2. Жёсткие правила

2.1 Принцип работы

Жёсткий диск, Hard Disk Drive (HDD), является основным запоминающим устройством практически во всех современных компьютерах.

В целом принцип действия как существующих, так и разрабатываемых жёстких дисков основан на явлении остаточного намагничивания материалов. Но здесь есть свои нюансы. Непосредственным носителем информации в жёстком диске является блок из одной или нескольких круглых пластин, покрытых ферромагнетиком. Считывающая головка, двигаясь над поверхностью вращающихся с высокой скоростью дисков, производит запись информации путём намагничивания миллиардов крошечных областей (доменов) или считывание данных за счёт регистрации остаточного магнитного поля. Наименьшей ячейкой информации в данном случае является один домен, который может быть либо логическим нулём, либо единицей. Таким образом, чем меньше размеры одного домена, тем больше данных можно впихнуть на один жёсткий диск.

Первый HDD появился в 1956 году. Устройство состояло из 50 дисков диаметром 600 мм каждый, вращавшихся со скоростью 1200 об/мин. Размеры этого HDD были сравнимы с современным двухкамерным холодильником, а ёмкость составляла целых 5 Мб.

С тех пор плотность записи на жёстких дисках увеличилась более чем в 60 млн. раз. На протяжении последнего десятилетия компании-производители стабильно удваивали ёмкость дисков каждый год, но сейчас этот процесс приостановился: достигнута максимально возможная плотность записи для ныне использующихся материалов и, главное, технологий.

2. Технологии записи

Наиболее распространена сейчас так называемая параллельная запись(см рисунок 1). Смысл её в том, что ферромагнетик, на который осуществляется перенос данных, состоит из множества атомов. Некоторое количество таких атомов вместе составляет домен — минимальную ячейку информации. Уменьшение размеров домена возможно только до определённого п редела, так как атомы ферромагнетика взаимодействуют друг с другом и в месте стыка логического нуля и единицы (областей с противоположно направленными магнитными моментами) могут потерять стабильность. Поэтому требуется определённая буферная зона, обеспечивающая надёжность хранения информации. При параллельной записи магнитные частицы размещены таким образом, что вектор магнитной направленности располагается параллельно плоскости диска. При перпендикулярной записи магнитные частицы располагаются перпендикулярно поверхности диска.

При параллельной записи магнитные частицы размещены таким образом, что вектор магнитной направленности располагается параллельно плоскости диска. С точки зрения технологии это самое простое решение. В то же время при такой записи сила взаимодействия между доменами наиболее высока, поэтому нужна большая буферная зона, и, следовательно, больший размер самих доменов. Так что максимальная плотность при параллельной записи составляет около 23 Гбит/см², и эта высота уже практически взята.

Дальнейшее увеличение ёмкости жёстких дисков возможно за счёт увеличения количества рабочих пластин в устройстве, но этот способ является тупиковым. Размеры современных HDD стандартизованы, да и количество используемых в них дисков ограничено по конструктивным требованиям.

Есть и другой путь — использование нового типа записи. С 2005 года в продаже можно найти жёсткие диски, использующие метод перпендикулярной записи (см. рисунок 2). При такой записи магнитные частицы располагаются перпендикулярно поверхности диска. Благодаря этому домены с лабо взаимодействуют друг с другом, так как их векторы намагниченности располагаются в параллельных плоскостях. Это позволяет серьёзно увеличить плотность информации — практический потолок оценивается в 60-75 Гбит/см², т. е. в 3 раза больше, чем для параллельной записи.

Н о самой перспективной считается технология HAMR. Это так называемый метод тепловой магнитной записи. По сути HAMR — дальнейшее развитие технологии перпендикулярной записи, с той лишь разницей, что в момент записи нужный домен подвергается кратковременному (около пикосекунды) точечному нагреву лазерным лучом. Благодаря этому головка может намагничивать очень мелкие участки диска. В открытой продаже HAMR-HDD пока нет, но опытные образцы демонстрируют рекордную плотность записи — 150 Гбит/см². В дальнейшем, по мнению представителей компании Seagate Technology, плотность удастся увеличить до 7,75 Тбит/см², что почти в 350 раз выше предельной плотности для параллельной записи. Появление жёстких дисков, выполненных по технологии HAMR, ожидается уже в 2010 году.