Hè magneticu. Hè electricu. Hè fotonicu. Innò, questu ùn hè micca un novu trio di supereroi di l'universu Marvel. Si tratta di almacenà i nostri preziosi dati digitali. Avemu bisognu di almacenà in un locu, in modu sicuru è stabile, in modu chì pudemu accede è cambià in un battitu d'ochju. Scurdate di Iron Man è Thor - parlemu di discu duru!
Allora andemu in l'anatomia di i dispositi chì usemu oghje per almacenà miliardi di bit di dati.
Mi girate ghjustu, criatura
Mechanica almacenamiento di discu duru (Unità di discu duru, HDD) hè statu u standard di almacenamiento per l'urdinatori in u mondu per più di 30 anni, ma a tecnulugia daretu hè assai più vechja.
IBM hà liberatu u primu HDD cummerciale , a so capacità era quant'è 3,75 MB. È in generale, in tutti questi anni, a struttura generale di l'unità ùn hà micca cambiatu assai. Hà sempre dischi chì utilizanu magnetizazione per almacenà e dati, è ci sò dispusitivi per leghje / scrive chì dati. Cambiatu U listessu, è assai forte, hè a quantità di dati chì ponu esse cullucatu nantu à elli.
In u 1987 era pussibule per circa $ 350; Oghje pudete cumprà 14 TB: in 700 000 volte u voluminu.
Fighjemu un dispositivu chì ùn hè micca esattamente a stessa dimensione, ma ancu decentu per i normi muderni: u HDD 3,5-inch Seagate Barracuda 3 TB, in particulare, u mudellu , notu per u so и . L'unità chì studiemu hè digià morta, cusì serà più cum'è una autopsia chè una lezione di anatomia.
A maiò parte di u discu duru hè di metallu cast. E forze in u dispusitivu durante l'usu attivu pò esse abbastanza seriu, cusì u metale grossu impedisce a curvatura è a vibrazione di u casu. Ancu i HDD minusculi di 1,8 inch utilizanu metallu cum'è materiale di l'abitazione, ma sò generalmente fatti d'aluminiu piuttostu cà d'acciaio perchè anu da esse u più ligeru pussibule.
Turnendu l'unità, vedemu un circuitu stampatu è parechji connettori. U cunnessu à a cima di u bordu hè utilizatu per u mutore chì gira i dischi, è i trè fondu (da manca à diritta) sò pins jumper chì permettenu di cunfigurà l'unità per certe cunfigurazioni, un connector di dati SATA (Serial ATA). , è un connettore di alimentazione SATA.
Serial ATA hè apparsu prima in u 2000. In l'urdinatori di scrittura, questu hè u sistema standard utilizatu per cunnette unità à u restu di l'urdinatore. A specificazione di u formatu hà subitu assai rivisioni, è avemu aduprà a versione 3.4. U nostru corpu di discu duru hè una versione più vechja, ma a diferenza hè solu un pin in u cunnessu di putenza.
In cunnessione di dati, hè utilizatu per riceve è riceve dati. : Pins A+ è A- sò usati per trasferimentu struzzioni è dati à u discu duru, è i pin B sò per riceve sti signali. Questu usu di cunduttori accoppiati riduce significativamente l'effettu di u rumore elettricu nantu à u signale, chì significa chì u dispusitivu pò operà più veloce.
Se parlemu di u putere, vedemu chì u connector hà un paru di cuntatti di ogni voltage (+3.3, +5 è +12V); in ogni modu, a maiò parte di elli ùn sò micca usati perchè i HDD ùn anu micca bisognu di assai putenza. Stu mudellu particulare di Seagate usa menu di 10 watts sottu carica attiva. Cuntatti marcati PC sò usati per precarica: Questa funzione permette di sguassà è cunnette u discu duru mentre l'urdinatore cuntinueghja à travaglià (questu hè chjamatu scambia calda).
U cuntattu cù u tag PWDIS permette discu duru, ma sta funzione hè supportata solu da a versione SATA 3.3, cusì in u mo discu hè solu una altra linea di energia + 3.3V. È l'ultimu pin, chjamatu SSU, dice solu à l'urdinatore se u discu duru supporta a tecnulugia di spin-up sequenziale. spin up in scalini.
Prima chì l'urdinatore pò usà, i drive in u dispusitivu (chì avemu da vede prestu) devenu spin up à a velocità massima. Ma s'ellu ci sò parechji discu duru installati in a macchina, allora una dumanda di putenza simultanea brusca pò dannà u sistema. A spinning up the spindles gradualmente elimina completamente a pussibilità di tali prublemi, ma avete da aspittà uni pochi seconde prima di ottene un accessu sanu à u HDD.
Sguassendu u circuitu, pudete vede cumu si cunnetta à i cumpunenti in u dispusitivu. HDD micca sigillatu, cù l'eccezzioni di i dispositi cù capacità assai grande - usanu l'heliu invece di l'aria perchè hè assai menu densu è crea menu prublemi in unità cù un gran numaru di discu. Per d 'altra banda, ùn deve micca esse espunutu unità convenzionali à l'ambiente apertu.
Grazie à l'usu di tali connettori, u numeru di punti d'ingressu attraversu quale a terra è a polvera pò entra in u drive hè minimizatu; ci hè un pirtusu in u casu di metallu (u grande puntu biancu in u cantonu inferjuri left di l'imaghjini) chì permette a pressione ambientale per stà in l'internu.
Avà chì u PCB hè sguassatu, fighjemu un ochju à ciò chì ci hè dentru. Ci sò quattru chips principali:
- LSI B64002: Chip di controller principale chì processa l'istruzzioni, trasferisce flussi di dati in e fora, corregge errori, etc.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM clock à 800 MHz, utilizatu per a cache di dati
- Smooth MCKXL: cuntrolla u mutore chì gira i dischi
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB di memoria flash seriale utilizata per almacenà u firmware di l'unità (un pocu cum'è u BIOS di l'urdinatore)
I cumpunenti PCB di diversi HDD pò varià. E dimensioni più grande necessitanu più cache (i mostri più muderni ponu avè finu à 256 MB di DDR3), è u chip di u controller principale pò esse un pocu più sofisticatu in a gestione di l'errore, ma in generale e differenze ùn sò micca cusì grande.
Apertura di l'unità hè faciule, basta svitate uni pochi di bulloni Torx è voilà! Semu dentru...
Dapoi chì piglia a maiò parte di u dispusitivu, a nostra attenzione hè subitu attirata à u grande circhiu metallicu; hè faciule capisce perchè i drive sò chjamati discu. Hè currettu di chjamà piatti; sò fatti di vetru o d'aluminiu è rivestiti cù parechji strati di materiali diffirenti. Questa unità di 3TB hà trè platti, chì significa chì 500GB deve esse guardatu da ogni latu di un platter.
L'imaghjini hè abbastanza polverosa, tali platti brutti ùn currispondenu à a precisione di u disignu è a fabricazione necessaria per fà. In u nostru esempiu HDD, u discu d'aluminiu stessu hè 0,04 inch (1 mm) grossu, ma pulitu à tale puntu chì l'altezza media di e deviazioni nantu à a superficia hè menu di 0,000001 inch (circa 30 nm).
A capa di basa hè solu 0,0004 inch (10 microns) di prufundità è hè custituita da parechje strati di materiali dipositu nantu à u metallu. L'applicazione hè fatta cù l'usu seguita da , preparendu u discu per i materiali magnetichi basi utilizati per almacenà e dati digitale.
Stu materiale hè tipicamente una alea di cobalt cumplessu è hè cumpostu di circles concentrici, ognunu circa 0,00001 inch (circa 250 nm) di larghezza è 0,000001 inch (25 nm) di prufundità. À u nivellu micro, l'aliati di metalli formanu grani simili à bolle di sapone nantu à a superficia di l'acqua.
Ogni granu hà u so propiu campu magneticu, ma pò esse trasfurmatu in una direzzione. L'aggregazione di tali campi risulta in bit di dati (0 è 1). Se vulete sapè più nantu à questu tema, allora leghjite Università di Yale. I rivestimenti finali sò una strata di carbone per a prutezzione, è dopu un polimeru per riduce l'attrito di cuntattu. Inseme ùn sò micca più di 0,0000005 inch (12 nm) di grossu.
Videremu prestu perchè i wafers devenu esse fabbricati à tolleranze cusì strette, ma hè ancu surprisante di capisce chì Pudete diventà u fieru pruprietariu di un dispositivu fabbricatu cù precisione nanometrica!
Tuttavia, vultemu à u HDD stessu è vede ciò chì ci hè in questu.
U culore giallu mostra a tappa metallica chì ferma in modu sicuru a piastra à u mutore elettricu di spindle drive - un drive elettricu chì gira i dischi. In questu HDD giranu à una freccia di 7200 rpm (rivuluzioni / min), ma in altri mudelli ponu travaglià più lentamente. I dischi lenti anu un rumore più bassu è u cunsumu di energia, ma ancu una velocità più bassa, mentre chì e unità più veloci ponu ghjunghje à velocità di 15 000 rpm.
Per riduce i danni causati da u polu è l'umidità di l'aria, aduprate filtru di ricirculazione (quadratu verde), cullendu particeddi chjuchi è tenenduli in l'internu. L'aria mossa da a rotazione di i platti assicura un flussu constantu attraversu u filtru. Sopra i dischi è accantu à u filtru ci hè unu di trè separatori di piastre: aiuta à riduce e vibrazioni è mantene u flussu di l'aria cum'è pussibule.
In a parte superiore manca di l'imaghjini, u quadru turchinu indica unu di i dui magneti permanenti. Anu furnisce u campu magneticu necessariu per spustà u cumpunente indicatu in rossu. Separemu questi dettagli per vede megliu.
Ciò chì pare un pezzu biancu hè un altru filtru, solu questu filtra particeddi è gasi chì entranu da l'esternu per u pirtusu chì avemu vistu sopra. Spikes di metallu sò leve di muvimentu di a testa, nantu à quale si trovanu teste di lettura-scrittura discu duru. Si movenu à una velocità tremenda nantu à a superficia di i platti (superiori è bassu).
Fighjate stu video creatu da per vede quantu sò veloci:
U disignu ùn usa micca qualcosa di simile ; Per spustà e leve, un currente elettricu passa per un solenoide à a basa di e leve.
In generale sò chjamati , perchè usanu u listessu principiu utilizatu in i parlanti è i microfoni per spustà e membrane. U currente genera un campu magneticu intornu à elli, chì reagisce à u campu creatu da i magneti permanenti di barra.
Ùn vi scurdate di e tracce di dati chjuca, cusì a pusizioni di i braccia deve esse estremamente precisa, cum'è tuttu ciò chì hè in u drive. Certi discu duru anu palanchi multi-stadi chì facenu picculi cambiamenti in a direzzione di una sola parte di tutta a palanca.
Certi discu duru anu tracce di dati chì si sovrapponenu. Sta tecnulugia hè chjamata (registrazione magnetica shingled), è i so esigenze di precisione è pusizioni (vale à dì, per chjappà constantemente un puntu) sò ancu più stretti.
À a fine di i braccia ci sò capi di lettura-scrittura assai sensibili. U nostru HDD cuntene 3 platti è 6 teste, è ognunu di elli flotta sopra à u discu mentre gira. Per ottene questu, i capi sò suspesi nantu à strisce ultra-thin di metallu.
È quì pudemu vede perchè u nostru specimenu anatomicu hè mortu - almenu unu di i capi si sò sbulicati, è ciò chì hà causatu u dannu iniziale hà piegatu ancu unu di l'arme. Tuttu u cumpunente di a testa hè cusì chjuca chì, cum'è pudete vede quì sottu, hè assai difficiule di ottene una bona stampa cù una camera regular.
Tuttavia, pudemu piglià e parti individuali. U bloccu grisgiu hè una parte fabricata apposta chjamata "slider": Quandu u discu rotate sottu, u flussu di l'aria crea l'elevazione, alzendu a testa da a superficia. È quandu dicemu "elevatori", vulemu dì un spaziu chì hè solu 0,0000002 inch wide, o menu di 5 nm.
Ogni più, è i capi ùn puderanu micca ricunnosce i cambiamenti in i campi magnetichi di a pista; s'è i capi eranu stendu nantu à a superficia, scratchanu solu u revestimentu. Hè per quessa chì avete bisognu di filtrà l'aria in u casu di l'unità: a polvera è l'umidità nantu à a superficia di l'unità si romperanu solu i capi.
Un picculu "pole" di metallu à a fine di a testa aiuta cù l'aerodinamica generale. Tuttavia, per vede e parte chì facenu a lettura è a scrittura, avemu bisognu di una foto megliu.
In questa maghjina di un altru discu duru, i dispositi di lettura / scrittura sò sottu à tutte e cunnessione elettriche. A registrazione hè fatta da u sistema (induzione di film sottile, TFI), è lettura - dispusitivu (dispositivu magnetoresistivu tunnelling, TMR).
I signali pruduciuti da TMR sò assai debuli è deve esse passatu per un amplificatore per aumentà i livelli prima di esse mandati. U chip rispunsevuli di questu hè situatu vicinu à a basa di e leve in l'imagine sottu.
Cum'è dichjaratu in l'intruduzioni à l'articulu, i cumpunenti meccanichi è u principiu di u funziunamentu di un discu duru anu cambiatu pocu annantu à l'anni. A maiò parte di tuttu, a tecnulugia di piste magnetiche è capi di lettura-scrittura hè stata migliurata, creendu chjassi sempre più stretti è densi, chì ultimamente hà purtatu à un aumentu di a quantità di informazioni almacenate.
Tuttavia, i discu duru meccanichi anu limitazioni evidenti di velocità. Ci vole u tempu per spustà e leve à a pusizioni desiderata, è se i dati sò spargugliati in diverse piste nantu à diversi platti, allora l'unità passerà uni pochi di microsecondi in cerca di bit.
Prima di passà à un altru tipu di unità, indichemu a velocità apprussimativa di un HDD tipicu. Avemu usatu u benchmark per valutà u discu duru :
I primi dui linii indicanu u numeru di MB per seconda quandu eseguite sequenziale (lista longa, cuntinuu) è aleatoriu (transizioni in tuttu u drive) leghje è scrive. A prossima linea mostra u valore IOPS, chì hè u numeru di operazioni I/O realizate ogni seconda. L'ultima linea mostra a latenza media (tempu in microsecondi) trà trasmette una operazione di lettura o scrittura è riceve i valori di dati.
In generale, strivemu per assicurà chì i valori in i primi trè linii sò u più grande pussibule, è in l'ultima linea u più chjucu pussibule. Ùn vi preoccupate micca di i numeri stessi, l'avemu solu aduprà per paragunà quandu guardemu à un altru tipu di unità: l'unità di u solidu.
Source: www.habr.com