Kiintolevyasema -Hard disk drive

Kovalevy
IBM 350 RAMAC.jpg
Osittain purettu IBM 350 (RAMAC)
Keksintöpäivämäärä 24. joulukuuta 1954 ; 67 vuotta sitten ( 24.12.1954 )
Keksijä Rey Johnsonin johtama IBM -tiimi
2,5 tuuman kannettavan tietokoneen kiintolevyaseman sisäosat
Purettu ja merkitty 1997 HDD makaa peilin päällä
Yleiskatsaus kiintolevyjen toiminnasta

Kiintolevyasema ( HDD ), kiintolevy, kiintolevy tai kiinteä levy on sähkömekaaninen tiedontallennuslaite, joka tallentaa ja hakee digitaalista tietoa käyttämällä magneettista tallennustilaa yhdellä tai useammalla jäykällä, nopeasti pyörivällä magneettimateriaalilla päällystetyllä levyllä. Levyt on yhdistetty magneettipäihin , jotka on yleensä järjestetty liikkuvaan toimilaitteen varteen, jotka lukevat ja kirjoittavat tietoja lautasen pinnoille. Tietoihin päästään satunnaisesti , mikä tarkoittaa, että yksittäisiä tietolohkoja voidaan tallentaa ja hakea missä tahansa järjestyksessä. Kiintolevyt ovat eräänlainen haihtumaton tallennusväline , joka säilyttää tallennetut tiedot, kun virta katkaistaan. Nykyaikaiset kiintolevyt ovat tyypillisesti pienen suorakaiteen muotoisen laatikon muodossa .

IBM esitteli vuonna 1956 kiintolevyt, jotka olivat yleiskäyttöisten tietokoneiden hallitseva toissijainen tallennuslaite 1960 -luvun alusta alkaen. Kiintolevyt säilyttivät tämän aseman palvelimien ja henkilökohtaisten tietokoneiden nykyaikana , vaikka suuria määriä tuotetut henkilökohtaiset tietokonelaitteet, kuten matkapuhelimet ja tabletit, käyttävät flash-muistia . Yli 224 yritystä on valmistanut kiintolevyjä historiallisesti , vaikka laajan toimialan konsolidoinnin jälkeen useimmat yksiköt ovat Seagaten , Toshiban ja Western Digitalin valmistamia . Kiintolevyt hallitsevat palvelimille tuotetun tallennustilan määrää ( eksatavua vuodessa). Vaikka tuotanto kasvaa hitaasti (toimitetuilla eksatavuilla), myyntitulot ja yksikkötoimitukset laskevat, koska SSD- levyillä on korkeampi tiedonsiirtonopeus, suurempi tallennustiheys, jonkin verran parempi luotettavuus ja paljon lyhyemmät viiveet ja käyttöajat.

Tuotot SSD-levyistä, joista suurin osa käyttää NAND-flash-muistia , ylittivät hieman kiintolevyjen tulot vuonna 2018. Flash-tallennustuotteiden tuotto oli yli kaksinkertainen kiintolevyasemiin verrattuna. Vaikka SSD-levyjen bittihinta on neljästä yhdeksään kertaa korkeampi, ne korvaavat kiintolevyt sovelluksissa, joissa nopeus, virrankulutus, pieni koko, suuri kapasiteetti ja kestävyys ovat tärkeitä. Vuodesta 2019 lähtien SSD-levyjen bittihinta on laskemassa, ja kiintolevyjen hintapreemio on kaventunut.

Kiintolevyn ensisijaiset ominaisuudet ovat sen kapasiteetti ja suorituskyky . Kapasiteetti määritellään yksikköetuliitteillä , jotka vastaavat 1000:n tehoja: 1 teratavun (TB) levyn kapasiteetti on 1 000 gigatavua (GB; missä 1 gigatavu = 1 miljardi (10 9 ) tavua ). Yleensä osa kiintolevyn kapasiteetista ei ole käyttäjän käytettävissä, koska tiedostojärjestelmä ja tietokoneen käyttöjärjestelmä käyttävät sitä , ja mahdollisesti sisäänrakennettu redundanssi virheiden korjaamista ja palautusta varten. Tallennuskapasiteetin suhteen voi olla hämmennystä, koska kiintolevyjen valmistajat ilmoittavat kapasiteetit desimaaligigatavuina (1000 potenssia), kun taas yleisimmin käytetyt käyttöjärjestelmät raportoivat kapasiteetit 1024 tehoissa, mikä johtaa mainostettua pienempään määrään. Suorituskyky määritellään ajaksi, joka tarvitaan päiden siirtämiseen rataan tai sylinteriin (keskimääräinen pääsyaika), aika, joka kuluu halutun sektorin liikkumiseen pään alla (keskimääräinen latenssi , joka on fyysisen pyörimisnopeuden funktio kierroksina minuutissa ), ja lopuksi tiedonsiirtonopeus (datanopeus).

Nykyaikaisten kiintolevyjen kaksi yleisintä muototekijää ovat 3,5 tuuman pöytätietokoneille ja 2,5 tuuman ensisijaisesti kannettaville tietokoneille. Kiintolevyt liitetään järjestelmiin tavallisilla liitäntäkaapeleilla , kuten PATA (Parallel ATA), SATA (Serial ATA), USB- tai SAS ( Serial Attached SCSI ) -kaapeleilla.

Historia

Video nykyaikaisesta kiintolevyn toiminnasta (kansi poistettu)
HDD:n ominaisuuksien paraneminen ajan myötä
Parametri Alkoi (1957) Parannettu Parantaminen
Kapasiteetti
(alustettu)
3,75  megatavua 18  teratavua (vuodesta 2020) 4,8 miljoonaa yhteen
Fyysinen tilavuus 68 kuutiojalkaa (1,9  m 3 ) 2,1 kuutiometriä (34  cm 3 ) 56 000 yhteen
Paino 2000 puntaa
(910  kg )
2,2 unssia
(62  g )
15 000 yhteen
Keskimääräinen käyttöaika noin 600  millisekuntia 2,5 ms - 10 ms; RW RAM -muistista riippuvainen noin
200 yhteen
Hinta 9 200 dollaria megatavulta (1961; 83 107 dollaria vuonna 2021) 0,024 dollaria gigatavua kohden vuoteen 2020 mennessä 3,46 miljardia yhteen
Tietojen tiheys 2000  bittiä neliötuumaa kohti 1,3 terabittiä neliötuumaa kohti vuonna 2015 650 miljoonaa yhteen
Keskimääräinen elinikä c. 2000 tuntia MTBF c. 2 500 000 tuntia (~ 285 vuotta) MTBF 1250 yhteen

Ensimmäinen tuotannossa oleva IBM:n kiintolevyasema, 350 levyn tallennustila , toimitettiin vuonna 1957 osana IBM 305 RAMAC -järjestelmää. Se oli suunnilleen kahden keskikokoisen jääkaapin kokoinen ja siinä oli viisi miljoonaa kuuden bitin merkkiä (3,75 megatavua ) 52 levyn pinoon (100 käytettyä pintaa). 350:ssä oli yksi varsi, jossa oli kaksi luku-/kirjoituspäätä, toinen ylöspäin ja toinen alaspäin, jotka liikkuivat sekä vaakasuunnassa vierekkäisten lautasten välillä että pystysuunnassa lautasparista toiseen sarjaan. IBM 350 : n muunnelmia olivat IBM 355 , IBM 7300 ja IBM 1405 .

Vuonna 1961 IBM julkisti ja vuonna 1962 toimitti IBM 1301 -levytallennusyksikön, joka korvasi IBM 350:n ja vastaavat asemat. 1301 koostui yhdestä (mallissa 1) tai kahdesta (mallissa 2) moduulista, joista jokainen sisälsi 25 lautasta, joista jokainen oli noin 3,2 mm paksu ja halkaisijaltaan 24 tuumaa (610 mm ) . Kun aikaisemmat IBM:n levyasemat käyttivät vain kahta luku-/kirjoituspäätä vartta kohden, 1301:ssä 48 pään (kampa) ryhmä, jokainen ryhmä liikkui vaakasuunnassa yhtenä yksikkönä, yksi pää per pinta. Sylinteritilan luku-/kirjoitustoimintoja tuettiin, ja päät lensivät noin 250 mikrotuumaa (noin 6 µm) lautasen pinnan yläpuolella. Pääryhmän liike riippui hydraulisten toimilaitteiden binaarisesta summausjärjestelmästä, joka varmisti toistettavan asennon. 1301-kaappi oli suunnilleen kolmen vierekkäin asetetun kodin jääkaapin kokoinen, ja se sisälsi noin 21 miljoonaa kahdeksan bitin tavua moduulia kohden. Pääsyaika oli noin neljännes sekunti.

Myös vuonna 1962 IBM esitteli mallin 1311 levyaseman, joka oli noin pesukoneen kokoinen ja tallensi kaksi miljoonaa merkkiä irrotettavalle levypakkaukselle . Käyttäjät voivat ostaa lisäpakkauksia ja vaihtaa niitä tarpeen mukaan, aivan kuten magneettinauharullia . Myöhemmät IBM:n ja muiden irrotettavien pakkausasemien malleista tuli normi useimmissa tietokoneasennuksissa, ja niiden kapasiteetti saavutti 300 megatavua 1980-luvun alussa. Ei-irrotettavia kiintolevyjä kutsuttiin "kiinteiksi levyaseiksi".

Vuonna 1963 IBM esitteli 1302:n, jossa on kaksinkertainen telakapasiteetti ja kaksi kertaa enemmän teloja per sylinteri kuin 1301:ssä. 1302:ssa oli yksi (mallille 1) tai kaksi (mallille 2) moduulia, joista jokaisessa oli erillinen kampa ensimmäiselle 250:lle. kappaleet ja viimeiset 250 kappaletta.

Jotkut korkean suorituskyvyn kiintolevyt valmistettiin yhdellä päällä raitaa kohden, esim . Burroughs B-475 vuonna 1964, IBM 2305 vuonna 1970, joten aikaa ei hukattu päiden fyysiseen siirtämiseen raidalle ja ainoa viive oli halutun aika. Tietolohko kiertyy pään alle. Kiinteäpäisinä tai head-per-track-levyasemina tunnetut ne olivat erittäin kalliita, eivätkä ne ole enää tuotannossa.

Vuonna 1973 IBM esitteli uuden tyyppisen HDD:n koodinimeltään " Winchester ". Sen ensisijainen erottuva piirre oli, että levypäitä ei poistettu kokonaan levyalustojen pinosta, kun asema sammutettiin. Sen sijaan päiden annettiin "laskeutua" erityiselle alueelle levyn pinnalla, kun ne käännettiin alas, "nousevat" uudelleen, kun levy myöhemmin käynnistettiin. Tämä alensi huomattavasti pään toimilaitteen kustannuksia, mutta esti vain levyjen poistamisen asemasta, kuten tehtiin nykyisten levypakettien kanssa. Sen sijaan ensimmäisissä "Winchester-tekniikkaa" käyttävien asemien malleissa oli irrotettava levymoduuli, joka sisälsi sekä levypaketin että pääkokoonpanon, jolloin toimilaitteen moottori jäi asemaan poiston yhteydessä. Myöhemmin "Winchester"-asemat hylkäsivät irrotettavan median konseptin ja palasivat ei-irrotettaville lautasille.

Vuonna 1974 IBM esitteli kääntövarren toimilaitteen, joka on mahdollista, koska Winchester-tallennuspäät toimivat hyvin vinossa tallennettujen raitojen suhteen. IBM:n brittiläisessä Hursley Labsissa keksityn IBM GV (Gulliver) -aseman yksinkertaisesta suunnittelusta tuli IBM:n kaikkien aikojen lisensoiduin sähkömekaaninen keksintö. Toimilaite ja suodatusjärjestelmä otettiin käyttöön 1980-luvulla lopulta kaikille kiintolevyille, ja se on edelleen lähes universaali. 40 vuotta ja 10 miljardia aseita myöhemmin.

Kuten ensimmäisessä irrotettavassa asemassa, ensimmäisissä "Winchester"-asemissa käytettiin halkaisijaltaan 14 tuumaa (360 mm) levyjä. Vuonna 1978 IBM esitteli kääntövarsikäyttöisen IBM 0680:n (Piccolo), jossa on kahdeksan tuumaa lautasia. Se tutkii mahdollisuutta, että pienemmät lautaset voisivat tarjota etuja. Muut kahdeksan tuuman asemat seurasivat, sitten 5+14  tuuman (130 mm) asemat, jotka on mitoitettu korvaamaan nykyaikaiset levykeasemat . Viimeksi mainitut oli tarkoitettu ensisijaisesti tuolloin aloitteleville henkilökohtaisten tietokoneiden (PC) markkinoille.

Ajan myötä, kun tallennustiheydet kasvoivat huomattavasti, levyn halkaisijan pienentäminen edelleen 3,5" ja 2,5" havaittiin optimaalisena. Tehokkaat harvinaisten maametallien magneettimateriaalit tulivat edullisiksi tänä aikana, ja ne täydensivät kääntövarren toimilaitteen rakennetta mahdollistaakseen nykyaikaisten kiintolevyjen kompaktit muodot.

1980-luvun alussa kiintolevyt olivat harvinainen ja erittäin kallis lisäominaisuus PC-tietokoneissa, mutta 1980-luvun lopulla niiden hinta oli laskenut siihen pisteeseen, että ne olivat vakiona kaikissa paitsi halvimmissa tietokoneissa.

Useimmat kiintolevyt myytiin 1980-luvun alussa PC:n loppukäyttäjille ulkoisena lisäosajärjestelmänä. Osajärjestelmää ei myyty aseman valmistajan nimellä, vaan osajärjestelmän valmistajan nimellä, kuten Corvus Systems ja Tallgrass Technologies , tai PC-järjestelmän valmistajan nimellä, kuten Apple ProFile . IBM PC/XT vuonna 1983 sisälsi sisäisen 10 Mt:n kiintolevyn, ja pian sen jälkeen sisäiset kiintolevyt yleistyivät henkilökohtaisissa tietokoneissa.

Ulkoiset kiintolevyt pysyivät suosittuina paljon pidempään Apple Macintoshissa . Monissa vuosina 1986-1998 tehdyissä Macintosh-tietokoneissa oli SCSI -portti takana, mikä teki ulkoisesta laajentamisesta helppoa. Vanhemmissa pienikokoisissa Macintosh-tietokoneissa ei ollut käyttäjän käytettävissä olevia kiintolevypaikkoja (itse asiassa Macintosh 128K , Macintosh 512K ja Macintosh Plus eivät sisältäneet kiintolevypaikkaa ollenkaan), joten näissä malleissa ulkoiset SCSI-levyt olivat ainoa järkevä vaihtoehto laajentaa sisäistä tallennustilaa.

Kiintolevyn parannuksia on johtanut kasvava aluetiheys , joka on lueteltu yllä olevassa taulukossa. Sovellukset laajenivat 2000- luvulla 1950-luvun lopun keskustietokoneista useimpiin massamuistisovelluksiin , mukaan lukien tietokoneet ja kuluttajasovellukset, kuten viihdesisällön tallennus.

2000- ja 2010-luvuilla NAND alkoi syrjäyttää kiintolevyt sovelluksissa, jotka vaativat siirrettävyyttä tai korkeaa suorituskykyä. NAND-suorituskyky paranee nopeammin kuin kiintolevyt, ja kiintolevyjen sovellukset heikkenevät. Vuonna 2018 suurimman kiintolevyn kapasiteetti oli 15 TB, kun taas suurimman SSD-levyn kapasiteetti oli 100 TB. Vuodesta 2018 lähtien kiintolevyjen ennustettiin saavuttavan 100 Tt:n kapasiteetin noin vuonna 2025, mutta vuodesta 2019 lähtien odotettu parannusvauhti hidastettiin 50 TB:iin vuoteen 2026 mennessä. Pienemmät, 1,8 tuuman ja sitä pienemmät versiot lopetettiin vuoden 2010 tienoilla. Solid-state-tallennustila (NAND), jota edustaa Mooren laki , paranee nopeammin kuin kiintolevyt. NANDilla on korkeampi kysynnän hintajousto kuin kiintolevyillä, ja tämä edistää markkinoiden kasvua. 2000-luvun lopulla ja 2010-luvulla kiintolevyjen tuotteiden elinkaari astui kypsään vaiheeseen, ja myynnin hidastuminen voi viitata taantuvan vaiheen alkamiseen.

Vuoden 2011 Thaimaan tulvat vaurioittivat tuotantolaitoksia ja vaikuttivat kiintolevyasemien kustannuksiin haitallisesti vuosina 2011–2013.

Vuonna 2019 Western Digital sulki viimeisen Malesian kiintolevytehtaansa kysynnän laskun vuoksi keskittyäkseen SSD-levyjen tuotantoon. Kaikilla kolmella jäljellä olevalla kiintolevyvalmistajalla on kiintolevyjensä kysyntä vähentynyt vuodesta 2014 lähtien.

Tekniikka

Magneettisella poikkileikkauksella ja taajuusmodulaatiolla koodattua binaaridataa

Magneettinen tallennus

Nykyaikainen kiintolevy tallentaa tietoja magnetoimalla ohuen ferromagneettisen materiaalin kalvon levyn molemmille puolille. Peräkkäiset muutokset magnetointisuunnassa edustavat binääridatabittejä . Tiedot luetaan levyltä havaitsemalla siirtymät magnetoinnissa. Käyttäjädata koodataan käyttämällä koodausmenetelmää, kuten run-length -rajoitettua koodausta, joka määrittää, kuinka data esitetään magneettisilla siirtymillä.

Tyypillinen kiintolevyrakenne koostuu a kara , jossa on litteitä pyöreitä levyjä, joita kutsutaan levyiksi,jotka sisältävät tallennetut tiedot. Levyt on valmistettu ei-magneettisesta materiaalista, yleensä alumiiniseoksesta, lasista tai keramiikasta. Ne on päällystetty matalalla kerroksella magneettista materiaalia, jonka syvyys on tyypillisesti 10–20nm, ja ulompi hiilikerros suojaa. Normaalin kopiopaperin paksuus on 0,07–0,18 mm (70 000–180 000 nm).

Tuhoutunut kovalevy, lasilautanen näkyvissä
Kaavio tietokoneen kiintolevyn tärkeimmistä osista
Bittien yksittäisten magnetointien tallennus 200 MB:n HDD-levylle (tallennus tehty näkyväksi CMOS-MagView-ohjelmalla).
Pitkittäinen tallennus (vakio) ja kohtisuora tallennuskaavio

Nykyaikaisten kiintolevyjen levyt pyörivät nopeuksilla, jotka vaihtelevat  energiatehokkaiden kannettavien laitteiden nopeudesta 4 200 rpm korkean suorituskyvyn palvelimien 15 000 rpm:iin . Ensimmäiset kiintolevyt pyörivät nopeudella 1 200 rpm, ja useiden vuosien ajan 3 600 rpm oli normi. Marraskuusta 2019 lähtien useimpien kuluttajalaatuisten kiintolevyjen levyt pyörivät 5 400 tai 7 200 kierrosta minuutissa.

Tiedot kirjoitetaan lautaselle ja luetaan sieltä, kun se kiertää luku- ja kirjoituspäiksi kutsuttujen laitteiden ohi, jotka on sijoitettu toimimaan hyvin lähellä magneettista pintaa ja joiden lentokorkeus on usein kymmenien nanometrien alueella. Luku- ja kirjoituspäätä käytetään havaitsemaan ja muokkaamaan välittömästi sen alla kulkevan materiaalin magnetoitumista.

Nykyaikaisissa käyttöjärjestelmissä on yksi pää jokaista magneettialustan pintaa kohden karassa, asennettuna yhteiseen varteen. Toimilaitteen varsi (tai käyttövarsi) liikuttaa päitä kaarella (suunnilleen säteittäisesti) lautasten poikki niiden pyöriessä, jolloin jokainen pää pääsee käsiksi lähes koko lautasen pintaan sen pyöriessä. Vartta liikutetaan äänikelatoimilaitteella tai joissakin vanhemmissa malleissa askelmoottorilla . Varhaiset kiintolevyasemat kirjoittivat dataa tietyillä vakiobitteillä sekunnissa, mikä johti siihen, että kaikissa raidoissa on sama määrä dataa raitaa kohden, mutta nykyaikaiset asemat (1990-luvulta lähtien) käyttävät vyöhykebittitallennusta – lisäävät kirjoitusnopeutta sisemmältä vyöhykkeeltä ulkoalueelle ja näin tallentavat enemmän dataa kappaletta kohden ulkovyöhykkeillä.

Nykyaikaisissa asemissa magneettisten alueiden pieni koko aiheuttaa vaaran, että niiden magneettinen tila saattaa kadota lämpövaikutusten vuoksi – termisesti indusoidun magneettisen epävakauden vuoksi, joka tunnetaan yleisesti " superparamagneettisena rajana ". Tämän torjumiseksi lautaset on päällystetty kahdella rinnakkaisella magneettikerroksella, jotka on erotettu kolmesta atomikerroksesta ei-magneettista rutenium -elementtiä , ja kaksi kerrosta magnetoidaan vastakkaiseen suuntaan, mikä vahvistaa toisiaan. Toinen tekniikka, jota käytetään lämpövaikutusten voittamiseksi suuremman tallennustiheyden mahdollistamiseksi, on kohtisuora tallennus , joka toimitettiin ensimmäisen kerran vuonna 2005, ja vuodesta 2007 lähtien sitä käytettiin tietyissä kiintolevyissä.

Vuonna 2004 esiteltiin tiheämpi tallennusväline, joka koostuu kytketyistä pehmeistä ja kovista magneettikerroksista. Niin kutsuttu vaihtojousimedian magneettinen tallennustekniikka, joka tunnetaan myös nimellä vaihtokytketyt komposiittimediat , mahdollistaa hyvän kirjoitettavuuden pehmeän kerroksen kirjoitusapuluonteen ansiosta. Kuitenkin lämpöstabiilisuuden määrää vain kovin kerros, eikä pehmeä kerros vaikuta siihen.

Komponentit

Kiintolevy, josta on poistettu levyt ja moottorin napa, paljastaen kuparinväriset staattorikäämit, jotka ympäröivät karamoottorin keskellä olevaa laakeria. Varren sivussa oleva oranssi raita on ohut piirikaapeli, karalaakeri on keskellä ja toimilaite vasemmassa yläkulmassa.

Tyypillisessä kiintolevyssä on kaksi sähkömoottoria: karamoottori, joka pyörittää levyjä, ja toimilaite (moottori), joka asettaa luku-/kirjoituspääkokoonpanon pyörivien levyjen poikki. Levymoottorissa on ulkoinen roottori kiinnitettynä levyihin; staattorin käämit on kiinnitetty paikoilleen. Vastapäätä toimilaitetta pään tukivarren päässä on luku-kirjoituspää; ohuet painetut piirikaapelit yhdistävät luku-kirjoituspäät toimilaitteen niveleen asennettuun vahvistinelektroniikkaan . Pääntukivarsi on erittäin kevyt, mutta myös jäykkä; nykyaikaisissa vetoissa kiihtyvyys päässä on 550 g .

Pääpino, jossa toimikela vasemmalla ja luku-/kirjoituspäät oikealla
Lähikuva yhdestä luku- ja kirjoituspäästä , jossa näkyy lautaselle päin oleva puoli

Thetoimilaite onkestomagneetti-jaliikkuva kelamoottori, joka kääntää päät haluttuun asentoon. Metallilevy tukee squatneodyymi-rauta-boori(NIB) korkeavirtamagneettia. Tämän levyn alla on liikkuva kela, jota usein kutsutaan puhekelaksi analogisestikaiuttimien, joka on kiinnitetty toimilaitteen napaan, ja sen alla on toinen NIB-magneetti, joka on asennettu moottorin pohjalevyyn (jotkut asemissa on vain yksi magneetti).

Itse äänikela on muodoltaan melko nuolenpää ja se on valmistettu kaksinkertaisesti päällystetystä kuparimagneettilangasta . Sisäkerros on eristettä ja ulompi kestomuovia, joka sitoo kelan yhteen sen jälkeen, kun se on kelattu muottiin, jolloin se on itsekantava. Kelan osat nuolenpään kahdella sivulla (jotka osoittavat toimilaitteen laakerin keskustaa) ovat sitten vuorovaikutuksessa kiinteän magneetin magneettikentän kanssa . Virta, joka kulkee säteittäisesti ulospäin pitkin nuolenpäätä ja toisella säteittäisesti sisäänpäin, tuottaa tangentiaalisen voiman . Jos magneettikenttä olisi tasainen, kumpikin puoli synnyttäisi vastakkaisia ​​voimia, jotka kumoavat toisensa. Siksi magneetin pinta on puoliksi pohjoisnapainen ja puoliksi etelänapa, ja säteittäinen jakoviiva on keskellä, jolloin kelan kaksi sivua näkevät vastakkaisia ​​magneettikenttiä ja tuottavat voimia, jotka lisäävät kumoamisen sijaan. Kelan ylä- ja alaosassa olevat virrat tuottavat säteittäisiä voimia, jotka eivät käännä päätä.

Kiintolevyn elektroniikka ohjaa toimilaitteen liikettä ja levyn pyörimistä sekä lukee ja kirjoittaa pyynnöstä levyohjaimesta . Taajuusmuuttajan elektroniikan palaute saadaan aikaan levyn erityisillä servopalautteelle omistetuilla segmenteillä . Nämä ovat joko täydellisiä samankeskisiä ympyröitä (omistetun servotekniikan tapauksessa) tai todellisen datan välissä olevia segmenttejä (sulautetun servon tapauksessa, joka tunnetaan myös nimellä sektoriservotekniikka). Servopalaute optimoi GMR-anturien signaali-kohinasuhteen säätämällä äänikelan moottoria pyörittämään vartta. Nykyaikaisemmassa servojärjestelmässä käytetään myös milli- ja/tai mikrotoimilaitteita luku-/kirjoituspäiden asemoimiseksi tarkemmin. Levyjen pyöritykseen käytetään nestemäisiä karamoottoreita. Nykyaikainen levyn laiteohjelmisto pystyy ajoittamaan luku- ja kirjoitustyöt tehokkaasti levypinnoille ja kartoittamaan uudelleen epäonnistuneiden tietovälineiden sektoreita.

Virheiden määrä ja käsittely

Nykyaikaiset asemat käyttävät laajasti virheenkorjauskoodeja (ECC), erityisesti Reed-Solomon -virheenkorjausta . Nämä tekniikat tallentavat ylimääräisiä bittejä, jotka määritetään matemaattisten kaavojen avulla jokaiselle tietolohkolle; ylimääräiset bitit mahdollistavat monien virheiden korjaamisen näkymättömästi. Ylimääräiset bitit vievät itse tilaa kiintolevyltä, mutta mahdollistavat suuremman tallennustiheyden käytön aiheuttamatta korjaamattomia virheitä, mikä johtaa paljon suurempaan tallennuskapasiteettiin. Esimerkiksi tyypillinen 1  Tt :n kiintolevy 512-tavuisilla sektoreilla tarjoaa noin 93  Gt lisäkapasiteettia ECC - tiedoille.

Vuodesta 2009 lähtien uusimmissa asemissa matalatiheyksiset pariteettitarkistuskoodit (LDPC) syrjäyttivät Reed-Solomonin; LDPC-koodit mahdollistavat suorituskyvyn lähellä Shannonin rajaa ja tarjoavat siten suurimman käytettävissä olevan tallennustiheyden.

Tyypilliset kiintolevyasemat yrittävät "kartoittaa" uudelleen fyysisen sektorin tiedot, jotka epäonnistuvat aseman "varasektoripoolin" (kutsutaan myös "varastovaraston") tarjoamaan ylimääräiseen fyysiseen sektoriin, samalla kun ne luottavat ECC:hen palauttamaan tallennettuja tietoja. kun taas virheiden määrä huonolla sektorilla on edelleen riittävän alhainen. SMART ( itsevalvonta-, analyysi- ja raportointitekniikka) -ominaisuus laskee ECC:n korjaaman koko kiintolevyn virheiden kokonaismäärän (vaikkakaan ei kaikilla kiintolevyillä, koska niihin liittyvät SMART-attribuutit "Hardware ECC Recovered" ja "Soft ECC Correction" ovat ei tueta johdonmukaisesti) ja suoritettujen sektorien uudelleenkartoitusten kokonaismäärää, koska useiden tällaisten virheiden esiintyminen voi ennustaa kiintolevyvirheen .

IBM:n 1990-luvun puolivälissä kehittämä "No-ID Format" sisältää tietoa siitä, mitkä sektorit ovat huonoja ja missä uudelleen kartoitetut sektorit on sijoitettu.

Vain pieni osa havaituista virheistä päätyy korjaamattomiksi. Esimerkkejä määritetyistä korjaamattomista bittien lukuvirhesuhteista ovat:

  • Yritysten SAS-levyasemien 2013 tekniset tiedot ilmoittavat virhesuhteeksi yhden korjaamattoman bitin lukuvirheen joka 10 16 bitin lukua kohden,
  • Kuluttajakäyttöisten SATA-kiintolevyjen 2018 tekniset tiedot ilmoittavat virhesuhteeksi yhden korjaamattoman bitin lukuvirheen joka 10 14 bittiä kohden.

Tietyn valmistajan mallin sisällä korjaamaton bittivirhesuhde on tyypillisesti sama riippumatta aseman kapasiteetista.

Pahimpia virhetyyppejä ovat hiljaiset datakorruptiot , jotka ovat virheitä, joita levyn laiteohjelmisto tai isäntäkäyttöjärjestelmä ei havaitse; Jotkut näistä virheistä voivat johtua kiintolevyaseman toimintahäiriöistä, kun taas toiset ovat peräisin muualta aseman ja isännän välisestä yhteydestä.

Kehitys

Huippuluokan kiintolevyasemien aluetiheydet vuosina 1956–2009 verrattuna Mooren lakiin. Vuoteen 2016 mennessä kehitys oli hidastunut huomattavasti alle ekstrapoloidun tiheystrendin.

Aluetiheyden etenemisnopeus oli samanlainen kuin Mooren laissa (kaksinkertaistuu joka toinen vuosi) vuoteen 2010 asti: 60 % vuodessa vuosina 1988–1996, 100 % vuosina 1996–2003 ja 30 % vuosina 2003–2010. Puhuessaan vuonna 1997 Gordon Moore kutsui kasvua "hämmästyttäväksi", mutta totesi myöhemmin, ettei kasvu voi jatkua ikuisesti. Hintojen nousu hidastui -12 prosenttiin vuodessa vuosina 2010–2017 pinta-alan tiheyden kasvun hidastuessa. Aluetiheyden etenemisvauhti hidastui 10 prosenttiin vuodessa vuosina 2010–2016, ja oli vaikeuksia siirtyä kohtisuorasta tallennuksesta uudempiin teknologioihin.

Kun bittisolun koko pienenee, enemmän dataa voidaan laittaa yhdelle asematasolle. Vuonna 2013 tuotantopöytäkoneen 3 TB HDD:n (neljällä levyllä) pinta-alatiheys olisi ollut noin 500 Gbit/in 2 , mikä olisi vastannut noin 18 magneettiraea sisältävää bittisolua (11 x 1,6 grainia). 2000-luvun puolivälistä lähtien aluetiheyden kehitystä on haastanut superparamagneettinen trilemma, joka koskee raekokoa, rakeiden magneettista voimaa ja pään kirjoituskykyä. Hyväksyttävän signaalin ja kohinan ylläpitämiseksi tarvitaan pienempiä rakeita; pienemmät rakeet voivat kääntyä itsestään ( sähköterminen epävakaus ), ellei niiden magneettista voimakkuutta lisätä, mutta tunnetut kirjoituspäämateriaalit eivät pysty generoimaan riittävän voimakasta magneettikenttää, joka on riittävä kirjoittamaan välineen yhä pienempään rakeiden viemään tilaan.

Magneettisia tallennustekniikoita kehitetään ratkaisemaan tämä kolmikko ja kilpailemaan flash-muistiin perustuvien SSD-asemien kanssa . Seagate esitteli vuonna 2013 shingled magnetic recordsin (SMR), joka on tarkoitettu "stopgap"-teknologiaksi PMR:n ja Seagaten aiotun seuraajan lämpöavusteisen magneettitallennuksen (HAMR) välillä. SMR käyttää päällekkäisiä raitoja datatiheyden lisäämiseksi suunnittelun kustannuksella. monimutkaisuus ja alhaisemmat tiedonsaantinopeudet (erityisesti kirjoitusnopeudet ja satunnaiskäyttö 4k-nopeudet).

Sitä vastoin HGST (nyt osa Western Digitalia ) keskittyi kehittämään tapoja sulkea heliumilla täytettyjä asemia tavallisen suodatetun ilman sijaan. Koska turbulenssi ja kitka vähenevät, voidaan saavuttaa suurempia aluetiheyksiä käyttämällä pienempää raideleveyttä, ja myös kitkan aiheuttama energiahäviö on pienempi, mikä johtaa pienempään tehonkulutukseen. Lisäksi samaan kotelointitilaan mahtuu useampi lautanen, vaikka heliumkaasua on tunnetusti vaikea estää karkaamasta. Siten heliumkäytöt ovat täysin suljettuja, eikä niissä ole tuuletusaukkoa, toisin kuin ilmatäytteisissä vastineissaan.

Muita tallennustekniikoita joko tutkitaan tai niitä on otettu kaupallisesti käyttöön aluetiheyden lisäämiseksi, mukaan lukien Seagaten lämpöavusteinen magneettinen tallennus (HAMR). HAMR vaatii erilaista arkkitehtuuria, jossa on uudelleensuunnitellut media- ja luku-/kirjoituspäät, uudet laserit ja uudet lähikenttäoptiset muuntimet. HAMR:n odotetaan toimitettavan kaupallisesti loppuvuodesta 2020 tai 2021. Tekniset ongelmat viivästyttivät HAMR:n käyttöönottoa vuosikymmenellä aikaisemmista ennusteista vuosille 2009, 2015, 2016 ja vuoden 2019 ensimmäiselle puoliskolle. Jotkut taajuusmuuttajat ovat ottaneet käyttöön kaksi itsenäistä toimilaitevartta lisätäkseen luku-/kirjoitusnopeuksilla ja kilpailevat SSD-levyjen kanssa. HAMR:n suunniteltu seuraaja, bit-patterned record (BPR), on poistettu Western Digitalin ja Seagaten tiekartoista. Western Digitalin mikroaaltoavusteinen magneettinen tallennus (MAMR), jota kutsutaan myös energiaavusteiseksi magneettiseksi tallennukseksi (EAMR), otettiin näytteitä vuonna 2020, ja ensimmäinen EAMR-asema, Ultrastar HC550, toimitettiin vuoden 2020 lopulla. Kaksiulotteinen magneettinen tallennus ( TDMR) ja "virta kohtisuoraan tasoon" jättimäisen magnetoresistenssin (CPP/GMR) päät ovat ilmestyneet tutkimuspapereissa. 3D-actuated vacuum drive (3DHD) -konseptia on ehdotettu.

Aluetiheyden kasvuvauhti oli pudonnut alle historiallisen Mooren lain 40 % vuodessa vuoteen 2016 mennessä. Näiden teknologioiden toteutettavuutta ja ajoitusta koskevista oletuksista riippuen Seagate ennustaa, että aluetiheys kasvaa 20 % vuodessa vuosina 2020–2034.

Kapasiteetti

Kaksi Seagate Barracuda -asemaa, vuosilta 2003 ja 2009 - 160 Gt ja 1 Tt. Vuodesta 2022 lähtien Seagate tarjoaa jopa 20 Tt:n kapasiteettia.

Vuonna 2022 kaupallisesti toimitettavat kapasiteetin kiintolevyt ovat 20 TB.

Käyttöjärjestelmän loppukäyttäjälle ilmoittama kiintolevyaseman kapasiteetti on pienempi kuin valmistajan ilmoittama määrä useista syistä, esim. käyttöjärjestelmä käyttää tilaa, tilan käyttö datan redundanssiin, tila käyttää tiedostojärjestelmärakenteissa. Myös ero kapasiteetissa, joka on ilmoitettu SI-desimaalietuliiteyksiköissä vs. binäärietuliitteet , voi johtaa väärään käsitykseen puuttuvasta kapasiteetista.

Laskeminen

Nykyaikaiset kiintolevyasemat näyttävät isäntäohjaimensa peräkkäisenä sarjana loogisia lohkoja, ja aseman kokonaiskapasiteetti lasketaan kertomalla lohkojen määrä lohkon koolla. Nämä tiedot ovat saatavilla valmistajan tuotespesifikaatioista ja itse asemasta käyttämällä käyttöjärjestelmän toimintoja, jotka kutsuvat matalan tason aseman komentoja.

Vanhemmissa IBM:n ja yhteensopivissa asemissa, esim. IBM 3390 , jotka käyttävät CKD - tietuemuotoa, tietueet vaihtelevat; tällaisissa käyttökapasiteettilaskelmissa on otettava huomioon tietueiden ominaisuudet. Jotkut uudemmat DASD-laitteet simuloivat CKD:tä, ja samat kapasiteettikaavat ovat voimassa.

Vanhojen sektorikohtaisten kiintolevyjen bruttokapasiteetti lasketaan tulona sylinterien lukumäärästä tallennusvyöhykkettä kohti, tavujen määrästä sektoria (yleisimmin 512) ja aseman vyöhykkeiden lukumäärästä . Jotkut nykyaikaiset SATA-asemat raportoivat myös sylinterikansisektorin (CHS) kapasiteetit, mutta nämä eivät ole fyysisiä parametreja, koska raportoituja arvoja rajoittavat historialliset käyttöjärjestelmän rajapinnat. C/H/S-malli on korvattu loogisella lohkoosoitteella (LBA), yksinkertaisella lineaarisella osoitusmenetelmällä, joka paikantaa lohkot kokonaislukuindeksillä, joka alkaa LBA 0:sta ensimmäisen lohkon kohdalla ja kasvaa sen jälkeen. Kun käytetään C/H/S-menetelmää kuvaamaan nykyaikaisia ​​suuria asemia, päiden lukumääräksi asetetaan usein 64, vaikka tyypillisessä nykyaikaisessa kiintolevyasemassa on yhdestä neljään levyä. Nykyaikaisissa kiintolevyissä vianhallinnan käyttämätön kapasiteetti ei sisälly julkaistuun kapasiteettiin; kuitenkin monissa varhaisissa kiintolevyissä tietty määrä sektoreita oli varattu varaosiksi, mikä pienensi käyttöjärjestelmän käytettävissä olevaa kapasiteettia. Lisäksi monet kiintolevyt tallentavat laiteohjelmistonsa varatulle palveluvyöhykkeelle, johon käyttäjä ei yleensä pääse käsiksi, eikä se sisälly kapasiteettilaskelmaan.

RAID -alijärjestelmissä tietojen eheys- ja vikasietovaatimukset vähentävät myös toteutunutta kapasiteettia. Esimerkiksi RAID 1 -ryhmällä on noin puolet kokonaiskapasiteetista tietojen peilauksen seurauksena, kun taas RAID 5 -ryhmä, jossa on n asemaa, menettää 1/n kapasiteetista (joka vastaa yhden aseman kapasiteettia) pariteettitietojen tallentamisen vuoksi. . RAID-alijärjestelmät ovat useita asemia, jotka näyttävät olevan yksi tai useampia asemia, mutta tarjoavat vikasietoisuuden. Useimmat RAID-toimittajat käyttävät tarkistussummia parantaakseen tietojen eheyttä lohkotasolla. Jotkut toimittajat suunnittelevat järjestelmiä, joissa käytetään kiintolevyjä, joiden sektorit ovat 520 tavua, sisältämään 512 tavua käyttäjätietoja ja kahdeksan tarkistussummatavua, tai käyttämällä erillisiä 512-tavuisia sektoreita tarkistussummatiedoille.

Jotkin järjestelmät voivat käyttää piilotettuja osioita järjestelmän palauttamiseen, mikä vähentää loppukäyttäjän käytettävissä olevaa kapasiteettia tietämättä erityisiä levyn osiointiapuohjelmia , kuten Windowsin diskpartia .

Muotoilu

Tiedot tallennetaan kiintolevylle sarjassa loogisia lohkoja. Jokainen lohko on rajattu merkeillä, jotka identifioivat sen alun ja lopun, virheiden havaitsemis- ja korjausinformaatiota sekä tilaa lohkojen välillä pienten ajoitusvaihteluiden mahdollistamiseksi. Nämä lohkot sisälsivät usein 512 tavua käyttökelpoista dataa, mutta muita kokoja on käytetty. Kun asematiheys kasvoi, Advanced Format -niminen aloite laajensi lohkon koon 4 096 tavuun käytettävää dataa, mikä johti merkittävästi lohkootsikoille, virheentarkistustiedoille ja välityksille käytetyn levytilan määrän vähenemiseen.

Näiden loogisten lohkojen alustusprosessia fyysisillä levyalustalla kutsutaan matalan tason muotoiluksi , joka suoritetaan yleensä tehtaalla, eikä sitä tavallisesti muuteta kentällä. Korkean tason muotoilu kirjoittaa tietorakenteita, joita käyttöjärjestelmä käyttää datatiedostojen järjestämiseen levylle. Tämä sisältää osion ja tiedostojärjestelmän rakenteiden kirjoittamisen valittuihin loogisiin lohkoihin. Osa levytilasta käytetään esimerkiksi levytiedostojen nimien hakemiston ja tiettyyn tiedostoon liittyvien loogisten lohkojen luettelon säilyttämiseen.

Esimerkkejä osion kartoituskaaviosta ovat pääkäynnistystietue (MBR) ja GUID-osiotaulukko (GPT). Esimerkkejä levylle tiedostojen hakemista varten tallennetuista tietorakenteista ovat DOS - tiedostojärjestelmän File Allocation Table (FAT) ja monien UNIX -tiedostojärjestelmien inodit sekä muut käyttöjärjestelmän tietorakenteet (tunnetaan myös nimellä metadata ). Tämän seurauksena kaikki kiintolevyn tila ei ole käytettävissä käyttäjätiedostoille, mutta tämä järjestelmä on yleensä pieni verrattuna käyttäjätietoihin.

Yksiköt

Desimaali- ja binääriyksiköiden etuliitteiden tulkinta
Valmistajien ilmoittama kapasiteetti Joidenkin kuluttajien odottama kapasiteetti Ilmoitettu kapasiteetti
Windows macOS versio 10.6+
Etuliitteen kanssa tavua tavua Diff.
100  Gt 100 000 000 000 107 374 182 400 7,37 % 93,1 Gt 100 Gt
TB 1 000 000 000 000 1,099,511,627,776 9,95 % 931 Gt 1 000 Gt, 1 000 000 MB

Laskennan alkuaikoina kiintolevyjen kokonaiskapasiteetti määriteltiin 7-9 desimaalin tarkkuudella, joka usein lyhennettiin ilmaisulla miljoonia . 1970-luvulla valmistajat määrittelivät kiintolevyjen kokonaiskapasiteetin käyttämällä SI - desimaalietuliitteitä, kuten megatavuja (1 Mt = 1 000 000 tavua), gigatavuja (1 Gt = 1 000 000 000 tavua) ja teratavuja (1 TB = 1 000 tavua,0,0000,0). Muistin kapasiteetit lainataan kuitenkin yleensä käyttämällä etuliitteiden binääritulkintaa , eli käyttämällä potenssia 1024 1000:n sijaan.

Ohjelmisto raportoi kiintolevyaseman tai muistikapasiteetin eri muodoissa käyttäen joko desimaali- tai binäärietuliiteitä. Microsoft Windows -käyttöjärjestelmäperhe käyttää binäärikäytäntöä tallennuskapasiteetin raportoinnissa, joten valmistajan 1 Tt:n asemana tarjoama HDD raportoidaan näissä käyttöjärjestelmissä 931 Gt:n kiintolevynä . Mac OS X 10.6 (" Snow Leopard ") käyttää desimaalikäytäntöä kiintolevykapasiteetin raportoinnissa. df -komentorivityökalun oletuskäyttäytyminen Linuxissa on raportoida kiintolevyn kapasiteetti 1024-tavuisina yksiköinä.

Ero desimaali- ja binäärietuliite tulkinnan välillä aiheutti kuluttajien hämmennystä ja johti ryhmäkanteisiin kiintolevyvalmistajia vastaan . Kantajat väittivät, että desimaalien etuliitteiden käyttö on johtanut kuluttajia harhaan, kun taas vastaajat kiistivät kaikki väärinkäytökset tai vastuunsa väittäen, että heidän markkinointinsa ja mainontansa olivat kaikilta osin lain mukaisia ​​ja ettei kenellekään luokan jäsenelle aiheutunut vahinkoa tai vammoja.

Hintakehitys

Kiintolevyn tavuhinta laski 40 % vuodessa vuosina 1988–1996, 51 % vuodessa vuosina 1996–2003 ja 34 % vuodessa vuosina 2003–2010. Hintojen lasku hidastui 13 prosenttiin vuodessa vuosina 2011–2014, kun aluetiheyden kasvu hidastui ja Thaimaan vuoden 2011 tulvat vaurioittivat tuotantolaitoksia ja ovat pysyneet 11 prosentissa vuodessa vuosina 2010–2017.

Federal Reserve Board on julkaissut laatua mukautetun hintaindeksin suurille yritystallennusjärjestelmille, mukaan lukien kolme tai useampi yrityskiintolevy ja niihin liittyvät ohjaimet, telineet ja kaapelit. Näiden suurten varastojärjestelmien hinnat laskivat 30 % vuodessa vuosina 2004–2009 ja 22 % vuodessa vuosina 2009–2014.

Muototekijät

8-, 5,25-, 3,5-, 2,5-, 1,8- ja 1 tuuman kiintolevyt sekä viivain, joka näyttää lautasten ja luku- ja kirjoituspäiden koon
Uudempi 2,5 tuuman (63,5 mm) 6 495 Mt:n kiintolevy verrattuna vanhempaan 5,25 tuuman täyskorkeaseen 110 Mt:n kiintolevyyn

IBM:n ensimmäinen kiintolevyasema, IBM 350 , käytti pinoa viisikymmentä 24 tuuman lautasta, tallensi 3,75 megatavua tietoa (suunnilleen yhden modernin digitaalisen kuvan kokoa) ja oli kooltaan verrattavissa kahteen suureen jääkaappiin. IBM esitteli vuonna 1962 mallin 1311 -levynsä, jossa käytettiin kuusi 14 tuuman (nimelliskokoista) lautasta irrotettavassa pakkauksessa ja joka oli suunnilleen pesukoneen kokoinen. Tästä tuli useiden vuosien vakiolautanen, jota käyttivät myös muut valmistajat. IBM 2314 :ssä käytettiin samankokoisia lautasia yksitoista korkuisessa pakkauksessa ja otettiin käyttöön "ajaa laatikossa" -asettelu. joskus kutsutaan "pizzauuniksi", vaikka "laatikko" ei ollut täydellinen asema. 1970-luvulla kiintolevyjä tarjottiin erikokoisina erillisinä kaappeina, jotka sisälsivät yhdestä neljään kiintolevyä.

1960-luvun lopulta alkaen tarjottiin asemia, jotka sopivat kokonaan 19 tuuman telineeseen asennettavaan runkoon . Digitalin RK05 ja RL01 olivat varhaisia ​​esimerkkejä yksittäisistä 14 tuuman lautasista irrotettavissa pakkauksissa, jolloin koko asema mahtui 10,5 tuuman korkeaan telinetilaan (kuusi telineyksikköä). 1980-luvun puolivälissä ja loppupuolella samankokoinen Fujitsu Eagle , joka käytti (sattumalta) 10,5 tuuman lautasia, oli suosittu tuote.

Kun mikrotietokoneiden, joissa oli sisäänrakennetut levykeasemat (FDD) myynnit, lisääntyessä FDD-kiinnikkeisiin sopivat kiintolevyt tulivat halutuiksi. Shugart Associates SA1000 : sta alkaen kiintolevyjen muototekijät seurasivat alun perin 8 tuuman, 5¼ tuuman ja 3½ tuuman levykeasemien muotoja. Vaikka näillä nimelliskooilla viitataan niihin, näiden kolmen aseman todelliset koot ovat vastaavasti 9,5", 5,75" ja 4" leveät. Koska pienempiä levykeasemia ei ollut, pienemmät kiintolevyn muototekijät, kuten 2½ tuuman asemat (todella 2,75"). laaja) kehitetty tuotetarjonnasta tai alan standardeista.

Vuodesta 2019 lähtien 2½ tuuman ja 3½ tuuman kiintolevyt ovat suosituimpia kokoja. Vuoteen 2009 mennessä kaikki valmistajat olivat lopettaneet uusien tuotteiden kehittämisen 1,3 tuuman, 1 tuuman ja 0,85 tuuman muototekijöille flash-muistin , jossa ei ole liikkuvia osia, hintojen laskun vuoksi. Vaikka nimelliskoot ovat tuumina, todelliset mitat ilmoitetaan millimetreinä.

Suorituskykyominaisuudet

Kiintolevyllä olevien tietojen käyttöaikaa rajoittavat tekijät liittyvät enimmäkseen pyörivien levyjen ja liikkuvien päiden mekaaniseen luonteeseen, mukaan lukien:

  • Hakuaika on mitta siitä, kuinka kauan pääkokoonpanolla kestää kulkea dataa sisältävän levyn raidalle.
  • Pyörimisviive syntyy, koska haluttu levysektori ei välttämättä ole suoraan pään alla, kun tiedonsiirtoa pyydetään. Keskimääräinen rotaatioviive on esitetty taulukossa perustuen tilastolliseen suhteeseen, jonka mukaan keskimääräinen latenssi on puolet rotaatiojaksosta.
  • Bittinopeus tai tiedonsiirtonopeus (kun pää on oikeassa asennossa) luo viiveen, joka on siirrettyjen lohkojen lukumäärän funktio ; tyypillisesti suhteellisen pieni, mutta voi olla melko pitkä, kun siirretään suuria vierekkäisiä tiedostoja.

Viive voi ilmetä myös, jos asemalevyt pysäytetään energian säästämiseksi.

Eheytys on toimenpide, jota käytetään minimoimaan viiveet tietojen noutamisessa siirtämällä liittyvät kohteet levyn fyysisesti läheisille alueille. Jotkut tietokoneiden käyttöjärjestelmät suorittavat eheyttämisen automaattisesti. Vaikka automaattisen eheyttämisen tarkoituksena on vähentää käyttöviiveitä, suorituskyky heikkenee tilapäisesti toimenpiteen aikana.

Tietojen käyttöaikaa voidaan pidentää lisäämällä pyörimisnopeutta (täten vähentämällä latenssia) tai vähentämällä etsimiseen käytettyä aikaa. Aluetiheyden lisääminen lisää suorituskykyä lisäämällä tiedonsiirtonopeutta ja lisäämällä datan määrää pääjoukon alla, mikä mahdollisesti vähentää tietyn datamäärän hakuaktiivisuutta. Tietojen käyttöaika ei ole pysynyt suorituskyvyn kasvun mukana, mikä ei sinänsä ole pysynyt bittitiheyden ja tallennuskapasiteetin kasvun mukana.

Viive

Kiintolevyille tyypilliset latenssiominaisuudet
Pyörimisnopeus
[rpm]
Keskimääräinen kiertoviive
[ms]
15 000 2
10 000 3
7 200 4.16
5 400 5.55
4 800 6.25

Tiedonsiirtonopeus

Vuodesta 2010 lähtien tyypillisellä 7 200 rpm:n pöytäkonekiintolevyllä on jatkuva "levyltä puskuriin " tiedonsiirtonopeus jopa 1 030  Mbit/s . Tämä määrä riippuu radan sijainnista; nopeus on suurempi ulompien raitojen datalle (joissa on enemmän datasektoreita kiertoa kohti) ja pienempi kohti sisäisiä raitoja (joissa on vähemmän datasektoreita kiertoa kohti); ja on yleensä hieman korkeampi 10 000 rpm asemissa. Nykyinen laajalti käytetty standardi "puskurista tietokoneeseen" -rajapinnassa on 3,0  Gbit/s SATA, joka pystyy lähettämään noin 300 megatavua/s (10-bittinen koodaus) puskurista tietokoneelle ja on siten edelleen mukavasti edellä. nykyiset levyltä puskuriin -siirtonopeudet. Tiedonsiirtonopeus (luku/kirjoitus) voidaan mitata kirjoittamalla suuri tiedosto levylle erityisillä tiedostogeneraattorityökaluilla ja lukemalla sitten tiedosto takaisin. Tiedostojärjestelmän pirstoutuminen ja tiedostojen asettelu voivat vaikuttaa siirtonopeuteen .

Kiintolevyn tiedonsiirtonopeus riippuu levyjen pyörimisnopeudesta ja tiedon tallennustiheydestä. Koska lämpö ja tärinä rajoittavat pyörimisnopeutta, tiheyden lisäämisestä tulee tärkein tapa parantaa peräkkäisiä siirtonopeuksia. Suuremmat nopeudet vaativat tehokkaamman karamoottorin, joka tuottaa enemmän lämpöä. Vaikka aluetiheys kasvaa lisäämällä sekä raitojen määrää levyllä että sektorien määrää raitaa kohden, vain jälkimmäinen lisää tiedonsiirtonopeutta tietyllä rpm:llä. Koska tiedonsiirtonopeuden suorituskyky seuraa vain toista aluetiheyden kahdesta komponentista, sen suorituskyky paranee pienemmällä nopeudella.

Muut näkökohdat

Muita suorituskykyyn liittyviä näkökohtia ovat laatusäädetty hinta , virrankulutus, kuuluva melu ja iskunkestävyys sekä käytössä että ei-käytössä.

Pääsy ja käyttöliittymät

Sisäkuva vuoden 1998 Seagate HDD:stä, joka käytti Parallel ATA -liitäntää
2,5 tuuman SATA-asema 3,5 tuuman SATA-aseman päällä, joka näyttää lähikuvan (7-nastaisista) tiedoista ja (15-nastaisista) virtaliittimistä

Nykyiset kiintolevyt liitetään tietokoneeseen jollakin useista väylätyypeistä , mukaan lukien rinnakkais - ATA , Serial ATA , SCSI , Serial Attached SCSI (SAS) ja kuitukanava . Jotkut asemat, erityisesti ulkoiset kannettavat asemat, käyttävät IEEE 1394 :ää tai USB :tä . Kaikki nämä rajapinnat ovat digitaalisia; taajuusmuuttajan elektroniikka käsittelee analogiset signaalit luku-/kirjoituspäistä. Nykyiset asemat tarjoavat yhtenäisen liitännän muuhun tietokoneeseen, riippumatta sisäisestä koodausjärjestelmästä ja asemassa olevien levyjen ja päiden fyysisestä määrästä.

Tyypillisesti taajuusmuuttajan elektroniikassa oleva DSP ottaa analogiset raakajännitteet lukupäästä ja käyttää PRML- ja Reed-Solomon-virheenkorjausta tietojen dekoodaamiseen ja lähettää tiedot sitten ulos vakiorajapinnasta. Tämä DSP tarkkailee myös virheiden havaitsemisen ja korjaamisen havaitsemaa virhesuhdetta ja suorittaa virheellisen sektorin uudelleenkartoituksen, tiedonkeruun itsevalvonta- , analyysi- ja raportointiteknologiaa varten sekä muita sisäisiä tehtäviä.

Nykyaikaiset liitännät yhdistävät aseman isäntäliitäntään yhdellä data-/ohjauskaapelilla. Jokaisessa asemassa on myös ylimääräinen virtajohto, yleensä suoraan virtalähteeseen. Vanhemmissa liitännöissä oli erilliset kaapelit datasignaaleille ja taajuusmuuttajan ohjaussignaaleille.

  • Small Computer System Interface (SCSI), alun perin nimeltään SASI for Shugart Associates System Interface, oli vakiona palvelimissa, työasemissa, Commodore Amigassa , Atari ST :ssä ja Apple Macintosh -tietokoneissa 1990-luvun puoliväliin asti, jolloin useimmat mallit oli siirretty uudempiin käyttöliittymiin. . Datakaapelin pituusrajoitus sallii ulkoiset SCSI-laitteet. SCSI-komentosarjaa käytetään edelleen nykyaikaisemmassa SAS-rajapinnassa.
  • Integrated Drive Electronics (IDE), joka standardoitiin myöhemmin nimellä AT Attachment (ATA, jossa alias PATA ( Parallel ATA ) lisättiin takautuvasti SATA:n käyttöönoton yhteydessä), siirsi HDD-ohjaimen liitäntäkortista levyasemaan. Tämä auttoi standardoimaan isäntä/ohjainliittymän, vähentämään ohjelmoinnin monimutkaisuutta isäntälaiteohjaimessa ja vähentämään järjestelmän kustannuksia ja monimutkaisuutta. 40-nastainen IDE/ATA-liitäntä siirtää datakaapelilla 16 bittiä dataa kerrallaan. Datakaapeli oli alun perin 40-johtiminen, mutta myöhemmin korkeammat nopeusvaatimukset johtivat "ultra DMA" (UDMA) -tilaan, jossa käytettiin 80-johtimista kaapelia lisäjohdoilla vähentämään ylikuulumista suurella nopeudella.
  • EIDE oli epävirallinen päivitys (Western Digitalin toimesta) alkuperäiseen IDE-standardiin, jonka tärkein parannus oli suoran muistin käytön (DMA) käyttö tietojen siirtämiseen levyn ja tietokoneen välillä ilman prosessorin osallistumista. Parannus hyväksyttiin myöhemmin. virallisten ATA-standardien mukaan. Siirtämällä tietoja suoraan muistin ja levyn välillä, DMA eliminoi CPU:n tarpeen kopioida tavua tavua kohden, jolloin se voi käsitellä muita tehtäviä tiedonsiirron aikana.
  • Fibre Channel (FC) on rinnakkaisen SCSI-liitännän seuraaja yritysmarkkinoilla. Se on sarjaprotokolla. Levyasemissa käytetään yleensä Fibre Channel Arbitrated Loop (FC-AL) -yhteystopologiaa. FC:llä on paljon laajempi käyttö kuin pelkillä levyliitännöillä, ja se on tallennusalueverkkojen (SAN) kulmakivi. Äskettäin tälle alalle on kehitetty myös muita protokollia, kuten iSCSI ja ATA over Ethernet . Hämmentävää on, että asemat käyttävät kuitukanavassa yleensä kuparisia kierrettyjä parikaapeleita, eivät kuituoptiikkaa. Viimeksi mainitut on perinteisesti varattu suuremmille laitteille, kuten palvelimille tai levyjärjestelmän ohjaimille .
  • Serial Attached SCSI (SAS). SAS on uuden sukupolven sarjaliikenneprotokolla laitteille, jotka on suunniteltu mahdollistamaan paljon nopeammat tiedonsiirrot ja on yhteensopiva SATA:n kanssa. SAS käyttää mekaanisesti yhteensopivaa data- ja virtaliitintä tavallisiin 3,5 tuuman SATA1/SATA2-kiintolevyihin, ja monet palvelinlähtöiset SAS RAID -ohjaimet pystyvät myös käsittelemään SATA-kiintolevyjä. SAS käyttää sarjaliikennettä perinteisten SCSI-laitteiden rinnakkaismenetelmän sijaan, mutta käyttää silti SCSI-komentoja.
  • Serial ATA (SATA). SATA-datakaapelissa on yksi datapari differentiaalista tiedonsiirtoa varten laitteeseen ja yksi pari differentiaaliseen vastaanottoon laitteesta, kuten EIA-422 . Tämä edellyttää, että tiedot lähetetään sarjassa. Samanlaista differentiaalista signalointijärjestelmää käytetään RS485 :ssä , LocalTalkissa , USB :ssä , FireWiressa ja differentiaalisessa SCSI :ssä . SATA I–III on suunniteltu yhteensopiviksi SAS-komentojen ja yhteensopivien liitäntöjen kanssa ja käyttämään niitä. Siksi SATA-kiintolevy voidaan liittää SAS-kiintolevyohjaimeen ja ohjata sillä (joitakin pieniä poikkeuksia lukuun ottamatta, kuten rajoitetun yhteensopivuuden omaavat asemat/ohjaimet). Niitä ei kuitenkaan voi kytkeä toisinpäin – SATA-ohjainta ei voi liittää SAS-asemaan.

Rehellisyys ja epäonnistuminen

Lähikuva kiintolevypäästä, joka lepää levylevyllä; sen peiliheijastus näkyy lautasen pinnalla. Ellei pää ole laskeutumisvyöhykkeellä, lautasten koskettaminen käytön aikana voi olla katastrofaalista.

Koska päiden ja levyn pinnan välinen etäisyys on erittäin pieni, kiintolevyt ovat alttiita vaurioille pään törmäyksessälevyn vaurioituessa, jolloin pää naarmuuntuu levypinnan poikki, usein hioen ohuen magneettikalvon ja aiheuttaen dataa. tappio. Pään törmäykset voivat johtua elektroniikkavioista, äkillisestä sähkökatkosta, fyysisestä iskusta, aseman sisäisen kotelon saastumisesta, kulumisesta, korroosiosta tai huonosti valmistetuista levyistä ja päistä.

Kiintolevyn karajärjestelmä luottaa levykotelon sisällä olevaan ilman tiheyteen tukeakseen päitä niiden oikealla lentokorkeudella levyn pyöriessä. Kiintolevyt vaativat tietyn alueen ilman tiheysaluetta toimiakseen kunnolla. Yhteys ulkoiseen ympäristöön ja tiheyteen tapahtuu kotelossa olevan pienen reiän kautta (leveys noin 0,5 mm), jonka sisällä on yleensä suodatin ( ilmansuodatin ). Jos ilman tiheys on liian alhainen, lentävälle päälle ei ole tarpeeksi nostovoimaa, joten pää joutuu liian lähelle levyä ja on vaarana pään kaatuminen ja tietojen katoaminen. Erityisesti valmistettuja tiivistettyjä ja paineistettuja kiekkoja tarvitaan luotettavaan korkeaan toimintaan noin 3 000 metrin (9 800 ft) yläpuolella. Nykyaikaiset levyt sisältävät lämpötila-antureita ja säätävät niiden toimintaa käyttöympäristön mukaan. Tuuletusaukot näkyvät kaikissa levyasemissa – niiden vieressä on yleensä tarra, joka varoittaa käyttäjää olemasta peittämättä reikiä. Myös käyttölaitteen sisällä oleva ilma liikkuu jatkuvasti, ja sitä pyyhkäisee liikkeessä pyörivien lautasten kitka. Tämä ilma kulkee sisäisen kierrätyssuodattimen (tai "kierrätys") läpi poistaakseen kaikki valmistuksesta jäljelle jääneet epäpuhtaudet, kaikki hiukkaset tai kemikaalit, jotka ovat jollain tapaa päätyneet koteloon, ja kaikki hiukkaset tai kaasun poisto, joita syntyy normaalikäytössä. Pitkäaikainen kosteus voi syövyttää päitä ja lautasia. Poikkeuksen tähän ovat hermeettisesti suljetut, heliumilla täytetyt kiintolevyt, jotka poistavat suurelta osin kosteuden tai ilmanpaineen muutoksista johtuvia ympäristöongelmia. HGST esitteli tällaiset kiintolevyt ensimmäisessä onnistuneessa suurivolyymissa toteutuksessaan vuonna 2013.

Erityisesti jättimäisten magnetoresistiivisten (GMR) päiden kohdalla pieni pään törmäys kontaminaatiosta (joka ei poista levyn magneettista pintaa) johtaa silti pään tilapäiseen ylikuumenemiseen levyn pinnan kitkan vuoksi ja voi tehdä tiedoista lukukelvottomia. lyhyen ajan, kunnes pään lämpötila vakiintuu (ns. "terminen asperiteetti", ongelma, joka voidaan osittain ratkaista lukusignaalin asianmukaisella elektronisella suodatuksella).

Kun kiintolevyn logiikkakortti vioittuu, asema voidaan usein palauttaa toimintakuntoon ja tiedot palauttaa korvaamalla piirilevy identtisellä kiintolevyllä. Jos kirjoitus- ja lukupäässä on vikoja, ne voidaan vaihtaa erikoistyökaluilla pölyttömässä ympäristössä. Jos levylevyt ovat vahingoittumattomia, ne voidaan siirtää identtiseen koteloon ja tiedot voidaan kopioida tai kloonata uudelle asemalle. Levylevyn vikojen sattuessa levylautaset on ehkä purettava ja kuvattava. Tiedostojärjestelmien loogisten vaurioiden vuoksi tietojen palauttamiseen voidaan käyttää erilaisia ​​työkaluja, mukaan lukien fsck UNIX-tyyppisissä järjestelmissä ja CHKDSK Windowsissa . Loogisista vaurioista toipuminen voi vaatia tiedostojen kaivertamista .

Yleinen odotus on, että palvelinkäyttöön suunnitellut ja markkinoidut kiintolevyasemat epäonnistuvat harvemmin kuin pöytätietokoneissa tavallisesti käytetyt kuluttajatason asemat. Carnegie Mellonin yliopiston ja Googlen tekemässä kahdessa riippumattomassa tutkimuksessa havaittiin kuitenkin, että aseman "luokka" ei liity aseman vikaantumiseen.

Tom's Hardwaren vuoden 2011 tiivistelmä SSD- ja magneettilevyjen vikoja koskevista tutkimuksista tiivisti tutkimustulokset seuraavasti:

  • Vikojen välinen keskimääräinen aika (MTBF) ei osoita luotettavuutta; vuotuinen epäonnistumisprosentti on korkeampi ja yleensä merkityksellisempi.
  • Kiintolevyt eivät yleensä hajoa varhaisessa käytössä, ja lämpötilalla on vain vähäinen vaikutus; sen sijaan epäonnistumisten määrä kasvaa tasaisesti iän myötä.
  • SMART varoittaa mekaanisista ongelmista, mutta ei muista luotettavuuteen vaikuttavista ongelmista, joten se ei ole luotettava kunnon indikaattori.
  • "Enterprise"- ja "consumer"-nimillä myytävien asemien vikatiheys on "erittäin samankaltainen", vaikka nämä asematyypit on räätälöity eri käyttöympäristöihinsä.
  • Asemaryhmissä yhden aseman vika lisää merkittävästi lyhyen aikavälin riskiä toisen aseman epäonnistumisesta.

Vuodesta 2019 lähtien tallennustilatoimittaja Backblaze raportoi kahden prosentin vuotuisen vikaasteen vuotuisesta varastotilasta, jossa on 110 000 valmiina olevaa kiintolevyä, joiden luotettavuus vaihtelee suuresti mallien ja valmistajien välillä. Myöhemmin Backblaze raportoi, että kiintolevyjen ja vastaavan ikäisten SSD-levyjen vikaantuvuus oli samanlainen.

Kustannusten minimoimiseksi ja yksittäisten kiintolevyjen vikojen välttämiseksi tallennusjärjestelmien toimittajat luottavat redundantteihin kiintolevyryhmiin. Vioittuneet kiintolevyt vaihdetaan jatkuvasti.

Markkinasegmentit

Kuluttaja-segmentti

Kaksi huippuluokan kuluttajakäyttöön tarkoitettua 2,5 tuuman SATA-kiintolevyä, joiden nopeus on 10 000 rpm, tehdasasennettuna 3,5 tuuman sovitinkehykseen
Pöytäkoneen kiintolevyt
Pöytäkoneiden kiintolevyillä on tyypillisesti kahdesta viiteen sisäistä levyä, ne pyörivät nopeudella 5 400 - 10 000  rpm , ja niiden median siirtonopeus on 0,5 Gbit/s tai suurempi (1 Gt = 10 9 tavua; 1 Gbit/s = 10 9 bit/s). Aiemmat (1980–1990-luvut) käytöt ovat yleensä hitaampia pyörimisnopeudeltaan. Toukokuusta 2019 alkaen kapasiteetin pöytäkoneiden kiintolevyt sisälsivät 16  TB , ja 18 TB kiintolevyt suunnitellaan julkaistavaksi myöhemmin vuonna 2019. 18 Tt:n kiintolevyt julkaistiin vuonna 2020. Vuodesta 2016 lähtien keskimääräisen pöytätietokoneen kiintolevyn tyypillinen nopeus on 7 200 RPM, kun taas edulliset pöytätietokoneet voivat käyttää 5 900 RPM tai 5 400 RPM asemia. Jonkin aikaa 2000-luvulla ja 2010-luvun alussa jotkut työpöytäkäyttäjät ja datakeskukset käyttivät myös 10 000 RPM-asemia, kuten Western Digital Raptor , mutta tällaiset asemat ovat muuttuneet paljon harvinaisemmiksi vuodesta 2016 lähtien, eivätkä ne ole yleisessä käytössä nykyään, koska ne on korvattu NAND-flash-pohjaisella. SSD-levyt.
Mobiili (kannettavien) kiintolevyt
Ne ovat pienemmät kuin pöytätietokoneet ja yritysversiot, mutta ne ovat yleensä hitaampia ja niiden kapasiteetti on pienempi, koska niissä on tyypillisesti yksi sisäinen lautanen ja niiden fyysinen koko oli 2,5" tai 1,8" sen sijaan, että se olisi yleisempää 3,5" pöytätietokoneissa. Mobiilikiintolevyt pyörivät 4 200 rpm, 5 200 rpm, 5 400 rpm tai 7 200 rpm, joista 5 400 rpm on yleisin. 7 200 rpm:n asemat ovat yleensä kalliimpia ja niiden kapasiteetit ovat pienemmät, kun taas 4 200 rpm:n malleissa on yleensä erittäin korkea tallennuskapasiteetti. ), mobiilikiintolevyjen kapasiteetti on yleensä pienempi kuin pöytätietokoneiden vastineiden.
Kulutuselektroniikan kiintolevyt
Niihin kuuluvat digitaalisiin videonauhureihin ja autoihin upotetut asemat . Ensimmäiset on konfiguroitu tarjoamaan taatun suoratoistokapasiteetin jopa luku- ja kirjoitusvirheiden edessä, kun taas jälkimmäiset on rakennettu kestämään suurempia määriä iskuja. Ne pyörivät yleensä nopeudella 5400 RPM.
Ulkoiset ja kannettavat kiintolevyt
Kaksi 2,5" ulkoista USB-kiintolevyä
Nykyiset ulkoiset kiintolevyasemat yhdistetään yleensä USB-C :n kautta ; aikaisemmat mallit käyttävät tavallista USB-liitäntää (joskus käyttämällä paria portteja paremman kaistanleveyden saavuttamiseksi) tai (harvoin), esim. eSATA - liitäntää. USB 2.0 -liitäntää käyttävien versioiden tiedonsiirtonopeus on yleensä hitaampi verrattuna sisäisesti asennettuihin kiintolevyihin, jotka on kytketty SATA:n kautta. Plug and play -asematoiminto tarjoaa järjestelmän yhteensopivuuden, suuret tallennusvaihtoehdot ja kannettavan suunnittelun. Maaliskuussa 2015 ulkoisten kiintolevyasemien käytettävissä oleva kapasiteetti vaihteli 500 Gt:n ja 10 TB:n välillä. Ulkoisia kiintolevyasemia on yleensä saatavana koottuna integroituina tuotteina, mutta ne voidaan koota myös yhdistämällä ulkoinen kotelo (USB-liitännällä tai muulla liitännällä) erikseen ostettavaan asemaan. Niitä on saatavana 2,5 tuuman ja 3,5 tuuman kokoisina; 2,5 tuuman muunnelmia kutsutaan yleensä kannettaviksi ulkoisiksi asemiksi , kun taas 3,5 tuuman muunnelmia kutsutaan pöytätietokoneiden ulkoisiksi asemiksi . "Kannettavat" asemat on pakattu pienempiin ja kevyempiin koteloihin kuin "pöytätietokoneet"; Lisäksi "kannettavat" asemat käyttävät USB-liitännän tuottamaa virtaa, kun taas "pöytätietokoneet" vaativat ulkoista virtalähdettä . Ominaisuudet, kuten salaus , Wi-Fi- yhteys, biometrinen suojaus tai useita liitäntöjä (esimerkiksi FireWire ), ovat saatavilla korkeammalla hinnalla. On esiasennettuja ulkoisia kiintolevyasemia, joita ei voida käyttää sisäisesti kannettavassa tai pöytätietokoneessa, koska ne on otettu pois koteloistaan, koska niiden piirilevyihin on upotettu USB-liitäntä ja SATA (tai Parallel ATA ) -liitäntöjen puuttuminen.

Yritys- ja liiketoimintasegmentti

Palvelimen ja työaseman kiintolevyt
Hot-swap HDD-kotelo
Yleensä käytetään usean käyttäjän tietokoneissa, joissa on yritysohjelmistoja . Esimerkkejä ovat tapahtumankäsittelytietokannat, Internet-infrastruktuuri (sähköposti, verkkopalvelin, sähköinen kaupankäynti), tieteellinen laskentaohjelmisto ja lähes linjan tallennusohjelmisto. Enterprise-asemat toimivat yleensä jatkuvasti ("24/7") vaativissa ympäristöissä ja tarjoavat parhaan mahdollisen suorituskyvyn luotettavuudesta tinkimättä. Maksimikapasiteetti ei ole ensisijainen tavoite, ja sen seurauksena taajuusmuuttajat tarjotaan usein kustannuksiinsa nähden suhteellisen alhaisella kapasiteetilla.
Nopeimmat yrityskiintolevyt pyörivät nopeudella 10 000 tai 15 000 rpm, ja ne voivat saavuttaa peräkkäisen median siirtonopeuden yli 1,6 Gbit/s ja jatkuvan siirtonopeuden jopa 1 Gbit/s. Asemissa, joiden nopeus on 10 000 tai 15 000 rpm, käytetään pienempiä levyjä kohonneiden tehotarpeiden lieventämiseksi (koska niillä on vähemmän ilmanvastusta ), ja siksi niiden kapasiteetti on yleensä pienempi kuin suuritehoisten pöytäasemien. Yrityskiintolevyt liitetään yleensä SAS ( Serial Attached SCSI ) tai Fibre Channel (FC) kautta. Jotkut tukevat useita portteja, joten ne voidaan liittää redundanttiseen isäntäväyläsovittimeen .
Yrityskiintolevyjen sektorikoot voivat olla suurempia kuin 512 tavua (usein 520, 524, 528 tai 536 tavua). Sektorikohtaista lisätilaa voivat käyttää laitteisto-RAID-ohjaimet tai -sovellukset Data Integrity Field (DIF)- tai Data Integrity Extensions (DIX) -tietojen tallentamiseen, mikä parantaa luotettavuutta ja estää hiljaisen tietojen korruption .
Videotallennuskiintolevyt
Tämä linja oli samanlainen kuin kuluttajille suunnatut videotallennuskiintolevyt, joilla oli streamin vakausvaatimukset, ja samanlaisia ​​kuin palvelinkiintolevyt, joilla on laajennettavuustukivaatimukset, mutta ne olivat myös vahvasti suuntautuneet sisäisen kapasiteetin kasvattamiseen. Tämän segmentin tärkein uhraus on kirjoitus- ja lukunopeus.

Valmistajat ja myynti

Kaavio HDD-valmistajan konsolidaatiosta

Yli 200 yritystä on valmistanut kiintolevyjä aikojen saatossa, mutta konsolidoinnit ovat keskittäneet tuotannon vain kolmelle valmistajalle: Western Digital , Seagate ja Toshiba . Tuotanto tapahtuu pääasiassa Tyynenmeren alueella.

Maailmanlaajuinen liikevaihto levytallennustilasta laski kahdeksan prosenttia vuodessa 38 miljardin dollarin huipusta vuonna 2012 22 miljardiin dollariin (arviolta) vuonna 2019. Kiintolevytallennustilan tuotanto kasvoi 15 % vuodessa vuosina 2011–2017, 335:stä 780 eksabtavuun vuodessa. HDD-toimitukset laskivat seitsemän prosenttia vuodessa tänä aikana 620 miljoonasta 406 miljoonaan yksikköön. Kiintolevytoimitusten ennustettiin laskevan 18 % vuosina 2018–2019, 375 miljoonasta 309 miljoonaan yksikköön. Vuonna 2018 Seagaten osuus yksikkötoimituksista on 40 %, Western Digitalin 37 % yksikkötoimituksista ja Toshiban 23 % yksikkötoimituksista. Kahden suurimman valmistajan keskimääräinen myyntihinta oli 60 dollaria yksikköä kohden vuonna 2015.

Kilpailu SSD-levyiltä

Kiintolevyasemat korvataan SSD- levyillä markkinoilla, joilla niiden suurempi nopeus (jopa 4950 megatavua ) (4,95 gigatavua ) sekunnissa M.2 (NGFF) NVMe SSD -levyillä tai 2500 megatavua (2,5 gigatavua ) sekunnissa PCIe -laajennuskorttiasemat), kestävyys ja pienempi teho ovat tärkeämpiä kuin hinta, koska SSD-levyjen bittikustannukset ovat neljästä yhdeksään kertaa korkeammat kuin kiintolevyjen. Vuodesta 2016 lähtien kiintolevyjen vikatiheyden on raportoitu olevan 2–9 % vuodessa, kun taas SSD-levyjen vikoja on vähemmän: 1–3 % vuodessa. SSD-levyillä on kuitenkin enemmän korjaamattomia tietovirheitä kuin kiintolevyillä.

SSD-levyt tarjoavat suuremman kapasiteetin (jopa 100 TB) kuin suurimmat kiintolevyt ja/tai suuremman tallennustiheyden (100 TB ja 30 TB SSD-levyt sijaitsevat 2,5 tuuman kiintolevykoteloissa, mutta niiden korkeus on sama kuin 3,5 tuuman kiintolevy), vaikka niiden hinta onkin pysyy estävänä.

Laboratorioesittelyssä 96-kerroksisesta 1,33 Tb:n 3D NAND-sirusta (NAND, jota käytetään yleisesti SSD -asemissa ) oli 5,5 Tbit/in 2 vuodesta 2019 lähtien, kun taas kiintolevyjen suurin pintatiheys on 1,5 Tbit/in 2 . Flash-muistin pinta-alatiheys kaksinkertaistuu joka toinen vuosi, kuten Mooren laki (40 % vuodessa) ja nopeammin kuin kiintolevyjen 10–20 % vuodessa. Vuodesta 2018 lähtien kiintolevyn enimmäiskapasiteetti oli 16 teratavua ja SSD-levyn 100 teratavua. Vuonna 2016 valmistetuista pöytätietokoneista ja kannettavista tietokoneista 70 prosentissa käytettiin kiintolevyjä ja 30 prosentissa SSD-levyjä. Kiintolevyasemien käyttöosuus on laskussa ja saattaa yhden ennusteen mukaan pudota alle 50 % vuosina 2018–2019, koska SSD-levyt syrjäyttävät pienemmän kapasiteetin (alle teratavun) kiintolevyt pöytätietokoneissa ja kannettavissa tietokoneissa sekä MP3-soittimissa.

SSD-levyissä ja muissa sovelluksissa käytettävien piipohjaisten flash-muistipiirien (NAND) markkinat kasvavat nopeammin kuin kiintolevyjen. Maailmanlaajuinen NAND-liikevaihto kasvoi 16 prosenttia vuodessa 22 miljardista dollarista 57 miljardiin dollariin vuosina 2011–2017, kun taas tuotanto kasvoi 45 prosenttia vuodessa 19 eksatavusta 175 eksabtavuun.

Katso myös

Huomautuksia

Viitteet

Lue lisää

Ulkoiset linkit