Ĝi estas magneta. Ĝi estas elektra. Ĝi estas fotonika. Ne, ĉi tio ne estas nova superheroa triopo el la Marvel-universo. Temas pri stokado de niaj altvaloraj ciferecaj datumoj. Ni devas konservi ilin ie, sekure kaj stabile, por ke ni povu aliri kaj ŝanĝi ilin en palpebrumeto. Forgesu Iron Man kaj Toron - ni parolas pri malmolaj diskoj!
Do ni plonĝu en la anatomion de la aparatoj, kiujn ni uzas hodiaŭ por stoki miliardojn da pecetoj da datumoj.
Vi turnas min ĝuste, bebo
Mekanika stokado de malmola disko (malmola disko, HDD) estas la stokado normo por komputiloj tra la mondo dum pli ol 30 jaroj, sed la teknologio malantaŭ ĝi estas multe pli malnova.
IBM publikigis la unuan komercan HDD , ĝia kapacito estis entute 3,75 MB. Kaj ĝenerale, dum ĉiuj ĉi tiuj jaroj la ĝenerala strukturo de la stirado ne multe ŝanĝiĝis. Ĝi ankoraŭ havas diskojn, kiuj uzas magnetigon por stoki datumojn, kaj ekzistas aparatoj por legi/skribi tiujn datumojn. Ŝanĝita La sama, kaj tre forta, estas la kvanto da datumoj, kiuj povas esti stokitaj sur ili.
En 1987 eblis por ĉirkaŭ $350; Hodiaŭ vi povas aĉeti 14 TB: in 700 000 fojoj la volumeno.
Ni rigardos aparaton, kiu ne estas ĝuste samgranda, sed ankaŭ deca laŭ modernaj normoj: la 3,5-cola HDD Seagate Barracuda 3 TB, precipe la modelo. , konata pro sia и . La veturado, kiun ni studas, jam mortis, do ĉi tio estos pli kiel nekropsio ol anatomia leciono.
La plejparto de la malmola disko estas gisita metalo. La fortoj ene de la aparato dum aktiva uzo povas esti sufiĉe seriozaj, do dika metalo malhelpas fleksadon kaj vibradon de la kazo. Eĉ etaj 1,8-colaj HDD uzas metalon kiel loĝmaterialon, sed ili estas kutime faritaj el aluminio prefere ol ŝtalo ĉar ili devas esti kiel eble plej malpezaj.
Turnante la diskon, ni vidas presitan cirkviton kaj plurajn konektilojn. La konektilo ĉe la supro de la tabulo estas uzata por la motoro, kiu turnas la diskojn, kaj la malsupraj tri (de maldekstre dekstren) estas saltpingloj, kiuj ebligas al vi agordi la diskon por certaj agordoj, datumkonektilo SATA (Seria ATA). , kaj SATA-potenckonektilo.
Seria ATA unue aperis en 2000. En labortablaj komputiloj, ĉi tiu estas la norma sistemo uzata por konekti diskojn al la resto de la komputilo. La formatspecifo spertis multajn reviziojn, kaj ni nuntempe uzas version 3.4. Nia kadavro de malmola disko estas pli malnova versio, sed la diferenco estas nur unu pinglo en la elektra konektilo.
En datumkonektoj, ĝi estas uzata por ricevi kaj ricevi datumojn. : Stiftoj A+ kaj A- estas uzataj por transigo instrukcioj kaj datumoj al la malmola disko, kaj pingloj B estas por ricevante ĉi tiuj signaloj. Ĉi tiu uzo de parigitaj konduktiloj signife reduktas la efikon de elektra bruo sur la signalo, kio signifas, ke la aparato povas funkcii pli rapide.
Se ni parolas pri potenco, ni vidas, ke la konektilo havas paron da kontaktoj de ĉiu tensio (+3.3, +5 kaj +12V); tamen, la plej multaj el ili ne estas uzataj ĉar HDD-oj ne postulas multe da potenco. Ĉi tiu aparta modelo de Seagate uzas malpli ol 10 vatojn sub aktiva ŝarĝo. Kontaktoj markitaj PC estas uzataj por antaŭŝarĝo: Ĉi tiu funkcio permesas forigi kaj konekti la malmolan diskon dum la komputilo daŭre funkcias (tio nomiĝas varma interŝanĝo).
Kontakto kun PWDIS-etikedo permesas malmola disko, sed ĉi tiu funkcio estas nur subtenata de versio SATA 3.3, do en mia disko ĝi estas nur alia +3.3V elektra linio. Kaj la lasta pinglo, etikedita SSU, simple diras al la komputilo ĉu la malmola disko subtenas sinsekvan spin-up teknologion. ŝanceliĝis spin supren.
Antaŭ ol la komputilo povas uzi ilin, la diskoj ene de la aparato (kiun ni vidos baldaŭ) devas turniĝi ĝis plena rapideco. Sed se estas multaj malmolaj diskoj instalitaj en la maŝino, tiam subita samtempa peto de potenco povas damaĝi la sistemon. Iom post iom ŝpini la spindelojn tute forigas la eblecon de tiaj problemoj, sed vi devos atendi kelkajn sekundojn antaŭ ol akiri plenan aliron al la HDD.
Forigante la cirkviton, vi povas vidi kiel ĝi konektas al la komponantoj ene de la aparato. HDD ne sigelita, escepte de aparatoj kun tre grandaj kapacitoj - ili uzas heliumon anstataŭ aero ĉar ĝi estas multe malpli densa kaj kreas malpli da problemoj en diskoj kun granda nombro da diskoj. Aliflanke, vi ne devus elmontri konvenciajn diskojn al la malferma medio.
Danke al la uzo de tiaj konektiloj, la nombro da enirpunktoj, tra kiuj malpuraĵo kaj polvo povas eniri en la diskon, estas minimumigita; ekzistas truo en la metalkazo (la granda blanka punkto en la malsupra maldekstra angulo de la bildo) kiu permesas ĉirkaŭan premon resti interne.
Nun kiam la PCB estas forigita, ni rigardu kio estas ene. Estas kvar ĉefaj blatoj:
- LSI B64002: Ĉefa regila blato, kiu prilaboras instrukciojn, transdonas datumfluojn en kaj eksteren, korektas erarojn, ktp.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM mezurita je 800 MHz, uzita por datenkaŝmemoro
- Smooth MCKXL: regas la motoron, kiu turnas la diskojn
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB da seria fulmmemoro uzata por stoki la firmvaro de la stirado (iom kiel la BIOS de komputilo)
La PCB-komponentoj de malsamaj HDD-oj povas varii. Pli grandaj grandecoj postulas pli da kaŝmemoro (la plej modernaj monstroj povas havi ĝis 256 MB da DDR3), kaj la ĉefregila peceto povas esti iom pli kompleksa pri erartraktado, sed ĝenerale la diferencoj ne estas tiom grandaj.
Malfermi la diskon estas facila, nur malŝraŭbi kelkajn Torx-riglilojn kaj voila! Ni estas interne...
Konsiderante ke ĝi okupas la plej grandan parton de la aparato, nian atenton tuj estas tirita al la granda metala rondo; estas facile kompreni kial diskoj estas nomitaj disko. Estas ĝuste voki ilin teleroj; ili estas faritaj el vitro aŭ aluminio kaj kovritaj per pluraj tavoloj de malsamaj materialoj. Ĉi tiu 3TB-disko havas tri pladojn, kio signifas, ke 500GB estu konservitaj ĉiuflanke de unu plado.
La bildo estas sufiĉe polva, tiaj malpuraj teleroj ne kongruas kun la precizeco de dezajno kaj fabrikado necesa por fari ilin. En nia ekzemplo de HDD, la aluminia disko mem estas 0,04 coloj (1 mm) dika, sed polurita ĝis tia mezuro, ke la meza alteco de la devioj sur la surfaco estas malpli ol 0,000001 coloj (ĉirkaŭ 30 nm).
La baza tavolo estas nur 0,0004 colojn (10 mikronoj) profunda kaj konsistas el multoblaj tavoloj de materialoj deponitaj sur la metalo. Apliko estas farita uzante sekvita de , preparante la diskon por la bazaj magnetaj materialoj uzataj por stoki ciferecajn datumojn.
Tiu materialo estas tipe kompleksa kobaltalojo kaj estas kunmetita de samcentraj cirkloj, ĉiu ĉirkaŭ 0,00001 colojn (ĉirkaŭ 250 Nm) larĝa kaj 0,000001 colojn (25 Nm) profunda. Je la mikronivelo, metalaj alojoj formas grajnojn similajn al sapvezikoj sur la surfaco de akvo.
Ĉiu greno havas sian propran magnetan kampon, sed ĝi povas esti transformita en difinita direkto. Grupigi tiajn kampojn rezultigas datumajn bitojn (0s kaj 1s). Se vi volas lerni pli pri ĉi tiu temo, do legu Universitato Yale. La finaj tegaĵoj estas tavolo de karbono por protekto, kaj tiam polimero por redukti kontaktofrikcion. Kune ili estas ne pli ol 0,0000005 colojn (12 nm) dikaj.
Ni baldaŭ vidos, kial la oblatoj devas esti fabrikitaj laŭ tiom striktaj toleremoj, sed estas ankoraŭ surprize konstati, ke Vi povas fariĝi la fiera posedanto de aparato fabrikita kun nanometra precizeco!
Tamen, ni reiru al la HDD mem kaj vidu kio alia estas en ĝi.
La flava koloro montras la metalan kovrilon, kiu sekure fiksas la platon al la spindle drive elektra motoro - elektra veturado, kiu turnas la diskojn. En ĉi tiu HDD ili turniĝas je frekvenco de 7200 rpm (revolucioj/min), sed en aliaj modeloj ili povas funkcii pli malrapide. Malrapidaj diskoj havas pli malaltan bruon kaj elektrokonsumon, sed ankaŭ pli malaltan rapidecon, dum pli rapidaj diskoj povas atingi rapidojn de 15 rpm.
Por redukti damaĝon kaŭzitan de polvo kaj aerhumido, uzu recirkulada filtrilo (verda kvadrato), kolektante malgrandajn partiklojn kaj tenante ilin interne. Aero movita de la rotacio de la platoj certigas konstantan fluon tra la filtrilo. Super la diskoj kaj apud la filtrilo estas unu el tri plato apartigiloj: helpante redukti vibrojn kaj konservi aerfluon kiel eble plej eĉ.
En la supra maldekstra parto de la bildo, la blua kvadrato indikas unu el la du permanentaj stangomagnetoj. Ili disponigas la magnetan kampon necesan por movi la komponenton indikitan en ruĝa. Ni apartigu ĉi tiujn detalojn por pli bone vidi ilin.
Kio aspektas kiel blanka makulo estas alia filtrilo, nur ĉi tiu filtras partiklojn kaj gasojn, kiuj eniras de ekstere tra la truo, kiun ni vidis supre. Metalaj pikiloj estas kapmovo leviloj, sur kiu ili troviĝas lego-skribaj kapoj malmola disko. Ili moviĝas kun grandega rapideco laŭ la surfaco de la platoj (supraj kaj malsupraj).
Rigardu ĉi tiun filmeton kreitan de por vidi kiom rapide ili estas:
La dezajno ne uzas ion similan ; Por movi la levilojn, elektra kurento estas trapasita tra solenoido ĉe la bazo de la leviloj.
Ĝenerale oni nomas ilin , ĉar ili uzas la saman principon uzatan en laŭtparoliloj kaj mikrofonoj por movi membranojn. La fluo generas magnetan kampon ĉirkaŭ ili, kiu reagas al la kampo kreita de la permanentaj stangemaj magnetoj.
Ne forgesu, ke datumoj spuras eta, do la pozicio de la brakoj devas esti ekstreme preciza, same kiel ĉio alia en la veturado. Iuj malmolaj diskoj havas plurŝtupajn levilojn, kiuj faras malgrandajn ŝanĝojn en la direkto de nur unu parto de la tuta levilo.
Iuj malmolaj diskoj havas datumspurojn, kiuj interkovras unu la alian. Ĉi tiu teknologio nomiĝas (ŝinda magneta registrado), kaj ĝiaj postuloj por precizeco kaj poziciigado (tio estas, konstante trafi unu punkton) estas eĉ pli striktaj.
Ĉe la fino de la brakoj estas tre sentemaj leg-skribaj kapoj. Nia HDD enhavas 3 pladojn kaj 6 kapojn, kaj ĉiun el ili flosas super la disko dum ĝi turniĝas. Por atingi tion, la kapoj estas suspenditaj sur ultra-maldikaj strioj de metalo.
Kaj ĉi tie ni povas vidi kial nia anatomia specimeno mortis - almenaŭ unu el la kapoj malfiksiĝis, kaj kio kaŭzis la komencan damaĝon ankaŭ fleksis unu el la brakoj. La tuta kapkomponento estas tiel malgranda ke, kiel vi povas vidi sube, estas tre malfacile akiri bonan bildon de ĝi per regula fotilo.
Tamen ni povas disigi la individuajn partojn. La griza bloko estas speciale fabrikita parto nomata "glitilo": Ĉar la disko rotacias sub ĝi, la aerfluo kreas lifton, levante la kapon de la surfaco. Kaj kiam ni diras "liftoj", ni signifas breĉon kiu estas nur 0,0000002 colojn larĝa, aŭ malpli ol 5 nm.
Plu, kaj la kapoj ne povos rekoni ŝanĝojn en la magnetaj kampoj de la aŭtoveturejo; se la kapoj kuŝus sur la surfaco, ili simple gratus la tegaĵon. Jen kial vi devas filtri la aeron ene de la veturilkazo: polvo kaj humideco sur la surfaco de la veturado simple rompos la kapojn.
Eta metala "fosto" ĉe la fino de la kapo helpas kun ĝenerala aerodinamiko. Tamen, por vidi la partojn, kiuj faras la legadon kaj skribadon, ni bezonas pli bonan foton.
En ĉi tiu bildo de alia malmola disko, la legado/skribi aparatoj estas sub ĉiuj elektraj konektoj. Registrado estas farita de la sistemo (maldika filmindukto, TFI), kaj legado - aparato (tunela magnetorezista aparato, TMR).
La signaloj produktitaj de TMR estas tre malfortaj kaj devas esti pasitaj tra amplifilo por pliigi nivelojn antaŭ esti senditaj. La blato respondeca pri tio situas proksime de la bazo de la leviloj en la bildo sube.
Kiel dirite en la enkonduko al la artikolo, la mekanikaj komponantoj kaj funkcia principo de malmola disko malmulte ŝanĝiĝis tra la jaroj. Plejparte, la teknologio de magnetaj spuroj kaj leg-skribaj kapoj estis plibonigita, kreante ĉiam pli mallarĝajn kaj densajn trakojn, kio finfine kaŭzis pliiĝon en la kvanto de stokitaj informoj.
Tamen, mekanikaj malmolaj diskoj havas evidentajn rapidlimojn. Necesas tempo por movi la levilojn al la dezirata pozicio, kaj se la datumoj estas disigitaj tra malsamaj trakoj sur malsamaj pladoj, tiam la stirado pasigos kelkajn mikrosekundojn serĉante bitojn.
Antaŭ ol transiri al alia speco de disko, ni indiku la proksimuman rapidecon de tipa HDD. Ni uzis la komparnormon por taksi la malmolan diskon :
La unuaj du linioj indikas la nombron da MB je sekundo dum elfarado de sinsekvaj (longa, kontinua listo) kaj hazardaj (transiroj tra la tuta stirado) legas kaj skribas. La sekva linio montras la IOPS-valoron, kiu estas la nombro da I/O-operacioj faritaj ĉiun sekundon. La lasta linio montras la averaĝan latentecon (tempo en mikrosekundoj) inter elsendado de legado aŭ skriba operacio kaj ricevado de la datenvaloroj.
Ĝenerale, ni strebas certigi, ke la valoroj en la unuaj tri linioj estas kiel eble plej grandaj, kaj en la lasta linio kiel eble plej malgrandaj. Ne zorgu pri la nombroj mem, ni nur uzos ilin por komparo kiam ni rigardos alian specon de stirado: la solidsubstanca disko.
fonto: www.habr.com