It is magnetysk. It is elektrysk. It is fotonysk. Nee, dit is gjin nij superheldtrio út it Marvel-universum. It giet oer it opslaan fan ús kostbere digitale gegevens. Wy moatte se earne opslaan, feilich en stabyl, sadat wy se yn in eachwink tagong krije en feroarje. Ferjit Iron Man en Thor - wy hawwe it oer hurde skiven!
Dat litte wy dûke yn 'e anatomy fan' e apparaten dy't wy hjoed brûke om miljarden bits fan gegevens op te slaan.
Jo draaie my rjocht om, poppe
Mechanysk hurde skiif opslach (hurde skiif drive, HDD) is de opslach standert foar kompjûters om 'e wrâld foar mear as 30 jier, mar de technology efter it is folle âlder.
IBM hat de earste kommersjele HDD frijlitten , syn kapasiteit wie safolle as 3,75 MB. En yn 't algemien, oer al dizze jierren is de algemiene struktuer fan' e oandriuwing net folle feroare. It hat noch skiven dy't magnetisaasje brûke om gegevens op te slaan, en d'r binne apparaten om dizze gegevens te lêzen / skriuwe. Feroare Itselde, en heul sterk, is de hoemannichte gegevens dy't op har kinne wurde opslein.
Yn 1987 wie it mooglik foar likernôch $ 350; Hjoed kinne jo keapje 14 TB: yn 700 000 kear it folume.
Wy sille sjen nei in apparaat dat net krekt deselde grutte is, mar ek fatsoenlik troch moderne noarmen: de 3,5-inch HDD Seagate Barracuda 3 TB, benammen it model , berucht om syn и . De driuwfear dy't wy studearje is al dea, dus dit sil mear lykje op in autopsie dan in anatomy-les.
It grutste part fan 'e hurde skiif is getten metaal. De krêften binnen it apparaat by aktyf gebrûk kinne frij serieus wêze, dus dikke metaal foarkomt bûgen en trilling fan 'e saak. Sels lytse 1,8-inch HDD's brûke metaal as húsfestingsmateriaal, mar se wurde normaal makke fan aluminium ynstee fan stiel, om't se sa ljocht mooglik wêze moatte.
Draaie it stasjon oer, wy sjogge in printe circuit board en ferskate Anschlüsse. De ferbining oan 'e boppekant fan it bestjoer wurdt brûkt foar de motor dy't de skiven draait, en de ûnderste trije (fan lofts nei rjochts) binne jumperpins wêrmei jo it stasjon foar bepaalde konfiguraasjes kinne konfigurearje, in SATA (Serial ATA) gegevensferbining , en in SATA power connector.
Serial ATA ferskynde earst yn 2000. Yn buroblêdkompjûters is dit it standertsysteem dat wurdt brûkt om driuwfearren te ferbinen mei de rest fan 'e kompjûter. De opmaakspesifikaasje hat in protte ferzjes ûndergien, en wy brûke op it stuit ferzje 3.4. Us hurde skiif lyk is in âldere ferzje, mar it ferskil is mar ien pin yn 'e macht Connector.
Yn gegevensferbiningen wurdt it brûkt om gegevens te ûntfangen en te ûntfangen. : Pins A+ en A- wurde brûkt foar oerdracht ynstruksjes en gegevens oan de hurde skiif, en pins B binne foar ûntfange dizze sinjalen. Dit gebrûk fan keppele diriginten ferminderet it effekt fan elektryske lûd op it sinjaal signifikant, wat betsjuttet dat it apparaat rapper kin operearje.
As wy prate oer macht, sjogge wy dat de ferbining hat in pear kontakten fan elke spanning (+3.3, +5 en +12V); lykwols, de measten fan harren wurde net brûkt omdat HDDs net nedich folle macht. Dit bepaalde Seagate-model brûkt minder dan 10 watt ûnder aktive lading. Kontakten markearre PC wurde brûkt foar precharge: Mei dizze funksje kinne jo de hurde skiif fuortsmite en ferbine wylst de kompjûter trochgiet te wurkjen (dit hjit hot swapping).
Kontakt mei PWDIS tag makket it mooglik hurde skiif, mar dizze funksje wurdt allinnich stipe út ferzje SATA 3.3, dus yn myn stasjon is it gewoan in oare +3.3V macht line. En de lêste pin, label SSU, fertelt gewoan de kompjûter oft de hurde skiif stipet sekwinsjele spin-up technology. staggered spin up.
Foardat de kompjûter se kin brûke, moatte de driuwfearren yn it apparaat (wat wy gau sille sjen) oant folsleine snelheid draaie. Mar as d'r in protte hurde skiven binne ynstalleare yn 'e masine, dan kin in hommelse simultane krêftfersyk it systeem skealje. Stadichoan draaie de spindles folslein elimineert de mooglikheid fan sokke problemen, mar jo moatte wachtsje in pear sekonden foardat jo krije folsleine tagong ta de HDD.
Troch it circuit board te ferwiderjen, kinne jo sjen hoe't it oanslút op de komponinten yn it apparaat. HDD net fersegele, mei útsûndering fan apparaten mei heul grutte kapasiteiten - se brûke helium ynstee fan loft, om't it folle minder dicht is en minder problemen makket yn driuwfearren mei in grut oantal skiven. Oan 'e oare kant moatte jo konvinsjonele skiven net bleatstelle oan' e iepen omjouwing.
Troch it brûken fan sokke Anschlüsse wurdt it oantal yngongspunten troch dêr't smoargens en stof yn 'e stasjon komme kinne minimalisearre; der is in gat yn 'e metalen koffer (de grutte wite stip yn' e legere linker hoeke fan 'e ôfbylding) dat makket it mooglik om ambient druk te bliuwen binnen.
No't de PCB is fuortsmiten, litte wy ris sjen wat der binnen sit. D'r binne fjouwer haadchips:
- LSI B64002: Main controller chip dy't ferwurket ynstruksjes, oerdracht gegevens streamt yn en út, korrizjeart flaters, etc.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM klokt op 800 MHz, brûkt foar gegevenscaching
- Smooth MCKXL: kontrolearret de motor dy't Spins de skiven
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB serial flash-ûnthâld brûkt om de firmware fan it stasjon op te slaan (in bytsje as in BIOS fan in kompjûter)
De PCB-komponinten fan ferskate HDD's kinne ferskille. Gruttere maten fereaskje mear cache (de meast moderne meunsters kinne hawwe oant 256 MB fan DDR3), en de wichtichste controller chip kin in bytsje mear ferfine yn flater ôfhanneling, mar oer it algemien binne de ferskillen net sa grut.
Iepenje it stasjon is maklik, gewoan unscrew in pear Torx bouten en voila! Wy binne binnen...
Mei it each op dat it it grutste part fan it apparaat nimt, wurdt ús oandacht fuortendaliks lutsen op 'e grutte metalen sirkel; it is maklik te begripen wêrom driuwfearren wurde neamd skiif. It is korrekt om se te neamen boarden; se binne makke fan glês of aluminium en bedekt mei ferskate lagen fan ferskate materialen. Dit 3TB-stasjon hat trije platen, wat betsjuttet dat 500GB oan elke kant fan ien plaat moat wurde opslein.
It byld is frij stoffich, sokke smoarge platen komme net oerien mei de krektens fan ûntwerp en fabrikaazje dy't nedich binne om se te meitsjen. Yn ús HDD-foarbyld is de aluminiumskiif sels 0,04 inch (1 mm) dik, mar gepolijst oant sa'n mjitte dat de gemiddelde hichte fan 'e ôfwikingen op it oerflak minder is as 0,000001 inch (sawat 30 nm).
De basislaach is mar 0,0004 inch (10 mikrons) djip en bestiet út meardere lagen fan materialen ôfset op it metaal. Applikaasje wurdt dien mei help fan folge troch , it tarieden fan de skiif foar de basis magnetyske materialen dy't brûkt wurde om digitale gegevens op te slaan.
Dit materiaal is typysk in komplekse kobaltlegering en is gearstald út konsintryske sirkels, elk sawat 0,00001 inch (likernôch 250 nm) breed en 0,000001 inch (25 nm) djip. Op it mikronivo foarmje metaallegeringen korrels dy't lykje op sjippebellen op it oerflak fan wetter.
Elk nôt hat in eigen magnetysk fjild, mar it kin wurde omfoarme yn in bepaalde rjochting. It groepearjen fan sokke fjilden resultearret yn gegevensbits (0s en 1s). As jo mear wolle leare oer dit ûnderwerp, lês dan Yale University. De lêste coatings binne in laach fan koalstof foar beskerming, en dan in polymeer te ferminderjen kontakt wriuwing. Tegearre binne se net mear as 0,0000005 inch (12 nm) dik.
Wy sille gau sjen wêrom't de wafels moatte wurde produsearre mei sokke strakke tolerânsjes, mar it is noch altyd ferrassend om te realisearjen dat Jo kinne de grutske eigner wurde fan in apparaat produsearre mei nanometer-precision!
Litte wy lykwols weromgean nei de HDD sels en sjen wat der oars yn sit.
De giele kleur toant de metalen omslach dy't feilich fêstmakke de plaat oan 'e spindle drive elektryske motor - in elektryske oandriuwing dy't de skiven draait. Yn dizze HDD draaie se mei in frekwinsje fan 7200 rpm (revolúsjes / min), mar yn oare modellen kinne se stadiger wurkje. Slow driuwfearren hawwe legere lûd en macht konsumpsje, mar ek legere snelheid, wylst flugger driuwfearren kinne berikke faasjes fan 15 rpm.
Om skea feroarsake troch stof en loftfocht te ferminderjen, brûke recirkulaasje filter (griene fjouwerkant), sammelje lytse dieltsjes en hâld se binnen. Lucht ferpleatst troch de rotaasje fan de platen soarget foar in konstante stream troch it filter. Boppe de skiven en neist it filter is der ien fan de trije plaat separators: helpt om trillings te ferminderjen en luchtstream sa even mooglik te behâlden.
Yn de boppeste linker diel fan de ôfbylding, de blauwe fjouwerkant jout ien fan de twa permaninte bar magneten. Se leverje it magnetyske fjild dat nedich is om de komponint oanjûn yn read te ferpleatsen. Litte wy dizze details skiede om se better te sjen.
Wat liket op in wite plak is in oar filter, allinich dit filtert dieltsjes en gassen út dy't fan bûten komme troch it gat dat wy hjirboppe seagen. Metal spikes binne holle beweging levers, dêr't se lizze lês-skriuwkoppen hurde skiif. Se bewege mei in geweldige snelheid lâns it oerflak fan 'e platen (boppe en ûnder).
Besjoch dizze fideo makke troch om te sjen hoe fluch se binne:
It ûntwerp brûkt neat as ; Om de levers te ferpleatsen, wurdt in elektryske stroom troch in solenoïde oan 'e basis fan' e levers trochjûn.
Yn it algemien wurde se neamd , om't se itselde prinsipe brûke yn sprekkers en mikrofoans om membranen te ferpleatsen. De stroom genereart in magnetysk fjild om har hinne, dat reagearret op it fjild makke troch de permaninte barmagneten.
Ferjit net dat gegevens tracks lyts, Dus de posysje fan 'e earms moat ekstreem presys wêze, krekt as al it oare yn' e driuw. Guon hurde skiven hawwe multi-stage levers dy't meitsje lytse feroarings yn 'e rjochting fan mar ien diel fan' e hiele lever.
Guon hurde skiven hawwe gegevens tracks dy't oerlaapje inoar. Dizze technology wurdt neamd (shingled magnetyske opname), en syn easken foar krektens en posisjonearring (dat is, om hieltyd reitsje ien punt) binne noch stranger.
Oan 'e ein fan 'e earms binne tige gefoelige lês-skriuwkoppen. Us HDD befettet 3 platters en 6 koppen, en elk fan harren swimt boppe de skiif as it draait. Om dit te berikken, wurde de koppen op ultra-tinne metalen strips ophongen.
En hjir kinne wy sjogge wêrom't ús anatomyske eksimplaar stoar - op syn minst ien fan 'e koppen waard los, en wat de earste skea feroarsake, bûgde ek ien fan' e earms. De hiele kopkomponint is sa lyts dat, lykas jo hjirûnder kinne sjen, it heul lestich is om der in goed byld fan te krijen mei in gewoane kamera.
Wy kinne lykwols de yndividuele dielen útinoar nimme. It grize blok is in spesjaal makke diel neamd "slider": As de skiif derûnder draait, skept de luchtstream lift, en de kop fan it oerflak opheft. En as wy "liften" sizze, bedoele wy in gat dat mar 0,0000002 inch breed is, of minder dan 5 nm.
Any fierder, en de koppen sille net by steat wêze om te werkennen feroarings yn de magnetyske fjilden fan it spoar; as de koppen op it oerflak leine, soene se de coating gewoan krassen. Dit is wêrom't jo moatte filterje de lucht binnen it stasjon gefal: stof en focht op it oerflak fan 'e driuwfear sil gewoan brekke de hollen.
In lytse metalen "peal" oan 'e ein fan' e holle helpt mei algemiene aerodynamika. Om lykwols de dielen te sjen dy't it lêzen en skriuwen dogge, hawwe wy in bettere foto nedich.
Yn dizze ôfbylding fan in oare hurde skiif binne de lês-/skriuwapparaten ûnder alle elektryske ferbiningen. Opname wurdt útfierd troch it systeem (tinne film ynduksje, TFI), en lêzen - apparaat (tunneling magnetoresistive apparaat, TMR).
De sinjalen produsearre troch TMR binne heul swak en moatte troch in fersterker wurde trochjûn om nivo's te ferheegjen foardat se ferstjoerd wurde. De chip ferantwurdlik foar dit leit tichtby de basis fan de levers yn de ôfbylding hjirûnder.
Lykas sein yn 'e ynlieding fan it artikel, de meganyske komponinten en bestjoeringssysteem prinsipe fan in hurde skiif hawwe feroare bytsje oer de jierren. Meast fan alles waard de technology fan magnetyske spoaren en lês-skriuwkoppen ferbettere, wêrtroch't hieltyd smellere en tichtere spoaren ûntstien binne, wat úteinlik late ta in tanimming fan 'e hoemannichte opsleine ynformaasje.
Mechanyske hurde skiven hawwe lykwols dúdlike snelheidsbeperkingen. It duorret tiid om de levers nei de winske posysje te ferpleatsen, en as de gegevens ferspraat binne oer ferskate spoaren op ferskate platters, dan sil it stasjon nochal in pear mikrosekonden besteegje oan it sykjen nei bits.
Foardat jo trochgean nei in oar type stasjon, litte wy de ûngefear snelheid fan in typyske HDD oanjaan. Wy brûkten de benchmark om de hurde skiif te evaluearjen :
De earste twa rigels jouwe it oantal MB per sekonde oan by it útfieren fan sekwinsjele (lange, trochgeande list) en willekeurich (oergongen yn 'e heule ryd) lêzen en skriuwt. De folgjende rigel toant de IOPS wearde, dat is it oantal I / O operaasjes útfierd elke sekonde. De lêste rigel toant de gemiddelde latency (tiid yn mikrosekonden) tusken it ferstjoeren fan in lês- of skriuwoperaasje en it ûntfangen fan de gegevenswearden.
Yn 't algemien stribje wy om te soargjen dat de wearden yn' e earste trije rigels sa grut mooglik binne, en yn 'e lêste rigel sa lyts mooglik. Meitsje jo gjin soargen oer de nûmers sels, wy sille se gewoan brûke foar fergeliking as wy sjogge nei in oar type stasjon: it solid-state drive.
Boarne: www.habr.com