В этот раздел попали, пожалуй, самые древние винчестеры для настольных систем. Они поставлялись с XT, 286 и с ранними 386 системами. Типичной емкостью таких винчестеров была 20 MB. Постараюсь как можно короче рассказать об этом интересном периоде.
Эти винчестеры были более похожи на модернизированные дисководы гибких дисков. От них и MFM-интерфейс, и шаговый двигатель привода головок. Другое только то, что в винчестерах диски жесткие, физического контакта тонкопленочной головки и диска нет, корпус закрыт герметично. Все эти новшества позволили повысить плотность записи информации на диск и повысить надежность ее хранения.
Пожалуй, широкое применение винчестеров в качестве устройства долговременного хранения информации началось после выпуска компанией Shugart Technology (ныне Seagate Technology, Inc) винчестера ST506 емкостью 5 MB. Это устройство использовало контроллер ST506, разработанный в конце 70-х компанией Tandon (ныне Western Digital). Контроллер содержал всю электронную часть, а винчестер тол ько механику и привод. Для связи контроллера и винчестера использовались два кабеля: 34-жильный для адресации к двум винчестерам и 20-жильный для передачи данных. Существенным недостатком для развития этого стандарта было применение в нем команд для пошагового перемещения головок и принципиальные ограничения на скорость передачи данных. Контроллер ST412 ? модернизация ST506 ? позволял одной командой перемещаться на несколько шагов.
Мой анализ винчестеров с контроллером ST506/ST412 основывался на следующих накопителях: Seagate ST-225, Seagate Decathlon 850, Seagate Medalist 545, Seagate ST-412, Tandon TM262, Kyocera KC-20, Kalock KL-230, NEC D5126H, Seagate ST-251, Miniscribe 3650. Плотность хранения информации по нынешним временам была небольшой, но тогда более чем значимой, ведь она была на порядок больше, чем на гибких дисках. Емкость одного диска в этих винчестерах варьировалась от 10 MB (Seagate ST-225, NEC D5126H) до 14,3 MB (Seagate ST-251). В зависимости от количества таких дисков емкость винчестеров с оставляла от 21 MB (NEC D5126H, Kalock KL-230) до 42,8 MB (Seagate ST-251). Стандартная скорость вращения дисков того времени 3600 об./мин. Скорость обмена данными 5 Mbit/s (правда, смешно?). Использование шагового двигателя в приводе актуатора головок не позволяло увеличить скорость доступа к данным, которая составляла от 85 ms (Tandon TM262) до 28 ms (Seagate ST-251). Типичный размер винчестера составлял 5,25'' и половинная высота, но уже на ранних этапах стали появляться привычные теперь 3,5'', хотя все еще половинной высоты.
Первый значимый шаг в усовершенствовании винчестеров того времени был переход от MFM-кодирования к RLL. MFM (Modified Frequency Modulation) является, по сути, разновидностью частотной модуляции, применяемой в радиовещании. Этот метод позволяет в два раза повысить плотность записи на диск за счет пропуска некоторых сигналов синхронизации при записи каждого бита. За один переход намагниченности удавалось записать от одного до трех бит информации. Таким образом, при записи на каждую доро жку 17 секторов по 512 байт теоретическим пределом скорости обмена при MFM было 4 Mbit/s: [17(секторов)х512(байт/сектор)х8(бит) х3600(об/мин)]/60(секунд/мин)=4177920 (бит/сек). RLL (Run Length Limited) ? способ модуляции, предложенный в 1986 году компанией IBM, использует перекодирование исходной информации с введением избыточности. Этот метод преобразует данные в 16-битовые слова, позволяя за один переход намагниченности записывать от 2 до 7 бит информации (название этого метода LRLL 2,7¦). С RLL на одну дорожку можно было записать 26 секторов по 512 байт, что давало теоретически возможную скорость 6,5 Mbit/s. При дальнейшем развитии RLL была получена возможность кодировать за переход от 3 до 9 бит (название этого метода LRLL 3,9¦). Количество возможных секторов повысилось до 31, а скорость соответственно до 7,5 Mbit/s. Запись с помощью RLL-контроллера увеличивала эффективную плотность хранения данных на 50%. Таким образом, 10 MB MFM винчестер при форматировании RLL-контроллером увеличивал свою емкость до 15 MB и был соответственно на 50% быстрее.
Теоретически RLL-контроллер мог быть поставлен на любой MFM-винчестер, но на практике это не всегда удавалось, т.к. для RLL требовалась более точная приводка головки и несколько другие характеристики усилителя канала чтения/записи. Многие производители выпускали винчестеры как с MFM, так и с RLL-контроллером. Ярким примером тому могут служить Miniscribe 8425 (MFM) и 8438 (RLL). 8425: интерфейс MFM, емкость одного диска 10,7 MB, емкость винчестера 21,4 MB, скорость обмена 5 Mbit/s. 8438: интерфейс RLL, емкость одного диска 16,45 MB, емкость винчестера 32,7 MB, скорость обмена 7,5 Mbit/s. Однако из-за того, что RLL пытались приспособить к MFM-винчестерам и не всегда удачно, RLL не стал пользоваться успехом. Стоит добавить, что винчестеры стоили тогда около $500.
Рост объема винчестеров породил необходимость увеличения скорости обмена. И в 1985 году был разработан новый стандарт ? ESDI, который являлся продолжением ST506. Разница была в том, что сепаратор находился на сам ом винчестере и по кабелю передавались уже не аналоговые сигналы, а цифровые. Таким образом, увеличивалась надежность, и скорость обмена данными могла достигать 10 Mbit/s. Кабели для связи использовались те же, что и с ST506, но данные по ним передавались другие и разочарование ждало тех, кто подключал ST506-винчестеры к ESDI-контроллеру или наоборот. Новые требования по емкости и скорости к винчестерам породили и множество модернизаций винчестеров, позволивших к концу 80-х достичь емкости жесткого диска 42,8 MB (Seagate ST351A/X). Вообще ST351A/X был достаточно интересен тем, что при новейших технологиях, позволивших увеличить емкость хранения, он пользовался старым шаговым приводом головок.
Все понимали, что больше нельзя пользоваться пошаговым приводом головок, да и решение уже существовало ? привод Lvoice coil¦. Т.е. привод головок осуществлялся не с помощью пошагового их перемещения от дорожки к дорожке, а с помощью электромагнитных катушек. Однако такой способ требовал выделения целой поверхности для за писи разметки, по которой и позиционировались головки над нужной дорожкой. Это была непозволительная роскошь, ведь если винчестер содержит только один диск, то при такой отклоняющей системе головок он теряет 50% своей емкости. Такая потеря емкости была более приемлема при 8 и более дисках, тогда терялось только 12,5% и менее. Поэтому первые винчестеры с отклоняющей системой Lvoice coil¦ ставили только в дорогих высокопроизводительных системах. Пожалуй, пределом для пошаговых актуаторов головок была скорость поиска данных 28 ms, тогда как уже первые системы с Lvoice coil¦ показывали скорость в 17-19 ms.
Антиквариат
В конце 80-х в результате сотрудничества компаний Western Digital и Compaq Computer Corporation в качестве недорогой альтернативы ST506 и ESDI был разработан интерфейс IDE (Integrated Drive Electronics), называемый также ATA (AT attachment). И хотя первые промышленные устройства с новым интерфейсом появились в 1986 году, интерфейс был стандартизирован лишь в 1990 году, как ATA. Основной особенностью нового стандарта явилось то, что функции контроллера были реализованы на самом винчестере, что позволило обеспечить высокий уровень совместимости. Адаптер для подключения IDE-дисков располагался на контроллере дисководов и портов ввода-вывода, а позже ? на материнской плате. Подключение осуществляется с помощью 40-жильного кабеля, к которому можно присоединить два винчестера. Для корректной адресации на винчестерах устанавливаются перемычки, соответствующие master и slave. Скорость обмена данными в IDE-устройствах могла достигать 10 MB/s. К 1990 году практически все производители перешли на IDE-интерфейс.
Справедливости ради стоит отметить, что в 1986 году вышла спецификация интерфейса SCSI-1, но она не укоренилась в массовом рынке, оставаясь прерогативой дорогих систем. Про SCSI-интерфейс и SCSI-устройства я планирую рассказать в другой статье, поэтому далее повествование пойдет только об IDE-устройствах.
В начале 90-х была разработана новая технология сервопривода головок, позволившая центрировать и отслеж ивать головки над нужной дорожкой по самим данным, а не по специальной, служебной, поверхности диска. Таким образом, стало возможно использовать быструю отклоняющую систему Lvoice coil¦ и при этом не жертвовать емкостью диска. Одной из первых таких ласточек был Alps Electric DRR-40. Он отличался следующими параметрами: емкость диска и винчестера 42 MB, скорость вращения дисков 3600 об./мин, скорость доступа 19 ms, скорость передачи данных 15 Mbit/s, IDE-интерфейс.
Винчестеры Alps Electric версии емкостью 105 и 200 MB отличаются еще и тем, что одними из первых стали использовать Lтрансляцию секторов¦. Именно в начале 90-х с ростом емкости винчестеров встала проблема ограничений старых (до LBA) BIOS, позволявших адресоваться не более чем к 1024 цилиндрам. Чтобы снять эти ограничения, в винчестерах стала использоваться внутренняя трансляция секторов, т.е. при автотестировании винчестера выдавались параметры, не выходящие за пределы ограничений BIOS, а сам винчестер Lпереваривал¦ их в реальные. Винчестер 1992 г. Western Digital Caviar AC280 по праву можно назвать винчестером 1992 года. Он обладал следующими параметрами: емкость диска 42,6 MB, емкость винчестера 85,3 MB, скорость доступа к данным 17 ms, скорость вращения дисков 3395 об./мин, скорость обмена данными 12 Mbit/s, кэш 8 KB, IDE-интерфейс. Этот винчестер надолго заработал Western Digital хорошую репутацию, которую он далеко не всегда оправдывал.
В целом 1992 год можно назвать годом вялого переваливания через 100 MB. Быстрее увеличивалась скорость обмена, достигнув 28 Mbit/s (Quantum LPS-127AT). Винчестер 1993 г. Maxtor 7213A долгое время был очень популярен из-за своей высокой скорости и надежности. Он обладал следующими параметрами: емкость диска 106 MB, емкость винчестера 212,8 MB, скорость доступа к данным 15 ms, скорость вращения дисков 3551 об./мин, скорость обмена данными 22,6 Mbit/s, IDE-интерфейс. В 1993 году появилось много популярных моделей винчестеров разных производителей: WD Caviar AC2200, Seagate C-3243A, WD Caviar AC1210, Conner 210, IBM H32 56, Seagate C-3290A, WD Caviar AC2340, Maxtor 7345A, Seagate Medalist 425xe, WD AC2420, Conner CFS 420A. Достижения того периода: емкость диска 214 MB, емкость винчестера 428,1 MB (Seagate Medalist 425xe), время поиска 13 ms (WD Caviar AC1210, WD Caviar AC2340, WD Caviar AC2420), скорость обмена данными 32 Mbit/s (Conner 210, Conner CFS420A, Seagate Medalist 425xe). В те времена винчестер стоил порядка $400.
Как видно, темпы роста производительности и объема все время увеличиваются, и в середине 90-х накал страстей на рынке винчестеров достигнет своего апогея, через который смогут пройти не все фирмы. А между тем, время идет... С конца 1993 года началось массовое внедрение нового интерфейса Enhanced IDE, разработанного компанией Western Digital. EIDE позволил избавиться от целого ряда ограничений, присущих IDE/ATA. EIDE позволила увеличить предельный размер диска до 8,4 GB (адресация LBA), увеличить скорость обмена данными до 13,3 MB/s (PIO 3, DMA 1), увеличить до 4 количество подключаемых устройств, появилас ь возможность подключения других устройств (CD-ROM, стриммеров и т.д.) через интерфейс IDE/ATAPI.
1994 год. Типичной для этого года можно назвать модель Seagate Medalist 545xe. Вот ее характеристики: емкость диска 272,7 MB, емкость винчестера 545,5 MB, скорость доступа к данным 14 ms, скорость вращения дисков 3811 об./мин, скорость обмена данными 35,8 Mbit/s, кэш 120 KB, IDE-интерфейс mode 3. Популярные модели, появившиеся в этом году: Seagate Decathlon 545, IBM DALA3540, Seagate ST-3544A, Seagate Medalist 630xe, Seagate Medalist ST-3780A, WD Caviar AC2850. Достижения этого года: емкость диска 540 MB (IBM DALA3540), емкость винчестера 853.6 MB (WD Caviar AC2850), время поиска 10 ms (WD Caviar AC2850), скорость обмена данными 67.7 Mbit/s (Seagate ST5540A). В 1994 году были расширены возможности EIDE-интерфейса. Были добавлены следующие режимы: PIO Mode 4 и DMA Mode 2, позволившие увеличить пропускную способность интерфейса до 16.6 MB/s. Новый интерфейс называют еще Fast ATA.
1995. Seagate Decathlon 850 был самым быстрым и самым популярным винчестером того времени. Его параметры таковы: емкость диска 427,3 MB, емкость винчестера 854,7 MB, скорость доступа к данным 11/10,5(851) ms, скорость вращения дисков 5376 об./мин, скорость обмена данными 61,7 Mbit/s, кэш 256 KB, IDE-интерфейс mode 4. Из популярных изделий того времени: Seagate Medalist 1080, IBM Deskstar DJAA31080, Conner Cabo, Seagate Medalist SL, Seagate 32140, Seagate Medalist 1276, Seagate Medalist 1082. Это был год массового перехода гигабайтного барьера, и это не удивительно, достаточно вспомнить про выход Windows-95. Среди достижений этого года: емкость диска 641 MB (Seagate ST31276A, ST51270A), емкость винчестера 2.11 GB (Seagate 32140), время поиска 10 ms (Seagate 32140), скорость обмена данными 71.4 Mbit/s (Seagate ST31276A, ST51270A).
1996. Этот год ознаменовался революционным прорывом, именно в этом году IBM выпустила свой первый винчестер с магниторезистивными (MR) головками. Благодаря этому новшеству удалось резко поднять плотность записи на диск, с охранив при этом высокую надежность хранения. Этот революционный винчестер IBM Deskstar 1.7 имел следующие параметры: емкость диска 850 MB, емкость винчестера 1,7 GB, скорость доступа к данным 10 ms, скорость вращения дисков 4500 об./мин, скорость обмена данными 62.1 Mbit/s, кэш 128 KB, IDE-интерфейс mode 4.
В этом году получила свое развитие в изделии и новая система кодирования данных. Эта система, названная PRML (Partial Response Maximal Likelihood ? Lчастичный отклик, максимальное правдоподобие¦), позволила добиться более эффективного использования поверхности диска (почти в два раза) без увеличения физической плотности записи. Некоторые фирмы избегают названия PRML, используя LRLL 7,8¦ и LRLL 15,16¦, однако технология совершенно другая, отличная от RLL. Одним из первенцев, использующих PRML, был Seagate с моделью ST52520A, емкость диска в которой составляла уже 1,28 GB, а винчестера в целом ? 2,56 GB. Не все производители смогли перейти на новые MR-головки, в основном из-за острого их дефицита, и потеряли свои позиции на рынке. Еще пару лет понадобилось для перехода на PRML-кодирование. Но все это было лишь делом времени.
В этом же году путевку в жизнь получила новая спецификация интерфейса IDE ? Ultra ATA 33. Основным отличием Ultra ATA/33 (максимальный поддерживаемый режим ? UDMA 2) от предыдущих спецификаций были передача данных по обоим фронтам синхросигнала (как у памяти DDR) и использование контрольных кодов (CRC) для обнаружения ошибок передачи по 40-жильному кабелю. Таким образом, максимальная пропускная способность интерфейса повысилась в два раза, достигнув 33 MB/s. Окончание следует.