST506/412; обслуживает диски ёмкостью до 760 Мбайт и имеет повышенное быстродействие;

3)      интерфейс малых вычислительных машин (SCSI), в отличие от предыдущих являющийся параллельным, а не последовательным, что дополнительно повышает его быстродействие;

4)      интерфейс встроенных дисковых накопителей (IDE), предложенный пользователем ПЭВМ IBM PC XT/AT в 1988 г. как недорогая альтернатива интерфейсам ESDI и SCSI; основная его особенность – реализация функций контроллера в накопителе.

Ожидается, что Американским национальным институтом стандартов (ANSI) в качестве стандартного будет принят интерфейс ESDI, хотя его набор команд еще не устоялся.

Наряду с попытками повысить ёмкость НГМД предпринимаются условия по созданию компактных и вместительных НЖМД, обеспечивающих смену носителей информации. На этом пути созданы накопители со сменными кассетами, содержащими жесткие МД, а также съемные накопители. НЖМД со съемными кассетами требуют дополнительных средств герметизации и очистки поверхности дисков, а ёмкость кассет относительно не велика, да и остальные характеристики отнюдь не идеальны. Правда, недавно компании Proteus Technology и Sysgen выпустили 150-Мбайт НЖМД со сменными дисками и временем доступа всего 28 мс. А фирма Data Express превзошла все ожидания, разработав 450-Мбайт НЖМД со сменными кассетами. Съемные же накопители, естественно имеют хорошие технические характеристики, но крайне дороги (ведь кроме пакета дисков приходится платить и за сам привод).

По сравнению с НГМД дисководы со съемными жесткими дисками стоят дороже, но имеют повышенную ёмкость быстродействие и долговечность.

Перспективным материалом для замены металлической основы жестких дисков является стекло. Одна из основных проблем при этом – прочность стеклянных дисков. Но зато гладкая поверхность стеклянных дисков позволяет обеспечивать «плавание» магнитных головок с уменьшенным зазором, благодаря чему повышается плотность записи, а следовательно, и ёмкость диска. Не смотря на ряд технологических трудностей, в 1988 г. американская фирма Areal Technology выпустила 89-мм НЖМД с одним стеклянным диском ёмкостью до 100 Мбайт и средним временем доступа 28 мс.

Недавно фирма IBM сообщила о создании новых НМД с потрясающей плотностью записи, составляющей 1 млрд. бит на квадратный дюйм. Для этого применены тонко пленочные головки, а зазор уменьшен в 3 раза. Однако коммерческие изделия, использующие эту технологию, появятся только через несколько лет. В ходе эксперимента была достигнута скорость чтения/записи данных 3,5 Мбайт/с.