60 лет с жёсткими дисками

    Тридцать лет назад жёсткий диск был дорогой опцией. Десятилетиями он обретал статус повседневного накопителя, появился даже повод посмеяться — у вас в компьютере накопитель с крутящимся диском? Почему не флэш-память, скорость доступа к которой куда выше?

    За каких-то шесть десятков лет ёмкость жёсткого диска выросла в миллион раз, стоимость мегабайта упала в пару миллионов раз, скорость чтения возросла в сто тысяч раз. Из огромного аппарата для бизнес-приложений жёсткий диск стал обыденностью любого домашнего вычислительного устройства.

    В отдельных категориях намагниченные «блины» исчезают в пользу флэш памяти, которая пусть и дороже, зато быстрее и не боится тряски. Но кое-где жёсткие диски будут доминировать ещё очень долго.

    Необходимость


    До появления Московского метрополитена обычные люди передвигались пешком или на трамваях, хотя перегруженность улиц бурно растущей столицы ощущалась. Примерно так же до жёсткого диска были свои методы постоянного хранения данных, которые удовлетворяли базовые потребности, но явно были недостаточны для будущих вычислительных машин.

    Каждый раз вводить код программы вручную — сложно и очень неудобно. Владельцы дешёвых персоналок из восьмидесятых согласятся с этим: им доводилось перепечатывать множество символов из компьютерного журнала, просто чтобы разок поиграть в любимую игрушку. Затем долго искать ошибку в набранном. А потом ещё раз вводить эту же программу для повторной игры или сутками оставлять компьютер включённым, чтобы программа не сбросилась.

    Первое устройство чтения и записи данных для вычислительных машин было не электромагнитным, а бумажным. Дырочки в перфокартах из тонкого картона кодировали информацию, которую считывал компьютер. Некоторые устройства могли пробивать информацию на неиспользованные перфокарты. Скорость чтения измеряли в картах в минуту. Типичное число — от 300 до 2000 карт/минуту, то есть пару тысяч символов в секунду эти устройства читать могли. Запись была медленней — до 300 карт в минуту, порядка 400 символов в секунду.

    После Второй мировой по миру зашагала магнитная лента, до этого бывшая немецким военным секретом. Как и звук, информацию можно записывать на магнитную ленту для последующего чтения, она останется там даже после отключения питания. Такой носитель впервые для коммерческой ЭВМ использовали в UNIVAC I. Ряды машин с крутящимися бобинами магнитной ленты навсегда врезались в общественное восприятие как вычислительные машины шестидесятых.



    Такой способ уже быстрее: до 10 ленточных накопителей UNISERVO сохраняли на полудюймовой магнитной ленте 128 бит на дюйм. Скорость чтения и записи составляла 7 200 символов в секунду — куда выше перфоленты и перфокарт. Магнитная лента обладает одним большим недостатком: с такого носителя данные приходится читать последовательно. Для достижения нужного фрагмента ленту нужно проматывать, что сказывается на скорости отклика.

    Со скоростью доступа получше у прародителя жёсткого диска — магнитного барабана. Такой накопитель выглядел как быстро вращающийся металлический цилиндр, покрытый ферромагнитным слоем. В большинстве конструкций несколько неподвижных считывающих головок записывают или читают данные с магнитных дорожек, расположенных на внешней поверхности. Магнитные барабаны часто были оперативной памятью, иногда выступали в качестве внешнего накопителя.


    У этого экземпляра многие из 192 головок коснулись поверхности барабана — опасность, знакомая жёстким дискам. Приблизительная ёмкость: четверть мегабайта. Kreg Steppe.

    В качестве ОЗУ барабаны вытеснила память на магнитных сердечниках. Для внешней памяти появился новый накопитель, где считывающие головки работали с магнитной поверхностью пластин.

    Рождение


    Многие хорошие вещи в мире вычислительной техники, которые сегодня считаются стандартом, впервые появились в IBM. Позднее гигант продавал подразделения из-за возросшей конкуренции. Эта же участь постигла жёсткий диск: он родился в IBM в 1956 году, много лет был одним из ведущих продуктов компании, но позднее, в 2002 году, производственные мощности были проданы Hitachi Global Storage Technologies.

    Отцом жёсткого диска часто называют Рейнольда Джосона. До HDD он уже работал с системами хранения данных: изобрёл систему mark sense, которая позволяла размечать карандашом на карточках данные, которые преобразовывались в перфокарты. В 1952 году IBM, компания из штата Нью-Йорк, направляет Джонсона в город Сан-Хосе в Калифорнии для создания лаборатории на Западном побережье США.


    Промо-материал IBM про достижения новой лаборатории.

    К 1954 году команда Джонсона изобрела новый тип носителя. Впервые он был представлен 13 сентября 1956 года. Вероятно, этот день можно считать днём рождения жёсткого диска. Это была машина, состоящая из 50 алюминиевых пластин диаметром 24 дюйма (≈61 сантиметр). В ней умещалось всего лишь 5 миллионов 6-битных слов — 3,75 мегабайта. Сегодня это размер не сильно раздутой веб-страницы сайта в Интернете.


    Та самая, часто демонстрируемая фотография: погрузка IBM 305 RAMAC в самолёт. Явно постановочная фотография покрасоваться: для погрузки нужно развернуться на 180°. Маловероятно, что бригада грузчиков сможет подхватить ящик весом в тонну.

    IBM продавала не комплектующие, а готовые компьютеры. Устройство IBM 350 — тот самый жёсткий диск — было одной из частей компьютера IBM 305 RAMAC. Как следует из названия Random Access Method of Accounting and Control, это было решение для управления и ведения финансовой отчётности на предприятиях. Первый инженерный прототип диска появился в июне 1956 года, реальные коммерческие поставки системы начались в январе 1958 года.

    50 пластин по две поверхности для записи, покрытых ферромагнитным слоем. Всего 100 слоёв для записи, на каждом слое — 100 дорожек. Диски вращались на скорости 1200 оборотов в минуту. Скорость доступа составляла 8,800 6-битных слов в минуту (примерно 51 КБ/с). Была лишь одна пара головок для чтения и записи, которую вверх-вниз для выбора нужной пластины толкал специальный механизм. Эта конструкция с головками весила около 1,4 кг, но могла проскочить от верхней до нижней пластины меньше чем за секунду.


    Учебный фильм IBM о компьютере RAMAC. Заметна работа жёсткого диска.

    Компьютер IBM RAMAC 305 с одним таким диском IBM 350 предоставлялся за плату в 3200 долларов в месяц (аналог примерно 27 тыс. $ сегодня). Инженеры хотели сделать версию с ёмкостью повыше, но маркетологи не знали, зачем она кому-то может понадобиться.

    Тридцать лет спустя


    Новые компьютеры IBM содержали накопители на жёстких дисках большей ёмкости. Выходцы из компании и другие специалисты создавали свои предприятия по производству новинки.

    Эпоха больших компьютеров, доступных только крупным предприятиям, уходила. Было ещё далеко до общедоступности, но первые персональные компьютеры постепенно появлялись. Поначалу это были слабые машины без графического интерфейса. Объём ОЗУ рос, процессоры становились мощнее, зарождались оконные системы.


    5,25-дюймовый ST-506 от Shugart Technology (ныне Seagate) раскручивается. 5 мегабайтов, 1500 долларов. 1980 год.

    Но в начале восьмидесятых накопителем первых микрокомпьютеров чаще всего были дискеты, картриджи или магнитная лента. В крайнем случае программу приходилось набирать в память компьютера самостоятельно. Жёсткие диски были дороги. Часто они выглядели как внешние устройства, подключаемые отдельно. К примеру, у оригинального Macintosh (2495$, 1984) был лишь привод дискет. К дорогой машине Apple Lisa (9,995 $) подключался жёсткий диск Apple ProFile, стоимостью 3499 долларов.

    Цена жёстких дисков была сравнима со стоимостью компьютеров, стандартов подключения было много. Число производителей росло: среди них были не только знакомые сегодня Seagate, Western Digital, но и Rodime, Shugart Associates и Control Data. Многие из них сотрудничали и разрабатывали унифицированные стандарты для подключения: SCSI, 40-пиновый IDE и ESDI. Следуя за размером дискет, жёсткие диски стали меньше: 5,25 дюйма, после производители освоили 3,5-дюймовый стандарт, затем попробовали 2,5-дюйма.


    Звуки работы 3,5-дюймового Western Digital WD93028-X. 20 мегабайтов, 1989 год.

    К 1985 году число участников рынка жёстких дисков достигло 75. С того момента поглощениями, слияниями и банкротствами оно падало. К концу восьмидесятых жёсткий диск подешевел, и начал встречаться в качестве стандарта в компьютере. К концу восьмидесятых стоимость мегабайта накопителя упала ниже пятидесяти долларов. 20-мегабайтный диск Western Digital в марте 1989 года стоил всего 899 долларов. В начале десятилетия накопитель аналогичного объема обходился в четыре раза дороже.

    Шестьдесят лет спустя и дальше


    К 1999 году число производителей упало до 15. В 2009 году их было 6. Сегодня всего три компании в мире производят жёсткие диски.

    За шестьдесят лет ёмкость жёсткого диска достигла десятка терабайт. Если бы речь шла про автомобиль, то за шестьдесят лет развития в четырёхдверный седан помещался бы небольшой город, а сам он стоил бы как спичечный коробок.

    Ёмкость пластин растёт за счёт разнообразных ухищрений. Пластины первых жёстких дисков покрывались одним магнитным слоем, сегодня их куда больше, и каждый выполняет свою функцию. На смену головкам на основе эффекта гигантского магнитного сопротивления пришли головки с туннельным магниторезистивным эффектом. Головки пишут данные не горизонтально, а вертикально, что позволяет повысить плотность записи. Гермозону некоторых дисков заполняют гелием, чтобы увеличить число пластин.



    За десятки лет жёсткий диск начал уменьшаться до немыслимых размеров. Появились диски диаметром в дюйм и меньше. Казалось, жёсткие диски будут в каждом устройстве: от порноразмерных 3,5-дюймовых в стационарных компьютерах до мобильных телефонов. Реальность распорядилась иначе.


    Шесть форматов: 8-, 5,25-, 3,5-, 2,5-, 1,8- и 1-дюймовые жёсткие диски.

    Сегодня дешевеет флэш-память, выполненная в виде микросхем без движущихся частей. Сначала она поставила крест на крошечных форматах жёстких дисков в аудиоплеерах, затем начала появляться в ноутбуках и настольных компьютерах. Диски на ней быстрее, потребляют меньше энергии, тише в работе и не боятся тряски. Движущихся частей нет — отклик куда ниже. Твердотельные накопители пока дороже, а их ячейки имеют ограниченный ресурс перезаписи. Впрочем, цена продолжает опускаться, а циклов записи твердотельника нетерпеливому на смену гаджетов пользователю хватает с избытком.

    И всё равно в ближайшее время жёсткие диски никуда не уйдут. Они прослужат миру ещё не одно десятилетие, а возможно, останутся как архивный формат надолго. Магнитная лента, которая вроде как исчезла, всё равно существует в качестве архивного накопителя. Когда-то жёстким дискам может грозить что-то подобное — несколько узкопрофессиональных применений.



    Сами производители говорят, что термоассистируемая магнитная запись и её дальнейшее развитие позволят жёстким дискам оставаться конкурентоспособными ещё лет двадцать. Возможно, лет через десять обычный жёсткий диск будет умещать сотню терабайт.
    Поделиться публикацией

    Комментарии 28

      +6
      Отличный экскурс и отличная опечатка(или пасхалка?), почти по Фрейду: «от порноразмерных 3,5-дюймовых...».
      Статья явно опровергает тезис «не в размере дело» ^_^
        +1
        Я тоже порадовался этой очепятке.
          0
          Так порноразмерные вроде в терабайтах должны измеряться, а не в дюймах?
            0
            И наверняка каждый вспомнил дядю Фрейда, и оЧепятки! За статью спасибо!
            +2
            Кто сказал, что это опечатка? ( ͡° ͜ʖ ͡°)
            +1
            Прошу прощения:
            «стоимость мегабайта упала в пару миллионов раз, скорость чтения — в сто тысяч раз.»
            Скорость чтения таки так сильно УПАЛА?
              0
              Исправил на «выросла», спасибо.
              0
              >порноразмерных
              ну ну…
                +5
                А для чего еще нужны терабайты на жестких дисках?
                  0
                  Достаточно поглядеть на 'худые' Raw в 18 Мб. подумать что есть образчики под сотню мегабайт. У меня четырёх значный счётчик в фотике уже раза 4 обнулялся.
                  Сюда pdf и djvu, скажем, 5-10 журналов с 1930 года, все выпуски, и просто книжки.
                  У меня фото+библиотека сумарно около терабайта и занимают из полутора доступных.
                    0
                    Неужели все эти фотки достойны потраченных гигабайтов?
                    Может быть, вам хватило бы и 640 КБ 250 гигов? Но гигабайты слишком дешевы и всякий хлам просто складируется потому что места «завались»?
                    Ведь бывает так с бумагой, бумага стоит дороже того, что на ней напечатано.
                      0
                      У меня больше тысячи фотографий дачи, вернее разных этапов ремонта и строительства.
                      Да, эти фотографии редко востребованы. Но даже одного случая, когда просмотр фотографий заменил один-два дня работ достаточно что бы их хранить дальше.
                      Т.е. спустя 5-7 лет ответить на вопрос: «как соориентирован прямоугольный фундамент под столбом, на какой глубине подошва, какой грунт там?» или «трещина в стене под обшивкой, размер, где начинается, где заканчивается, как ориентирована, заделывали просто цементом или ставили анкера?» вот так сходу я не смогу.
                      Зачистить 200-300 снимков с рядовой вечеринки не проблема, но спустя 10 лет, и спустя 2-5 лет с похорон кого-то, именно эти, пусть неудачные снимки, для кого-то «свет в окошке» и тёплые воспоминания.
                        0
                        Сомнительно, что для ответа на вопрос "«как соориентирован прямоугольный фундамент под столбом, на какой глубине подошва, какой грунт там»" нужен 'худой' RAW в 18 Мб". То, что у вас хранятся тонны хлама — не повод для гордости и хвастовства, а лишь подтверждение тому, что при уменьшении стоимости хранения до ничтожных величин, количество необходимой и качественной информации практически не изменяется, а все остальное пространство порастает мусором с прикрытием «а вдруг пригодится». Глобально ничего не изменилось — раньше дачи порастали хламом физическим, сейчас жесткие диски фотками дач :)
                        Про вечеринки — зачет, вы хоть отдохнуть-потусоватся успеваете или от фотоаппарата/смартфона/зубочистки не отрываетесь и на всех фотках от ваших вы запечатлены исключительно пялящимся в очередной убердевайс? А то есть у меня один такой знакомый… :)
                          0
                          Рав лежит, потому что камерный шумодав часто очень агрессивный и насмерть убивает оттенки и мелкие детали в условиях плохой освещёности. а технические снимки в таких условиях и производятся.
                          Понятно, что вместо фотографий можно снять обшивку и посмотреть. Раньше так и делали. Или раскопать.
                          Но если есть возможность воспользоваться прогрессом, почему и нет? Где и так понятно по жпг, я равы и не держу. Пакетной конвертацией заниматься не хочу, я меняю своё время на объём диска.
                          Дни рождения: свой, родителей, ребёнка, знакомых сюда не относим? ты не ходишь/не участвуешь? Общественные праздники, хотя бы НовыйГод? Поездки (пусть и раз-два в год) в музеи?
                            +1
                            Брр, смешались в кучу кони люди.
                            Равка может весить хоть гигабайт(видимо в ближайшем светлом будущем так и будет) — от этого ценность хреновой фотки не вырастет.
                            Именно об этом я и говорю, человек-фотоаппарат и человек-смартфон — душа любой компании.
                +4
                «Возможно, лет через десять обычный жёсткий диск будет умещать сотню терабайт»

                Ага, сядем раздел создавать, а там 91 Тб, а 9 с хвостиком, украдено, как обычно.
                  +1
                  Помнится году так в 199х покупал я винчестер на рынке… на 540М — Quantum. И продавец говорит — «Ну это не очень хороший винчестер». Я — испуганно — «А почему?» Продавец — «А НАФИГА ОН НУЖЕН ТАКОЙ БОЛЬШОЙ?»
                  Это меня успокоило — диск брался в лабораторию — т.е. как предмет коллективного пользования.
                  0
                  Справедливости ради, первые «диски» были не бумажные, а механические (дерево, металл) для первых вычислителей.
                    +1
                    Не бумажные, а механические звучит странно.
                    0
                    Статья интересная, но в ней много ошибок.
                    Берем исходные данные: «За каких-то шесть десятков лет ёмкость жёсткого диска выросла в миллион раз, стоимость мегабайта упала в пару миллионов раз, скорость чтения — в сто тысяч раз.»

                    Сейчас hdd 3TB стоит 100$. 10TB — 500$.
                    цену на BM 350 (емкость 3.75МБ https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_IBM_magnetic_disk_drives#IBM_350 ) найти с ходу не удалось, но он явно стоил куда больше 1000$.

                    Со скоростью чтения интересно.
                    Ibm 350 давал поток данных 8800 6-битных символов в секунду, т.е. 6600 байт в секунду. С учетом скорости позиционирования, думаю, что на чтение всего диска могло уйти около 20-30 минут.

                    Позже научились читать и писать данные быстро. Те же десктопные жесткие диски 40МБ давали поток в районе 250-300кб/сек. Т.е. диск полностью можно было прочитать всего за три-четыре минуты!
                    Текущий стандартный 3ТБ диск можно считать в лучшем случае за 4-5 часов. А 10ТБ — в районе 15 часов.
                    И это понятно, скорость чтения пропорциональна линейной плотности, а объем накопителя пропорционален квадрату линейной плотности.

                    Еще из интересного, в эпоху XT я сталкивался с жесткими дисками, которые можно было менять в режиме hot swap. В 5.25 дырку в корпусе вставлялось устройство с дыркой под специальные жесткие диски. Диск вставлялся в дырку и засасывался мотоприводом внутрь, наподобие видеокассеты в видеомагнитофоне. После того, как жесткий диск полностью заезжал внутрь, он раскручивался и к нему можно было обратиться в DOS. Если надо было достать жестки диск, то надо было нажать на кнопку, диск сначала останавливался, после чего выезжал из компьютера. К HDD прилагался здоровенного размера кейс с поролоном внутри.
                    Работало все это на собственной ISA 8bit карте, интерфейс между ISA картой и устройством в 5.25 был нестандартным.
                      0
                      Еще из интересного, в эпоху XT я сталкивался с жесткими дисками, которые можно было менять в режиме hot swap.
                      Интересно, ни разу о таком не слышал.
                      А как назывался — не припомните?
                        0
                        Помнится что это были mobile rack
                        Но возможно я не так запомнил, или это вообще название не устройства, а фирмы производителя или бренд (как ксерокс или памперс)
                          +1
                          Я пытался найти, не нашел ни по фотографиям, ни по описанию. Hdd был 20МБ. Док-станция, назову ее так, монтировалась, как я писал выше в 5.25 дырку в корпусе. Посередине в ней была дырка, в который вставлялся жесткий диск, рядом была резиновая кнопка извлечения и светодиод активности. Сам жесткий диск выглядел как металлическая коробка шириной и высотой примерно с современный hdd 3.5, но глубиной примерно в полтора раза больше.Все белого цвета.
                          Плата управления — чуть ли не полноразмерная ISA (во всю длину компьютера).
                          Кейс для переноски жесткого диска был размером больше, чем стандартное 5.25 устройство, был сделан из темной пластмассы, с крышкой. Изнутри оклеен слоем поролона около 1 см толщиной.
                          Мне этот набор по случаю достался бесплатно в 94-95-96 году.
                        –2
                        устройстве: от порноразмерных
                        у многих сейчас порноразмерные винчестеры)
                          –2
                          «Порноразмерные» жесткие диски — это сильно. Предлагаю не исправлять)
                            +3
                            Очень понравилось рекламное видео от IBM. Прямо все строго, стильно, аккуратно, последовательно.
                            А то сейчас наснимают каких-то странно выглядящих хипстеров, непонятно как относящихся к рекламируемому продукту и будут за кадром дурным голосом вопить, что надо срочно бежать покупать.
                              0
                              «Некоторые устройства могли пробивать информацию на неиспользованные перфокарты» — под «некоторыми устройствами» подразумеваются перфораторы (вроде IBM 029)?
                                +1
                                А про устройство из 1960...1970 тишина! Какие там были диски? Хочется больше подробностей!

                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                Самое читаемое