Жесткий диск. Физические носители информации

Это общепринятый физический носитель информации в сервере и в персональном компьютере. Жесткий диск, иногда называемый «винчестер», состоит из набора вращающихся на одной оси плоских дисков диаметром несколько сантиметров (типичный диаметр — от трех с половиной дюймов и менее), покрытых магнитным слоем. Эксплуатационные свойства жесткого диска весьма привлекательны: большая емкость, быстрый доступ к записанной информации, высокий темп считывания информации и взаимозаменяемость (стандартизация дисков). Быстрый доступ к информации обеспечивается небольшим расстоянием, которое проходит считывающая головка при поиске нужного места, а также записью информации в предварительно созданные (отформатированные) секторы на диске. Технические особенности, обеспечивающие малый износ считывающих головок и магнитного слоя поверхности пластины, — бесконтактное считывание информации, «полет» головки над диском. Принимаются специальные меры по обеспечению надежности опорных подшипников жесткого диска, например используются газодинамические подшипники, то есть также режим «полета» над опорной поверхностью. Поэтому для обеспечения ресурса сервера опасно не количество отработанных часов, а число включений/выключений, связанных с «посадкой» головок и разгоном дисков. Указанная особенность конструкции диска дает возможность (при наличии устройств бесперебойного питания) оставлять сервер включенным в течение многих суток (недель). Таким образом, достигается одно из существенных преимуществ электронной библиотеки — обслуживание пользователя 24 часа в сутки круглый год. Примерные параметры жестких дисков.

1. Семейство жестких дисков компании Seagate Technology, Barracuda 7200, емкость 160/120/80/40 Гб, с интерфейсом Serial АТА. среднее время поиска 8,5 мс; одна из последних разработок — жесткий диск Barracuda NL35. объем памяти 500 Гб, 3 пластины, скорость вращения пластин 7200 оборотов в минуту. Скорость считывания данных составляет 47 Мб/с. Еще один образец продукции той же компании — семейство дисков Cheethah со скоростью вращения дисков 15 тыс. оборотов в минуту, памятью до 300 Гб.

2. Отвечает самым высоким требованиям надежности бесшумный и противоударный жесткий диск компании Samsung емкостью 40.8 Гб; скорость вращения пакета из 2 дисков 5400 оборотов в минуту; емкость буфера 512 Кб, среднее время доступа 8,5 мс, скорость передачи данных до 66 Мбит/сек. Среднее время наработки на отказ 500 тыс. часов (это примерно 57 лет), удельная стоимость хранения данных — 1 доллар за 200 Мб. то есть 0,5 цента за I Мб.

3. Тот же принцип обеспечения высокой надежности реализует конструкция жесткого диска WD Caviar компании Western Digital для серверов емкостью до 250 Гб, обладающего специальной функцией контроля надежности и предупреждения выхода диска из строя. Расчетное время наработки на отказ составляет 1 млн часов (более 100 лет).

Для хранения больших массивов данных существуют специальные дисковые системы с высоким быстродействием, например, в продажу поступает цифровая библиотека-хранилище (конструктивно — один шкаф) из дисков по 73 Гб каждый, суммарной емкостью 9 Тб.

В позиции ожидания и в работе диск находится в состоянии равномерного, непрерывного и быстрого вращения. Обращение к записанной информации происходит за счет поперечного перемещения головок на очень короткую дистанцию. Нагрузка на физическую основу носителя (создается центробежной силой) постоянна во все моменты времени.

Носители информации на магнитных лентах. Данные носители реже используются сегодня, чем на заре компьютерной эры. Тем не менее их преимущества очевидны: это хорошо освоенные технологии производства, высокая плотность записи, высокая скорость считывания информации и большая емкость. Однако конструктивное различие ленточных устройств по сравнению с жесткими дисками в кинематике является абсолютно принципиальным.

• Состояние ожидания — это неподвижная лента.

• Выход на исходную позицию при поиске файла на определенном и заранее неизвестном участке ленты — это ускоренное движение (перемотка) и последующее резкое торможение.

• Рабочий режим считывания или записи — это равномерное движение ленты со скоростью, намного меньшей, чем при поиске.

Ленточные устройства используют не монотонный, а «рваный», пульсирующий режим работы, с большой и переменной во времени механической нагрузкой на физическую основу носителя информации. Неустранимый недостаток устройств с использованием магнитных лент — большое время доступа к информации, постепенное стирание магнитного слоя, ухудшение записи из-за размагничивания ленты, вытягивание ленты-основы в ходе эксплуатации. Тем не менее цифровые устройства хранения информации очень часто реализуются на магнитных лентах, например стримеры, цифровые магнитофоны DAT (Digital Audio Таре), магнитофоны со спирапьной дорожкой записи, занимающей всю ширину магнитной ленты (Exabyte).

Некоторые примеры устройств хранения информации: ленточные накопители Surestore с технологией DLT (Digital Linear Таре), в которых используются кассеты емкостью 160 Гб каждая, скорость передачи данных 16 Мбит/с (384 дорожки, среднее время доступа к файлу порядка 70 с). В качестве иллюстрации широкого распространения этих систем укажем, что к 2002 г. было продано 2 млн приводов, 80 млн картриджей.

Разработан открытый формат Ultriym, в котором используются кассеты на 200 Гб, и скорость передачи данных составляет 20 Мбит/с. На базе этих устройств созданы цифровые хранилища — роботизированные библиотеки с суммарной емкостью 10 Тб, темпом передачи данных до 10 Мбит/с.

Российская компания «Мобильные ТелеСистемы» (МТС) установила недавно ленточную библиотеку Exabyte Х200 (один шкаф), способную хранить до 30 Тб сжатых данных (это эквивалент 30 млн томов), — для резервного копирования и архивирования биллинговых (платежных) записей. Библиотека состоит из 200 кассет, до 150 Гб на кассету, темп передачи данных 30 Мбит/с.