Retroscena

Le dimensioni contano: storia del disco rigido (altrimenti detto hard disk o HDD)

10.4.2018

Traduzione: Leandra Amato

La memorizzazione dei dati è di enorme importanza per l'IT, anche se, nella vita di tutti i giorni, questa cosa viene spesso dimenticata e data per scontata. L'hard disk ha rivoluzionato l'utilizzo dei computer: oggi ti racconto una storia di schede perforate, piatti e tanti formati diversi.

Sono nato e cresciuto tra gli anni '80 e '90: mi manca il tipico rumore che i computer facevano all'avvio; rumore che oggi i PC con HDD e i notebook con SSD non fanno più. A quel tempo, era una vera e propria cacofonia. Oggi, una sequenza di suoni che evoca nostalgici ricordi della nostra infanzia. E in qualche modo era anche rassicurante, perché mi faceva sapere che il PC funzionava. Purtroppo, con un'unità SSD non ho più questo piacere.

Per veri nostalgici: un PC degli anni '90 al momento dell’avvio

Lavorando sempre al mio portatile, ormai ho quasi dimenticato l'esistenza del disco rigido. La memoria di massa ha spianato la strada al PC. Prima del suo avvento, i dati venivano memorizzati principalmente su schede perforate, inventate dall'americano Herman Hollerith.

Alla conquista del mondo con qualche foro

Herman Hollerith era uno «special agent» impegnato nel censimento del 1880, durante il quale si trovò di fronte al problema di come organizzare i dati. I dispositivi meccanici ausiliari di quell'epoca avevano raggiunto i loro limiti a causa dell'enorme quantità di carta generata. Ci vollero otto anni per ottenere i risultati completi. Per affrontare questa grande sfida, sviluppò un sistema di schede perforate, per il quale depositò il brevetto nel 1889.

In realtà, i sistemi basati su schede perforate esistevano già prima di Hollerith. Tuttavia il suo, originariamente progettato per memorizzare i dati, era composto da un punzone, un lettore con scheda e un fascicolatore. Il primo perforava i dati sulla scheda. Il secondo eseguiva la lettura della scheda perforata e trasmetteva i dati ai contatori tramite impulsi elettrici. Il fascicolatore formava quindi delle pile secondo determinati criteri. La macchina di Hollerith poteva essere limitatamente programmata con telai intercambiabili. In questo modo il tabulatore, ad esempio, era in grado di valutare il contenuto della scheda.

Replica di una macchina Hollerith
Fonte: Heinz Nixdorf MuseumsForum (HNF)

Grazie al sistema di Hollerith, il censimento del 1890 impiegò un po' meno di tempo: dopo tre mesi, i primi dati poterono già essere presentati e, sei mesi dopo, il conteggio fu completato. Dopo aver completato gli studi di ingegneria mineraria, Hollerith fondò una propria società, che in seguito fu acquisita e rinominata IBM.

Nel 1928, la scheda perforata adottò un formato standardizzato. Ecco come funzionava: su questa scheda venivano praticati dei fori che rappresentavano caratteri codificati. Una scheda conteneva solo un certo numero di caratteri, perciò erano necessarie diverse schede per dati/applicazioni di dimensioni maggiori. Le schede perforate più moderne avevano una capacità di 80 byte.

Il primo HDD

Poiché il sistema delle schede perforate aveva raggiunto i suoi limiti, fu necessario trovare una nuova soluzione per l'archiviazione di dati di massa. Ed è così che entrò in scena il disco rigido. Nel 1956, IBM lanciò sul mercato la 305 RAMAC, con un disco rigido da 5 MB. Questi 5 MB erano posizionati su 50 piastre da 24 pollici di diametro che potevano essere magnetizzate su entrambi i lati. E questo richiedeva molto spazio: il dispositivo di archiviazione, che pesava circa una tonnellata, era alto circa 1,70 metri, lungo 1,50 e profondo 75 centimetri. Considerando tali dimensioni, per inserire i dischi era necessario utilizzare carrelli elevatori.

La modalità di funzionamento del primo disco era già simile a quella attuale. Ricoperte su entrambi i lati da uno strato magnetico, le piastre in alluminio, ruotando a 1200 giri/min, erano impilate una sopra l'altra, lasciando uno spazio di otto millimetri. Due braccia di lettura-scrittura selezionavano il disco e lo posizionavano sul settore destro.

Ulteriori sviluppi

L'IBM 1301 fu un passo successivo importante. Il modello del 1961 aveva una testina di lettura per ciascuno dei 25 piatti che ruotavano a 1800 giri/min. Con una capacità di 26’000 byte per pollice, offriva una capacità di memoria 13 volte superiore rispetto alla RAMAC. Un anno dopo, il 1311, il successore dell'IBM 1301, approdò sul mercato. L’archiviazione di dati era diventata relativamente mobile: le sei piastre da 14 pollici potevano essere sostituite. Una pila di piastre del peso di soli 4,5 kg offriva una capacità di archiviazione di 2,6 MB di dati.

Con il sistema di archiviazione IBM 3340, nome in codice «Winchester», furono introdotte diverse innovazioni. Ancora oggi vengono citate tutte le piastre incapsulate, le cui meccaniche sono protette dagli influssi ambientali. La provenienza del nome in codice non è nota, ma gira voce che deriverebbe da un modello di fucile, il Winchester 30-30, che ricorda la suddivisione in 30 MB e 30 MB (anche se non è corretto). Un altro motivo plausibile è che questa macchina sarebbe stata prodotta a Winchester. Le piastre erano installate in moduli rimovibili. Le testine di lettura/scrittura erano integrate in modo permanente e quindi molto più piccole e leggere delle testine precedenti. Questa tecnologia permise di aumentare notevolmente la capacità di archiviazione, eliminando le tolleranze di regolazione della testina tra le piastre e i vari moduli. La capacità di memorizzazione era di 35 MB o 70 MB, a seconda del modulo. Nel 1980, IBM è riuscita ad aumentare la capacità di memorizzazione dei suoi sistemi fino a 2,52 GB.

Archiviazione di massa per PC e notebook

Fino agli anni '70, i computer erano dispositivi di grandi dimensioni utilizzati principalmente nelle imprese, nelle università o in altre istituzioni. Ma, nel corso degli anni, i prezzi dei componenti elettronici sono scesi, aprendo la strada a nuovi mercati di vendita. I computer hanno iniziato a essere sempre più utilizzati anche nel settore privato. È la possibilità di memorizzare i dati su un supporto che è all'origine di questo sviluppo. L'allora giovane startup Seagate contribuì enormemente al processo, sviluppando un disco rigido da 5,25 pollici con una memoria di 5 MB, per la (ai tempi) modesta somma di 1’500 dollari. L'unità ST-506 di Seagate consentiva di archiviare il sistema operativo, il software e i dati su un singolo supporto. Non era quindi più necessario inserire un dischetto per ciascuna di queste operazioni.

Seagate ST-506
Fonte: computerhistory.org

Di conseguenza, la capacità di archiviazione è aumentata e i dischi rigidi sono diventati più piccoli. Nel 1991 Toshiba ha rilasciato un hard disk da 2,5 pollici. Oggi, se ne trovano principalmente da 3,5 o 2,5 pollici. A prima vista, sono soprattutto le interfacce a esser cambiate: IDE, SCSI, ATA, SATA, PCIe. Con ogni nuova interfaccia, il trasferimento dei dati diventa sempre più veloce e affidabile. La velocità di rotazione delle piastre è aumentata, così come le prestazioni. La capacità di archiviazione è aumentata, tra l'altro, da un maggior numero di piastre nello stesso spazio (ad esempio, piastra in vetroceramica anziché in alluminio, che permette un design più sottile) e da un nuovo processo di scrittura: dalla registrazione longitudinale (LTR), passando per la registrazione magnetica perpendicolare (PMR), fino alla registrazione magnetica con oscillazioni (SMR). Grazie alla tecnologia SMR e al riempimento ad elio al posto dell'aria, è ora possibile produrre dischi rigidi da 14 TB.

HDD vs. SSD

La scomparsa degli hard disk è stata contestata da quando le unità SSD con una capacità di memoria più ragionevole sono diventate accessibili. Sebbene la tecnologia delle unità SSD sia quasi identica a quella delle unità HD, queste sono diventate un concorrente economico solo con l'avvento delle unità SSD basate su flash. Oggi, gli HDD offrono più memoria a un prezzo inferiore. Tuttavia, le unità SSD hanno già una maggiore capacità di archiviazione. Presto commercializzeremo modelli da 100 TB. Per il consumatore medio, in ogni caso, rimarranno probabilmente inaccessibili ancora per un po’ (con prezzi che si collocano nella fascia a cinque cifre). Il costante aumento della capacità di archiviazione delle unità SSD ne ridurrà ulteriormente il prezzo, e il divario dei prezzi per GB tra HDD e SSD si ridurrà sempre di più.

Poiché gli HDD offrono più spazio a prezzi convenienti, attualmente continuano a essere più adatti per server/NAS. Lo storage di rete NAS dipende principalmente dalla velocità della tecnologia di connessione in una rete da 1 Gbit, il vantaggio di velocità di un SSD si perde durante la trasmissione. Per avere un senso, per un'unità SSD su NAS servirebbe una rete da 10 Gbit.

Il futuro dell'HDD

Le esigenze di archiviazione sono attualmente così grandi che non possono essere soddisfatte dalle sole unità SSD. Tra sette anni, solo il dieci per cento della domanda globale sarà coperta dalla memoria flash. I dischi rigidi continueranno a essere utilizzati e, pertanto, è necessario aumentarne la capacità. Una soluzione semplice per farlo è costruire alloggiamenti più alti in grado di contenere più piastre. Oltre a questa soluzione relativamente semplice per l’aumento della capacità di archiviazione, sono in corso ricerche sulle nuove tecnologie degli hard disk.

Ce ne sono due in particolare che presto verranno introdotte sul mercato: Western Digital sta lavorando alla MAMR e Seagate alla HAMR. La tecnologia di registrazione magnetica a calore assistito consiste nell'utilizzo di un laser termico che riscalda brevemente il substrato magnetico su cui scrivere, che si raffredda di nuovo. Grazie a questa tecnica di riscaldamento, la scrittura richiede un'intensità di campo inferiore. Di conseguenza, le testine e quindi anche le tracce sono un po' più sottili: in altre parole, c'è più spazio per scrivere. La registrazione magnetica assistita da microonde va nella stessa direzione. Questa tecnologia utilizza una testina di stampa con un trasmettitore a microonde. Per magnetizzare il substrato è necessaria una minore intensità di campo magnetico.

Le nuove tecnologie dovrebbero consentire la creazione di dischi rigidi da 100 TB. Secondo le previsioni attuali, dovrebbero essere disponibili entro il 2025. Il disco rigido ha ancora un futuro luminoso davanti a sé, almeno finché gli HDD continueranno a offrire maggiore capacità e saranno più economici rispetto alle unità SSD.

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Kevin Hofer

Senior Editor

kevin.hofer@digitecgalaxus.ch

Tecnologia e società mi affascinano. Combinarle entrambe e osservarle da punti di vista differenti sono la mia passione.

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