Дисковые накопители: HDD, FDD, ODD – типы, принцип работы и устройство. Информация о хранении данных на магнитных, оптических и механических носителях.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Общая категория механизмов хранения
General category of storage mechanisms
Дисковое хранилище (также иногда называемое накопителем на дисках) – это механизм хранения данных, основанный на вращающемся диске. Запись данных осуществляется посредством различных электронных, магнитных, оптических или механических изменений поверхностного слоя диска. Устройство, реализующее такой механизм хранения, называется дисководом. К заметным типам относятся жесткие диски (HDD), содержащие один или несколько несъемных жестких носителей; дисковод для гибких дисков (FDD) и его сменные гибкие диски; а также различные оптические приводы (ODD) и соответствующие оптические носители информации. (Слова "disk" и "disc" используются взаимозаменяемо, за исключением случаев, когда товарные знаки ограничивают одно из их применений, например, логотип Compact Disc. Выбор конкретной формы часто обусловлен историческими причинами, как в случае использования IBM формы "disk" начиная с 1956 года с "дискового устройства хранения IBM 350".)
Disk storage (also sometimes called drive storage) is a data storage mechanism based on a rotating disk. The recording employs various electronic, magnetic, optical, or mechanical changes to the disk's surface layer. A disk drive is a device implementing such a storage mechanism. Notable types are hard disk drives (HDD), containing one or more non removable rigid platters; the floppy disk drive (FDD) and its removable floppy disk; and various optical disc drives (ODD) and associated optical disc media. (The spelling disk and disc are used interchangeably except where trademarks preclude one usage, e. g. the Compact Disc logo. The choice of a particular form is frequently historical, as in IBM's usage of the disk form beginning in 1956 with the "IBM 350 disk storage unit".)
Предыстория
Аудиоинформация первоначально записывалась аналоговыми методами (см. Звукозапись и воспроизведение). Аналогично, первый видеодиск использовал аналоговый метод записи. В музыкальной индустрии аналоговая запись в основном была заменена цифровой оптической технологией, где данные записываются в цифровом формате с использованием оптической информации. Первым коммерческим устройством для хранения цифровых данных на дисках был IBM 350, выпущенный в 1956 году в составе вычислительной системы IBM 305 RAMAC. Дисковое хранилище с произвольным доступом и низкой плотностью было разработано для дополнения уже используемого последовательного доступа и хранилища с высокой плотностью, обеспечиваемого магнитной лентой. Активные инновации в технологии дискового хранения, в сочетании с менее интенсивными инновациями в области хранения на магнитной ленте, сократили разницу в стоимости приобретения одного терабайта между дисковым и ленточным хранилищем; однако общая стоимость владения данными на диске, включая энергопотребление и управление, остается выше, чем для ленточного хранилища. Дисковые накопители сейчас используются как в компьютерных системах хранения, так и в потребительской электронике, например, в аудио- и видеодисках (VCD, DVD и Blu-ray). Данные на современных дисках хранятся в блоках фиксированной длины, обычно называемых секторами, размер которых варьируется от нескольких сотен до многих тысяч байт. Общая емкость дискового накопителя – это просто произведение количества поверхностей диска на количество блоков на поверхности и на количество байт в блоке. В некоторых устаревших дисковых накопителях IBM CKD данные хранились на магнитных дисках в блоках переменной длины, называемых записями; длина записи могла изменяться как на одном диске, так и между разными дисками. Емкость уменьшалась с уменьшением длины записи из-за необходимых промежутков между блоками.
Audio information was originally recorded by analog methods (see Sound recording and reproduction). Similarly the first video disc used an analog recording method. In the music industry, analog recording has been mostly replaced by digital optical technology where the data is recorded in a digital format with optical information. The first commercial digital disk storage device was the IBM 350 which shipped in 1956 as a part of the IBM 305 RAMAC computing system. The random access, low density storage of disks was developed to complement the already used sequential access, high density storage provided by tape drives using magnetic tape. Vigorous innovation in disk storage technology, coupled with less vigorous innovation in tape storage, has reduced the difference in acquisition cost per terabyte between disk storage and tape storage; however, the total cost of ownership of data on disk including power and management remains larger than that of tape. Disk storage is now used in both computer storage and consumer electronic storage, e. g., audio CDs and video discs (VCD, DVD and Blu ray). Data on modern disks is stored in fixed length blocks, usually called sectors and varying in length from a few hundred to many thousands of bytes. Gross disk drive capacity is simply the number of disk surfaces times the number of blocks/surface times the number of bytes/block. In certain legacy IBM CKD drives the data was stored on magnetic disks with variable length blocks, called records; record length could vary on and between disks. Capacity decreased as record length decreased due to the necessary gaps between blocks.
Методы доступа
Дисковые накопители – это устройства блочного хранения. Каждый диск разделен на логические блоки (совокупность секторов). Блоки адресуются с использованием их логических адресов блоков (LBA). Чтение или запись на диск происходит с гранулярностью блоков. Изначально емкость диска была относительно небольшой и была увеличена несколькими способами. Улучшения в механической конструкции и производстве позволили создавать более компактные и точные головки, что позволило разместить больше дорожек на каждом диске. Усовершенствования в методах сжатия данных позволили хранить больше информации в каждом отдельном секторе. Накопитель хранит данные на цилиндрах, головках и секторах. Сектор является наименьшей единицей данных, хранящейся на жестком диске, и каждому файлу назначается множество секторов. Наименьшая единица на CD называется кадром, который состоит из 33 байтов и содержит шесть полных 16-битных стереосемплов (два байта × два канала × шесть семплов = 24 байта). Оставшиеся девять байтов состоят из восьми байтов коррекции ошибок CIRC и одного байта подкода, используемого для управления и отображения информации. Информация передается от процессора компьютера в BIOS, а затем в чип, управляющий передачей данных. Далее она отправляется на жесткий диск через многопроводной разъем. Получив данные на плате накопителя, они преобразуются и сжимаются в формат, который может использовать конкретный накопитель для хранения на самом диске. Затем данные передаются на чип на плате, который управляет доступом к накопителю. Диск разделен на секторы данных, хранящиеся на одной из сторон одного из внутренних дисков. Жесткий диск с двумя дисками внутри обычно хранит данные на всех четырех поверхностях. Аппаратное обеспечение накопителя сообщает исполнительному механизму, куда переместить головку для доступа к нужной дорожке, и сжатая информация отправляется к головке, которая изменяет физические свойства, например, оптические или магнитные, каждого байта на диске, тем самым сохраняя информацию. Файл не хранится линейно, а располагается оптимальным образом для обеспечения максимально быстрого доступа.
Digital disk drives are block storage devices. Each disk is divided into logical blocks (collection of sectors). Blocks are addressed using their logical block addresses (LBA). Read from or writing to disk happens at the granularity of blocks. Originally the disk capacity was quite low and has been improved in one of several ways. Improvements in mechanical design and manufacture allowed smaller and more precise heads, meaning that more tracks could be stored on each of the disks. Advancements in data compression methods permitted more information to be stored in each of the individual sectors. The drive stores data onto cylinders, heads, and sectors. The sectors unit is the smallest size of data to be stored in a hard disk drive and each file will have many sectors units assigned to it. The smallest entity in a CD is called a frame, which consists of 33 bytes and contains six complete 16 bit stereo samples (two bytes × two channels × six samples = 24 bytes). The other nine bytes consist of eight CIRC error correction bytes and one subcode byte used for control and display. The information is sent from the computer processor to the BIOS into a chip controlling the data transfer. This is then sent out to the hard drive via a multi wire connector. Once the data is received onto the circuit board of the drive, they are translated and compressed into a format that the individual drive can use to store onto the disk itself. The data is then passed to a chip on the circuit board that controls the access to the drive. The drive is divided into sectors of data stored onto one of the sides of one of the internal disks. An HDD with two disks internally will typically store data on all four surfaces. The hardware on the drive tells the actuator arm where it is to go for the relevant track and the compressed information is then sent down to the head which changes the physical properties, optically or magnetically for example, of each byte on the drive, thus storing the information. A file is not stored in a linear manner, rather, it is held in the best way for quickest retrieval.
Интерфейсы
Интерфейс дискового накопителя – это механизм или протокол обмена данными между остальной системой и самим диском. Устройства хранения данных, предназначенные для настольных и мобильных компьютеров, как правило, используют интерфейсы ATA (PATA) и SATA. В корпоративных системах и высокопроизводительных устройствах хранения данных обычно применяются интерфейсы SCSI, SAS и FC, наряду с некоторым использованием SATA.
The disk drive interface is the mechanism/protocol of communication between the rest of the system and the disk drive itself. Storage devices intended for desktop and mobile computers typically use ATA (PATA) and SATA interfaces. Enterprise systems and high end storage devices will typically use SCSI, SAS, and FC interfaces in addition to some use of SATA.