Наименование накопителей на подвижном носителе «внешняя память» сохранилось от старых вычислительных машин, когда, действительно, накопители на магнитных дисках и магнитных лентах изготавливались в виде отдельных стоек (довольно больших по габаритам и весу) и располагались рядом с процессорной стойкой. В то же время данный термин имеет более глубокую основу, ведь и в персональном компьютере, хотя дисковод установлен внутри системного блока, процессор не может непосредственно использовать данные с диска, сначала они должны быть перенесены в оперативную (внутреннюю) память компьютера.
Первый полностью герметизированный (для защиты от пыли) накопитель информации на магнитных дисках, созданный фирмой IBM, включал 2 диска диаметром 14 дюймов, на каждый из которых записывалось 30 Мбайт. Соответственно его обозначили 30/30. Так же обозначалась популярная винтовка образца 1888 года фирмы Winchester (винчестер). Поэтому, наверное, герметичные дисководы обрели такое название.
Для первых персональных компьютеров разработали винчестеры диаметром 5,25", затем для портативных компьютеров - 3,5"; а в ноутбуки уже ставят накопители диаметром 2,5" и даже 1,8". Винчестеры размером 5,25" теперь не используются даже в настольных компьютерах, чаще устанавливаются 3.5" (рис. 1-4). Устройства управления винчестерами - контроллеры - раньше размещались на отдельных печатных платах. Теперь почти все нужные схемы встраивают в корпус винчестера - Integrated Drive Eiectronic (IDE), а немногие оставшиеся компоненты обычно включены в motherboard (или на плате расширения, называемой MultiCard) и подключаются через плоский специальный многожильный кабель.
Недостатком контроллера является сравнительно низкая скорость передачи информации и возможность подключения всего 2 устройств. Позднее был разработан усовершенствованный (enhanced) вариант контроллера - EIDE, специально для размещения на motherboard (без платы расширения). Для малогабаритных компьютеров бал разработаны SCSI - контроллеры (Small Computer System Interface - системный интерфейс малых компьютеров), которые затем стали устанавливать и в настольные модели. Стандарт на этот тип контроллеров постоянно совершенствуется. Теперь, стандарт UDMA-100 (UltraDirectMemoryAccess) или UltraATA-100 (AT Attachment – «подключение к компьютерам типа AT» - это официальное название интерфейса IDE) поддерживает скорость обмена информацией до 80 - 100 Мбайт в секунду.
Для размещения информации на диск, он должен быть разбит на дорожки и сектора стандартного размера - формата. Различается два вида форматирования дисков: физическое (LLF - Low Level Formatting - форматирование низкого уровня) и логическое (HLF - High Level Formatting - форматирование высокого уровня). Кроме того, между этими этапами форматирования существует еще один этап - разбиение диска на разделы (Partitions). При организации нескольких разделов каждый из них может быть использован для работы под управлением своей операционной системы или для одной операционной системы представлять отдельный том (Volume) или логический диск (Logical Drive), которому DOS присваивает собственное буквенное обозначение.
В процессе форматирования низкого уровня дорожки разбиваются на определенное количество секторов. Информационная длина сектора - стандартная 512 байт, количество же секторов на дорожке (соответственно, физическая длина сектора) может быть постоянным или переменным (в зависимости от радиуса дорожки). В большинстве IDE- и SCSI-накопителей используется зонная запись, при которой на внешних дорожках размещается больше секторов, чем на внутренних. Объем записываемой информации при этом существенно возрастает.
В компьютере со всеми устройствами, прежде всего, взаимодействует BIOS - Basic Input/Output System (базовая система ввода/вывода). Для стандартной BIOS максимальное количество цилиндров составляет 1024, максимальное количество головок - 16 и максимальное количество секторов - 63. Если диск разбит с количеством цилиндров большим 1024, то можно перейти к, так называемой, логической адресации блоков (LBA), когда количество цилиндров уменьшается вдвое, а количество головок, соответственно, в 2 раза возрастает.
Для 32-разрядной файловой системы FAT-32, используемой в операционных системах: Windows NT, Windows 95, Windows 95 OSR2, Windows 98, Windows 2000, Windows МЕ, длина имен файлов может быть до 256 символов, максимальный размер тома - 8 Гбайт, при этом размер кластера был принят 4 Кбайт. Для операционных систем класса Windows NT, в том числе последних: Windows 2000 и Windows ХР, более целесообразно использовать их собственную структуру NTFS, обладающую рядом преимуществ по сравнению с FAT-32, в частности имеющую меньший размер кластера (равный сектору, если это возможно).
В 2003 году появились первые экземпляры контроллеров Serial ATA на популярных материнских платах. Прежде всего, кабель у нового интерфейса принципиально отличается от прежнего плоского и широкого (40- или 80-жильного), у него количество сигнальных проводов сокращено до четырех (есть дополнительная «земля»), и до метра увеличена допустимая длина. Это способствует более компактной упаковке и лучшим условиям охлаждения внутри корпуса компьютера, удешевляет конструкцию. Тут компактные семиконтактные разъемы соединяются узким уплощенным кабелем шириной примерно 8 мм и толщиной около 2 мм. Внутри кабеля Serial ATA находятся две пары сигнальных проводов (одна пара на прием, другая - на передачу), отделенных тремя жилами общего провода («земли»). На разъеме, расположенном на дисках и материнских платах, три «земляных» контакта выступают чуть дальше сигнальных контактов, чтобы облегчить «горячее» подключение (рис. 1-5).
Еще одно преимущество Serial ATA - большая полоса пропускания, нежели у Parallel ATA. Первая версия интерфейса Serial ATA обладает пропускной способностью до 1,5 Гбит/с (это около 150 Мбайт/с для полезных данных против 100-130 Мбайт/с у параллельного интерфейса). Однако в дальнейшем второе и третье поколение Serial ATA увеличат скорость до 3 и 6 Гбит/с соответственно.
Запас скорости интерфейса сейчас кажется очень большим. Действительно, нынешние IDE-винчестеры со скоростью чтения полезных данных до 50 Мбайт/с, практически насытили интерфейс UltraATA/100. Потому что два таких диска на одном IDE-шлейфе уже не могут сосуществовать без теоретической потери скорости, поскольку реально UltraATA/100 дает примерно 90 Мбайт/с потоковой пропускной способности, а это близко к пределу интерфейса UltraATA/133. В то же время, добираться до 150 Мбайт/с одиночным диском придется еще очень долго, лет пять, а то и больше, то есть даже первой версии Serial ATA обеспечена долгая жизнь.