Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики. Системная память: ОЗУ, ПЗУ, кэш

Реферат 

« Запоминающие устройства: классификация, принцип  работы, основные характеристики. Системная память: ОЗУ, ПЗУ, кэш. Внешняя  память: винчестер, стример, накопители на гибких магнитных дисках, накопители на компакт-дисках.» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание:

Классификация и принцип работы запоминающих устройств. Основные характеристики запоминающих устройств…………………………………………………………………………………………3

Системная память: ОЗУ, ПЗУ, кеш...…………………………………………….

Внешняя память: винчестер, накопители на гибких магнитных дисках, накопители на компакт-диска….……………………………………………….... 
 
 

Классификация и принцип работы запоминающих устройств. Основные характеристики запоминающих устройств.

С древнейших времен человечество не только добывало знания, но и пыталось не потерять их, то есть обеспечить эффективное хранение накапливаемой информации. С момента зарождения письменности было перепробовано множество носителей информации от камня до воска, от тесьмы и до шкур животных. Изобретение в средние века дешевого и долговечного носителя информации (бумага) и, что очень важно, дешевого и эффективного способа записи на носитель (книгопечатание) вызвало настоящий информационный бум.

Но что хорошо для человека – не подходит компьютеру. И с изобретением первой ЭВМ человеку пришлось искать новые, совершенно отличные от традиционных способы хранения информации. В этом цикле статей я попытаюсь сделать обзор различных методов и технологий хранения информации, применявшихся с момента появления первых компьютеров и до нашего времени.

Что такое память 
Систему называют запоминающим устройством (ЗУ), если она обладает способностью воспринимать и сохранять информацию, а затем при определенных условиях частично или полностью адекватно воспроизводить ее, обеспечивая достаточно длинный временной интервал между моментами прихода и использования информации. Простейшая модель, обладающая свойством памяти, состоит из запоминающих элементов (ячеек памяти), связанных с каналом ввода/вывода информации. Поскольку в вычислительной технике информация представлена в двоичном коде, то запоминающее устройство должно содержать набор элементов, которые могут находиться в двух устойчивых состояниях. Каждый такой элемент называется ячейкой памяти и имеет собственный уникальный адрес.

Основные характеристики ЗУ 
Важнейшими характеристиками ЗУ являются информационная емкость и быстродействие. 
 
Информационная емкость ЗУ определяется количеством единиц информации, которое может храниться в нем. Как правило, информационной емкостью называется только полезный объем хранимой информации, в нее не включается размер памяти, занятый служебной информацией, например резервные области, синхродорожки, инженерные цилиндры и пр. 
 
Минимальной единицей информации является бит или же кратные ей единицы: килобит (1 кб=1024 бита), мегабит (1Мб=1024кб), гигабит (1Гб=1024Мб). Но чаще пользуются единицей байт (1Байт=8бит), или же кратными ей единицами: килобайт (1 кБ=1024 Байта), мегабайт (1МБ=1024КБ), гигабайт (1ГБ=1024МБ). Для измерения больших объемов памяти используются терабайты и петабайты. В сокращенных наименованиях единиц, дабы не спутать, например килобайты и килобиты, мы будем использовать следующее соглашение: если подразумевается бит, то используются строчные буквы (б, кб, Мб, Гб), соответственно байты будем обозначать прописными - Б, кБ, МБ, ГБ.

Быстродействие ЗУ характеризуется его временными характеристиками, к которым относятся:

Время обращения (время цикла) характеризуем максимальную частоту обращения к данному ЗУ при считывании или записи информации. 
Время считывания (выборки) информации - интервал времени обращения к ЗУ от подачи сигнала считывания и до получения выходного сигнала. 
Время записи информации - интервал времени от момента подачи сигнала обращения к ЗУ до момента готовности ЗУ к приему следующей порции информации.

Важными характеристиками ЗУ являются также надежность, масса  устройства, габариты, потребляемая мощность и стоимость.

Классификация ЗУ 
Запоминающие устройства можно классифицировать всевозможными способами, например по назначению, адресации, характеру хранения информации, физическим принципам работы, технологии изготовления и т.д. 
 
По назначению ЗУ разделяют на кратковременные и долговременные. 
ЗУ предназначенные для кратковременного хранения информации называются оперативным запоминающим устройством (ОЗУ или RAM). Как уже ясно из названия, они применяются для хранения часто меняющейся информации. При отключении питания информация, хранящаяся в таком ЗУ, теряется. Долговременные, или, как их еще называют, постоянные запоминающие устройства (ПЗУ или ROM), предназначены для длительного хранения информации. Информация, записанная в таком ЗУ при отключении питания, сохраняется достаточно длительное время и может быть по мере надобности использована. ПЗУ делятся на собственно ПЗУ и ППЗУ. В ПЗУ информация может быть записана один раз, а ППЗУ допускают многократную запись/стирание информации. 
Интересна возможность использования ППЗУ в качестве ОЗУ. До последнего времени тому было два серьезных препятствия: низкая скорость записи информации в ППЗУ (на порядки меньшая, чем в ОЗУ) и высокая стоимость устройств ППЗУ. С развитием технологий себестоимость устройств ППЗУ постоянно снижается, а скорость работы возрастает. Возможно, скоро мы увидим компьютеры, работающие на совсех других принципах; по крайней мере информация о новых видах памяти, призванных заменить собой все существующие, время от времени появляется. – Прим. автора 
Чаще всео ПЗУ и ППЗУ используются для хранения внешних данных – отсюда еще их одно собирательное название - ВЗУ (внешние запоминающие устройства) 
 
По методу адресации запоминающие устройства делятся в основном на устройства с последовательной и произвольной выборкой (доступом). Последовательная и произвольная адресация - далеко не единственно возможные методы доступа к информации. Например, можно упомянуть так называемые ЗУ с ассоциативной выборкой, но они достаточно экзотичны, поэтому мы на них останавливаться не будем. 
 
В ЗУ с последовательным доступом для нахождения ячейки памяти с записанной информацией необходимо последовательно просмотреть все ячейки от начала массива памяти и до нужного нам адреса. Время доступа к произвольной ячейке памяти, таким образом, напрямую зависит от адреса ячейки. 
 
Можно было бы предположить, что в ЗУ с произвольным доступом время обращения одинаково для всех ячеек, но это верно далеко не всегда. Если для ОЗУ время обращения к любой ячейке памяти практически одинаково, то в случае жесткого диска (HDD) время доступа к какому-либо сектору складывается из времени подвода считывающей головки к нужной дорожке (seek time), ожидания подхода нужного сектора и времени на саму операцию чтения или записи. 
 
Кроме того, все ЗУ можно также разделить на ЗУ, где носитель информации объединен с устройством чтения/записи (например, жесткие диски) и на ЗУ со съемными носителями. Примером последних являются флоппи-диски. 
 
И, наконец, ЗУ делятся на физические, магнитные, оптические, полупроводниковые устройства. Опять-таки, это не полный перечень типов памяти, но устройства, использующие другие принципы хранения информации, пока еще (или уже) не получили «прописки» в массовой компьютерной технике.

В этой части  статьи объектами нашего пристального внимания станут ископаемые образчики  запоминающих устройств – ЗУ с  последовательным доступом. Большая  часть из них уже повымерла, но отдельные экземпляры… простите, технологии дожили до наших дней и не просто дожили, а еще и бурно эволюционируют.

Живыми займемся во второй части статьи, а сейчас прогуляемся по эдакому компьютерному  паноптикуму, куда несомненно попали почившие древние образцы ЗУ с последовательным доступом.

Основными представителями  древних устройств последовательного  доступа являются накопители на перфокартах, на перфолентах, и магнитных картах (НМК). Эти типы устройств появились  на заре компьютерного века и повсеместно  использовались в ЭВМ того времени.

До тех пор, пока не были разработаны дешевые  и эффективные ЗУ с произвольным доступом, устройства последовательного  доступа использовались для ввода  и обработки оперативной информации.

Накопители на перфокартах и перфолентах

Первым носителем информации в электронно-вычислительных машинах стала все та же старая добрая бумага. Для ввода данных в память первых ЭВМ использовались перфоленты и перфокарты, применявшиеся в разнообразных программируемых устройствах с начала XIX-века (например, в ткацких станках – прим. авт.)

Перфоленты представляли собой длинные бумажные ленты, а  перфокарты - кусочки картона определенного  размера. И на те и на другие информация наносилась путем пробивания в определенном порядке отверстий и считывания информации механическим или оптическим методом. Все ЭВМ, начиная с самых первых (ABC, Z-серия Цузе, Марк I, ЭНИАК) и до сравнительно недавнего времени (у меня лично дома хранятся перфокарты датированные 1982-м годом) использовали этот принцип ввода/вывода/хранения информации.

На перфокарте стандартно помещалось 80 символов. Скорость считывания с перфокарты зависела от конкретной реализации устройства считывания и колебалась в пределах от 20-50 перфокарт/мин в первых ЭВМ и до 2000 в более новых машинах, таких как ЭВМ ЕС-серии (конец 70-х годов). Такое быстродействие достигалось использованием нескольких ридеров (устройств чтения) перфокарт параллельно. Запись информации («пробивка дырок») производилась со скоростью 10-250 перфокарт в минуту.

Для складирования  перфокарт требовались огромные хранилища. Для сравнения: стопка перфокарт  размером с обычный жесткий диск форм-фактора 3.5” содержала бы всего  около 8КБ информации. А если бы нам потребовалось сохранить 80ГБ информации (обычная на сегодняшний день емкость жесткого диска), то перфокарты заняли бы объем около 5000м3, что соответствует помещению размером 30м x 60м и высотой 3 метра. И это еще без учета неплотного прилегания карт друг к другу! Что и говорить, видео с такого носителя не посмотришь. И стопка карт получится высотой в 2 километра, и подавать их в устройство чтения умаешься (смайл).

Что до перфоленты, то информационная емкость зависела от длины рулона и составляла обычно 10-100КБ. Скорость считывания составляла до 1500 строк в секунду, скорость записи до 200.

И перфоленты и  перфокарты относятся к ЗУ последовательного  доступа со сменным носителем физического типа. Стоит отметить, что использование подобных ЗУ требовало обязательного участия оператора, информация записывалась один раз, а надежность носителя оставляла желать много лучшего.

С течением времени  увеличивались требования к быстродействию, емкости и удобству работы с ЗУ. Перфокарты и перфоленты даже с учетом постоянного совершенствования устройств чтения/записи уже не могли удовлетворить растущие запросы пользователей ЭВМ. Главным препятствием становилась изначально присущая им одноразовость носителя информации. Появление новых, более эффективных принципов хранения информации стало началом конца эры физических носителей, к которым в компьютерной терминологии относятся перфокарты и перфоленты. 
Действительно, одна пробитая неправильно дырка – и перфоноситель можно было смело отправлять в утиль, хотя я слышал страшные истории от программистов со стажем, как они вручную пробивали и заклеивали отверстия на перфокартах, исправляя мелкие ошибки в программах - Прим. автора.

Накопители, использующие принципы магнитной записи

В середине XX века был предложен новый метод  хранения информации в ЭВМ, основанный на магнитной записи.

Суть его вкратце  состоит в том, что рабочая  поверхность носителя изготавливается  из специального материала - ферромагнетика. Если воздействовать на него внешним магнитным полем, то после прекращения воздействия проявляется остаточная намагниченность вещества. Ее-то и регистрируют затем считывающие устройства. Чтение/запись информации производятся специальной магнитной головкой, перемещающейся относительно магнитного носителя.

Устройства, реализующие  этот принцип, начали появляться с 1951 года. Некоторые из них дожили и до нашего времени – стримеры, жесткие диски, флоппи-драйвы, ZIP-драйвы. В этой же части  обзора мы рассмотрим только ставшие историей накопители на магнитных картах.

Накопители на магнитных картах (НМК)

Накопители на магнитных картах (НМК) по конструкции  весьма напоминают накопители на перфокартах. Сама же магнитная карта представляет собой прямоугольный отрезок носителя с магнитным покрытием. Карты помещаются в специальное хранилище - магазин. При обращении к ЗУ специальное устройство осуществляет выбор или подачу из магазина заданной карты.

Информация на магнитную карту может быть записана неоднократно, то есть НМК относится  к ППЗУ. Стандартная информационная емкость магнитной карты – 1КБ. Считывание/стирание/запись информации производится с помощью магнитных  головок и существенно выше, чем при работе с перфокартами (см. табл. 1).

В отличие от перфокарт и перфолент, магнитные  карты хоть уже и не применяются  в современных компьютерах, но используются в других областях, например в качестве кредитных или идентификационных  карточек. Носителем информации в них является магнитная полоса. Правда сейчас они активно вытесняются смарт-картами и RFID-картами и в ближайшее время тоже канут в прошлое.

Накопители на магнитной карте не были мейнстримом, они использовались в ограниченном числе моделей машин, гораздо большее распространение получили их «родственники» - накопители на магнитной ленте или стримеры, но о них в следующей части.

Таблица 1. Сравнение параметров устаревших видов ЗУ с последовательным доступом

Системная память: ОЗУ, ПЗУ, кеш.

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так  как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает. Доступ к элементам оперативной памяти прямой — это означает, что каждый байт памяти имеет свой индивидуальный адрес.

Объем ОЗУ обычно составляет от 32 Мбайт и более, а  для эффективной работы современного программного обеспечения желательно иметь не менее 64 Мбайт ОЗУ. Обычно ОЗУ исполняется из интегральных микросхем памяти DRAM (Dynamic RAM — динамическое ОЗУ). Микросхемы DRAM работают медленнее, чем другие разновидности памяти, но стоят дешевле.

Каждый информационный бит в DRAM запоминается в виде электрического заряда крохотного конденсатора, образованного в структуре полупроводникового кристалла. Из-за токов утечки такие конденсаторы быстро разряжаются, и их периодически (примерно каждые 2 миллисекунды) подзаряжают специальные устройства. Этот процесс называется регенерацией памяти (Refresh Memory).

Важная характеристика модулей памяти — время доступа  к данным, которое обычно составляет 60 – 80 наносекунд.

Кэш-память

Кэш (англ. cache), или сверхоперативная память — очень быстрое ЗУ небольшого объёма, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью.

Кэш-памятью  управляет специальное устройство — контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память. При этом возможны как "попадания", так и "промахи". В случае попадания, то есть, если в кэш подкачаны нужные данные, извлечение их из памяти происходит без задержки. Если же требуемая информация в кэше отсутствует, то процессор считывает её непосредственно из оперативной памяти. Соотношение числа попаданий и промахов определяет эффективность кэширования.

Кэш-память реализуется  на микросхемах статической памяти SRAM (Static RAM), более быстродействующих, дорогих и малоёмких, чем DRAM. Современные  микропроцессоры имеют встроенную кэш-память, так называемый кэш первого уровня размером от 128 Кбайт, а кэш второго уровня от 512 Кбайт и выше.

 
Постоянная память (ПЗУ, англ. ROM, Read Only Memory — память только для чтения) — энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребуют изменения. Содержание памяти специальным образом “зашивается” в устройстве при его изготовлении для постоянного хранения. Из ПЗУ можно только читать.

 
Перепрограммируемая постоянная память (Flash Memory) — энергонезависимая память, допускающая многократную перезапись своего содержимого с дискеты. Прежде всего в постоянную память записывают программу управления работой самого процессора. В ПЗУ находятся программы управления дисплеем, клавиатурой, принтером, внешней памятью, программы запуска и остановки компьютера, тестирования устройств. Важнейшая микросхема постоянной или Flash-памяти — модуль BIOS.

 
BIOS (Basic Input/Output System — базовая система ввода-вывода) — совокупность программ, предназначенных для:  
автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера;  
загрузки операционной системы в оперативную память.

Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры (Hardware), а с другой строны — важный модуль любой операционной системы (Software).

Разновидность постоянного ЗУ — CMOS RAM.

CMOS RAM — это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.

Содержимое CMOS изменяется специальной программой Setup, находящейся  в BIOS (англ. Set-up — устанавливать, читается "сетап").

Видеопамять (VRAM) — разновидность оперативного ЗУ, в котором хранятся закодированные изображения. Это ЗУ организовано так, что его содержимое доступно сразу двум устройствам — процессору и дисплею. Поэтому изображение на экране меняется одновременно с обновлением видеоданных в памяти.  

Внешняя память: винчестер, накопители на гибких магнитных  дисках, накопители на компакт-дисках.

Внешняя память. Устройства внешней памяти весьма разнообразны

Диски относятся к носителям информации с прямым доступом, т.е. ПК может обратиться к дорожке, на которой начинается участок с искомой информацией или куда нужно записать новую информацию, непосредственно.

Магнитные диски (МД)— в качестве запоминающей среды используются магнитные материалы со специальными свойствами, позволяющими фиксировать два направления намагниченности. Каждому из этих состояний ставятся в соответствие двоичные цифры — 0 и 1. Информация на МД записывается и считывается магнитными головками вдоль концентрических окружностей - дорожек.

• Гибкие магнитные диски – дискеты или флоппи-диски - магнитный слой наносится на гибкую основу
• Жесткие магнитные диски или «винчестеры» HDD (Hard Disk Drive) изготовлены из сплавов алюминия или из керамики и покрыты ферролаком, вместе с блоком магнитных головок помещены в герметически закрытый корпус. Один ЖД можно разбить при помощи специальной программы на несколько логических дисков и работать с ними как с разными ЖД.

Накопители на оптических дисках – двоичная информация представляется последовательным чередованием углублений и основного слоя. Оптические делятся на:

• не перезаписываемые лазерно-оптические диски или компакт-диски (CD-ROM).
• перезаписываемые CD-RW-диски имеют возможность перезаписывать информацию 
  DVD -

Магнитооптические диски (ZIP) — запись на такой диск производится под высокой температурой намагничиванием активного слоя, а считывание — лучом лазера.

Любое периферийное устройство нуждается в специальных  программах (для управления каждым устройством - своя). Такие программы  называются “драйверами” (от английского drive - приводить в движение, управлять).

Ежегодно создается  около 5 000 000 терабайт новых данных, 92% которых хранится на жестких дисках (согласно исследованиям ученых Калифорнийского  университета в Беркли). Сюда, разумеется, не входит многократно копируемая и тиражируемая информация. И аналитики предсказывают ежегодный рост продаж жестких дисков на 12-15%. Фирмы, производящие «винчестеры», вычерчивают роудмапы до 2013 года, прогнозируя плотность записи до 15 000 Гб на кв. дюйм, то есть емкость такого накопителя форм-фактора 3.5” составит около 50ТБ. Для сравнения: у современных накопителей она на уровне 100-150 Гб/кв.дюйм. 
 
Анатомия накопителей на жестких магнитных дисках 
Конструкция большинства накопителей на жестких магнитных дисках (далее: накопитель) схожа. Типичный накопитель (см. рис.1) состоит из двух основных частей: гермоблока (также называемого камерой или, на жаргоне, «банкой») и платы контроллера. 
 
 
 
Внутри гермоблока размещается диск или набор из нескольких дисков, насаженных на один шпиндель и вращаемых электродвигателем, блок магнитных головок (БМГ) с механизмом их перемещения, а также схема предварительного усилителя сигнала. 
 
Магнитные диски, называемые пластинами (а на жаргоне - "блинами"), выполнены из алюминия (иногда из других материалов, например, из специального стекла). Поверхность пластин отполирована и покрыта магнитным материалом (рис 2). 
 
 
 
Информация заносится на концентрические дорожки, равномерно распределенные по всему носителю. В случае большего, чем один диск, числа носителей, все дорожки, находящиеся одна под другой, называются цилиндром. Операции чтения/записи производятся подряд над всеми дорожками цилиндра, после чего головки перемещаются на новую позицию. 
 
Для вращения дисков применяется электродвигатель, состоящий из неподвижного якоря с обмотками и вращающегося постоянного магнита. Он обеспечивает постоянное вращение дисков с высокой скоростью (от 4500 до 15000 об./мин.). Двигатель оборудован специальными подшипниками, либо шариковыми, либо более совершенными жидкостными, в которых используется особое масло. Жидкостные подшипники имеют более низкий уровень шума и почти не выделяют тепла во время работы. Кроме того, некоторые современные накопители имеют двигатель, целиком погруженный в герметичный сосуд с маслом для более эффективного отвода тепла от обмоток. 
 
В ранних моделях накопителей управление позиционированием и перемещением БМГ осуществлялось при помощи специального шагового двигателя. В этих системах головки перемещались на определенную величину, соответствующую расстоянию между дорожками. Дискретность шагов зависела либо от характеристик шагового двигателя, либо задавалась специальными сервометками на диске. 
 
Сейчас же для управления головками в основном используется соленоидный привод. Он представляет собой плоскую катушку-соленоид, помещенную между полюсами постоянного магнита и закрепленную на конце рычага, вращающегося на подшипнике. На другом его конце находится легкая стрелка с магнитными головками. Катушка способна перемещаться в магнитном поле под действием проходящего через нее тока, передвигая одновременно все головки в радиальном направлении. 
 
Для определения необходимого положения головок служат специальные сервисные сигналы, записанные на носитель при его производстве и считываемые при позиционировании головок. В некоторых устройствах для сервосигналов используется целая поверхность и специальная головка или оптический датчик. Такой способ организации серводанных носит название «выделенная запись сервосигналов». Если сервосигналы записываются на те же дорожки, что и данные, и для них выделяется специальный сервосектор, а чтение производится теми же головками, что и чтение данных, то такой механизм называется «встроенная запись сервосигналов». Выделенная запись обеспечивает более высокое быстродействие, а встроенная - повышает емкость устройства. 
 
Соленоидные приводы перемещают головки значительно быстрее, чем шаговые, кроме того, они позволяют производить небольшие радиальные перемещения «внутри» дорожки, что позволяет отслеживать центр окружности серводорожки. Этим достигается положение головки, наилучшее для считывания с каждой дорожки, что значительно повышает достоверность считываемых данных. 
 
Как правило, все устройства с соленоидным приводом имеют автоматический механизм парковки головок чтения/записи при отключении питания устройства. 
 
В нерабочем состоянии накопителя головки находятся вблизи центра дисков, в "парковочной зоне" (landing zone) и прижаты к пластинам фиксатором. 
 
В работающем же накопителе головки создающимся потоком воздуха приподнимаются над поверхностью дисков, преодолевая усилие пружин. Толщина воздушной прослойки между диском и головкой у современных накопителей всего 0,1 мкм. Так как механический контакт головки с диском отсутствует, износа дисков и головок не происходит. 
 
Гермоблок, несмотря на название, не полностью герметичен. Давление внутри и снаружи выравнивается с помощью фильтра. При вращении дисков создается сильный поток воздуха, который циркулирует внутри корпуса и постоянно очищается еще одним, внутренним фильтром от пыли, сумевшей каким-то образом попасть внутрь. 
 
Контроллер представляет собой плату электроники накопителя, на которой расположены схемы управления вращением двигателя, перемещением БМГ, управляющий микропроцессор с набором периферийных контроллеров, флэш-ПЗУ, ОЗУ, выполняющая роль буфера (кэша) жесткого диска, также на плате расположены схемы обработки сигнала. Контроллер размещается за пределами гермоблока, как правило, в его нижней части. 
 
История жестких дисков 
Можно сказать, что история жестких дисков началась в 1952 году, когда корпорация IBM предложила одному из своих ведущих инженеров, Рейнольду Джонсону, возглавить новую исследовательскую лабораторию, основной задачей которой ставился поиск альтернативы медленным перфокартам и магнитным лентам с последовательным доступом. Или, если ориентироваться на результат, то отсчет эры магнитных дисков нужно вести от 13 сентября 1956 года. Именно тогда IBM представила компьютер IBM 305 RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control), оснащенный первым накопителем на жестких магнитных дисках IBM 350 Disk File. 
 
Накопитель представлял собой огромный шкаф весом почти в тонну, в котором находился пакет из 50 дисков диаметром 24 дюйма, вращавшихся со скоростью 1200об/мин. Пластины диска были смонтированы на вращающемся шпинделе и покрыты пленкой оксида железа, а головки чтения и записи были смонтированы на кронштейне, который перемещался вверх-вниз на вертикальном стержне, причем время доставки головки к нужной дорожке составляло менее одной секунды (!!!). Среднее время доступа к произвольной ячейке равнялось примерно 1 секунде. Емкость RAMAC 350 Disk File составляла по тем временам совершенно умопомрачительную цифру – 5.000.000 байт (~4,4МБ) при плотности записи 2кб/кв.дюйм. 
 
Уже тогда в нем были заложены концепции, которые определили развитие отрасли на десятилетия, - вращающиеся пластины с магнитным покрытием, концентрические дорожки записи, быстрый доступ к любой случайно выбранной дорожке. А продольное расположение магнитных доменов продержалось ни много, ни мало полвека, и только в последние годы производители жестких дисков начали осваивать технологию перпендикулярной записи, которую в свое время рассматривали создатели RAMAC наряду с продольной записью, сделав нелегкий выбор в пользу последней :-). 
 
Не следует думать, что IBM изобрела что-то уникальное. Нет, группа Джонсона просто стала первой из тех, кто выпустил из недр лаборатории работающий жесткий диск. Несколько компаний были близки к созданию такого устройства, в том числе очень известная в то время компания Univac. Последняя была вполне в состоянии опередить IBM, но… отдала предпочтение магнитным барабанам. Рынок ей этого не простил. 
 
После фурора, произведенного первым жестким диском, всю дальнейшую историю развития этого класса накопителей можно вкратце охарактеризовать как поступательное движение в направлении увеличения поверхностной плотности записи на пластину. Параллельно возрастала скорость вращения шпинделя, сокращалось время доступа, уменьшались габариты и масса, совершенствовались потребительские свойства, среди которых приоритетным постепенно становился жизненный цикл изделия. 
 
Что добавила с тех пор принципиального инженерная мысль? Фактически только сервометки, гермоблок и принцип «одна поверхность – одна пара головок». 
 
В 1971 году той же IBM в модели 3330-1 Merlin была реализована идея отдельных головок чтения/записи для каждой поверхности. А в 1973 году появился накопитель IBM 3340. По сравнению с RAMAC, он стал намного миниатюрнее (эдакий шкафчик высотой в метр), в нем был впервые реализовано «парение» головок над поверхностью, а корпус, где находились диски, стал герметичным. Плотность записи была доведена до 1,7Мб на квадратный дюйм, а время доступа снижено до 25мс. Вполне справедливо считают эту модель родоначальником современных жестких дисков. Кстати, именно этот накопитель получил неофициальное прозвище «винчестер», широко употребляемое сейчас, как короткий синоним словосочетания «накопитель на жестких магнитных дисках». Такое прозвище ему дали за емкость: он имел несменяемую емкость 30Мбайт и 30МБ в сменном отсеке по аналогии со знаменитой винтовкой 30-30 Winchester. В том же 1973 году IBM впервые применила сервотехнологию для позиционирования головок на пластинах. 
 
А в 1979 году все та же IBM ввела в обращение тонкопленочную технологию изготовления магнитных головок. Это позволило довести плотность магнитной записи до 7,9млн.бит на квадратный дюйм. Она была применена в накопителе IBM Piccolo – первом жестком диске формата 8”.  
 
К 1980 году эпоха безраздельного царствования IBM закончилась – на рынке появились накопители других компаний, например, Seagate Technology. Кстати, первый накопитель форм-фактора 5.25” был выпущен именно этой компанией. С тех пор миниатюризация пошла полным ходом: в 1983 году Rodime запустила в продажу 3,5-дюймовые диски, а в 1988-м появился первый 2.5-дюймовый накопитель от PrairieTek. И, наконец, IBM первой в мире представила однодюймовый жесткий диск — Microdirve объемом 340МБ. Это произошло в 1999 году. 
 
Диски уменьшались, емкость же их росла. Четверть века понадобилось индустрии для того, чтобы взять рубеж в 1ГБ. Это произошло в 1982 году. Компания Hitachi вошла в историю с накопителем H-8598 емкостью 1,2ГБ. 
 
На взятие следующего знакового рубежа в 1ТБ снова потребовалось четверть века. В 2006 году компанией Hitachi был выпущен терабайтный винчестер. 
 
Параллельно с емкостью росла и скорость вращения шпинделя. В 1993 г. Seagate Technology представила первый накопитель со скоростью вращения шпинделя 7200об/мин — 2,1ГБ ST121550 Barracuda, а винчестер со скоростью 10000 оборотов в минуту появился через четыре года в линейке продуктов той же Seagate. Это был ST19101 Cheetah 9 емкостью 9,1Гбайт. Рекорд в 1998 году побила Hitachi. Диски в ее накопителе DK3F-1 емкостью 9,2ГБ, вращались со скоростью 12 000об/мин. А первый «пятнадцатитысячник» был выпущен на рубеже XXI века (в 2000 году) компанией Seagate. Им стал 18,4-гигабайтный ST318451 Cheetah X15. 
 
Ну и, наконец, с 2005 года начали появляться модели, основанные на ином методе магнитной записи – перпендикулярном. Первой отметилась накопителем на этом принципе компания Toshiba, выпустив 1,8-дюймовый жесткий диск MK4007 GAL, емкостью 40ГБ. Но в продажу первой запустила перпендикулярные диски не Toshiba, а все та же Seagate в 2006 году.