Tha e magnetach. Tha e dealain. 'S e photonic a th' ann. Chan e, chan e trio superhero ùr a tha seo bhon chruinne-cè Marvel. Tha e mu dheidhinn an dàta didseatach luachmhor againn a stòradh. Feumaidh sinn an stòradh an àiteigin, tèarainte agus seasmhach, gus am faigh sinn cothrom orra agus an atharrachadh ann am priobadh na sùla. Na dìochuimhnich Iron Man agus Thor - tha sinn a’ bruidhinn mu dheidhinn draibhearan cruaidh!
Mar sin dàibheadh a-steach do anatomy nan innealan a bhios sinn a’ cleachdadh an-diugh gus billeanan de phìosan dàta a stòradh.
Bidh thu gam shnìomh mun cuairt, leanabh
Механический stòradh draibh cruaidh (dràibhear diosc cruaidh, HDD) air a bhith na ìre stòraidh airson coimpiutairean air feadh an t-saoghail airson còrr air 30 bliadhna, ach tha an teicneòlas air a chùlaibh tòrr nas sine.
Sgaoil IBM a’ chiad HDD malairteach , bha an comas cho mòr ri 3,75 MB. Agus san fharsaingeachd, thar nam bliadhnaichean sin, chan eil structar coitcheann an dràibhidh air atharrachadh mòran. Tha diosgan ann fhathast a bhios a’ cleachdadh magnetachadh airson dàta a stòradh, agus tha innealan ann airson an dàta sin a leughadh/sgrìobhadh. Air atharrachadh Tha an aon rud, agus glè làidir, an uiread de dhàta a dh'fhaodar a stòradh orra.
Ann an 1987 bha e comasach airson timcheall air $350; An-diugh faodaidh tu 14 TB a cheannach: a-steach 700 000 uair an tomhas-lìonaidh.
Seallaidh sinn air inneal nach eil dìreach den aon mheud, ach cuideachd iomchaidh a rèir inbhean an latha an-diugh: an 3,5-òirleach HDD Seagate Barracuda 3 TB, gu sònraichte, am modail , ainmeil air a shon и . Tha an iomairt air a bheil sinn a’ sgrùdadh marbh mu thràth, agus mar sin bidh seo nas coltaiche ri autopsy na leasan anatomy.
Tha a’ mhòr-chuid den chlàr cruaidh air a thilgeil meatailt. Faodaidh na feachdan taobh a-staigh an inneil rè cleachdadh gnìomhach a bhith gu math dona, agus mar sin bidh meatailt tiugh a ’cur casg air lùbadh agus crathadh na cùise. Bidh eadhon HDDs beaga bìodach 1,8-òirleach a’ cleachdadh meatailt mar stuth taigheadais, ach mar as trice bidh iad air an dèanamh le alùmanum seach stàilinn oir feumaidh iad a bhith cho aotrom sa ghabhas.
A’ tionndadh an draibhidh, chì sinn bòrd cuairteachaidh clò-bhuailte agus grunn luchd-ceangail. Tha an ceanglaiche aig mullach a’ bhùird air a chleachdadh airson an motair a bhios a’ cuairteachadh nan diosgan, agus tha na trì gu h-ìosal (bho chlì gu deas) nam prìneachan geansaidh a leigeas leat an draibhear a rèiteachadh airson rèiteachaidhean sònraichte, ceanglaiche dàta SATA (Sreath ATA). , agus ceanglaiche cumhachd SATA.
Nochd sreath ATA an toiseach ann an 2000. Ann an coimpiutairean deasg, is e seo an siostam àbhaisteach a thathas a’ cleachdadh gus draibhearan a cheangal ris a’ chòrr den choimpiutair. Chaidh mòran ath-sgrùdaidhean a dhèanamh air an t-sònrachadh cruth, agus tha sinn an-dràsta a’ cleachdadh dreach 3.4. Tha an corp cruaidh-chruaidh againn na dhreach nas sine, ach chan eil anns an eadar-dhealachadh ach aon phrìne anns a’ cheangal cumhachd.
Ann an ceanglaichean dàta, tha e air a chleachdadh gus dàta fhaighinn agus fhaighinn. : Bithear a’ cleachdadh prìneachan A+ agus A- airson gluasad stiùireadh agus dàta don chlàr cruaidh, agus prìneachan B airson a ’faighinn na comharran seo. Bidh an cleachdadh seo de luchd-stiùiridh càraideach a’ lughdachadh gu mòr buaidh fuaim dealain air a ’chomharra, a’ ciallachadh gum faod an inneal obrachadh nas luaithe.
Ma tha sinn a 'bruidhinn mu dheidhinn cumhachd, tha sinn a' faicinn gu bheil an ceanglaiche Tha paidhir de cheanglaichean gach bholtaids (+3.3, +5 agus +12V); ge-tà, chan eil a’ mhòr-chuid dhiubh gan cleachdadh leis nach eil HDDs a’ cur feum air mòran cumhachd. Bidh am modail sònraichte Seagate seo a’ cleachdadh nas lugha na 10 watts fo luchd gnìomhach. Bithear a’ cleachdadh luchd-fios comharraichte PC airson ro-phàigheadh: Leigidh am feart seo leat an draibh cruaidh a thoirt air falbh agus a cheangal fhad ‘s a chumas an coimpiutair ag obair (canar seo iomlaid teth).
Tha conaltradh le tag PWDIS a’ ceadachadh cruaidh cruaidh, ach chan eil an gnìomh seo a’ faighinn taic ach bho dhreach SATA 3.3, agus mar sin anns an draibhear agam chan eil ann ach loidhne cumhachd + 3.3V eile. Agus tha am prìne mu dheireadh, leis an ainm SSU, dìreach ag innse don choimpiutair a bheil an cruth cruaidh a’ toirt taic do theicneòlas snìomh sreathach. snìomh suas gun stad.
Mus urrainn don choimpiutair an cleachdadh, feumaidh na draibhearan taobh a-staigh an inneil (a chì sinn a dh’ aithghearr) snìomh suas gu làn astar. Ach ma tha mòran dhràibhearan cruaidh air an cur a-steach san inneal, faodaidh iarrtas cumhachd gu h-obann aig an aon àm cron a dhèanamh air an t-siostam. Mean air mhean bidh a bhith a’ snìomh nan dealgan gu tur a’ cur às do leithid de dhuilgheadasan, ach feumaidh tu feitheamh beagan dhiog mus faigh thu làn chothrom air an HDD.
Le bhith a 'toirt air falbh am bòrd cuairteachaidh, chì thu mar a tha e a' ceangal ris na pàirtean taobh a-staigh an inneil. HDD nach seula, ach a-mhàin innealan le comasan glè mhòr - bidh iad a 'cleachdadh helium an àite adhair seach gu bheil e mòran nas lugha de dhlùth agus a' cruthachadh nas lugha de dhuilgheadasan ann an dràibhearan le àireamh mhòr de dhioscaichean. Air an làimh eile, cha bu chòir dhut draibhearan àbhaisteach a nochdadh don àrainneachd fhosgailte.
Mar thoradh air a bhith a’ cleachdadh a leithid de luchd-ceangail, tha an àireamh de phuingean inntrigidh tro am faigh salachar is duslach am broinn an draibhidh air a lughdachadh; tha toll anns a 'chùis mheatailt (am dotag mòr geal anns an oisean gu h-ìosal air an taobh chlì den ìomhaigh) a leigeas le cuideam àrainneachd fuireach a-staigh.
A-nis gu bheil am PCB air a thoirt air falbh, leig dhuinn sùil a thoirt air na tha a-staigh. Tha ceithir prìomh chips ann:
- LSI B64002: Prìomh chip rianadair a bhios a ’giullachd stiùireadh, a’ gluasad sruthan dàta a-steach agus a-mach, a ’ceartachadh mhearachdan, msaa.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM air a ghleusadh aig 800 MHz, air a chleachdadh airson tasgadh dàta
- MCKXL rèidh: a’ cumail smachd air a’ motair a bhios a’ snìomh nan diosc
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB de chuimhne flash sreathach air a chleachdadh gus firmware an dràibhidh a stòradh (coltach ri BIOS coimpiutair)
Faodaidh na pàirtean PCB de dhiofar HDDs atharrachadh. Feumaidh meudan nas motha barrachd tasgadan (faodaidh suas ri 256 MB de DDR3 a bhith aig na h-uilebheistean as ùire), agus is dòcha gum bi am prìomh chip smachd beagan nas ionnsaichte ann an làimhseachadh mhearachdan, ach gu h-iomlan chan eil na h-eadar-dhealachaidhean cho mòr.
Tha e furasta an draibhear fhosgladh, dìreach cuir às do chuid de bholtaichean Torx agus voila! Tha sinn a-staigh...
Leis gu bheil e a 'toirt suas a' mhòr-chuid den inneal, tha ar n-aire air a tharraing sa bhad chun a 'chearcall mheatailt mhòr; tha e furasta a thuigsinn carson a chanar dràibhearan diosc. Tha e ceart a bhith gan gairm truinnsearan; tha iad air an dèanamh de ghlainne no alùmanum agus air an còmhdach le grunn shreathan de dhiofar stuthan. Tha trì truinnsearan air an draibhear 3TB seo, a’ ciallachadh gum bu chòir 500GB a bhith air a stòradh air gach taobh de aon truinnsear.
Tha an ìomhaigh gu math duslach, chan eil na truinnsearan salach sin a’ freagairt air cho mionaideach sa tha dealbhadh agus saothrachadh a dh’ fheumar gus an dèanamh. Anns an eisimpleir HDD againn, tha an diosc alùmanum fhèin 0,04 òirleach (1 mm) de thighead, ach air a lìomhadh chun ìre gu bheil àirde cuibheasach nan gluasadan air an uachdar nas lugha na 0,000001 òirleach (timcheall air 30 nm).
Chan eil an ìre bhunaiteach ach 0,0004 òirleach (10 microns) domhainn agus tha e air a dhèanamh suas de ghrunn shreathan de stuthan air an tasgadh air a’ mheatailt. Tha an tagradh air a dhèanamh a’ cleachdadh air a leantainn le , ag ullachadh an diosc airson na stuthan bunaiteach magnetach a thathas a’ cleachdadh airson dàta didseatach a stòradh.
Mar as trice is e alloy cobalt iom-fhillte a th’ anns an stuth seo agus tha e air a dhèanamh suas de chearcallan cruinn, gach fear timcheall air 0,00001 òirleach (timcheall air 250 nm) de leud agus 0,000001 òirleach (25 nm) de dhoimhneachd. Aig a 'mheanbh-ìre, bidh aloidhean meatailt a' cruthachadh gràinean coltach ri builgeanan siabann air uachdar uisge.
Tha a raon magnetach fhèin aig gach gràn, ach faodar a thionndadh ann an stiùireadh sònraichte. Le bhith a’ cruinneachadh raointean mar seo thig pìosan dàta (0s is 1s). Ma tha thu airson barrachd ionnsachadh mun chuspair seo, an uairsin leugh Oilthigh Yale. Is e còmhdach de ghualain a th’ anns na còmhdach deireannach airson dìon, agus an uairsin polymer gus suathadh conaltraidh a lughdachadh. Còmhla chan eil iad nas motha na 0,0000005 òirleach (12 nm) de thighead.
Chì sinn a dh’ aithghearr carson a dh’ fheumas na wafers a bhith air an dèanamh a rèir fulangas cho teann, ach tha e na iongnadh fhathast a bhith mothachail gu bheil Faodaidh tu a bhith nad neach-seilbh pròiseil air inneal dèanta le mionaideachd nanometer!
Ach, rachamaid air ais chun HDD fhèin agus faic dè eile a tha ann.
Tha an dath buidhe a 'sealltainn a' chòmhdach meatailt a tha a 'ceangal a' phlàta gu tèarainte ris an motair dealain spindle drive - draibhear dealain a thionndaidheas na diosgan. Anns an HDD seo bidh iad a’ cuairteachadh aig tricead 7200 rpm (ar-a-mach / min), ach ann am modalan eile dh’ fhaodadh iad obrachadh nas slaodaiche. Tha fuaim nas ìsle aig draibhearan slaodach agus caitheamh cumhachd, ach cuideachd astar nas ìsle, agus faodaidh draibhearan nas luaithe astaran 15 rpm a ruighinn.
Gus am milleadh a tha air adhbhrachadh le duslach agus taiseachd adhair a lughdachadh, cleachd sìoltachan ath-chuairteachaidh (ceàrnag uaine), a’ cruinneachadh mìrean beaga agus gan cumail a-staigh. Bidh èadhar air a ghluasad le cuairteachadh nan truinnsearan a’ dèanamh cinnteach gu bheil sruthadh cunbhalach tron chriathrag. Os cionn nan diosgan agus ri taobh a’ chriathrag tha aon de thrì luchd-sgaraidh plàta: a’ cuideachadh le bhith a’ lughdachadh crith agus a’ cumail sruth adhair cho fiù ‘s as urrainn.
Anns a 'phàirt gu h-àrd air an taobh chlì den ìomhaigh, tha a' cheàrnag ghorm a 'sealltainn aon den dà bhàr-magnet maireannach. Bidh iad a’ toirt seachad an raon magnetach a dh’ fheumar gus am pàirt a tha air a chomharrachadh ann an dearg a ghluasad. Nach dealaich sinn am mion-fhiosrachadh sin gus am faic sinn nas fheàrr.
Is e sìoltachan eile a tha coltach ri bad geal, chan eil ach am fear seo a’ sìoladh a-mach mìrean agus gasaichean a thig a-steach bhon taobh a-muigh tron toll a chunnaic sinn gu h-àrd. Tha spìcean meatailt gluasadan gluasad cinn, air am bheil iad suidhichte cinn leugh-sgrìobh draibh cruaidh. Bidh iad a 'gluasad aig astar uabhasach air uachdar nan truinnsearan (àrd is ìosal).
Coimhead air a’ bhidio seo a chruthaich gus faicinn dè cho luath sa tha iad:
Chan eil an dealbhadh a 'cleachdadh rud sam bith mar sin ; Gus na luamhan a ghluasad, thèid sruth dealain tro solenoid aig bonn nan luamhan.
San fharsaingeachd tha iad air an ainmeachadh , seach gu bheil iad a 'cleachdadh an aon phrionnsapal a thathar a' cleachdadh ann an luchd-labhairt agus microfònan gus membran a ghluasad. Bidh an sruth a’ gineadh raon magnetach timcheall orra, a bhios ag ath-fhreagairt ris an raon a chruthaich na magnets bàr maireannach.
Na dì-chuimhnich na slighean dàta sin bìodach, mar sin feumaidh suidheachadh nan gàirdeanan a bhith gu math mionaideach, dìreach mar a h-uile càil eile san draibhear. Tha luamhan ioma-ìre aig cuid de dhràibhearan cruaidh a nì atharrachaidhean beaga air slighe dìreach aon phàirt den luamhan gu lèir.
Tha slighean dàta aig cuid de dhràibhearan cruaidh a tha a 'dol thairis air a chèile. Canar an teicneòlas seo ris (clàradh magnetach morghan), agus tha na riatanasan aige airson cruinneas agus suidheachadh (is e sin, gus aon phuing a bhualadh gu cunbhalach) eadhon nas cruaidhe.
Aig fìor cheann nan gàirdeanan tha cinn leughaidh-sgrìobhaidh gu math mothachail. Anns an HDD againn tha 3 truinnsearan agus 6 cinn, agus gach fear dhiubh snàmh os cionn an diosc mar a thionndaidheas e. Gus seo a choileanadh, tha na cinn air an crochadh air stiallan ultra-tana de mheatailt.
Agus an seo chì sinn carson a bhàsaich an sampall anatomical againn - dh’ fhàs co-dhiù aon de na cinn fuasgailte, agus ge bith dè a dh’ adhbhraich am milleadh tùsail, chrom e aon de na gàirdeanan. Tha am pàirt ceann gu lèir cho beag, mar a chì thu gu h-ìosal, gu bheil e gu math duilich dealbh math fhaighinn dheth le camara cunbhalach.
Ach, is urrainn dhuinn na pàirtean fa leth a thoirt às a chèile. Tha am bloc glas na phàirt dèanta gu sònraichte ris an canar "sleamhnachadh": Mar a bhios an diosc a’ tionndadh fodha, bidh an sruth adhair a’ cruthachadh lioft, a’ togail a’ chinn far an uachdar. Agus nuair a chanas sinn “lifts,” tha sinn a’ ciallachadh beàrn nach eil ach 0,0000002 òirleach de leud, no nas lugha na 5 nm.
Nas fhaide air adhart, agus cha bhith e comasach dha na cinn atharrachaidhean ann an raointean magnetach an t-slighe aithneachadh; nam biodh na cinn nan laighe air an uachdar, bhiodh iad dìreach a’ sgrìobadh an còmhdach. Sin as coireach gum feum thu an èadhar a shìoladh taobh a-staigh a ’chùis dràibhidh: bidh duslach agus taiseachd air uachdar an draibhidh dìreach a’ briseadh na cinn.
Bidh "pòla" beag meatailt aig deireadh a 'chinn a' cuideachadh le aerodynamics iomlan. Ach, airson na pàirtean a nì an leughadh agus an sgrìobhadh fhaicinn, feumaidh sinn dealbh nas fheàrr.
San ìomhaigh seo de dhràibhear cruaidh eile, tha na h-innealan leughaidh/sgrìobhaidh fo na ceanglaichean dealain gu lèir. Tha clàradh air a dhèanamh leis an t-siostam (inntrigeadh film tana, TFI), agus leughadh - inneal (inneal magnetoresistive tunail, TMR).
Tha na comharran air an dèanamh le TMR gu math lag agus feumar a dhol tro amplifier gus ìrean àrdachadh mus tèid an cur. Tha a’ chip le uallach airson seo suidhichte faisg air bonn nan luamhan san ìomhaigh gu h-ìosal.
Mar a chaidh a ràdh anns an ro-ràdh don artaigil, chan eil na pàirtean meacanaigeach agus prionnsapal obrachaidh draibhear cruaidh air atharrachadh mòran thar nam bliadhnaichean. Nas cudromaiche buileach, chaidh teicneòlas slighean magnetach agus cinn-sgrìobhaidh leughaidh a leasachadh, a 'cruthachadh slighean a bha a' sìor fhàs cumhang agus nas dùmhail, agus aig a 'cheann thall thàinig àrdachadh anns an uiread de dh'fhiosrachadh a chaidh a stòradh.
Ach, tha crìochan astair follaiseach aig draibhearan cruaidh meacanaigeach. Bheir e ùine na luamhan a ghluasad chun t-suidheachadh a tha thu ag iarraidh, agus ma tha an dàta air a sgapadh thairis air diofar shlighean air diofar truinnsearan, an uairsin caithidh an draibhear grunn microseconds a ’coimhead airson pìosan.
Mus gluais thu air adhart gu seòrsa eile de dhràibheadh, leig dhuinn sealltainn astar tuairmseach HDD àbhaisteach. Chleachd sinn an slat-tomhais gus measadh a dhèanamh air a 'chlàr-chruaidh :
Tha a’ chiad dà loidhne a’ comharrachadh an àireamh de MB gach diog nuair a bhios tu a’ leughadh agus a’ sgrìobhadh sreath leantainneach (liosta fhada, leantainneach) agus air thuaiream (gluasadan air feadh an draibhidh gu lèir). Tha an ath loidhne a’ sealltainn luach IOPS, is e sin an àireamh de ghnìomhachd I/O a thèid a dhèanamh gach diog. Tha an loidhne mu dheireadh a’ sealltainn an latency cuibheasach (ùine ann am microseconds) eadar tar-chuir gnìomhachd leughaidh no sgrìobhaidh agus faighinn luachan an dàta.
San fharsaingeachd, bidh sinn a 'feuchainn ri dèanamh cinnteach gu bheil na luachan anns a' chiad trì loidhnichean cho mòr 's as urrainn, agus anns an loidhne mu dheireadh cho beag' sa ghabhas. Na gabh dragh mu na h-àireamhan fhèin, bidh sinn dìreach gan cleachdadh airson coimeas nuair a choimheadas sinn air seòrsa eile de dhràibheadh: an draibhear cruaidh-stàite.
Source: www.habr.com