Накопитель на жёстких магнитных дисках, или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, винчестер — запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи.
Жесткий диск представляет собой металлический корпус с магнитными вращающимися дисками внутри, на которых записывается информация, над диском на расстоянии в ~10нм находится считывающая головка, которая двигается без механического контакта. Когда магнитные диски (пластины) не вращаются, тогда головки паркуются в безопасную зону. Современные диски имеют от одной и более пластин с 2 считывающими головками на пластину. Запись и чтение происходит на обеих сторонах пластины.
Жесткие диски обладают самым большим возможным объемом хранимой информации, максимальный объем такого диска на момент написания статьи составляет 20TБ, и развитие технологий обещает многократное увеличение объема.
Кэш-память жесткого диска (или буферная память, буфер) – область, где хранятся данные, которые уже считались с винчестера, но еще не были переданы для дальнейшей обработки. Там хранится информация, которой ОС Windows пользуется чаще всего. Необходимость в этом хранилище возникла из-за большой разницы между скоростью считывания данных с накопителя и пропускной способностью системы. В современных жестких дисках объем кэш памяти достигает 512МБ.
Несмотря на большие объемы хранения, жесткий диск не является быстрым носителем информации. Скорость чтения и записи у жестких дисков ограничена сотнями мегабайт в секунду. Одни из самых быстрых дисков применяемых в ПК имеют скорость чтения и записи чуть более 200 МБ/с.
Популярными форм-факторами для жестких дисков являются типоразмеры:
— 3,5” для ПК и серверов;
— 2,5” для ноутбуков, ПК и серверов.
Существуют и другие размеры используемые в мобильных системах.
Магнитные диски вращаются с заданной скоростью, которая составляет 5400, 7200, 10000 или 15000 оборотов в минуту. Чем выше скорость, тем быстрее считывающая головка получает доступ к информации, тем самым от этого параметра зависит скорость работы. Если указывается скорость вращения IntelliPower — это значит, что для каждого экземпляра HDD на производстве подбирается подходящая именно для него скорость. У всех дисков с IntelliPower этот параметр колеблется вокруг 5400 об/мин.
Главной задачей в увеличении объема дисков является увеличение плотности записи.
Современные методы записи:
Метод перпендикулярной записи — технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Предыдущий метод записи, параллельно поверхности магнитной пластины, привёл к тому, что в определённый момент инженеры упёрлись в «потолок» — дальше увеличивать плотность информации на дисках было невозможно. И тогда вспомнили о другом способе записи, который был известен ещё с 1970-х годов.
Плотность записи при этом методе резко возросла — более чем на 30 % ещё на первых образцах (на 2009 год — 400 Гбит/дюйм², или 62 Гбит/см²). Теоретический предел отодвинулся на порядки и составляет более 1 Тбит/дюйм².
Жёсткие диски с перпендикулярной записью стали доступны на рынке с 2006 года. Винчестеры продолжают тенденцию на увеличение ёмкости, вмещая до 10-14 терабайт и применяя в дополнение к PMR такие технологии, как заполнение гелием корпусов, SMR, HAMR/MAMR.
Метод черепичной магнитной записи (shingled magnetic recording, SMR) был реализован в начале 2010-х годов. В нём используется тот факт, что ширина области чтения меньше, чем ширина записывающей головки. Запись дорожек в этом методе производится с частичным наложением в рамках групп дорожек (пакетов). Каждая следующая дорожка пакета частично закрывает предыдущую (подобно черепичной кровле), оставляя от неё узкую часть, достаточную для считывающей головки. Черепичная запись увеличивает плотность записанной информации, однако осложняет перезапись — при каждом изменении требуется полностью перезаписать весь пакет перекрывающихся дорожек
Метод тепловой магнитной записи (англ. heat—assisted magnetic recording, HAMR) остаётся перспективным, продолжаются его доработки и внедрение. В этом методе используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На 2009 год были доступны только экспериментальные образцы, плотность записи которых составляла 150 Гбит/см². Специалисты Hitachi называют предел для этой технологии в 2,3—3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology — 7,75 Тбит/см²
Современные жесткие диски имеют следующие интерфейсы подключения:
— Sata 3 версии с пропускной способностью 6ГБ/с;
— Sas 3 версии с пропускной способностью 12ГБ/с.
Внешне разъемы интерфейсов похожи, Sas разъем имеет совместимость с Sata дисками, но обратной совместимости нет. В серверах используется унифицированный sata/sas разъем, но наличие физической возможности установить Sas диск не гарантирует поддержку sas интерфейса. Для работы sas дисков должен быть установлен на материнской плате или платой расширения sas контроллер.
