{"id":97879,"date":"2020-10-22T20:43:09","date_gmt":"2020-10-22T18:43:09","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom"},"modified":"2020-10-22T20:43:09","modified_gmt":"2020-10-22T18:43:09","slug":"tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/et\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"HDD magnetilise salvestustehnoloogia: keeruline lihtsaks","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"HDD
\nMaailma esimene k\u00f5vaketas, IBM RAMAC 305, n\u00e4gi ilmavalgust 1956. aastal ja mahutas vaid 5 MB andmeid, kaaludes samal ajal 970 kg ja olles m\u00f5\u00f5tmetelt sarnane t\u00f6\u00f6stuslikule k\u00fclmikule. T\u00e4nap\u00e4eva ettev\u00f5tte lipulaevad uhkeldavad juba 20 TB mahuga. Kujutage ette: 64 aastat tagasi oleks sellise andmehulga salvestamiseks vajalik olnud \u00fcle 4 miljoni RAMAC 305 ning serveriruumi, mis nende mahutamiseks oleks \u00fcletanud 9 ruutkilomeetrit, samas kui t\u00e4na piisab selleks v\u00e4ikest kastist, mille kaal on umbes 700 grammi! Sellise uskumatult k\u00f5rge salvestustiheduse saavutamine on suuresti v\u00f5imalik t\u00e4nu magnetilise salvestamise meetodite t\u00e4iustamisele.<\/a><\/noindex>
\nOn raske uskuda, kuid k\u00f5vakettaste p\u00f5him\u00f5tteline konstruktsioon ei ole muutunud juba peaaegu 40 aastat, alates 1983. aastast: just siis n\u00e4gi ilmavalgust esimene 3,5-tolline k\u00f5vaketas RO351, mille l\u00f5i \u0160oti ettev\u00f5te Rodime. See pisike seade sisaldas kahte 10 MB magnetplaati, mis t\u00e4hendab, et see suutis mahutada kaks korda rohkem andmeid kui uuendatud ST-412 5,25-tollisel kujul, mille Seagate sellest samast aastast tootis IBM 5160 personaalarvutitele.<\/p>\n

\"HDD
\nRodime RO351 \u2014 maailmas esimene 3,5-tolline k\u00f5vaketas<\/i><\/p>\n

Hoolimata uuenduslikkusest ja kompaktsetest m\u00f5\u00f5tmetest ei olnud RO351 turule tulles praktiliselt kellelegi vajalik, ja k\u00f5ik j\u00e4rgnevad katsed Rodime'l k\u00f5vakettasektoris jalga sisse saada kukkusid l\u00e4bi, mille t\u00f5ttu pidi ettev\u00f5te 1991. aastal tegevuse l\u00f5petama, m\u00fc\u00fces peaaegu k\u00f5ik oma varad ja v\u00e4hendades t\u00f6\u00f6tajate arvu miinimumini. Kuid Rodime'il ei olnud saatuseks pankrotti minna: peagi hakkasid sellele l\u00e4henema suurimad k\u00f5vakettaste tootjad, kes soovisid osta litsentsi \u0160otlaste patenteeritud vormiformaadi kasutamiseks. Praegu on 3,5 tolli \u00fcldiselt aktsepteeritud standard nii tarbijaklassi HDD-de kui ka ettev\u00f5tte klassi salvestite tootmiseks.<\/p>\n

Kuna n\u00e4rviv\u00f5rgud, s\u00fcgav\u00f5pe ja asjade internet (IoT) on tekkinud, on inimkonna loodud andmete hulk hakanud kiiresti kasvama. IDC anal\u00fc\u00fcsiburu hinnangul j\u00f5uab 2025. aastaks inimeste ja meid \u00fcmbritsevate seadmete genereeritud teabe hulk 175 zettabaiti (1 ZB = 10^21 baiti), samas kui 2019. aastal oli see 45 ZB, 2016. aastal 16 ZB ja 2006. aastal ei \u00fcletanud kogu ajaloo jooksul loodud andmete kogus 0,16 (!) ZB. Tehnoloogiad poputavad meid andmete plahvatuste korral, sealhulgas t\u00e4iustatud andme salvestamise meetodid.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR ja TDMR: milles seisneb erinevus?<\/h2>\n

\nK\u00f5vakettaste t\u00f6\u00f6p\u00f5him\u00f5te on piisavalt lihtne. \u00d5hukesed metallplaadid, mis on kaetud ferromagnetilise materjali kihiga (kristalne aine, mis suudab hoida magnetiseeritust ka siis, kui sellele ei m\u00f5ju v\u00e4line magnetv\u00e4li temperatuuril, mis on madalam kui Curie punkt), liiguvad suurte kiirusetega kirjakettaste ploki suhtes (5400 p\u00f6\u00f6ramist minutis v\u00f5i rohkem). Kirjutusp\u00e4he voolava elektri korral tekib vahelduv magnetv\u00e4li, mis muudab ferromagneti domeenide (ainete diskreetsete alade) magnetiseerituse vektori suunda. Andmete lugemine toimub kas elektromagnetilise induktsiooni n\u00e4htuse t\u00f5ttu (domeenide liikumine anduri suhtes p\u00f5hjustab viimases vahelduva elektrivoolu tekkimise) v\u00f5i gigantsest magnetresistiviteedi efektist (magnetv\u00e4lja m\u00f5jul muutub anduri elektriline takistus), nagu on realiseeritud kaasaegsetes andmesalvestites. Iga domeen kodeerib \u00fche biidi teavet, andes loogilise v\u00e4\u00e4rtuse \u201e0\u201c v\u00f5i \u201e1\u201c s\u00f5ltuvalt magnetiseerituse vektori suunast.<\/p>\n

Pikka aega kasutasid k\u00f5vakettad pikisuunalise magnetilise salvestuse meetodit (Longitudinal Magnetic Recording, LMR), kus domeenide magnetiseerimise vektor asus magnetplaadi tasapinnas. Vaatamata suhtelisele lihtsusele, oli sellel tehnoloogial m\u00e4rkimisv\u00e4\u00e4rne puudus: koeritsiivsuse (magnetiliste osakeste \u00fchenenud olekusse \u00fcleminek) \u00fcletamiseks tuli radade vahele j\u00e4tta m\u00e4rkimisv\u00e4\u00e4rne puhvertsoon (nn guard space \u2014 kaitseala). Selle tulemusena saavutatud maksimaalne salvestustiheduse tase langeva tehnoloogia ajal oli vaid 150 Gbit\/inch\u00b2.<\/p>\n

\"HDD
\n2010. aastal asendas LMR peaaegu t\u00e4ielikult PMR-i (Perpendicular Magnetic Recording \u2014 ristsuunaline magnetiline salvestus). Selle tehnoloogia peamine erinevus pikisuunalisest magnetilisest salvestusest seisneb selles, et iga domeeni magnetiline orientatsioon asub nurga all 90\u00b0 magnetplaadi pinna suhtes, mis aitas m\u00e4rkimisv\u00e4\u00e4rselt v\u00e4hendada radade vahemaid. <\/p>\n

Selle t\u00f5ttu \u00f5nnestus andmete salvestustiheduse taset m\u00e4rkimisv\u00e4\u00e4rselt suurendada (kuni 1 Tbit\/inch\u00b2 t\u00e4nap\u00e4evastes seadmetes), samas kvaliteeti ja usaldusv\u00e4\u00e4rsust ohverdamata. Praegu on ristsuunaline magnetiline salvestus turul domineeriv, mille t\u00f5ttu nimetatakse seda sageli ka CMR-iks (Conventional Magnetic Recording \u2014 tavaline magnetiline salvestus). Samas tuleb m\u00f5ista, et PMR-i ja CMR-i vahel pole t\u00f5eliselt mingit erinevust \u2014 see on lihtsalt teine nimevariant.<\/p>\n

\"HDD
\nUurides t\u00e4nap\u00e4evaste k\u00f5vakettade tehnilisi omadusi, v\u00f5ite kokku puutuda ka salap\u00e4rase l\u00fchendiga TDMR. Eelk\u00f5ige kasutatakse seda tehnoloogiat ettev\u00f5tte klassi salvestites Western Digital Ultrastar 500. seeria<\/a><\/noindex>. F\u00fc\u00fcsika seisukohalt ei erine TDMR (l\u00fchend, mis t\u00e4hendab Two Dimensional Magnetic Recording \u2014 kahe m\u00f5\u00f5tmelise magnetilise salvestuse) midagi harjumusp\u00e4rasest PMR-ist: nagu varemgi, tegeleme me arvutitega, mille radad on risti magnetplaadi tasapinnaga. Tehnoloogiate vahe seisneb l\u00e4henemises teabe lugemisel.<\/p>\n

TDMR-tehnoloogia abil loodud k\u00f5vaketta magnetpeade moodulis on iga kirjutamispea jaoks kaks lugemisandurit, mis v\u00f5imaldavad samal ajal lugeda andmeid igalt l\u00e4bitud rajalt. See \u00fcleliigne aine v\u00f5imaldab HDD kontrolleril t\u00f5husalt filtreerida elektromagnetilist m\u00fcra, mille tekkimine on tingitud vaheraudade sekkumisest (Intertrack Interference, ITI).<\/p>\n

\"HDD
\nITI probleemi lahendamine toob kaasa kaks \u00e4\u00e4rmiselt olulist eelist:<\/p>\n

    \n
  1. h\u00e4irimise koefitsiendi v\u00e4henemine v\u00f5imaldab suurendada salvestustihedust, v\u00e4hendades rajade vahemaa, andes kuni 10% suurema kogumahtuvuse v\u00f5rreldes tavalise PMR-iga;<\/li>\n
  2. koos RVS-tehnoloogia ja kolmeasendilise mikroaktuaatoriga v\u00f5imaldab TDMR t\u00f5husalt vastu seista p\u00f6\u00f6rlemisvibratsioonile, mida p\u00f5hjustavad k\u00f5vakettad, aidates saavutada stabiilset j\u00f5udlust isegi k\u00f5ige keerulisemates t\u00f6\u00f6tingimustes.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Mis on SMR ja kuidas seda kasutatakse?<\/h2>\n

    \nKirjutamispea m\u00f5\u00f5tmed on umbes 1,7 korda suuremad kui lugemisanduri m\u00f5\u00f5tmed. Selline muljetavaldav erinevus on lihtne: kui kirjutamismoodulit veelgi miniat\u00fcriseerida, ei piisa selle loodud magnetv\u00e4lja tugevusest ferromagnetkihi domeenide magnetiseerimiseks, seega andmed lihtsalt ei salvestu. Lugemisanduri puhul sellist probleemi ei teki. Veelgi enam: selle miniat\u00fcriseerimine v\u00f5imaldab veelgi v\u00e4hendada \u00fclalmainitud ITI m\u00f5ju teabe lugemisprotsessile.<\/p>\n

    See t\u00f5siasi on aluseks katuseplaadi magnetsalvestusele (Shingled Magnetic Recording, SMR). Vaatame, kuidas see t\u00f6\u00f6tab. Tava-PMR-i kasutamisel nihkub kirjutamispea iga eelneva raja suhtes kaugusele, mis v\u00f5rdub tema laiuse + kaitseala laiusega (guard space).<\/p>\n

    \"HDD
    \nKerasetekohli magnetic recording method involves shifting the writing head forward by only part of its width, which causes each previous track to be partially overwritten by the next: magnetic tracks overlap like roofing tiles. This approach allows for an additional increase in recording density, yielding up to a 10% capacity gain without affecting the reading process. As an example, one can mention     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 the world's first 3.5-inch drives with a 20 TB capacity and SATA\/SAS interface, made possible by the new magnetic recording technology. Thus, transitioning to SMR drives allows for increased data storage density in the same racks with minimal IT infrastructure upgrade costs.<\/p>\n

    \"HDD
    \nDespite such a significant advantage, SMR has an obvious drawback. Since magnetic tracks overlap, updating data requires rewriting not just the desired fragment, but also all subsequent tracks within a magnetic plate, which can exceed 2 terabytes, potentially leading to a serious drop in performance.<\/p>\n

    This problem is mitigated by grouping a certain number of tracks into separate groups called zones. Although this approach to data storage organization slightly reduces the overall HDD capacity (as sufficient gaps must be maintained between zones to prevent overwriting tracks from neighboring groups), it significantly accelerates the data update process since only a limited number of tracks are now involved.<\/p>\n

    \"HDD
    \nThe tiled magnetic recording method offers several implementation options:<\/p>\n