Kini magnetic. Kini electric. Photonic kini. Dili, dili kini bag-ong superhero trio gikan sa Marvel universe. Mahitungod kini sa pagtipig sa among bililhong digital data. Kinahanglan natong tipigan kini sa usa ka dapit, luwas ug lig-on, aron atong ma-access ug mabag-o kini sa usa ka pagpamilok. Kalimti ang Iron Man ug Thor - naghisgot kami bahin sa mga hard drive!
Mao nga tun-an nato ang anatomy sa mga himan nga atong gigamit karon sa pagtipig sa binilyon nga mga piraso sa datos.
Gituyok-tuyok ko nimo, baby
Mechanical pagtipig sa hard drive (hard disk drive, HDD) mao ang storage standard alang sa mga kompyuter sa tibuok kalibutan sulod sa kapin sa 30 ka tuig, apan ang teknolohiya sa luyo niini mas karaan.
Gipagawas sa IBM ang unang komersyal nga HDD , ang kapasidad niini kay sa 3,75 MB. Ug sa kinatibuk-an, sa tanan niini nga mga tuig ang kinatibuk-ang istruktura sa drive wala kaayo mausab. Adunay gihapon kini mga disk nga naggamit sa magnetization aron magtipig og datos, ug adunay mga himan nga basahon/isulat kana nga datos. Nausab Ang parehas, ug kusgan kaayo, mao ang gidaghanon sa datos nga mahimong tipigan sa kanila.
Sa 1987 kini posible sa mga $350; Karon makapalit ka ug 14 TB: in 700 000 mga beses sa volume.
Atong tan-awon ang usa ka aparato nga dili parehas nga gidak-on, apan disente usab sa modernong mga sumbanan: ang 3,5-pulgada nga HDD Seagate Barracuda 3 TB, labi na, ang modelo. , nabantog tungod niini ΠΈ . Ang drive nga among gitun-an patay na, busa kini mahimong sama sa usa ka autopsy kaysa usa ka leksyon sa anatomy.
Ang kadaghanan sa hard drive mao ang cast metal. Ang mga pwersa sa sulod sa aparato sa panahon sa aktibo nga paggamit mahimong seryoso kaayo, busa ang baga nga metal nagpugong sa pagyukbo ug pagkurog sa kaso. Bisan ang gagmay nga 1,8-pulgada nga mga HDD naggamit sa metal ingon usa ka materyal sa pabalay, apan kasagaran kini gihimo gikan sa aluminyo kaysa sa asero tungod kay kinahanglan kini nga gaan kutob sa mahimo.
Pagbalik sa drive, among nakita ang usa ka giimprinta nga circuit board ug daghang mga konektor. Ang connector sa ibabaw sa board gigamit alang sa motor nga nagtuyok sa mga disk, ug ang ubos nga tulo (gikan sa wala ngadto sa tuo) mao ang mga jumper pin nga nagtugot kanimo sa pag-configure sa drive alang sa pipila ka mga configuration, usa ka SATA (Serial ATA) data connector. , ug usa ka SATA power connector.
Ang serial ATA unang migawas niadtong 2000. Sa mga desktop computer, kini ang standard nga sistema nga gigamit sa pagkonektar sa mga drive sa ubang bahin sa computer. Ang espesipikasyon sa format miagi sa daghang mga pagbag-o, ug kami karon naggamit sa bersyon 3.4. Ang among hard drive nga bangkay usa ka mas karaan nga bersyon, apan ang kalainan usa ra ka pin sa power connector.
Sa mga koneksyon sa datos, gigamit kini sa pagdawat ug pagdawat sa datos. : Ang mga pin A+ ug A- gigamit alang sa transmission mga instruksyon ug datos sa hard drive, ug ang mga pin B kay para nagdawat kini nga mga signal. Kini nga paggamit sa gipares nga mga konduktor labi nga nagpamenos sa epekto sa elektrikal nga kasaba sa signal, nagpasabut nga ang aparato mahimong molihok nga mas paspas.
Kon kita maghisgot mahitungod sa gahum, atong makita nga ang connector adunay usa ka parisan sa mga kontak sa matag boltahe (+3.3, +5 ug +12V); bisan pa, kadaghanan niini wala magamit tungod kay ang mga HDD wala magkinahanglan daghang kusog. Kining partikular nga modelo sa Seagate naggamit ug ubos sa 10 watts ubos sa aktibong load. Ang mga kontak nga gimarkahan sa PC gigamit alang sa precharge: Kini nga bahin nagtugot kanimo sa pagtangtang ug pagkonektar sa hard drive samtang ang kompyuter nagpadayon sa pagtrabaho (kini gitawag init nga swapping).
Ang pagkontak sa tag PWDIS nagtugot hard drive, apan kini nga function gisuportahan lamang gikan sa bersyon nga SATA 3.3, mao nga sa akong drive usa lang kini ka + 3.3V nga linya sa kuryente. Ug ang katapusang pin, nga gimarkahan nga SSU, yano nga nagsulti sa kompyuter kung ang hard drive nagsuporta sa sunud-sunod nga teknolohiya sa spin-up. nagkurog nga pagtuyok.
Sa dili pa kini magamit sa kompyuter, ang mga drive sa sulod sa aparato (nga makita namon sa dili madugay) kinahanglan nga magtuyok sa tibuuk nga tulin. Apan kung adunay daghang mga hard drive nga na-install sa makina, nan ang usa ka kalit nga dungan nga hangyo sa kuryente makadaot sa sistema. Ang hinay-hinay nga pag-spindle sa mga spindle hingpit nga nagwagtang sa posibilidad sa ingon nga mga problema, apan kinahanglan ka maghulat pipila ka segundo sa dili pa makuha ang hingpit nga pag-access sa HDD.
Pinaagi sa pagtangtang sa circuit board, imong makita kung giunsa kini nagkonektar sa mga sangkap sa sulod sa aparato. HDD dili selyado, gawas sa mga himan nga adunay dako kaayo nga kapasidad - naggamit sila og helium imbes nga hangin tungod kay kini dili kaayo dasok ug nagmugna og mas diyutay nga mga problema sa mga drive nga adunay daghang mga disk. Sa laing bahin, kinahanglan nga dili nimo ibutyag ang naandan nga mga pagmaneho sa bukas nga palibot.
Salamat sa paggamit sa ingon nga mga konektor, ang gidaghanon sa mga punto sa pagsulod diin ang hugaw ug abug mahimong makuha sa sulod sa drive giminusan; adunay lungag sa metal nga kaso (ang dako nga puti nga tulbok sa ubos sa wala nga suok sa hulagway) nga nagtugot sa ambient pressure nga magpabilin sa sulod.
Karon nga gikuha na ang PCB, atong tan-awon kung unsa ang naa sa sulod. Adunay upat ka nag-unang mga chips:
- LSI B64002: Panguna nga controller chip nga nagproseso sa mga instruksyon, nagbalhin sa mga stream sa data sa sulod ug gawas, nagtul-id sa mga sayup, ug uban pa.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM naoras sa 800 MHz, gigamit alang sa data caching
- Smooth MCKXL: nagkontrol sa motor nga nagtuyok sa mga disc
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB sa serial flash memory nga gigamit sa pagtipig sa firmware sa drive (sama sa BIOS sa computer)
Ang mga sangkap sa PCB sa lainlaing mga HDD mahimong magkalainlain. Ang mas dagko nga mga gidak-on nagkinahanglan og dugang nga cache (ang pinakabag-o nga mga monsters mahimong adunay hangtod sa 256 MB sa DDR3), ug ang nag-unang controller chip mahimo nga usa ka gamay nga mas sopistikado sa pagdumala sa sayop, apan sa kinatibuk-an ang mga kalainan dili kaayo dako.
Sayon ra ang pag-abli sa drive, i-unscrew lang ang pipila ka Torx bolts ug voila! Naa mi sa sulod...
Tungod kay kini nagkinahanglan sa kinabag-an sa device, ang atong pagtagad diha-diha dayon madani sa dako nga metal nga lingin; dali ra sabton kung nganong gitawag ang mga drive disk. Sakto nga tawagan sila mga plato; kini gihimo sa bildo o aluminum ug adunay sapaw sa pipila ka mga sapaw sa lain-laing mga materyales. Kini nga 3TB drive adunay tulo ka platter, nagpasabut nga ang 500GB kinahanglan nga tipigan sa matag kilid sa usa ka platter.
Ang imahe medyo abog, ang ingon nga hugaw nga mga plato dili motakdo sa katukma sa disenyo ug paghimo nga gikinahanglan sa paghimo niini. Sa among HDD nga pananglitan, ang aluminum disk mismo maoy 0,04 ka pulgada (1 mm) ang gibag-on, apan gipasinaw sa usa ka gidak-on nga ang kasagarang gitas-on sa mga pagtipas sa ibabaw dili moubos sa 0,000001 ka pulgada (gibana-bana nga 30 nm).
Ang base layer kay 0,0004 ka pulgada lamang (10 microns) ang giladmon ug naglangkob sa daghang mga layer sa mga materyales nga gideposito sa metal. Ang aplikasyon gihimo gamit gisundan sa , pag-andam sa disk alang sa mga batakang magnetic nga materyales nga gigamit sa pagtipig sa digital data.
Kini nga materyal kasagaran usa ka komplikado nga cobalt alloy ug gilangkuban sa mga concentric nga mga bilog, ang matag usa gibana-bana nga 0,00001 ka pulgada (gibana-bana nga 250 nm) ang gilapdon ug 0,000001 ka pulgada (25 nm) ang giladmon. Sa micro level, ang metal nga mga haluang metal nagporma og mga lugas nga susama sa mga bula sa sabon sa ibabaw sa tubig.
Ang matag lugas adunay kaugalingon nga magnetic field, apan kini mahimong mabag-o sa gihatag nga direksyon. Ang paggrupo sa maong mga field moresulta sa data bits (0s ug 1s). Kung gusto nimo mahibal-an ang dugang bahin sa kini nga hilisgutan, basaha Unibersidad sa Yale. Ang katapusan nga mga sapaw mao ang usa ka layer sa carbon alang sa proteksyon, ug unya sa usa ka polymer sa pagpakunhod contact friction. Magkauban sila dili molapas sa 0,0000005 pulgada (12 nm) ang gibag-on.
Atong makita sa dili madugay kung nganong ang mga wafer kinahanglan nga himoon sa ingon ka hugot nga pagtugot, apan kini makapakurat gihapon nga makaamgo nga Mahimo ka nga mapahitas-on nga tag-iya sa usa ka aparato nga gihimo nga adunay katukma nga nanometer!
Hinuon, balik ta sa HDD mismo ug tan-awon kung unsa pa ang naa niini.
Ang dalag nga kolor nagpakita sa metal nga tabon nga lig-on nga nagtaod sa plato sa spindle drive nga electric motor - usa ka electric drive nga nagtuyok sa mga disk. Niini nga HDD sila nagtuyok sa usa ka frequency nga 7200 rpm (mga rebolusyon / min), apan sa ubang mga modelo mahimo silang molihok nga mas hinay. Ang hinay nga mga pagmaneho adunay mas ubos nga kasaba ug konsumo sa kuryente, apan usab mas ubos nga tulin, samtang ang mas paspas nga mga pagmaneho makaabot sa gikusgon nga 15 rpm.
Aron makunhuran ang kadaot nga gipahinabo sa abog ug kaumog sa hangin, gamita recirculation filter (green square), pagkolekta sa gagmay nga mga partikulo ug gikuptan kini sa sulod. Ang hangin nga gipalihok pinaagi sa pagtuyok sa mga palid nagsiguro sa kanunay nga pag-agos pinaagi sa filter. Ibabaw sa mga disc ug sunod sa filter adunay usa sa tulo mga separator sa plato: pagtabang sa pagpakunhod sa mga vibrations ug pagmintinar sa agos sa hangin kutob sa mahimo.
Sa ibabaw nga wala nga bahin sa imahe, ang asul nga kwadro nagpakita sa usa sa duha ka permanente nga bar magnet. Naghatag sila sa magnetic field nga gikinahanglan aron mapalihok ang sangkap nga gipakita sa pula. Atong ibulag kini nga mga detalye aron makita kini nga mas maayo.
Ang morag puti nga patch kay laing filter, kini lang ang nagsala sa mga partikulo ug mga gas nga mosulod gikan sa gawas pinaagi sa lungag nga atong nakita sa ibabaw. Ang mga metal nga spike mga levers sa paglihok sa ulo, diin sila nahimutang pagbasa-pagsulat mga ulo hard drive. Naglihok sila sa hilabihan nga katulin sa ibabaw sa mga palid (ibabaw ug ubos).
Tan-awa kini nga video nga gihimo ni aron makita kung unsa sila ka paspas:
Ang disenyo wala mogamit bisan unsa nga sama niini ; Aron mapalihok ang mga lever, ang usa ka koryente nga agianan gipaagi sa usa ka solenoid sa base sa mga lever.
Sa kinatibuk-an sila gitawag , tungod kay gigamit nila ang parehas nga prinsipyo nga gigamit sa mga speaker ug mikropono sa paglihok sa mga lamad. Ang kasamtangan nagmugna og magnetic field sa ilang palibot, nga nag-react sa field nga gihimo sa permanenteng bar magnet.
Ayaw kalimti nga ang data tracks gamay, mao nga ang pagpahiluna sa mga bukton kinahanglan nga tukma kaayo, sama sa tanan sa pagmaneho. Ang ubang mga hard drive adunay multi-stage levers nga naghimo og gagmay nga mga kausaban sa direksyon sa usa lang ka bahin sa tibuok lever.
Ang ubang mga hard drive adunay mga track sa datos nga nagsapaw sa usag usa. Kini nga teknolohiya gitawag (shingled magnetic recording), ug ang mga kinahanglanon niini alang sa katukma ug pagposisyon (nga mao, ang kanunay nga pag-igo sa usa ka punto) mas estrikto pa.
Sa tumoy sa mga bukton adunay sensitibo kaayo nga mga ulo sa pagbasa-sulat. Ang among HDD adunay 3 ka platter ug 6 ka ulo, ug matag usa niini naglutaw ibabaw sa disk samtang kini nagtuyok. Aron makab-ot kini, ang mga ulo gisuspinde sa ultra-manipis nga mga piraso sa metal.
Ug dinhi atong makita ngano nga ang atong anatomical specimen namatay - sa labing menos usa sa mga ulo nahimong luag, ug bisan unsa ang hinungdan sa unang kadaot usab gibawog ang usa sa mga bukton. Ang tibuok nga sangkap sa ulo gamay ra kaayo nga, ingon sa imong makita sa ubos, lisud kaayo ang pagkuha og maayo nga hulagway niini gamit ang usa ka regular nga kamera.
Bisan pa, mahimo naton mabahin ang indibidwal nga mga bahin. Ang gray nga bloke usa ka espesyal nga gigama nga bahin nga gitawag "slider": Samtang ang disc nagtuyok sa ilawom niini, ang agos sa hangin nagmugna sa pagbayaw, pagpataas sa ulo gikan sa ibabaw. Ug kung moingon kita nga "pag-alsa," gipasabut nato ang usa ka gintang nga 0,0000002 ka pulgada lang ang gilapdon, o ubos pa sa 5 nm.
Bisan unsa pa, ug ang mga ulo dili makaila sa mga pagbag-o sa magnetic field sa track; kung ang mga ulo naa sa ibabaw, ila ra nga kuskuton ang sapaw. Mao kini ang hinungdan nga kinahanglan nimo nga i-filter ang hangin sa sulod sa drive case: ang abug ug umog sa nawong sa drive makaguba lang sa mga ulo.
Ang gamay nga metal nga "poste" sa tumoy sa ulo makatabang sa kinatibuk-ang aerodynamics. Bisan pa, aron makita ang mga bahin nga naghimo sa pagbasa ug pagsulat, kinahanglan namon ang usa ka mas maayo nga litrato.
Niini nga hulagway sa laing hard drive, ang read/write device anaa sa ilawom sa tanang electrical connections. Ang pagrekord gihimo sa sistema (thin film induction, TFI), ug pagbasa - device (tunneling magnetoresistive device, TMR).
Ang mga signal nga gihimo sa TMR huyang kaayo ug kinahanglan nga ipasa sa usa ka amplifier aron mapataas ang lebel sa dili pa ipadala. Ang chip nga responsable niini nahimutang duol sa base sa mga lever sa hulagway sa ubos.
Ingon sa gipahayag sa pasiuna sa artikulo, ang mekanikal nga mga sangkap ug prinsipyo sa pag-operate sa usa ka hard drive gamay ra nga nabag-o sa daghang mga tuig. Labaw sa tanan, ang teknolohiya sa mga magnetic track ug read-write nga mga ulo gipauswag, nga nagmugna og mas pig-ot ug dasok nga mga track, nga sa katapusan misangpot sa pagdugang sa gidaghanon sa gitipigan nga impormasyon.
Bisan pa, ang mekanikal nga mga hard drive adunay klaro nga mga limitasyon sa tulin. Nagkinahanglan kini og panahon aron mabalhin ang mga lever sa gusto nga posisyon, ug kung ang datos nagkatag sa lainlaing mga track sa lainlaing mga platter, nan ang drive mogugol ug pipila ka microseconds sa pagpangita sa mga piraso.
Sa dili pa mobalhin ngadto sa laing matang sa drive, atong ipakita ang gibanabana nga gikusgon sa usa ka tipikal nga HDD. Gigamit namo ang benchmark aron masusi ang hard drive :
Ang unang duha ka linya nagpaila sa gidaghanon sa MB kada segundo sa dihang naghimo sa sequential (taas, padayon nga lista) ug random (transition sa tibuok drive) pagbasa ug pagsulat. Ang sunod nga linya nagpakita sa bili sa IOPS, nga mao ang gidaghanon sa mga operasyon sa I/O nga gihimo kada segundo. Ang katapusang linya nagpakita sa kasagaran nga latency (oras sa microseconds) tali sa pagpasa sa usa ka pagbasa o pagsulat nga operasyon ug sa pagdawat sa mga bili sa datos.
Sa kinatibuk-an, kami naningkamot sa pagsiguro nga ang mga kantidad sa unang tulo ka mga linya mao ang dako nga kutob sa mahimo, ug sa katapusan nga linya ingon nga gamay nga kutob sa mahimo. Ayaw kabalaka bahin sa mga numero sa ilang kaugalingon, gamiton ra naton kini alang sa pagtandi kung kita motan-aw sa lain nga klase sa drive: ang solid-state drive.
Source: www.habr.com