Жесткие диски являются одним из ключевых компонентов компьютера, который отвечает за долговременное хранение информации. С момента изобретения жестких дисков их информационная емкость непрерывно росла - от нескольких мегабайт в 1950-х годах до нескольких терабайт сегодня.
Однако на протяжении истории существовали различные технические и программные ограничения, не позволявшие использовать весь потенциал жестких дисков по максимальному объему данных. В статье мы рассмотрим основные вехи развития емкости HDD и барьеры, которые приходилось преодолевать инженерам и разработчикам программного обеспечения.
Ограничения в MS-DOS и ранних версиях Windows
В программном обеспечении времен начала 1990-х годов, таком как MS-DOS, использовался вызов Int 13h для работы с жестким диском. Адресация блоков диска в этом вызове ограничивалась 1024 цилиндрами, 63 секторами и 16 головками. Это приводило к ограничению размера диска приблизительно 8 Гбайт.
Для обхода этого ограничения стали использовать трансляцию адресации CHS в линейный адрес LBA. Однако из-за особенностей реализации трансляции информация, записанная в одном режиме, могла быть недоступна в другом. Это требовало переразбивки диска с потерей данных.
В более поздних версиях BIOS и ОС, таких как Windows NT, стали поддерживаться расширенные команды Int 13h с использованием 64-битной LBA адресации. Это позволило преодолеть ограничение в 8 Гбайт и получить доступ к бо́льшим дискам без переразбивки.
Однако ограничения по-прежнему оставались в старых программах, рассчитанных только на CHS адресацию. Поэтому полный переход на LBA произошел только с выходом операционных систем нового поколения в конце 1990-х.
Преодоление барьера в 2 Тб в 32-разрядных системах
В начале 2000-х появились жесткие диски объемом более 2 Тбайт. Однако их полное использование было невозможно в 32-разрядных системах из-за ограничений адресного пространства. Максимальный линейный адрес, который могла обработать 32-разрядная ОС, составлял 232 секторов или 2 Тбайт.
Для решения этой проблемы в стандарте ATA был введен режим 48-битной LBA адресации. При этом адрес блока передавался контроллеру диска в два этапа: сначала нижние 32 бита, затем верхние 16 бит. Это позволило 32-разрядным системам работать с дисками до 128 Пбайт.
Поддержка 48-битной LBA была реализована в операционных системах Windows начиная с Windows 2000 SP4 и Windows XP SP1. Однако по-прежнему сохранялись проблемы совместимости со старыми приложениями и драйверами, рассчитанными только на 32-битную адресацию.
Таким образом, несмотря на поддержку больших дисков на уровне ОС, полное их использование стало возможным только с переходом на 64-разрядные версии Windows в середине 2000-х.
Поддержка больших дисков в современных ОС
Современные 64-разрядные операционные системы, такие как Windows 7 и более новые версии, полностью поддерживают 48-битную LBA адресацию. Это позволяет им работать с дисками объемом до 128 Пбайт, что на данный момент значительно превышает реально доступные на рынке размеры жестких дисков.
Кроме того, современные файловые системы, такие как NTFS и exFAT, поддерживают создание очень больших разделов и файлов. Например, предельный размер тома NTFS составляет 256 Тбайт, а максимальный размер файла - 16 Эбайт (264 байт).
Благодаря этому практически не существует ограничений на использование всего доступного пространства современных жестких дисков в последних версиях Windows. Пользователи могут создавать разделы и хранить файлы любого размера, поддерживаемого аппаратными возможностями их дисков.
Таким образом, барьер информационной емкости жестких дисков, с которым сталкивались в прошлом, на данный момент полностью преодолен благодаря развитию аппаратных интерфейсов, файловых систем и операционных систем.
Перспективы роста информационной емкости HDD
Несмотря на то, что современные операционные системы и интерфейсы полностью поддерживают имеющиеся на рынке жесткие диски, информационная емкость HDD продолжает непрерывно расти.
В настоящее время максимальная емкость потребительских жестких дисков достигает 20 Тбайт. Ожидается, что в ближайшие годы она вырастет до 40-60 Тбайт по мере внедрения новых технологий записи.
В перспективе возможно появление жестких дисков емкостью в сотни терабайт на основе новых физических принципов хранения данных. Однако потребуется модернизация как аппаратных интерфейсов передачи данных, так и программного обеспечения.
Таким образом, несмотря на отсутствие на данный момент каких-либо системных ограничений на максимальный размер HDD, дальнейшее наращивание их емкости потребует соответствующего развития всей компьютерной инфраструктуры.
