Interior of a hard disk drive Interior hard disk drive | |
| Date invented Tanggal ditemukan | December 24, 1954 [ 1 ] 24 Desember 1954 [1] |
|---|---|
| Invented by Diciptakan oleh | An IBM team led by Rey Johnson IBM tim yang dipimpin oleh Rey Johnson |
Sejarah
Main article: History of hard disk drives Artikel utama: Sejarah hard disk drive
Hard disk drives were introduced in 1956 as data storage for an IBM accounting computer [ 4 ] and were developed for use with general purpose mainframe and mini computers . Hard disk drive diperkenalkan pada tahun 1956 sebagai data penyimpanan untuk IBM akuntansi komputer [4] dan dikembangkan untuk digunakan dengan tujuan umum mainframe dan mini komputer . Driven by areal density doubling every two to four years since their invention, HDDs have changed in many ways, a few highlights include: Didorong oleh densitas dua kali lipat setiap dua sampai empat tahun sejak penemuan mereka, HDDs telah berubah dalam banyak hal, beberapa di antaranya:
- Capacity per HDD increasing from 3.75 megabytes to greater than 1 terabyte, a greater than 270 thousand to 1 improvement. Kapasitas per HDD meningkat dari 3,75 megabyte untuk lebih besar dari 1 terabyte, suatu peningkatan yang lebih besar dari 270 ribu sampai 1.
- Size of HDD decreasing from 87.9 cubic feet (a double wide refrigerator) to 0.002 cubic feet (2½-inch form factor, a pack of cards), a greater than 44 thousand to 1 improvement. Ukuran HDD penurunan dari 87,9 kaki kubik (kulkas lebar ganda) untuk 0,002 kubik kaki (2 ½ inci faktor bentuk, satu pak kartu), suatu peningkatan yang lebih besar dari 44 ribu kepada 1.
- Price decreasing from about $15,000 per megabyte to less than $0.0001 per megabyte ($100/1 terabyte), a greater than 150 million to 1 improvement. [ 5 ] Penurunan harga dari sekitar $ 15.000 per megabyte menjadi kurang dari $ 0,0001 per megabyte ($ 100 / 1 terabyte), satu dari 150 juta untuk 1 peningkatan yang lebih besar. [5]
- Average access time decreasing from greater than 0.1 second to a few thousandths of a second, a greater than 40 to 1 improvement. Rata-rata waktu akses menurun dari lebih besar dari 0,1 detik untuk sekian detik, yang lebih besar dari 40-1 perbaikan.
- Market application expanding from general purpose computers to most computing applications including consumer applications. Memperluas pasar aplikasi dari komputer tujuan umum untuk aplikasi komputasi paling termasuk aplikasi konsumen.
Teknologi
rekaman Magnetic
See also: Magnetic storage Lihat juga: penyimpanan magnetik
HDDs record data by magnetizing ferromagnetic material directionally. HDDs record data dengan magnet feromagnetik bahan terarah. Sequential changes in the direction of magnetization represent patterns of binary data bits. Sequential perubahan ke arah magnetisasi merupakan pola bit data biner. The data are read from the disk by detecting the transitions in magnetization and decoding the originally written data. Data dibaca dari disk dengan mendeteksi transisi dalam magnetisasi dan decoding data aslinya ditulis. Different encoding schemes, such as Modified Frequency Modulation , group code recording , run-length limited encoding, and others are used. skema pengkodean yang berbeda, seperti Modified Frekuensi Modulation , kelompok kode rekaman , run-panjang terbatas encoding, dan lain-lain digunakan. A typical HDD design consists of a spindle that holds flat circular disks called platters , onto which the data are recorded. Sebuah desain HDD khas terdiri dari spindle yang memegang disk melingkar datar yang disebut platter , ke dimana data dicatat. The platters are made from a non-magnetic material, usually aluminum alloy or glass, and are coated with a shallow layer of magnetic material typically 10–20 nm in depth, with an outer layer of carbon for protection. Piring-piring yang dibuat dari bahan non-magnetik, biasanya aluminium paduan atau gelas, dan dilapisi dengan lapisan dangkal bahan magnetik biasanya 10-20 nm secara mendalam, dengan lapisan luar karbon untuk perlindungan. For reference, standard copy paper is 0.07–0.18 millimetre (70,000–180,000 nm). [ 6 ] Untuk referensi, kertas salinan standar adalah 0,07-0,18 milimeter (70,000-180,000 nm). [6]
A cross section of the magnetic surface in action. Bagian melintang permukaan magnetik dalam tindakan. In this case the binary data are encoded using frequency modulation . Dalam hal ini data biner dikodekan menggunakan modulasi frekuensi .
The magnetic surface of each platter is conceptually divided into many small sub- micrometer -sized magnetic regions referred to as magnetic domains . Magnetis permukaan setiap platter konseptual dibagi menjadi banyak kecil sub- mikrometer magnetik daerah berukuran-disebut sebagai domain magnet . In older disk designs the regions were oriented horizontally and parallel to the disk surface, but beginning about 2005, the orientation was changed to perpendicular to allow for closer magnetic domain spacing. Dalam disk lebih tua desain daerah yang berorientasi horizontal dan sejajar dengan permukaan disk, tapi dimulai sekitar tahun 2005, orientasi diubah menjadi tegak lurus untuk memungkinkan untuk domain jarak magnet dekat. Due to the polycrystalline nature of the magnetic material each of these magnetic regions is composed of a few hundred magnetic grains . Karena polikristalin sifat bahan magnetik masing-masing daerah magnetik terdiri dari beberapa ratus magnetik biji . Magnetic grains are typically 10 nm in size and each form a single magnetic domain . butiran magnetik biasanya 10 nm dalam ukuran dan masing-masing membentuk satu domain magnet . Each magnetic region in total forms a magnetic dipole which generates a magnetic field . Setiap wilayah magnetik dalam bentuk total dipole magnetik yang menghasilkan medan magnet .
For reliable storage of data, the recording material needs to resist self-demagnetization, which occurs when the magnetic domains repel each other. Untuk penyimpanan data yang dapat diandalkan, bahan rekaman perlu menahan diri demagnitization, yang terjadi ketika domain magnet menolak satu sama lain. Magnetic domains written too densely together to a weakly magnetizable material will degrade over time due to physical rotation of one or more domains to cancel out these forces. Magnetic domain ditulis terlalu padat bersama-sama dengan bahan lemah magnet akan menurunkan dari waktu ke waktu karena rotasi fisik dari satu atau lebih domain untuk membatalkan kekuatan-kekuatan. The domains rotate sideways to a halfway position that weakens the readability of the domain and relieves the magnetic stresses. Domain memutar menyamping ke posisi tengah yang melemahkan pembacaan domain dan meringankan tekanan magnetik. Older hard disks used iron(III) oxide as the magnetic material, but current disks use a cobalt -based alloy. [ 7 ] hard disk lama digunakan besi (III) oksida sebagai bahan magnetik, tapi disk saat ini menggunakan kobalt berbasis paduan-. [7]
A write head magnetizes a region by generating a strong local magnetic field. Seorang kepala daerah magnetizes menulis dengan menghasilkan medan magnet yang kuat lokal. Early HDDs used an electromagnet both to magnetize the region and to then read its magnetic field by using electromagnetic induction . Awal HDD menggunakan sebuah elektromagnet baik untuk menarik wilayah dan kemudian membaca medan magnet dengan menggunakan induksi elektromagnetik . Later versions of inductive heads included metal in Gap (MIG) heads and thin film heads. Versi kepala induktif termasuk logam di Gap (MIG) kepala dan film tipis kepala. As data density increased, read heads using magnetoresistance (MR) came into use; the electrical resistance of the head changed according to the strength of the magnetism from the platter. Sebagai data kepadatan meningkat, membaca kepala menggunakan magnetoresistance (MR) mulai digunakan; hambatan listrik kepala berubah sesuai dengan kekuatan magnet dari piring. Later development made use of spintronics ; in these heads, the magnetoresistive effect was much greater than in earlier types, and was dubbed "giant" magnetoresistance (GMR). Kemudian pengembangan memanfaatkan spintronics ; dalam kepala, efek magnetoresistive jauh lebih besar dibandingkan dengan jenis sebelumnya, dan dijuluki "raksasa" magnetoresistance (GMR). In today's heads, the read and write elements are separate, but in close proximity, on the head portion of an actuator arm. Dalam kepala hari ini, membaca dan menulis elemen yang terpisah, tapi di dekat, di bagian kepala lengan aktuator. The read element is typically magneto-resistive while the write element is typically thin-film inductive. [ 8 ] Membaca elemen yang biasanya magneto-resistif sementara menulis elemen biasanya tipis-film induktif. [8]
The heads are kept from contacting the platter surface by the air that is extremely close to the platter; that air moves at or near the platter speed. Kepala disimpan dari menghubungi permukaan platter oleh udara yang sangat dekat dengan platter, bahwa udara bergerak pada atau dekat kecepatan piring. The record and playback head are mounted on a block called a slider, and the surface next to the platter is shaped to keep it just barely out of contact. Catatan dan kepala pemutaran sudah terpasang pada blok yang disebut slider, dan permukaan samping piring dibentuk untuk menjaga hanya hampir keluar dari kontak. This forms a type of air bearing. Hal ini membentuk jenis bantalan udara.
In modern drives, the small size of the magnetic regions creates the danger that their magnetic state might be lost because of thermal effects. Pada drive modern, ukuran kecil daerah magnetik menciptakan bahaya bahwa negara magnetik mereka mungkin akan hilang karena efek termal. To counter this, the platters are coated with two parallel magnetic layers, separated by a 3-atom layer of the non-magnetic element ruthenium , and the two layers are magnetized in opposite orientation, thus reinforcing each other. [ 9 ] Another technology used to overcome thermal effects to allow greater recording densities is perpendicular recording , first shipped in 2005, [ 10 ] and as of 2007 the technology was used in many HDDs. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] Untuk mengatasi ini, piring-piring yang dilapisi dengan dua lapisan magnet paralel, yang dipisahkan oleh sebuah lapisan 3-atom dari elemen non-magnetik ruthenium , dan dua lapisan magnet dalam orientasi yang berlawanan, sehingga menguatkan satu sama lain. [9] Lainnya teknologi yang digunakan untuk mengatasi efek panas untuk memungkinkan kerapatan perekaman lebih besar adalah perekaman tegak lurus , pertama dikirim pada tahun 2005, [10] dan pada 2007 teknologi digunakan dalam HDD banyak. [11] [12] [13]
Komponen
A hard disk drive with the disks and motor hub removed showing the copper colored stator coils surrounding a bearing at the center of the spindle motor. Sebuah hard disk drive dengan disk dan hub motor dihapus menunjukkan kumparan stator berwarna tembaga yang mengelilingi sebuah bantalan di tengah motor spindle. The orange stripe along the side of the arm is a thin printed-circuit cable. Jeruk jalur di sepanjang sisi lengan adalah kabel dicetak-sirkuit tipis. The spindle bearing is in the center. Bearing spindle adalah di tengah. The actuator is in the upper left. aktuator ini di sudut kiri atas.
The disk motor has an external rotor attached to the disks; the stator windings are fixed in place. Motor disk memiliki rotor eksternal yang melekat pada disk; dalam gulungan-stator adalah tetap di tempat.
Opposite the actuator at the end of the head support arm is the read-write head (near center in photo); thin printed-circuit cables connect the read-write heads to amplifier electronics mounted at the pivot of the actuator. Sebaliknya aktuator pada akhir lengan dukungan pusat membaca-menulis kepala (pusat dekat di foto); tipis tercetak-sirkuit kabel terhubung membaca-menulis kepala untuk elektronik amplifier terpasang pada poros actuator. A flexible, somewhat U-shaped, ribbon cable, seen edge-on below and to the left of the actuator arm continues the connection to the controller board on the opposite side. A, fleksibel agak berbentuk U, kabel pita, terlihat tepi-on di bawah dan ke kiri pada lengan aktuator terus sambungan ke controller board di sisi yang berlawanan.
The head support arm is very light, but also stiff; in modern drives, acceleration at the head reaches 550 G s . Lengan dukungan kepala sangat ringan, tapi juga kaku, dalam drive modern, akselerasi di kepala mencapai 550 s G .
The silver-colored structure at the upper left of the first image is the top plate of the actuator, a permanent-magnet and moving coil motor that swings the heads to the desired position (it is shown removed in the second image). Struktur berwarna perak di kiri atas gambar pertama adalah pelat atas aktuator, magnet permanen dan kumparan motor penggerak yang ayunan kepala ke posisi yang diinginkan (yang terlihat dihapus pada gambar kedua). The plate supports a squat neodymium-iron-boron (NIB) high-flux magnet . piring ini mendukung jongkok neodymium-besi-boron (NIB) tinggi-fluks magnet . Beneath this plate is the moving coil, often referred to as the voice coil by analogy to the coil in loudspeakers , which is attached to the actuator hub, and beneath that is a second NIB magnet, mounted on the bottom plate of the motor (some drives only have one magnet). Di bawah pelat ini adalah kumparan bergerak, sering disebut sebagai kumparan suara dengan analogi ke koil di pengeras suara , yang melekat ke hub aktuator, dan di bawahnya adalah magnet NIB kedua, terpasang pada pelat bawah motor (beberapa drive hanya memiliki satu magnet).
The voice coil itself is shaped rather like an arrowhead, and made of doubly coated copper magnet wire . Kumparan suara itu sendiri berbentuk agak mirip panah, dan terbuat dari tembaga dilapisi dua kali lipat kawat magnet . The inner layer is insulation, and the outer is thermoplastic, which bonds the coil together after it is wound on a form, making it self-supporting. Lapisan bagian dalam isolasi, dan luar adalah thermoplastic, yang obligasi kumparan bersama setelah luka pada formulir, sehingga mandiri. The portions of the coil along the two sides of the arrowhead (which point to the actuator bearing center) interact with the magnetic field , developing a tangential force that rotates the actuator. Bagian-bagian dari koil sepanjang dua sisi panah (yang mengarah ke pusat bantalan aktuator) berinteraksi dengan medan magnet , mengembangkan gaya tangensial yang berputar actuator. Current flowing radially outward along one side of the arrowhead and radially inward on the other produces the tangential force . Arus yang mengalir ke luar radial sepanjang satu sisi panah dan radial batin di sisi lain menghasilkan gaya tangensial . If the magnetic field were uniform, each side would generate opposing forces that would cancel each other out. Jika medan magnet yang seragam, masing-masing pihak akan menghasilkan kekuatan lawan yang akan membatalkan satu sama lain. Therefore the surface of the magnet is half N pole, half S pole, with the radial dividing line in the middle, causing the two sides of the coil to see opposite magnetic fields and produce forces that add instead of canceling. Oleh karena itu permukaan magnet adalah setengah tiang N, setengah tiang S, dengan garis pemisah radial di tengah, menyebabkan dua sisi kumparan untuk melihat medan magnet yang berlawanan dan menghasilkan kekuatan yang menambah bukan membatalkan. Currents along the top and bottom of the coil produce radial forces that do not rotate the head. Arus di bagian atas dan bawah gulungan radial menghasilkan kekuatan yang tidak memutar kepala.
Masa Depan pembangunan
Because of bit-flipping errors and other issues, perpendicular recording densities may be supplanted by other magnetic recording technologies. Karena bit-flipping kesalahan dan isu-isu lainnya, kepadatan perekaman tegak lurus mungkin akan digantikan oleh teknologi lainnya perekaman magnetik. Toshiba is promoting bit-patterned recording (BPR), [ 16 ] whiles Xyratex are developing heat-assisted magnetic recording (HAMR). [ 17 ] Toshiba mempromosikan bit-pola rekaman (BPR), [16] sesekali Xyratex sedang mengembangkan dibantu magnet rekaman-panas (HAMR). [17]Kapasitas
PC hard disk drive capacity (in GB ) over time. PC hard disk drive kapasitas (dalam GB ) dari waktu ke waktu. The vertical axis is logarithmic , so the fit line corresponds to exponential growth . Sumbu vertikal logaritmik , sehingga garis cocok sesuai dengan pertumbuhan eksponensial .
Pengukuran Kapasitas
Hard disk manufacturers quote disk capacity in multiples of SI -standard powers of 1000, where a terabyte is 1000 gigabytes and a gigabyte is 1000 megabytes. Hard disk produsen kutipan kapasitas disk dalam kelipatan SI standar kekuatan-1000, di mana sebuah terabyte adalah 1000 gigabyte dan gigabyte adalah 1000 megabyte. With file systems that report capacity in powers of 1024, available space appears somewhat less than advertised capacity. Dengan sistem file yang melaporkan kapasitas dalam kekuasaan 1024, ruang yang tersedia muncul agak kurang dari kapasitas diiklankan. The discrepancy between the two methods of reporting sizes had serious financial consequences for at least one hard drive manufacturer when a class action suit argued the different methods effectively misled consumers. [ 18 ] Perbedaan antara dua metode ukuran pelaporan memiliki konsekuensi keuangan yang serius untuk setidaknya satu produsen hard drive ketika sebuah gugatan class action berpendapat berbagai metode efektif menyesatkan konsumen. [18]
Semiconductor memory chips are organized so that memory sizes are expressed in multiples of powers of two. chip memori Semikonduktor diatur sehingga ukuran memori disajikan dalam kelipatan kekuatan dari dua. Hard disks by contrast have no inherent binary size. Hard disk Sebaliknya tidak memiliki ukuran biner yang melekat. Capacity is the product of the number of heads, number of tracks, number of sectors per track, and the size of each sector. Kapasitas adalah produk dari jumlah kepala, jumlah track, jumlah sektor per track, dan ukuran masing-masing sektor. Sector sizes are standardized for convenience at 256 or 512 and more recently 4096 bytes, which are powers of two. Sektor ukuran yang standar untuk kenyamanan pada 256 atau 512 dan baru-baru 4096 byte, yang merupakan kekuatan dari dua. This can cause some confusion because operating systems may report the formatted capacity of a hard drive using binary prefix units which increment by powers of 1024. Hal ini dapat menyebabkan kebingungan karena sistem operasi dapat melaporkan kapasitas diformat dari sebuah hard drive menggunakan awalan biner unit yang selisih oleh kekuasaan 1024. For example, Microsoft Windows reports disk capacity both in a decimal integer to 12 or more digits and in binary prefix units to three significant digits. Sebagai contoh, Microsoft Windows laporan kapasitas disk baik dalam desimal integer untuk 12 atau lebih digit dan dalam satuan awalan biner untuk tiga digit signifikan.
A one terabyte (1 TB) disk drive would be expected to hold around 1 trillion bytes (1,000,000,000,000) or 1000 GB; and indeed most 1 TB hard drives will contain slightly more than this number. A terabyte satu (1 TB) disk drive akan diharapkan untuk menahan sekitar 1 triliun byte (1.000.000.000.000) atau 1000 GB, dan drive 1 TB memang paling keras akan mengandung sedikit lebih dari nomor ini. However some operating system utilities would report this as around 931 GB or 953,674 MB. Namun beberapa utilitas sistem operasi akan laporkan ini sebagai sekitar 931 GB atau 953.674 MB. (The actual number for a formatted capacity will be somewhat smaller still, depending on the file system .) Following are the several ways of reporting one Terabyte. (Jumlah sebenarnya untuk kapasitas akan diformat masih agak kecil, tergantung pada sistem file .) Berikut ini adalah beberapa cara pelaporan satu Terabyte.
| SI prefixes (hard drive) SI prefixes (hard drive) | equivalent setara | Binary prefixes (OS) Binary prefixes (OS) | equivalent setara |
|---|---|---|---|
| 1 TB ( Terabyte ) 1 TB ( Terabyte ) | 1 * 1000 4 B 1 * 1000 4 B | 0.9095 TiB (Tebibyte) 0,9095 TiB (Tebibyte) | 0.9095 * 1024 4 B 0,9095 * 1024 4 B |
| 1000 GB ( Gigabyte ) 1000 GB ( Gigabyte ) | 1000 * 1000 3 B 1000 * 1000 3 B | 931.3 GiB (Gibibyte) 931,3 GiB (Gibibyte) | 931.3 * 1024 3 B 931,3 * 1024 3 B |
| 1,000,000 MB ( Megabyte ) 1.000.000 MB ( Megabyte ) | 1,000,000 * 1000 2 B 1.000.000 * 1000 2 B | 953,674.3 MiB (Mebibyte) 953,674.3 MiB (Mebibyte) | 953,674.3 * 1024 2 B 953,674.3 * 1024 2 B |
| 1,000,000,000 kB ( Kilobyte ) 1,000,000,000 kB ( Kilobyte ) | 1,000,000,000 * 1000 B 1,000,000,000 * 1000 B | 976,562,500 KiB (Kibibyte) 976.562.500 KIB (Kibibyte) | 976,562,500 * 1024 B 976.562.500 * 1024 B |
| 1,000,000,000,000 B ( byte ) 1.000.000.000.000 B ( byte ) | - - | 1,000,000,000,000 B (byte) 1.000.000.000.000 B (byte) | - - |
Tidak ada komentar:
Posting Komentar