Se on magneettinen. Se on sähköinen. Se on fotonista. Ei, tämä ei ole uusi supersankaritrio Marvel-universumista. Kyse on arvokkaiden digitaalisten tietojen tallentamisesta. Meidän on säilytettävä ne jonnekin turvallisesti ja vakaasti, jotta voimme päästä käsiksi ja vaihtaa niitä silmänräpäyksessä. Unohda Iron Man ja Thor – puhumme kiintolevyistä!
Sukellaanpa siis niiden laitteiden anatomiaan, joita käytämme nykyään miljardeja databittejä tallentaessamme.
Pyörität minut oikein, kulta
mekaaninen kiintolevyn tallennustila (kiintolevyasema, HDD) on ollut tallennusstandardi tietokoneille ympäri maailmaa yli 30 vuoden ajan, mutta sen taustalla oleva tekniikka on paljon vanhempi.
IBM julkaisi ensimmäisen kaupallisen kiintolevyn , sen kapasiteetti oli peräti 3,75 Mt. Ja yleensä kaikkien näiden vuosien aikana aseman yleinen rakenne ei ole muuttunut paljon. Siinä on edelleen levyjä, jotka käyttävät magnetointia tietojen tallentamiseen, ja on laitteita näiden tietojen lukemiseen/kirjoittamiseen. On muuttunut Sama ja erittäin vahva on niihin tallennettavan tiedon määrä.
Vuonna 1987 se oli mahdollista noin 350 dollarilla; Tänään voit ostaa 14 TB: in 700 000 kertaa äänenvoimakkuus.
Tarkastellaan laitetta, joka ei ole aivan samankokoinen, mutta myös nykyaikaisten standardien mukaan kunnollinen: 3,5 tuuman HDD Seagate Barracuda 3 TB, erityisesti malli , tunnettu siitä и . Ajo, jota opiskelemme, on jo kuollut, joten tämä on enemmän ruumiinavaus kuin anatomian oppitunti.
Suurin osa kiintolevystä on valettua metallia. Laitteen sisällä vaikuttavat voimat aktiivisen käytön aikana voivat olla melko vakavia, joten paksu metalli estää kotelon taipumisen ja tärinän. Pienetkin 1,8 tuuman kiintolevyt käyttävät metallia kotelomateriaalina, mutta ne on yleensä valmistettu alumiinista teräksen sijaan, koska niiden on oltava mahdollisimman kevyitä.
Kääntämällä asemaa ympäri, näemme piirilevyn ja useita liittimiä. Levyn yläosassa olevaa liitintä käytetään moottorille, joka pyörittää levyjä, ja kolme alinta (vasemmalta oikealle) ovat hyppynastat, joiden avulla voit määrittää aseman tiettyjä kokoonpanoja varten, SATA (Serial ATA) -dataliitin. ja SATA-virtaliitin.
Serial ATA ilmestyi ensimmäisen kerran vuonna 2000. Pöytätietokoneissa tämä on vakiojärjestelmä, jota käytetään asemien yhdistämiseen muuhun tietokoneeseen. Muotomäärittelyyn on tehty monia muutoksia, ja käytämme tällä hetkellä versiota 3.4. Kiintolevyn ruumiimme on vanhempi versio, mutta ero on vain yksi nasta virtaliittimessä.
Datayhteyksissä sitä käytetään tiedon vastaanottamiseen ja vastaanottamiseen. : Pinnia A+ ja A- käytetään siirto ohjeet ja tiedot kiintolevylle, ja nastat B on tarkoitettu vastaanottaa näitä signaaleja. Tämä parillisten johtimien käyttö vähentää merkittävästi sähköisen kohinan vaikutusta signaaliin, mikä tarkoittaa, että laite voi toimia nopeammin.
Jos puhumme tehosta, näemme, että liittimessä on pari koskettimia jokaisesta jännitteestä (+3.3, +5 ja +12V); Useimpia niistä ei kuitenkaan käytetä, koska kiintolevyt eivät vaadi paljon virtaa. Tämä Seagate-malli käyttää alle 10 wattia aktiivisella kuormituksella. PC-merkinnällä varustettuja yhteystietoja käytetään esilataa: Tämän ominaisuuden avulla voit irrottaa ja liittää kiintolevyn, kun tietokone jatkaa toimintaansa (tätä kutsutaan kuuma vaihto).
Yhteys PWDIS-tunnisteen kanssa mahdollistaa kovalevy, mutta tätä toimintoa tuetaan vain versiosta SATA 3.3, joten asemassani se on vain toinen +3.3 V virtajohto. Ja viimeinen nasta, nimeltään SSU, kertoo tietokoneelle, tukeeko kiintolevy peräkkäistä spin-up-tekniikkaa. porrastettu pyöriminen.
Ennen kuin tietokone voi käyttää niitä, laitteen sisällä olevien asemien (jotka näemme pian) täytyy pyöriä täydellä nopeudella. Mutta jos koneeseen on asennettu useita kiintolevyjä, äkillinen samanaikainen virtapyyntö voi vahingoittaa järjestelmää. Karojen asteittainen pyörittäminen poistaa täysin tällaisten ongelmien mahdollisuuden, mutta sinun on odotettava muutama sekunti ennen kuin saat täyden pääsyn kiintolevylle.
Irrottamalla piirilevyn näet kuinka se kytkeytyy laitteen sisällä oleviin komponentteihin. HDD ei sinetöity, lukuun ottamatta laitteita, joilla on erittäin suuri kapasiteetti - ne käyttävät heliumia ilman sijasta, koska se on paljon vähemmän tiheää ja aiheuttaa vähemmän ongelmia asemissa, joissa on suuri määrä levyjä. Toisaalta perinteisiä asemia ei pidä altistaa avoimelle ympäristölle.
Tällaisten liittimien käytön ansiosta sisääntulokohtien määrä, joiden kautta lika ja pöly voi päästä aseman sisään, on minimoitu; metallikotelossa on reikä (suuri valkoinen piste kuvan vasemmassa alakulmassa), jonka ansiosta ympäristön paine pysyy sisällä.
Nyt kun piirilevy on poistettu, katsotaanpa mitä sisällä on. Pääsiruja on neljä:
- LSI B64002: Pääohjainpiiri, joka käsittelee ohjeita, siirtää datavirtoja sisään ja ulos, korjaa virheet jne.
- Samsung K4T51163QJ: 64 Mt DDR2 SDRAM, kello 800 MHz, käytetään tiedon välimuistiin
- Smooth MCKXL: ohjaa moottoria, joka pyörittää levyjä
- Winbond 25Q40BWS05: 500 kilotavua sarja-flash-muistia, jota käytetään aseman laiteohjelmiston tallentamiseen (vähän kuin tietokoneen BIOS)
Eri kiintolevyjen piirilevykomponentit voivat vaihdella. Suuremmat koot vaativat enemmän välimuistia (modernimmissa hirviöissä voi olla jopa 256 Mt DDR3:a), ja pääohjainsiru saattaa olla hieman kehittyneempi virheiden käsittelyssä, mutta erot eivät yleisesti ottaen ole niin suuria.
Aseman avaaminen on helppoa, ruuvaa vain muutama Torx-pultti ja voila! Olemme sisällä...
Koska se vie suurimman osan laitteesta, huomiomme kiinnittyy välittömästi suureen metalliympyrään; on helppo ymmärtää, miksi asemia kutsutaan levy. On oikein kutsua heitä levyt; ne on valmistettu lasista tai alumiinista ja päällystetty useilla eri materiaaleilla. Tässä 3 Tt:n asemassa on kolme lautasta, mikä tarkoittaa, että 500 Gt tulee säilyttää yhden lautasen kummallakin puolella.
Kuva on melko pölyinen, tällaiset likaiset levyt eivät vastaa niiden tekemiseen vaadittavaa suunnittelun ja valmistuksen tarkkuutta. HDD-esimerkissämme itse alumiinilevy on 0,04 tuumaa (1 mm) paksu, mutta kiillotettu niin, että pinnan poikkeamien keskimääräinen korkeus on alle 0,000001 tuumaa (noin 30 nm).
Pohjakerros on vain 0,0004 tuumaa (10 mikronia) syvä ja koostuu useista kerroksista materiaalia, jotka on kerrostettu metallille. Sovellus tehdään käyttämällä jonka jälkeen , valmistelee levyn perusmagneettisia materiaaleja varten, joita käytetään digitaalisen tiedon tallentamiseen.
Tämä materiaali on tyypillisesti monimutkainen kobolttiseos ja koostuu samankeskisistä ympyröistä, joista kukin on noin 0,00001 tuumaa (noin 250 nm) leveä ja 0,000001 tuumaa (25 nm). Mikrotasolla metalliseokset muodostavat rakeita, jotka ovat samanlaisia kuin saippuakuplia veden pinnalla.
Jokaisella rakeella on oma magneettikenttänsä, mutta se voidaan muuttaa tiettyyn suuntaan. Tällaisten kenttien ryhmittely johtaa databitteihin (0s ja 1s). Jos haluat oppia lisää tästä aiheesta, lue Yalen yliopisto. Lopulliset pinnoitteet ovat suojaava hiilikerros ja sen jälkeen polymeeri kosketuskitkan vähentämiseksi. Yhdessä ne ovat enintään 0,0000005 tuumaa (12 nm).
Pian näemme, miksi kiekot on valmistettava niin tiukoilla toleransseilla, mutta silti on yllättävää huomata, että Sinusta voi tulla nanometrin tarkkuudella valmistetun laitteen ylpeä omistaja!
Palataan kuitenkin itse kiintolevyyn ja katsotaan mitä muuta siinä on.
Keltainen väri osoittaa metallikannen, joka kiinnittää levyn tukevasti karakäyttöinen sähkömoottori - sähköinen käyttö, joka pyörittää levyjä. Tässä kiintolevyssä ne pyörivät 7200 rpm:n taajuudella (kierrosta/min), mutta muissa malleissa ne saattavat toimia hitaammin. Hitaissa asemissa on pienempi melu ja virrankulutus, mutta myös pienempi nopeus, kun taas nopeammat käytöt voivat saavuttaa 15 000 rpm:n nopeuden.
Käytä pölyn ja ilman kosteuden aiheuttamien vaurioiden vähentämiseksi kierrätyssuodatin (vihreä neliö), kerää pieniä hiukkasia ja pitää ne sisällä. Levyjen pyöriessä liikkuva ilma varmistaa jatkuvan virtauksen suodattimen läpi. Levyjen yläpuolella ja suodattimen vieressä on yksi kolmesta levynerottimet: auttaa vähentämään tärinää ja pitämään ilmavirran mahdollisimman tasaisena.
Kuvan vasemmassa yläkulmassa sininen neliö osoittaa toista kahdesta kestotankomagneetista. Ne tarjoavat magneettikentän, joka tarvitaan punaisella merkityn komponentin liikuttamiseen. Erottelemme nämä yksityiskohdat nähdäksemme ne paremmin.
Se, mikä näyttää valkoiselta laikkulta, on toinen suodatin, vain tämä suodattaa hiukkaset ja kaasut, jotka tulevat ulkopuolelta edellä näkemämme reiän kautta. Metalliset piikit ovat pään liikevivut, jolla ne sijaitsevat luku-kirjoituspäät kovalevy. Ne liikkuvat valtavalla nopeudella levyjen pintaa pitkin (ylempi ja alempi).
Katso tämä video, jonka on luonut nähdäksesi kuinka nopeita ne ovat:
Suunnittelussa ei käytetä mitään vastaavaa ; Vipujen siirtämiseksi sähkövirta johdetaan vipujen pohjassa olevan solenoidin läpi.
Yleensä niitä kutsutaan , koska ne käyttävät samaa periaatetta kaiuttimissa ja mikrofoneissa kalvojen siirtämiseen. Virta synnyttää niiden ympärille magneettikentän, joka reagoi kestotankomagneettien luomaan kenttään.
Älä unohda, että data seuraa pikkuruinen, joten käsivarsien asennon on oltava erittäin tarkka, kuten kaiken muunkin käytössä. Joissakin kiintolevyissä on monivaiheiset vivut, jotka tekevät pieniä muutoksia vain yhden osan koko vivusta suuntaan.
Joillakin kiintolevyillä on dataraitoja, jotka menevät päällekkäin. Tätä tekniikkaa kutsutaan (singled-magneettitallennus), ja sen tarkkuutta ja paikantamista koskevat vaatimukset (eli jatkuvan yhden pisteen osuminen) ovat vielä tiukemmat.
Aivan käsivarsien päässä on erittäin herkät luku- ja kirjoituspäät. Kiintolevymme sisältää 3 lautasta ja 6 päätä, ja jokainen niistä kellukkeet levyn yläpuolella sen pyöriessä. Tämän saavuttamiseksi päät on ripustettu erittäin ohuille metallinauhoille.
Ja tässä voimme nähdä, miksi anatominen näytemme kuoli - ainakin yksi päistä löystyi, ja mikä tahansa aiheutti alkuperäisen vaurion, myös väänsi toista käsivartta. Koko pääkomponentti on niin pieni, että, kuten alta näkyy, siitä on erittäin vaikea saada hyvää kuvaa tavallisella kameralla.
Voimme kuitenkin purkaa yksittäiset osat. Harmaa lohko on erityisesti valmistettu osa ns "liukusäädin": Kun kiekko pyörii sen alla, ilmavirtaus luo nostovoimaa nostaen pään pois pinnasta. Ja kun sanomme "hissit", tarkoitamme aukkoa, joka on vain 0,0000002 tuumaa leveä tai alle 5 nm.
Edelleen, päät eivät pysty tunnistamaan muutoksia radan magneettikentissä; jos päät makaavat pinnalla, ne yksinkertaisesti naarmuttaisivat pinnoitetta. Tästä syystä sinun on suodatettava ilma aseman kotelon sisällä: aseman pinnalla oleva pöly ja kosteus yksinkertaisesti rikkovat päät.
Pieni metallinen "tanko" pään päässä auttaa parantamaan yleistä aerodynamiikkaa. Tarvitsemme kuitenkin paremman valokuvan nähdäksemme osat, jotka suorittavat lukemisen ja kirjoittamisen.
Tässä kuvassa toisesta kiintolevystä luku-/kirjoituslaitteet ovat kaikkien sähköliitäntöjen alla. Tallennuksen suorittaa järjestelmä (ohutkalvoinduktio, TFI) ja lukeminen - laite (tunneling magnetoresistive device, TMR).
TMR:n tuottamat signaalit ovat erittäin heikkoja ja ne on ohjattava vahvistimen läpi tasojen nostamiseksi ennen lähettämistä. Tästä vastaava siru sijaitsee alla olevan kuvan vipujen pohjan lähellä.
Kuten artikkelin johdannossa todetaan, kiintolevyn mekaaniset komponentit ja toimintaperiaate eivät ole juurikaan muuttuneet vuosien aikana. Ennen kaikkea magneettisten raitojen ja luku-kirjoituspäiden tekniikkaa parannettiin, jolloin muodostui yhä kapeempia ja tiheämpiä raitoja, mikä johti lopulta tallennetun tiedon määrän kasvuun.
Mekaanisilla kiintolevyillä on kuitenkin selvät nopeusrajoitukset. Vipujen siirtäminen haluttuun asentoon vie aikaa, ja jos data on hajallaan eri raiteille eri lautasilla, asema käyttää useita mikrosekunteja bittien etsimiseen.
Ennen kuin siirryt toiseen asemaan, kerrotaan tyypillisen kiintolevyn likimääräinen nopeus. Käytimme vertailukohtaa arvioida kiintolevyä :
Kaksi ensimmäistä riviä osoittavat MB:n määrän sekunnissa suoritettaessa peräkkäisiä (pitkä, jatkuva luettelo) ja satunnaisia (siirtymiä koko aseman alueella) luku- ja kirjoitustapoja. Seuraava rivi näyttää IOPS-arvon, joka on sekunnissa suoritettujen I/O-toimintojen lukumäärä. Viimeinen rivi näyttää keskimääräisen latenssin (aika mikrosekunteina) luku- tai kirjoitustoiminnon lähettämisen ja data-arvojen vastaanottamisen välillä.
Yleensä pyrimme varmistamaan, että arvot kolmella ensimmäisellä rivillä ovat mahdollisimman suuret ja viimeisellä rivillä mahdollisimman pienet. Älä välitä itse numeroista, käytämme niitä vain vertailuun, kun tarkastelemme toisen tyyppistä asemaa: solid-state-asemaa.
Lähde: will.com