Журнал "Компьютерра" N741-742
Шрифт:
Старые магнитофонщики помнят, что качество записи сильно зависело от зазора в головке. Чем меньше зазор, тем мощнее поле и выше плотность записи (а следовательно, и лучше ее частотная характеристика), потому даже в бытовых магнитофонах зазор в головке составляет всего несколько микрон. Но действует это поле на малых расстояниях, и носитель приходится прижимать к головке как можно теснее. Эти рассуждения справедливы для магнитофонов (и для дискет), у которых скорость движения поверхности относительно головки не превышает нескольких сантиметров или десятков сантиметров в секунду. Жестким дискам контакт головки с магнитным слоем заведомо противопоказан: даже при давно оставшейся в прошлом скорости 3600 об./мин. линейная скорость диска
И до какого бы зеркального блеска ни доводились поверхности головки и магнитного слоя на таких скоростях головка будет "пропахивать" поверхность диска, а диск, соответственно, стирать головку ускоренными темпами.
Потому даже в самых первых накопителях зазор между головкой и диском составлял несколько микрон, причем во время работы он должен выдерживаться постоянным. Это, в свою очередь, налагает повышенные требования к качеству изготовления носителя и механики — какиелибо биения и неровности абсолютно исключаются. Мало того, из-за высокой скорости вращения (в современных моделях — 7200, 10 и даже 15 тысяч об./мин.) при перемещении диска начинает сказываться гироскопический эффект: ось вращения стремится сохранить свое положение в пространстве, отчего при достаточно резком повороте накопитель может сломаться. Потому обычные — не ноутбучные — жесткие диски в процессе работы не рекомендуется не только ронять, но и перемещать.
Для обеспечения постоянства зазора между головкой и диском стали использовать аэродинамический эффект — при надлежащей форме головки и достаточно высокой скорости вращения диска головка начинает планировать в воздушном потоке, подобно крылу самолета, причем этот процесс саморегулирующийся: зазор будет выдерживаться автоматически с высокой точностью. Этот принцип использовался еще в RAMAC; правда, там скорость вращения была относительно невелика (1200 об./мин.), и для поддержания зазора приходилось использовать специальные воздуходувки. Отметим, что принцип аэродинамического планирования головок с авторегулированием зазора тоже был предложен корпорацией IBM, в 1961 году, а в 1973 году ее филиал в одном из древнейших городов Англии Винчестере (где когда-то собирались рыцари Круглого Стола) начал выпускать такие накопители, с тех пор и именующиеся "винчестерами". Эта версия происхождения названия "винчестер" кажется мне гораздо более состоятельной и логичной, чем гуляющая из текста в текст легенда о совпадении калибра знаменитого оружия (30, то есть 0,3 дюйма) с номером айбиэмовского проекта какого-то из потомков RAMAC. В современных дисках зазор составляет доли микрона. Поэтому там нельзя даже "парящую" головку долго держать на одном месте — из-за нагрева поверхности о воздух, и при простое контроллер периодически перемещает головки с места на место. Разумеется, главное в этом деле — не забыть вовремя убрать ("запарковать") головку при остановке диска, иначе она оставит на поверхности борозду не хуже плуга, и диск уже ничто не спасет — как и бывает при внезапном отключении электричества. Такие катастрофы случаются редко (но все же случаются), поскольку во всех современных накопителях головки при отключении питания паркуются автоматически.
Абсолютно недопустимо и попадание пыли в зазор между поверхностью и головкой, отчего все современные диски изолируют от внешней среды, а для выравнивания давления внутри и снаружи используют специальный барометрический фильтр. Для улавливания частичек, которые могут образоваться в процессе работы диска, внутри кожуха имеется еще один фильтр, устанавливающийся на пути воздушного потока, порожденного вращающимся пакетом дисков. Поэтому после разборки и сборки в бытовых условиях современный диск почти со стопроцентной гарантией можно отправлять в мусорное ведро. Есть и еще одна засада — если диск не предназначен для работы в специальных климатических условиях, то есть не имеет полностью герметичного корпуса, выдерживающего разность давлений, то после переноса из холодного помещения в теплое в нем может накапливаться конденсат. Так что при такой операции компьютер обязательно требуется выдержать как минимум несколько часов, пока не прогреется все его "нутро".
Как ни странно, гораздо более примитивные дискеты (флоппи [Floppy (англ.) — свободно висящий.]-диски) изобрели позже жестких дисков — только в 1970 году сотрудник IBM Дэвид Ноубл под руководством Алана Шугарта сконструировал флоппи-диск, имевший 8 дюймов в диаметре и в первой версии позволявший записать 80 Кбайт данных. Вы не поверите, но дискета такой емкости вмещала ядро операционной системы далеко не персональных по возможностям и назначению компьютеров IBM System 370 — на ней содержались все данные, достаточные для "холодной" перезагрузки машины.
Собственно, для этой цели первые дискеты, работавшие в режиме "только для чтения", и создавались.
По инициативе того же Шугарта (впоследствии, кстати, основавшего фирму Sea gate) в 1975 году в его компании Shugart As sociates (совместно с Wang La boratories) была сконструирована дискета 5,25 дюйма, а в 1981 году из стен корпорации Sony вышла привычная ныне 3,5-дюймовая дискета в жестком пластмассовом корпусе (отчего в некоторых странах ее называют "жесткой"). Сначала для записи использовали одну сторону, так что 5-дюймовая дискета вмещала всего 110 Кбайт данных.
Потом стали использовать обе стороны, удвоили количество дорожек (вместо сорока — восемьдесят) и усовершенствовали технологии кодирования данных. В результате удалось довести емкость 5-дюймовой дискеты до 1,2 Мбайт, а 3-дюймовой — до 1,44 Мбайт.
Изобретение дешевых сменных носителей в виде флоппи-дисков во многом по спо собствовало появлению персонального ком пьютера: первый IBM PC, как известно, жесткого диска не имел, и операционная система DOS, пользовательские программы и данные записывались в нем на 5-дюймовые дискеты емкостью 320 Кбайт, для которых было предусмотрено целых два привода. Аналогично был устроен и знаменитый Apple в своих первых модификациях I и II.
Кстати, по моим личным наблюдениям, несмотря на относительно примитивную конструкцию, "гибкие" дискеты 5,25 дюйма были даже надежнее, чем "твердые" 3,5-дюймовые: с последними, притом независимо от производителя, я в свое время достаточно натерпелся, даже выработалась привычка всегда писать данные в двух экземплярах, чего практически не требовалось в эпоху пятидюймовок (возможно, оттого, что поверхностная плотность информации в них значительно ниже). Факт: когда мне недавно потребовалось разыскать один старинный документ, датируемый примерно 1989 годом, я отряхнул пыль с пятидюймового привода, лежавшего на шкафу с незапамятных времен, без особой надежды засунул туда дискету "Изот" болгарского производства, предположительно содержавшую требуемое, и вся информация с нее прочиталась, словно была записана накануне. Без единого сбойного сектора — вот ведь!
Современный диск, в отличие от древних накопителей вроде RAMAC, во многом подобных бытовому магнитофону, имеет отдельные головки чтения и записи, лишь конструктивно объединенные в одну. При этом в традиционных накопителях с продольной записью, каковые доминировали на рынке еще года два назад, головка записи в принципе мало чем отличается от обычной индуктивной магнитофонной головки, показанной на рис. 1. Со временем менялись лишь размеры и расстояния — сейчас зазор между головкой и поверхностью не превышает 100 нм (в сто раз меньше, чем в конструкциях 1970-х — начала 1980-х годов).
А вот с головкой чтения происходили гораздо более значимые изменения. Совмещающая функции записи и чтения индуктивная головка имеет множество недостатков: очень плохое отношение сигнал/шум, зависимость чувствительности от скорости носителя и т. п. Потому еще в 1980-е вместо индуктивной головки для чтения стали применять более чувствительные тонкопленочные. А начиная примерно с 1991 года вообще изменили принцип их работы: в головках чтения стали использовать так называемый магниторезистивный эффект (MR). Суть его в том, что в зависимости от интенсивности внешнего магнитного поля меняется сопротивление некоего материала. Немаловажно, что эффект этот статический: головка будет выдавать сигнал, даже если носитель под ней остановить — в отличие от индуктивных, которые реагируют лишь на изменяющееся магнитное поле во время движения носителя. Поэтому сигнал в MR-головках не зависит от скорости. Увеличивается и отношение сигнал/шум, особенно в головках с "гигантским" (giant) магнито-резистивным эффектом (GMR), что очень важно в связи с прогрессирующим уменьшением площади, занимаемой единичным битом на поверхности диска. И примерно со второй половины 1990-х все накопители стали выпускать только с GMR-головками.