{"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\/ro\/blog\/administrirovanie\/tehnologii-magnitnoj-zapisi-hdd-prosto-o-slozhnom","title":{"rendered":"Tehnologiile de \u00eenregistrare magnetica HDD: simplu \u0219i complex","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Tehnologiile
\nPrimul hard disk din lume, IBM RAMAC 305, lansat \u00een 1956, avea o capacitate de doar 5 MB de date, c\u00e2nt\u0103rea 970 kg \u0219i avea dimensiuni comparabile cu un frigider industrial. Modelele moderne de v\u00e2rf pentru companii se pot l\u0103uda cu capacit\u0103\u021bi de p\u00e2n\u0103 la 20 TB. Imagineaz\u0103-\u021bi: acum 64 de ani, pentru a stoca o asemenea cantitate de informa\u021bii, ar fi fost necesare peste 4 milioane de RAMAC 305, iar dimensiunile centrului de date necesar pentru a le g\u0103zdui ar fi dep\u0103\u0219it 9 kilometri p\u0103tra\u021bi, pe c\u00e2nd ast\u0103zi ar fi suficient\u0103 o cutie mic\u0103 de aproximativ 700 de grame! O mare parte din aceast\u0103 cre\u0219tere incredibil\u0103 a densit\u0103\u021bii de stocare se datoreaz\u0103 perfec\u021bion\u0103rii metodelor de \u00eenregistrare magnetic\u0103.<\/a><\/noindex>
\nE greu de crezut, dar designul hard disk-urilor nu s-a schimbat fundamental timp de aproape 40 de ani, \u00eencep\u00e2nd cu anul 1983: exact atunci a fost lansat primul hard disk de 3,5 inci, RO351, dezvoltat de compania sco\u021bian\u0103 Rodime. Acest micu\u021b avea dou\u0103 platane magnetice de c\u00e2te 10 MB fiecare, ceea ce \u00eensemna c\u0103 putea stoca de dou\u0103 ori mai multe date dec\u00e2t ST-412, actualizat de Seagate, de 5,25 inci, lansat \u00een acela\u0219i an pentru computerele personale IBM 5160.<\/p>\n

\"Tehnologiile
\nRodime RO351 \u2014 primul hard disk din lume de 3,5 inci<\/i><\/p>\n

\u00cen ciuda inova\u021biei \u0219i dimensiunilor sale compacte, c\u00e2nd a fost lansat, RO351 s-a dovedit a fi practic inutil, iar toate \u00eencerc\u0103rile ulterioare ale Rodime de a se impune pe pia\u021ba hard disk-urilor au e\u0219uat, motiv pentru care, \u00een 1991, compania a fost nevoit\u0103 s\u0103-\u0219i \u00eenchid\u0103 activitatea, v\u00e2nz\u00e2nd aproape toate activele \u0219i reduc\u00e2nd personalul la minimum. Totu\u0219i, Rodime nu a fost sortit\u0103 falimentului: \u00een scurt timp, cei mai mari produc\u0103tori de hard disk-uri au \u00eenceput s\u0103 se intereseze de o licen\u021b\u0103 pentru utilizarea factorului de form\u0103 brevetat de sco\u021bieni. \u00cen prezent, dimensiunea de 3,5 inci este standardul acceptat la produc\u021bia at\u00e2t pentru HDD-urile de consum, c\u00e2t \u0219i pentru stocatoarele de nivel enterprise.<\/p>\n

Odat\u0103 cu apari\u021bia re\u021belelor neurale, a \u00eenv\u0103\u021b\u0103rii profunde \u0219i a internetului obiectelor (IoT), volumul datelor create de umanitate a \u00eenceput s\u0103 creasc\u0103 exponential. Conform estim\u0103rilor agen\u021biei de analiz\u0103 IDC, p\u00e2n\u0103 \u00een 2025, cantitatea de informa\u021bii generate at\u00e2t de oameni, c\u00e2t \u0219i de dispozitivele din jurul nostru va atinge 175 zettabyte (1 ZB = 10^21 byte), \u00een condi\u021biile \u00een care \u00een 2019 aceast\u0103 valoare era de 45 ZB, \u00een 2016 de 16 ZB, iar \u00een 2006 volumul total de date generate de-a lungul \u00eentreag\u0103i istorii nu dep\u0103\u0219ea 0,16 (!) ZB. Pentru a face fa\u021b\u0103 exploziei informa\u021bionale ajut\u0103 tehnologiile moderne, printre care metodele avansate de stocare a datelor ocup\u0103 un loc important.<\/p>\n

LMR, PMR, CMR \u0219i TDMR: care este diferen\u021ba?<\/h2>\n

\nPrincipiul de func\u021bionare al hard disk-urilor este destul de simplu. Pl\u0103cile metalice sub\u021biri, acoperite cu un strat de material ferromagnetic (o substan\u021b\u0103 cristalin\u0103 capabil\u0103 s\u0103 \u00ee\u0219i p\u0103streze magnetizarea chiar \u0219i \u00een absen\u021ba unui c\u00e2mp magnetic extern, la temperaturi sub punctul Curie) se mi\u0219c\u0103 relativ la blocul capetelor de scriere cu o vitez\u0103 mare (5400 de rota\u021bii pe minut sau mai mult). C\u00e2nd se aplic\u0103 un curent electric pe capul de scriere, se genereaz\u0103 un c\u00e2mp magnetic alternativ care schimb\u0103 direc\u021bia vectorului de magnetizare al domeniilor (zone discrete ale substan\u021bei) ferromagnetice. Citirea datelor se realizeaz\u0103 fie prin fenomenul de induc\u021bie electromagnetic\u0103 (mi\u0219carea domeniilor \u00een raport cu senzorul genereaz\u0103 un curent electric alternativ), fie prin efectul gigant magnetic de rezisten\u021b\u0103 (sub ac\u021biunea c\u00e2mpului magnetic, se modific\u0103 rezisten\u021ba electric\u0103 a senzorului), a\u0219a cum este implementat \u00een unit\u0103\u021bile de stocare moderne. Fiecare domeniu codific\u0103 un bit de informa\u021bie, av\u00e2nd o valoare logic\u0103 \u201e0\u201d sau \u201e1\u201d \u00een func\u021bie de direc\u021bia vectorului de magnetizare.<\/p>\n

O lung\u0103 perioad\u0103 de timp, hard disk-urile au utilizat metoda \u00eenregistr\u0103rii magnetice longitudinale (Longitudinal Magnetic Recording - LMR), \u00een care vectorul de magnetizare al domeniilor era situat \u00een planul pl\u0103cii magnetice. Cu toate acestea, \u00een ciuda simplit\u0103\u021bii relative a implement\u0103rii, aceast\u0103 tehnologie avea un dezavantaj semnificativ: pentru a dep\u0103\u0219i coerci\u021bia (trecerea particulelor magnetice \u00een starea de domeniu unic), era necesar s\u0103 se lase o zon\u0103 tampon considerabil\u0103 \u00eentre piste (a\u0219a-numita zon\u0103 de protec\u021bie). Din aceast\u0103 cauz\u0103, densitatea maxim\u0103 de \u00eenregistrare atins\u0103 la sf\u00e2r\u0219itul acestei tehnologii a fost de doar 150 Gbit\/dm2.<\/p>\n

\"Tehnologiile
\n\u00cen 2010, LMR a fost practic complet \u00eenlocuit\u0103 de PMR (Perpendicular Magnetic Recording - \u00eenregistrare magnetic\u0103 perpendicular\u0103). Principala diferen\u021b\u0103 \u00eentre aceast\u0103 tehnologie \u0219i \u00eenregistrarea magnetic\u0103 longitudinal\u0103 este c\u0103 vectorul orient\u0103rii magnetice a fiec\u0103rui domeniu este situat la un unghi de 90\u00b0 fa\u021b\u0103 de suprafa\u021ba pl\u0103cii magnetice, ceea ce a permis reducerea semnificativ\u0103 a intervalului dintre piste. <\/p>\n

Datorit\u0103 acestui lucru, densitatea de \u00eenregistrare a datelor a reu\u0219it s\u0103 creasc\u0103 semnificativ (p\u00e2n\u0103 la 1 Tbit\/dm2 \u00een dispozitivele moderne), f\u0103r\u0103 a sacrifica caracteristicile de vitez\u0103 \u0219i fiabilitatea hard disk-urilor. \u00cen prezent, \u00eenregistrarea magnetic\u0103 perpendicular\u0103 este dominant\u0103 pe pia\u021b\u0103, motiv pentru care este adesea numit\u0103 \u0219i CMR (Conventional Magnetic Recording - \u00eenregistrare magnetic\u0103 obi\u0219nuit\u0103). Este important de \u00een\u021beles c\u0103 \u00eentre PMR \u0219i CMR nu exist\u0103 nici o diferen\u021b\u0103 real\u0103 - sunt doar alte denumiri pentru aceea\u0219i tehnologie.<\/p>\n

\"Tehnologiile
\nStudiind caracteristicile tehnice ale hard disk-urilor moderne, s-ar putea s\u0103 \u00eent\u00e2lni\u021bi \u0219i acronimul misterios TDMR. \u00cen special, aceast\u0103 tehnologie este utilizat\u0103 de unit\u0103\u021bile de stocare de clas\u0103 enterprise Western Digital Ultrastar seria 500.<\/a><\/noindex>Din punct de vedere fizic, TDMR (care se traduce prin Two Dimensional Magnetic Recording - \u00eenregistrare magnetic\u0103 bidimensional\u0103) nu se deosebe\u0219te \u00een niciun fel de PMR: la fel ca \u00eenainte, avem de-a face cu piste care nu se intersecteaz\u0103, domeniile \u00een care sunt orientate perpendicular pe planul pl\u0103cilor magnetice. Diferen\u021ba \u00eentre tehnologii const\u0103 \u00een abordarea citirii informa\u021biei.<\/p>\n

\u00cen blocul capetelor magnetice al hard disk-urilor, create utiliz\u00e2nd tehnologia TDMR, fiecare cap de scriere are c\u00e2te dou\u0103 senzori de citire, care efectueaz\u0103 citirea simultan\u0103 a datelor de pe fiecare pist\u0103 parcurs\u0103. Aceast\u0103 redundan\u021b\u0103 permite controlerului HDD s\u0103 filtreze eficient zgomotele electromagnetice, a c\u0103ror apari\u021bie este cauzat\u0103 de interferen\u021ba inter-pist\u0103 (Intertrack Interference, ITI).<\/p>\n

\"Tehnologiile
\nRezolvarea problemei ITI ofer\u0103 dou\u0103 avantaje extrem de importante:<\/p>\n

    \n
  1. reducerea coeficientului de interferen\u021b\u0103 permite cre\u0219terea densit\u0103\u021bii de scriere prin diminuarea distan\u021bei \u00eentre piste, asigur\u00e2nd c\u00e2\u0219tig \u00een capacitatea total\u0103 de p\u00e2n\u0103 la 10% fa\u021b\u0103 de PMR-ul obi\u0219nuit;<\/li>\n
  2. \u00een combina\u021bie cu tehnologia RVS \u0219i microactuatorul pe trei pozi\u021bii, TDMR permite contracararea eficient\u0103 a vibra\u021biei de rota\u021bie cauzate de func\u021bionarea hard disk-urilor, ajut\u00e2nd la ob\u021binerea unui nivel stabil de performan\u021b\u0103 chiar \u0219i \u00een cele mai dificile condi\u021bii de exploatare.<\/li>\n<\/ol>\n

    <\/p>\n

    Ce este SMR \u0219i cum se utilizeaz\u0103?<\/h2>\n

    \nDimensiunile capului de scriere sunt de aproximativ 1,7 ori mai mari comparativ cu dimensiunile senzorului de citire. Aceast\u0103 diferen\u021b\u0103 semnificativ\u0103 se explic\u0103 destul de simplu: dac\u0103 modulul de scriere este f\u0103cut \u0219i mai mic, for\u021bele c\u00e2mpului magnetic pe care le poate genera nu vor fi suficiente pentru a magnetiza domeniile stratului ferromagnetic, ceea ce \u00eenseamn\u0103 c\u0103 datele pur \u0219i simplu nu vor fi stocate. \u00cen cazul senzorului de citire, aceast\u0103 problem\u0103 nu apare. Mai mult: miniaturizarea sa permite, de asemenea, reducerea influen\u021bei ITI men\u021bionate anterior asupra procesului de citire a informa\u021biilor.<\/p>\n

    Acest fapt st\u0103 la baza \u00eenregistr\u0103rii magnetice tip \u021bigl\u0103 (Shingled Magnetic Recording, SMR). Haide\u021bi s\u0103 \u00een\u021belegem cum func\u021bioneaz\u0103. C\u00e2nd utiliz\u0103m PMR tradi\u021bional, capul de scriere se deplaseaz\u0103 \u00een raport cu fiecare pist\u0103 anterioar\u0103 la o distan\u021b\u0103 egal\u0103 cu l\u0103\u021bimea sa + l\u0103\u021bimea spa\u021biului de protec\u021bie (guard space).<\/p>\n

    \"Tehnologiile
    \nAtunci c\u00e2nd se utilizeaz\u0103 metoda de \u00eenregistrare magnetic\u0103 \u00een \u021bigl\u0103, capul de scriere se mi\u0219c\u0103 \u00eenainte doar pe o parte din l\u0103\u021bimea sa, astfel \u00eenc\u00e2t fiecare urme anterior este par\u021bial rescris de urm\u0103torul: benzile magnetice se suprapun asem\u0103n\u0103tor \u021biglelor de acoperi\u0219. Aceast\u0103 abordare permite cre\u0219terea densit\u0103\u021bii de \u00eenregistrare, oferind un c\u00e2\u0219tig de capacitate de p\u00e2n\u0103 la 10%, f\u0103r\u0103 a afecta procesul de citire. Ca exemplu, se poate men\u021biona     Western Digital Ultrastar DC HC 650<\/a><\/noindex> \u2014 primele unit\u0103\u021bi de 3,5 inci din lume cu o capacitate de 20 TB \u0219i interfa\u021b\u0103 SATA\/SAS, a c\u0103ror apari\u021bie a fost posibil\u0103 datorit\u0103 unei noi tehnologii de \u00eenregistrare magnetic\u0103. Astfel, trecerea la discurile SMR permite cre\u0219terea densit\u0103\u021bii de stocare a datelor \u00een acelea\u0219i rack-uri cu costuri minime de actualizare a infrastructurii IT.<\/p>\n

    \"Tehnologiile
    \n\u00cen ciuda acestui avantaj semnificativ, SMR are \u0219i o dezavantaj evident. Deoarece benzile magnetice se suprapun, la actualizarea datelor va fi nevoie de rescrierea nu doar a fragmentului necesar, ci \u0219i a tuturor urm\u0103rilor ulterioare din limita pl\u0103cii magnetice, a c\u0103rei capacitate poate dep\u0103\u0219i 2 terabytes, ceea ce poate duce la o sc\u0103dere semnificativ\u0103 a performan\u021bei.<\/p>\n

    Rezolvarea acestei probleme este facilitat\u0103 prin gruparea unui anumit num\u0103r de bande \u00een grupuri separate, numite zone. De\u0219i aceast\u0103 abordare de organizare a stoc\u0103rii datelor reduce pu\u021bin capacitatea total\u0103 a HDD-ului (deoarece este necesar s\u0103 se men\u021bin\u0103 suficiente intervale \u00eentre zone pentru a preveni rescrierea benzilor din grupurile vecine), aceasta permite accelerarea semnificativ\u0103 a procesului de actualizare a datelor, deoarece acum particip\u0103 doar un num\u0103r limitat de benzi.<\/p>\n

    \"Tehnologiile
    \n\u00centregistrarea magnetic\u0103 \u00een \u021bigl\u0103 presupune mai multe variante de implementare:<\/p>\n