Mae'n fagnetig. Mae'n drydanol. Mae'n ffotonig. Na, nid yw hwn yn driawd archarwr newydd o'r bydysawd Marvel. Mae'n ymwneud Γ’ storio ein data digidol gwerthfawr. Mae angen inni eu storio yn rhywle, yn ddiogel ac yn sefydlog, fel y gallwn gael mynediad atynt a'u newid mewn amrantiad llygad. Anghofiwch Iron Man a Thor - rydyn ni'n sΓ΄n am yriannau caled!
Felly gadewch i ni blymio i mewn i anatomeg y dyfeisiau rydyn ni'n eu defnyddio heddiw i storio biliynau o ddarnau o ddata.
Ti'n troelli fi reit rownd, babi
Mecanyddol storio gyriant caled (gyriant disg caled, HDD) wedi bod yn safon storio ar gyfer cyfrifiaduron ledled y byd am fwy na 30 mlynedd, ond mae'r dechnoleg y tu Γ΄l iddo yn llawer hΕ·n.
Rhyddhaodd IBM y HDD masnachol cyntaf , ei allu oedd cymaint Γ’ 3,75 MB. Ac yn gyffredinol, dros yr holl flynyddoedd hyn nid yw strwythur cyffredinol y gyriant wedi newid llawer. Mae ganddo ddisgiau o hyd sy'n defnyddio magnetization i storio data, ac mae dyfeisiau i ddarllen / ysgrifennu'r data hwnnw. Wedi newid Yr un peth, ac yn gryf iawn, yw faint o ddata y gellir ei storio arnynt.
Yn 1987 roedd yn bosibl am tua $350; Heddiw gallwch brynu 14 TB: i mewn 700 000 gwaith y gyfrol.
Byddwn yn edrych ar ddyfais nad yw'n union yr un maint, ond hefyd yn weddus yn Γ΄l safonau modern: y Seagate Barracuda 3,5 TB HDD 3-modfedd, yn benodol, y model , yn enwog am ei ΠΈ . Mae'r gyriant rydyn ni'n ei astudio eisoes wedi marw, felly bydd hwn yn debycach i awtopsi na gwers anatomeg.
Mae mwyafrif y gyriant caled yn fetel cast. Gall y grymoedd y tu mewn i'r ddyfais yn ystod defnydd gweithredol fod yn eithaf difrifol, felly mae metel trwchus yn atal plygu a dirgryniad yr achos. Mae hyd yn oed HDDs bach 1,8 modfedd yn defnyddio metel fel deunydd cadw, ond maent fel arfer yn cael eu gwneud o alwminiwm yn hytrach na dur oherwydd mae angen iddynt fod mor ysgafn Γ’ phosibl.
Wrth droi'r gyriant drosodd, gwelwn fwrdd cylched printiedig a sawl cysylltydd. Defnyddir y cysylltydd ar frig y bwrdd ar gyfer y modur sy'n cylchdroi'r disgiau, ac mae'r tri isaf (o'r chwith i'r dde) yn binnau siwmper sy'n eich galluogi i ffurfweddu'r gyriant ar gyfer rhai ffurfweddiadau, cysylltydd data SATA (Serial ATA). , a chysylltydd pΕ΅er SATA.
Ymddangosodd Serial ATA gyntaf yn 2000. Mewn cyfrifiaduron bwrdd gwaith, dyma'r system safonol a ddefnyddir i gysylltu gyriannau Γ’ gweddill y cyfrifiadur. Mae'r fanyleb fformat wedi cael ei diwygio'n aml, ac rydym yn defnyddio fersiwn 3.4 ar hyn o bryd. Mae ein corff gyriant caled yn fersiwn hΕ·n, ond dim ond un pin yn y cysylltydd pΕ΅er yw'r gwahaniaeth.
Mewn cysylltiadau data, fe'i defnyddir i dderbyn a derbyn data. : Defnyddir pinnau A+ ac A- ar gyfer trosglwyddo cyfarwyddiadau a data i'r gyriant caled, a phinnau B ar gyfer derbyn y signalau hyn. Mae'r defnydd hwn o ddargludyddion pΓ’r yn lleihau effaith sΕ΅n trydanol ar y signal yn sylweddol, sy'n golygu y gall y ddyfais weithredu'n gyflymach.
Os byddwn yn siarad am bΕ΅er, gwelwn fod gan y cysylltydd bΓ’r o gysylltiadau o bob foltedd (+3.3, +5 a +12V); fodd bynnag, ni ddefnyddir y rhan fwyaf ohonynt oherwydd nid oes angen llawer o bΕ΅er ar HDDs. Mae'r model Seagate penodol hwn yn defnyddio llai na 10 wat o dan lwyth gweithredol. Defnyddir cysylltiadau sydd wedi'u marcio PC ar gyfer rhagdal: Mae'r nodwedd hon yn eich galluogi i dynnu a chysylltu'r gyriant caled tra bod y cyfrifiadur yn parhau i weithio (gelwir hyn cyfnewid poeth).
Mae cysylltu Γ’ thag PWDIS yn caniatΓ‘u gyriant caled, ond dim ond o fersiwn SATA 3.3 y cefnogir y swyddogaeth hon, felly yn fy ngyriant dim ond llinell bΕ΅er + 3.3V arall ydyw. Ac mae'r pin olaf, wedi'i labelu SSU, yn dweud wrth y cyfrifiadur a yw'r gyriant caled yn cefnogi technoleg deillio dilyniannol. troellog troellog.
Cyn y gall y cyfrifiadur eu defnyddio, rhaid i'r gyriannau y tu mewn i'r ddyfais (y byddwn yn eu gweld yn fuan) droi hyd at gyflymder llawn. Ond os oes llawer o yriannau caled wedi'u gosod yn y peiriant, yna gall cais pΕ΅er cydamserol sydyn niweidio'r system. Mae troelli'r gwerthydau yn raddol yn dileu'r posibilrwydd o broblemau o'r fath yn llwyr, ond bydd yn rhaid i chi aros ychydig eiliadau cyn cael mynediad llawn i'r HDD.
Trwy dynnu'r bwrdd cylched, gallwch weld sut mae'n cysylltu Γ’'r cydrannau y tu mewn i'r ddyfais. HDD heb ei selio, ac eithrio dyfeisiau Γ’ chynhwysedd mawr iawn - maen nhw'n defnyddio heliwm yn lle aer oherwydd ei fod yn llawer llai trwchus ac yn creu llai o broblemau mewn gyriannau gyda nifer fawr o ddisgiau. Ar y llaw arall, ni ddylech amlygu gyriannau confensiynol i'r amgylchedd agored.
Diolch i'r defnydd o gysylltwyr o'r fath, mae nifer y pwyntiau mynediad y gall baw a llwch fynd i mewn i'r gyriant yn cael ei leihau; mae twll yn y cas metel (y dot gwyn mawr yng nghornel chwith isaf y ddelwedd) sy'n caniatΓ‘u i bwysau amgylchynol aros y tu mewn.
Nawr bod y PCB wedi'i dynnu, gadewch i ni edrych ar yr hyn sydd y tu mewn. Mae pedwar prif sglodyn:
- LSI B64002: Prif sglodyn rheolydd sy'n prosesu cyfarwyddiadau, yn trosglwyddo ffrydiau data i mewn ac allan, yn cywiro gwallau, ac ati.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM clocio ar 800 MHz, a ddefnyddir ar gyfer storio data
- MCKXL llyfn: yn rheoli'r modur sy'n troelli'r disgiau
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB o gof fflach cyfresol a ddefnyddir i storio cadarnwedd y gyriant (yn debyg i BIOS cyfrifiadur)
Gall cydrannau PCB gwahanol HDDs amrywio. Mae angen mwy o storfa ar feintiau mwy (gall y bwystfilod mwyaf modern gael hyd at 256 MB o DDR3), a gall y prif sglodyn rheolydd fod ychydig yn fwy soffistigedig wrth drin gwallau, ond yn gyffredinol nid yw'r gwahaniaethau mor fawr Γ’ hynny.
Mae agor y gyriant yn hawdd, dim ond dadsgriwio ychydig o folltau Torx a voila! Rydyn ni y tu mewn ...
O ystyried ei fod yn cymryd y rhan fwyaf o'r ddyfais, tynnir ein sylw ar unwaith at y cylch metel mawr; mae'n hawdd deall pam mae gyriannau'n cael eu galw disg. Mae'n gywir eu galw platiau; maent wedi'u gwneud o wydr neu alwminiwm ac wedi'u gorchuddio Γ’ sawl haen o wahanol ddeunyddiau. Mae gan y gyriant 3TB hwn dri phlat, sy'n golygu y dylid storio 500GB ar bob ochr i un plat.
Mae'r ddelwedd yn eithaf llychlyd, nid yw platiau budr o'r fath yn cyd-fynd Γ’ manwl gywirdeb dylunio a gweithgynhyrchu sy'n ofynnol i'w gwneud. Yn ein hesiampl HDD, mae'r ddisg alwminiwm ei hun yn 0,04 modfedd (1 mm) o drwch, ond wedi'i sgleinio i'r fath raddau fel bod uchder cyfartalog y gwyriadau ar yr wyneb yn llai na 0,000001 modfedd (tua 30 nm).
Dim ond 0,0004 modfedd (10 micron) o ddyfnder yw'r haen sylfaen ac mae'n cynnwys haenau lluosog o ddeunyddiau a adneuwyd ar y metel. Gwneir cais gan ddefnyddio dilyn gan , paratoi'r ddisg ar gyfer y deunyddiau magnetig sylfaenol a ddefnyddir i storio data digidol.
Mae'r deunydd hwn fel arfer yn aloi cobalt cymhleth ac mae'n cynnwys cylchoedd consentrig, pob un tua 0,00001 modfedd (tua 250 nm) o led a 0,000001 modfedd (25 nm) o ddyfnder. Ar y lefel ficro, mae aloion metel yn ffurfio grawn tebyg i swigod sebon ar wyneb dΕ΅r.
Mae gan bob grawn ei faes magnetig ei hun, ond gellir ei drawsnewid i gyfeiriad penodol. Mae grwpio meysydd o'r fath yn arwain at ddarnau data (0s ac 1s). Os ydych chi eisiau dysgu mwy am y pwnc hwn, yna darllenwch Prifysgol IΓ’l. Mae'r haenau terfynol yn haen o garbon i'w hamddiffyn, ac yna'n bolymer i leihau ffrithiant cyswllt. Gyda'i gilydd nid ydynt yn fwy na 0,0000005 modfedd (12 nm) o drwch.
Cawn weld yn fuan pam fod yn rhaid gweithgynhyrchu'r wafferi i oddefiannau mor dynn, ond mae'n dal yn syndod sylweddoli hynny Gallwch chi ddod yn berchennog balch ar ddyfais a weithgynhyrchir gyda manwl gywirdeb nanometr!
Fodd bynnag, gadewch i ni fynd yn Γ΄l i'r HDD ei hun a gweld beth arall sydd ynddo.
Mae'r lliw melyn yn dangos y clawr metel sy'n cau'r plΓ’t yn ddiogel i'r modur trydan gyriant gwerthyd - gyriant trydan sy'n cylchdroi'r disgiau. Yn y HDD hwn maent yn cylchdroi ar amledd o 7200 rpm (chwyldroadau/munud), ond mewn modelau eraill gallant weithio'n arafach. Mae gan yriannau araf llai o sΕ΅n a defnydd pΕ΅er, ond hefyd cyflymder is, tra gall gyriannau cyflymach gyrraedd cyflymder o 15 rpm.
Er mwyn lleihau'r difrod a achosir gan lwch a lleithder aer, defnyddiwch hidlydd ailgylchredeg (sgwΓ’r gwyrdd), casglu gronynnau bach a'u dal y tu mewn. Mae aer sy'n cael ei symud gan gylchdroi'r platiau yn sicrhau llif cyson trwy'r hidlydd. Uwchben y disgiau ac wrth ymyl yr hidlydd mae un o dri gwahanyddion platiau: helpu i leihau dirgryniadau a chynnal llif aer mor gyfartal Γ’ phosibl.
Yn rhan chwith uchaf y ddelwedd, mae'r sgwΓ’r glas yn nodi un o'r ddau fagnet bar parhaol. Maent yn darparu'r maes magnetig sydd ei angen i symud y gydran a nodir mewn coch. Gadewch i ni wahanu'r manylion hyn i'w gweld yn well.
Mae'r hyn sy'n edrych fel clwt gwyn yn hidlydd arall, dim ond yr un hwn sy'n hidlo gronynnau a nwyon sy'n mynd i mewn o'r tu allan trwy'r twll a welsom uchod. pigau metel yn liferi symud pen, ar ba un y maent wedi eu lleoli pennau darllen-ysgrifennu gyriant caled. Maent yn symud ar gyflymder aruthrol ar hyd wyneb y platiau (uwch ac isaf).
Gwyliwch y fideo hwn a grΓ«wyd gan i weld pa mor gyflym ydyn nhw:
Nid yw'r dyluniad yn defnyddio unrhyw beth tebyg ; I symud y liferi, mae cerrynt trydan yn cael ei basio trwy solenoid ar waelod y liferi.
Yn gyffredinol fe'u gelwir , oherwydd eu bod yn defnyddio'r un egwyddor a ddefnyddir mewn siaradwyr a meicroffonau i symud pilenni. Mae'r cerrynt yn cynhyrchu maes magnetig o'u cwmpas, sy'n adweithio i'r maes a grΓ«wyd gan y bar magnetau parhaol.
Peidiwch ag anghofio bod traciau data bychan, felly mae'n rhaid i leoliad y breichiau fod yn hynod fanwl gywir, yn union fel popeth arall yn y gyriant. Mae gan rai gyriannau caled liferi aml-gam sy'n gwneud newidiadau bach i gyfeiriad un rhan yn unig o'r lifer cyfan.
Mae gan rai gyriannau caled draciau data sy'n gorgyffwrdd Γ’'i gilydd. Gelwir y dechnoleg hon (cofnod magnetig graeanog), a'i ofynion ar gyfer cywirdeb a lleoli (hynny yw, i daro un pwynt yn gyson) hyd yn oed yn llymach.
Ar ddiwedd y breichiau mae pennau darllen-ysgrifennu sensitif iawn. Mae ein HDD yn cynnwys 3 plat a 6 phen, a phob un ohonynt arnofio uwchben y ddisg wrth iddo gylchdroi. I gyflawni hyn, mae'r pennau'n cael eu hongian ar stribedi metel tenau iawn.
Ac yma gallwn weld pam y bu farw ein sbesimen anatomegol - daeth o leiaf un o'r pennau'n rhydd, a beth bynnag achosodd y difrod cychwynnol hefyd plygu un o'r breichiau. Mae'r gydran pen gyfan mor fach, fel y gwelwch isod, mae'n anodd iawn cael llun da ohono gyda chamera rheolaidd.
Fodd bynnag, gallwn gymryd y rhannau unigol ar wahΓ’n. Mae'r bloc llwyd yn rhan a weithgynhyrchir yn arbennig o'r enw "llithrydd": Wrth i'r disg gylchdroi oddi tano, mae'r llif aer yn creu lifft, gan godi'r pen oddi ar yr wyneb. A phan rydyn ni'n dweud βlifftiau,β rydyn ni'n golygu bwlch sydd ddim ond 0,0000002 modfedd o led, neu lai na 5 nm.
Ymhellach, ac ni fydd y pennau'n gallu adnabod newidiadau ym meysydd magnetig y trac; pe bai'r pennau'n gorwedd ar yr wyneb, byddent yn syml yn crafu'r cotio. Dyma pam mae angen i chi hidlo'r aer y tu mewn i'r cas gyriant: bydd llwch a lleithder ar wyneb y gyriant yn torri'r pennau yn unig.
Mae "polyn" metel bach ar ddiwedd y pen yn helpu gydag aerodynameg cyffredinol. Fodd bynnag, i weld y rhannau sy'n gwneud y darllen a'r ysgrifennu, mae angen llun gwell arnom.
Yn y ddelwedd hon o yriant caled arall, mae'r dyfeisiau darllen/ysgrifennu o dan yr holl gysylltiadau trydanol. Mae'r recordiad yn cael ei berfformio gan y system (cyflwyno ffilm denau, TFI), a darllen - dyfais (dyfais fagnetoresistive twnelu, TMR).
Mae'r signalau a gynhyrchir gan TMR yn wan iawn a rhaid eu pasio trwy fwyhadur i gynyddu lefelau cyn cael eu hanfon. Mae'r sglodyn sy'n gyfrifol am hyn wedi'i leoli ger gwaelod y liferi yn y ddelwedd isod.
Fel y nodwyd yn y cyflwyniad i'r erthygl, nid yw cydrannau mecanyddol ac egwyddor gweithredu gyriant caled wedi newid fawr ddim dros y blynyddoedd. Yn bennaf oll, gwellwyd technoleg traciau magnetig a phennau darllen-ysgrifennu, gan greu traciau cynyddol gul a thrwchus, a arweiniodd yn y pen draw at gynnydd yn y wybodaeth a storiwyd.
Fodd bynnag, mae gan yriannau caled mecanyddol gyfyngiadau cyflymder amlwg. Mae'n cymryd amser i symud y liferi i'r safle a ddymunir, ac os yw'r data wedi'i wasgaru ar draws gwahanol draciau ar wahanol blatiau, yna bydd y gyriant yn treulio cryn ychydig o ficroeiliadau yn chwilio am ddarnau.
Cyn symud ymlaen i fath arall o yriant, gadewch i ni nodi cyflymder bras HDD nodweddiadol. Fe ddefnyddion ni'r meincnod i werthuso'r gyriant caled :
Mae'r ddwy linell gyntaf yn nodi nifer y MB yr eiliad wrth berfformio dilyniannol (rhestr hir, barhaus) ac ar hap (trawsnewidiadau trwy'r gyriant cyfan) yn darllen ac yn ysgrifennu. Mae'r llinell nesaf yn dangos gwerth IOPS, sef nifer y gweithrediadau I/O a gyflawnir bob eiliad. Mae'r llinell olaf yn dangos yr hwyrni cyfartalog (amser mewn microseconds) rhwng trosglwyddo gweithrediad darllen neu ysgrifennu a derbyn y gwerthoedd data.
Yn gyffredinol, rydym yn ymdrechu i sicrhau bod y gwerthoedd yn y tair llinell gyntaf mor fawr Γ’ phosibl, ac yn y llinell olaf mor fach Γ’ phosibl. Peidiwch Γ’ phoeni am y niferoedd eu hunain, byddwn yn eu defnyddio i gymharu pan edrychwn ar fath arall o yriant: y gyriant cyflwr solet.
Ffynhonnell: hab.com