Yana da maganadisu. Wutar lantarki ce. Yana da photonic. A'a, wannan ba sabon superhero uku bane daga duniyar Marvel. Yana game da adana mahimman bayanan dijital mu. Muna buƙatar adana su a wani wuri, amintacce kuma barga, domin mu sami dama mu canza su cikin ƙiftawar ido. Manta Iron Man da Thor - muna magana ne game da rumbun kwamfyuta!
Don haka bari mu nutse cikin tsarin halittar na’urorin da muke amfani da su a yau wajen taskance biliyoyin bayanai.
Kuna juyar da ni daidai, baby
Mechanical rumbun kwamfutarka ajiya (Hard Drive, HDD) ya kasance ma'auni na ajiya na kwamfutoci a duniya sama da shekaru 30, amma fasahar da ke bayanta ta tsufa.
IBM ta saki HDD na kasuwanci na farko , karfinsa ya kai 3,75 MB. Kuma gabaɗaya, a cikin waɗannan shekaru gabaɗayan tsarin tuƙi bai canza da yawa ba. Har yanzu yana da faifai masu amfani da magnetization don adana bayanai, kuma akwai na'urori don karantawa/ rubuta waɗannan bayanan. Canza Hakanan, kuma mai ƙarfi, shine adadin bayanan da za'a iya adanawa akan su.
A 1987 ya yiwu kusan $350; Yau zaka iya siyan TB 14: in 700 000 sau da yawa.
Za mu dubi na'urar da ba daidai da girmanta ba, amma kuma mai kyau ta tsarin zamani: 3,5-inch HDD Seagate Barracuda 3 TB, musamman, samfurin. , sananne ga ta и . Motar da muke karantawa ta riga ta mutu, don haka wannan zai zama kamar binciken gawarwaki fiye da darasin jiki.
Mafi yawan rumbun kwamfutarka simintin ƙarfe ne. Ƙarfin da ke cikin na'urar yayin amfani da aiki na iya zama mai tsanani sosai, don haka ƙarfe mai kauri yana hana lankwasawa da girgiza lamarin. Ko da ƙananan 1,8-inch HDDs suna amfani da ƙarfe a matsayin kayan gida, amma yawanci ana yin su daga aluminum maimakon karfe saboda suna buƙatar zama mai haske kamar yadda zai yiwu.
Juya motar, muna ganin allon da'ira da aka buga da masu haɗin kai da yawa. Ana amfani da haɗin da ke saman allo don motar da ke jujjuya faifan diski, kuma na ƙasa uku (daga hagu zuwa dama) su ne ginshiƙan jumper waɗanda ke ba ka damar saita injin don wasu saitunan, mai haɗa bayanan SATA (Serial ATA). , da mai haɗin wutar lantarki na SATA.
Serial ATA ya fara bayyana a cikin 2000. A cikin kwamfutocin tebur, wannan shine daidaitaccen tsarin da ake amfani da shi don haɗa abubuwan hawa zuwa sauran kwamfutar. Ƙididdigar tsarin ya yi gyare-gyare da yawa, kuma a halin yanzu muna amfani da sigar 3.4. Gawar rumbun mu tsohuwar sigar ce, amma bambancin fil ɗaya ne kawai a cikin mahaɗin wutar lantarki.
A cikin haɗin bayanai, ana amfani da shi don karɓa da karɓar bayanai. : Ana amfani da fil A+ da A- don canja wurin umarnin da bayanai zuwa rumbun kwamfutarka, da kuma fil B don karba wadannan sigina. Wannan amfani da na'urorin da aka haɗa guda biyu yana rage tasirin ƙarar wutar lantarki akan siginar, ma'ana na'urar zata iya aiki da sauri.
Idan muka yi magana game da wutar lantarki, mun ga cewa mai haɗin yana da nau'i-nau'i na lambobi na kowane irin ƙarfin lantarki (+ 3.3, + 5 da + 12V); duk da haka, yawancin su ba a amfani da su saboda HDDs ba sa buƙatar iko mai yawa. Wannan samfurin Seagate na musamman yana amfani da ƙasa da watts 10 a ƙarƙashin nauyi mai aiki. Ana amfani da lambobin sadarwa masu alamar PC precharge: Wannan fasalin yana ba ka damar cirewa da haɗa rumbun kwamfutarka yayin da kwamfutar ke ci gaba da aiki (wannan ake kira zafi musanya).
Tuntuɓi tare da alamar PWDIS yana ba da izini rumbun kwamfutarka, amma wannan aikin yana goyan bayan sigar SATA 3.3 kawai, don haka a cikin injina kawai wani layin wutar lantarki + 3.3V ne. Kuma fil na ƙarshe, mai suna SSU, yana gaya wa kwamfutar kawai ko rumbun kwamfutarka tana goyan bayan fasahar juzu'i. juyowa yayi sama.
Kafin kwamfutar ta yi amfani da su, injinan da ke cikin na'urar (wanda za mu gani nan ba da jimawa ba) dole ne su yi saurin gudu. Amma idan akwai rumbun kwamfyutoci da yawa da aka sanya a cikin injin, to, buƙatun wutar lantarki ba zato ba tsammani na iya cutar da tsarin. Sannu a hankali jujjuya igiyoyin gaba ɗaya yana kawar da yuwuwar irin waɗannan matsalolin, amma dole ne ku jira ƴan daƙiƙa kaɗan kafin samun cikakkiyar damar yin amfani da HDD.
Ta hanyar cire allon kewayawa, zaku iya ganin yadda yake haɗawa da abubuwan da ke cikin na'urar. HDD ba a rufe ba, ban da na'urori masu girma da yawa - suna amfani da helium maimakon iska saboda ba shi da yawa kuma yana haifar da ƙananan matsaloli a cikin tafiyarwa tare da adadi mai yawa. A gefe guda, bai kamata ku bijirar da tuƙi na al'ada zuwa buɗaɗɗen yanayi ba.
Godiya ga yin amfani da irin waɗannan masu haɗawa, adadin wuraren shiga ta hanyar da datti da ƙura za su iya shiga cikin motar an rage girman su; akwai rami a cikin akwati na ƙarfe (babban farin dige a cikin ƙananan kusurwar hagu na hoton) wanda ke ba da damar matsa lamba na yanayi ya kasance a ciki.
Yanzu da an cire PCB, bari mu kalli abin da ke ciki. Akwai manyan guntu guda huɗu:
- LSI B64002: Babban guntu mai sarrafawa wanda ke aiwatar da umarni, canja wurin rafukan bayanai ciki da waje, gyara kurakurai, da sauransu.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM an rufe shi a 800 MHz, ana amfani dashi don adana bayanai
- MCKXL Smooth: yana sarrafa injin da ke jujjuya fayafai
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB na serial flash memory da ake amfani da shi don adana firmware na tuƙi (kamar BIOS na kwamfuta)
Abubuwan PCB na HDD daban-daban na iya bambanta. Girman girma yana buƙatar ƙarin cache (mafi yawan dodanni na zamani na iya samun har zuwa 256 MB na DDR3), kuma babban guntu mai sarrafawa na iya zama ɗan ƙaramin ƙarfi a cikin sarrafa kuskure, amma gabaɗaya bambance-bambancen ba haka bane.
Buɗe faifan yana da sauƙi, kawai cire ƴan kullin Torx da voila! Muna ciki...
Ganin cewa yana ɗaukar mafi yawan na'urar, nan da nan hankalinmu ya koma ga babban da'irar karfe; yana da sauƙin fahimtar dalilin da yasa ake kiran tuƙi faifai. Daidai ne a kira su faranti; An yi su da gilashi ko aluminum kuma an rufe su da nau'i-nau'i na kayan daban-daban. Wannan 3TB drive yana da platters guda uku, ma'ana yakamata a adana 500GB a kowane gefen platter ɗaya.
Hoton yana da ƙura sosai, irin waɗannan dattin faranti ba su dace da daidaitaccen ƙira da masana'anta da ake buƙata don yin su ba. A cikin misalin HDD ɗin mu, faifan aluminium da kansa yana da kauri 0,04 inch (1 mm), amma an goge shi har matsakaicin tsayin karkacewar saman bai wuce 0,000001 inch (kimanin 30 nm).
Tushen tushe yana da zurfin 0,0004 inci (10 microns) kuma ya ƙunshi yadudduka da yawa na kayan da aka ajiye akan ƙarfe. Ana yin aikace-aikacen ta amfani da ta biyo baya , shirya faifai don ainihin kayan maganadisu da ake amfani da su don adana bayanan dijital.
Wannan abu yawanci haɗaɗɗen gawa na cobalt ne kuma yana kunshe da da'irori masu tattarawa, kowane kusan 0,00001 inci (kimanin 250 nm) faɗi da 0,000001 inci (25 nm) zurfi. A matakin ƙananan ƙananan ƙarfe, allunan ƙarfe suna samar da hatsi mai kama da kumfa na sabulu a saman ruwa.
Kowane hatsi yana da nasa filin maganadisu, amma ana iya canza shi ta hanyar da aka bayar. Haɗa irin waɗannan filayen yana haifar da raƙuman bayanai (0s da 1s). Idan kuna son ƙarin koyo game da wannan batu, to ku karanta Jami'ar Yale. Rubutun ƙarshe shine Layer na carbon don kariya, sannan polymer don rage juzu'in lamba. Tare ba su wuce 0,0000005 inci (12 nm) kauri ba.
Nan ba da jimawa ba za mu ga dalilin da ya sa dole ne a kera wafers zuwa irin wannan juriya, amma har yanzu yana da ban mamaki don gane hakan. Kuna iya zama mai girman kai na na'urar da aka ƙera tare da daidaitaccen nanometer!
Duk da haka, bari mu koma HDD kanta mu ga abin da ke cikinta.
Launi mai launin rawaya yana nuna murfin ƙarfe wanda ke ɗaure farantin a amince da shi spindle drive lantarki motor - injin lantarki wanda ke juya faifai. A cikin wannan HDD suna juyawa a mitar rpm 7200 (juyin juyayi/min), amma a wasu samfuran suna iya aiki a hankali. Slow drives suna da ƙananan ƙara da amfani da wutar lantarki, amma kuma ƙananan gudu, yayin da masu sauri zasu iya kaiwa gudun 15 rpm.
Don rage lalacewa da ƙura da danshin iska ke haifarwa, yi amfani sake zagayawa tace (kore square), tattara kananan barbashi da kuma rike su a ciki. Iskar da ke motsawa ta hanyar jujjuyawar faranti na tabbatar da kullun ta hanyar tacewa. Sama da fayafai kuma kusa da tace akwai ɗaya daga cikin uku faranti separators: taimakawa wajen rage girgizawa da kuma kula da iska kamar yadda zai yiwu.
A cikin ɓangaren hagu na sama na hoton, murabba'in shuɗi yana nuna ɗaya daga cikin maɗauran mashaya biyu na dindindin. Suna samar da filin maganadisu da ake buƙata don motsa ɓangaren da aka nuna a ja. Bari mu ware waɗannan cikakkun bayanai don ganin su da kyau.
Abin da ya yi kama da farar faci wani tacewa, kawai wannan ne yake tace barbashi da iskar gas da ke shigowa daga waje ta ramin da muka gani a sama. Karfe spikes ne kai motsi levers, wanda aka samo su karanta-rubuta shugabannin rumbun kwamfutarka. Suna motsawa cikin babban gudu tare da saman faranti (na sama da ƙasa).
Kalli wannan bidiyon wanda ya kirkira don ganin saurinsu:
Zane baya amfani da wani abu kamar ; Don matsar da levers, ana wucewa ta wutar lantarki ta hanyar solenoid a gindin levers.
Gabaɗaya ana kiran su , saboda suna amfani da ka'idar da ake amfani da su a cikin lasifika da microphones don motsa membranes. Halin da ake ciki yana haifar da filin maganadisu a kusa da su, wanda ke amsawa ga filin da maɗauran mashaya na dindindin suka ƙirƙira.
Kar a manta cewa bayanan suna bin diddigin kankanin, don haka dole ne madaidaicin matsayi na makamai, kamar duk abin da ke cikin tuƙi. Wasu rumbun kwamfutoci suna da levers masu matakai da yawa waɗanda ke yin ƴan canje-canje a cikin alkibla ɗaya kawai na dukan lefa.
Wasu rumbun kwamfutoci suna da waƙoƙin bayanai waɗanda suka mamaye juna. Ana kiran wannan fasaha (shingled magnetic recording), da kuma bukatunsa don daidaito da matsayi (wato, don ci gaba da buga aya ɗaya) sun fi tsanani.
A ƙarshen hannu akwai shugabannin rubuta-rubutu masu hankali. HDD ɗin mu ya ƙunshi faranti 3 da kawuna 6, kuma kowannensu yin iyo sama da faifai yayin da yake juyawa. Don cimma wannan, an dakatar da kawunan a kan ƙwanƙolin ƙarfe na ƙarfe.
Kuma a nan za mu iya ganin dalilin da ya sa mu jiki samfurin ya mutu - a kalla daya daga cikin shugabannin ya zama sako-sako da, kuma duk abin da ya haifar da na farko lalacewa kuma lankwasa daya daga cikin makamai. Dukan ɓangaren kai yana da ƙanƙanta wanda, kamar yadda kuke gani a ƙasa, yana da matukar wahala a sami kyakkyawan hoto tare da kyamarar yau da kullun.
Duk da haka, za mu iya raba kowane sassa dabam. Toshe launin toka wani sashe ne na musamman da ake kira "Slider": Yayin da diski ke juyawa a ƙarƙashinsa, motsin iska yana haifar da ɗagawa, yana ɗaga kai daga saman. Kuma idan muka ce “ɗagawa,” muna nufin tazarar da ke faɗin inci 0,0000002 kawai, ko ƙasa da 5 nm.
Duk wani ƙari, kuma shugabannin ba za su iya gane canje-canje a cikin filayen maganadisu na waƙar ba; idan kawunan suna kwance a saman, sai kawai su datse murfin. Wannan shine dalilin da ya sa kake buƙatar tace iskar da ke cikin akwati: ƙura da danshi a saman motar za su karya kawunansu kawai.
Karamin karfe "sandali" a karshen kai yana taimakawa tare da sararin samaniya. Koyaya, don ganin sassan da ke yin karatu da rubutu, muna buƙatar hoto mafi kyau.
A cikin wannan hoton wani rumbun kwamfutarka, na'urorin karantawa/rubutu suna ƙarƙashin duk haɗin wutar lantarki. Ana yin rikodin ta tsarin (shirin fim na bakin ciki, TFI), da karatu - na'urar (na'urar magnetoresistive tunneling, TMR).
Sigina da TMR ke samarwa suna da rauni sosai kuma dole ne a wuce su ta hanyar amplifier don ƙara matakan kafin a aika. Guntu da ke da alhakin wannan tana kusa da gindin levers a cikin hoton da ke ƙasa.
Kamar yadda aka bayyana a gabatarwar labarin, kayan aikin injiniya da ka'idar aiki na rumbun kwamfutarka sun canza kadan cikin shekaru. Mafi yawan duka, an inganta fasahar waƙoƙin maganadisu da kawuna masu karantawa, suna haifar da ƙara kunkuntar waƙoƙi masu yawa, wanda a ƙarshe ya haifar da haɓaka adadin bayanan da aka adana.
Koyaya, rumbun kwamfyuta na inji suna da tabbataccen gazawar gudu. Yana ɗaukar lokaci don matsar da levers zuwa matsayin da ake so, kuma idan bayanan sun warwatse a cikin waƙoƙi daban-daban akan faranti daban-daban, to motar za ta kashe ƴan mintuna kaɗan don neman ragowa.
Kafin mu ci gaba zuwa wani nau'in tuƙi, bari mu nuna kusan saurin irin na HDD. Mun yi amfani da benchmark don kimanta rumbun kwamfutarka :
Layukan farko guda biyu suna nuna adadin MB a kowane daƙiƙa yayin aiwatar da jeri (dogon, ci gaba da lissafin) da bazuwar (canzawa cikin duka tuƙi) karantawa da rubutu. Layi na gaba yana nuna ƙimar IOPS, wanda shine adadin ayyukan I/O da ake yi kowace daƙiƙa. Layi na ƙarshe yana nuna matsakaicin latency (lokaci a cikin microseconds) tsakanin watsa aikin karantawa ko rubutawa da karɓar ƙimar bayanai.
Gabaɗaya, muna ƙoƙari don tabbatar da cewa ƙimar a cikin layi uku na farko suna da girma kamar yadda zai yiwu, kuma a cikin layi na ƙarshe a matsayin ƙarami. Kada ku damu da lambobi da kansu, za mu yi amfani da su ne kawai don kwatanta idan muka kalli wani nau'in tuƙi: tuƙi mai ƙarfi.
source: www.habr.com