Mágneses. Ez elektromos. Ez fotonikus. Nem, ez nem egy új szuperhős trió a Marvel univerzumból. Az értékes digitális adataink tárolásáról van szó. Ezeket valahol, biztonságosan és stabilan kell tárolnunk, hogy egy szempillantás alatt hozzáférhessünk és cserélhessünk. Felejtsd el Vasembert és Thort – merevlemezekről beszélünk!
Tehát merüljünk el azon eszközök anatómiájában, amelyeket ma többmilliárd bitnyi adat tárolására használunk.
Jól megforgatsz, bébi
mechanikai merevlemez tárolására (merevlemez meghajtó, HDD) több mint 30 éve a számítógépek tárolási szabványa világszerte, de a mögötte álló technológia sokkal régebbi.
Az IBM kiadta az első kereskedelmi HDD-t , kapacitása 3,75 MB volt. És általában, az évek során a meghajtó általános szerkezete nem sokat változott. Még mindig vannak benne lemezek, amelyek mágnesezést használnak az adatok tárolására, és vannak olyan eszközök, amelyek ezeket az adatokat olvassák/írják. Megváltozott Ugyanilyen és nagyon erős a rajtuk tárolható adatmennyiség.
1987-ben ez lehetséges volt körülbelül 350 dollárért; Ma vásárolhat 14 TB: in 700 000 hangerő-szerese.
Megnézünk egy nem teljesen azonos méretű, de a modern szabványok szerint is megfelelő eszközt: a 3,5 hüvelykes merevlemezt Seagate Barracuda 3 TB, különösen a modellt. , hírhedt arról и . A hajtás, amit tanulunk, már halott, szóval ez inkább boncoláshoz fog hasonlítani, mint anatómiaórához.
A merevlemez nagy része öntött fém. A készülék belsejében az aktív használat során fellépő erők meglehetősen komolyak lehetnek, így a vastag fém megakadályozza a ház elhajlását és vibrációját. Még az apró 1,8 hüvelykes HDD-k is fémet használnak házként, de általában alumíniumból készülnek, nem pedig acélból, mert a lehető legkönnyebbnek kell lenniük.
A meghajtót megfordítva egy nyomtatott áramköri lapot és több csatlakozót látunk. Az alaplap tetején található csatlakozó a lemezeket forgató motorhoz, az alsó három pedig (balról jobbra) jumper tű, amely lehetővé teszi a meghajtó konfigurálását bizonyos konfigurációkhoz, egy SATA (Serial ATA) adatcsatlakozó. , és egy SATA tápcsatlakozó.
A Serial ATA először 2000-ben jelent meg. Asztali számítógépekben ez a szabványos rendszer, amellyel a meghajtókat a számítógép többi részéhez csatlakoztatják. A formátumspecifikáció számos felülvizsgálaton ment keresztül, és jelenleg a 3.4-es verziót használjuk. Merevlemezünk holttestünk egy régebbi verzió, de a különbség csak egy érintkező a tápcsatlakozóban.
Adatkapcsolatokban adatok fogadására és fogadására szolgál. : Az A+ és A- tűket használják átutalás utasításokat és adatokat a merevlemezre, a B érintkezők pedig erre szolgálnak fogadó ezeket a jeleket. A párosított vezetékek használata jelentősen csökkenti az elektromos zaj jelre gyakorolt hatását, ami azt jelenti, hogy a készülék gyorsabban tud működni.
Ha a teljesítményről beszélünk, azt látjuk, hogy a csatlakozónak van egy pár érintkezője minden feszültséghez (+3.3, +5 és +12V); a legtöbbet azonban nem használják, mert a HDD-k nem igényelnek sok energiát. Ez a Seagate modell kevesebb mint 10 wattot használ aktív terhelés mellett. A PC megjelölésű kontaktok használatosak előtöltés: Ez a funkció lehetővé teszi a merevlemez eltávolítását és csatlakoztatását, miközben a számítógép továbbra is működik (ezt hívják meleg csere).
A PWDIS címkével való érintkezés lehetővé teszi merevlemez, de ez a funkció csak a SATA 3.3 verziótól támogatott, tehát az én meghajtómban ez csak egy +3.3 V tápvezeték. Az utolsó, SSU feliratú tű pedig egyszerűen közli a számítógéppel, hogy a merevlemez támogatja-e a szekvenciális felpörgetési technológiát. lépcsőzetesen felpörög.
Mielőtt a számítógép használhatná őket, az eszközben lévő meghajtóknak (amit hamarosan látni fogunk) teljes sebességre kell pörögniük. De ha sok merevlemez van a gépben, akkor egy hirtelen egyidejű áramkérés károsíthatja a rendszert. Az orsók fokozatos felpörgetése teljesen kiküszöböli az ilyen problémák lehetőségét, de várnia kell néhány másodpercet, mielőtt teljes hozzáférést kaphat a HDD-hez.
Az áramköri kártya eltávolításával láthatja, hogyan csatlakozik a készülék belsejében lévő alkatrészekhez. HDD nincs lezárva, a nagyon nagy kapacitású eszközök kivételével - levegő helyett héliumot használnak, mert az sokkal kevésbé sűrű, és kevesebb problémát okoz a sok lemezt tartalmazó meghajtókban. Másrészt a hagyományos meghajtókat nem szabad kitenni a nyílt környezetnek.
Az ilyen csatlakozók használatának köszönhetően minimálisra csökken azoknak a belépési pontoknak a száma, amelyeken keresztül a szennyeződés és a por bejuthat a meghajtóba; a fém tokban van egy lyuk (a nagy fehér pont a kép bal alsó sarkában), amely lehetővé teszi, hogy a környezeti nyomás bent maradjon.
Most, hogy a PCB-t eltávolítottuk, nézzük meg, mi van benne. Négy fő chip van:
- LSI B64002: Fő vezérlő chip, amely utasításokat dolgoz fel, adatfolyamokat továbbít és ki, hibákat javít stb.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM 800 MHz órajellel, adatgyorsítótárazáshoz
- Sima MCKXL: a lemezeket forgató motort vezérli
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB soros flash memória a meghajtó firmware-ének tárolására (kicsit olyan, mint a számítógép BIOS-a)
A különböző HDD-k PCB-komponensei eltérőek lehetnek. A nagyobb méretek nagyobb gyorsítótárat igényelnek (a legmodernebb szörnyek akár 256 MB DDR3-mal is rendelkezhetnek), a fő vezérlőchip pedig lehet, hogy egy kicsit kifinomultabb a hibakezelés, de összességében nem olyan nagyok a különbségek.
A meghajtó kinyitása egyszerű, csak csavarjon ki néhány Torx csavart, és íme! Bent vagyunk...
Tekintettel arra, hogy az eszköz nagy részét elfoglalja, figyelmünket azonnal felhívja a nagy fémkör; könnyen érthető, hogy miért hívják a meghajtókat korong. Helyes felhívni őket tányérok; üvegből vagy alumíniumból készülnek, és több réteg különböző anyaggal vannak bevonva. Ennek a 3 TB-os meghajtónak három tálcája van, ami azt jelenti, hogy egy tál mindkét oldalán 500 GB-ot kell tárolni.
A kép meglehetősen poros, az ilyen koszos lemezek nem felelnek meg az elkészítéshez szükséges tervezési és gyártási pontosságnak. Merevlemezes példánkban maga az alumínium lemez 0,04 hüvelyk (1 mm) vastag, de olyan mértékben polírozva, hogy az eltérések átlagos magassága a felületen kisebb, mint 0,000001 hüvelyk (körülbelül 30 nm).
Az alapréteg mindössze 0,0004 hüvelyk (10 mikron) mély, és több, a fémre lerakott anyagrétegből áll. Az alkalmazás segítségével történik követi , előkészíti a lemezt a digitális adatok tárolására használt alapvető mágneses anyagokhoz.
Ez az anyag jellemzően egy összetett kobaltötvözet, és koncentrikus körökből áll, amelyek mindegyike körülbelül 0,00001 hüvelyk (körülbelül 250 nm) széles és 0,000001 hüvelyk (25 nm) mély. Mikroszinten a fémötvözetek a víz felszínén szappanbuborékokhoz hasonló szemcséket képeznek.
Minden szemnek megvan a maga mágneses tere, de adott irányban átalakítható. Az ilyen mezők csoportosítása adatbiteket (0-kat és 1-eket) eredményez. Ha többet szeretne megtudni erről a témáról, akkor olvassa el Yale Egyetem. A végső bevonat egy szénréteg a védelem érdekében, majd egy polimer az érintkezési súrlódás csökkentésére. Együtt legfeljebb 0,0000005 hüvelyk (12 nm) vastagságúak.
Hamarosan meglátjuk, miért kell az ostyákat ilyen szigorú tűréshatárokkal gyártani, de mégis meglepő felismerni, hogy Egy nanométeres pontossággal gyártott készülék büszke tulajdonosa lehetsz!
De térjünk vissza magához a HDD-hez, és nézzük meg, mi van még benne.
A sárga szín a fém burkolatot mutatja, amely biztonságosan rögzíti a lemezt a orsóhajtású villanymotor - elektromos meghajtó, amely forgatja a lemezeket. Ebben a HDD-ben 7200 ford./perc (fordulat/perc) frekvenciával forognak, de más modellekben lassabban működhetnek. A lassú meghajtók alacsonyabb zajszinttel és energiafogyasztással, ugyanakkor kisebb sebességgel rendelkeznek, míg a gyorsabb meghajtók elérhetik a 15 000 ford./perc sebességet.
A por és a levegő nedvessége által okozott károk csökkentése érdekében használja recirkulációs szűrő (zöld négyzet), összegyűjti és bent tartja a kis részecskéket. A lemezek forgása által mozgatott levegő állandó áramlást biztosít a szűrőn keresztül. A tárcsák felett és a szűrő mellett van egy a három közül lemezelválasztók: segít a rezgések csökkentésében és a lehető legegyenletesebb légáramlás fenntartásában.
A kép bal felső részén a kék négyzet a két állandó rúdmágnes egyikét jelzi. Ezek biztosítják a pirossal jelölt alkatrész mozgatásához szükséges mágneses teret. Válasszuk szét ezeket a részleteket, hogy jobban lássuk őket.
Ami fehér foltnak tűnik, az egy másik szűrő, csak ez szűri ki a részecskéket és a gázokat, amelyek kívülről a fent látott lyukon keresztül jutnak be. Fém tüskék vannak fejmozgató karok, amelyen találhatók író-olvasó fejek merevlemez. Óriási sebességgel mozognak a lemezek felületén (felső és alsó).
Tekintse meg ezt a videót, amelyet készítette hogy lássuk milyen gyorsak:
A design nem használ semmi hasonlót ; A karok mozgatásához elektromos áramot vezetnek át a karok alján lévő mágnesszelepen.
Általában úgy hívják , mert ugyanazt az elvet használják, mint a hangszórókban és mikrofonokban a membránok mozgatására. Az áram mágneses teret hoz létre körülöttük, amely reagál az állandó rúdmágnesek által létrehozott mezőre.
Ne felejtse el, hogy az adatok nyomon követhetők apró, ezért a karok pozicionálásának rendkívül pontosnak kell lennie, mint minden másnak a hajtásban. Egyes merevlemezeken többfokozatú karok vannak, amelyek kis változtatásokat hajtanak végre a teljes kar csak egy részének irányában.
Egyes merevlemezeken adatsávok vannak, amelyek átfedik egymást. Ezt a technológiát az ún (zsindelyes mágneses rögzítés), a pontosságra és a pozicionálásra (vagyis az egy pont folyamatos eltalálására) vonatkozó követelményei pedig még szigorúbbak.
A karok legvégén nagyon érzékeny olvasó-író fejek találhatók. A HDD-nk 3 tálcát és 6 fejet tartalmaz, és mindegyiket lebeg a lemez fölött, ahogy forog. Ennek elérése érdekében a fejek ultravékony fémcsíkokra vannak felfüggesztve.
És itt láthatjuk, miért halt meg az anatómiánk - legalább az egyik fej meglazult, és bármi okozta a kezdeti sérülést, az egyik karját is meghajlította. A teljes fejelem olyan kicsi, hogy ahogy lentebb is látható, nagyon nehéz rendes fényképezőgéppel jó képet készíteni róla.
Az egyes részeket azonban szétszedhetjük. A szürke blokk egy speciálisan gyártott alkatrész, ún "csúszka": Ahogy a tárcsa forog alatta, a levegő áramlása emelést hoz létre, felemelve a fejet a felületről. És amikor azt mondjuk, hogy „lift”, akkor olyan rést értünk, amely mindössze 0,0000002 hüvelyk széles, vagy kevesebb, mint 5 nm.
Továbbra is, és a fejek nem fogják tudni felismerni a pálya mágneses mezőinek változásait; ha a fejek a felszínen feküdnének, egyszerűen megkarcolnák a bevonatot. Ezért kell szűrni a levegőt a meghajtó házában: a meghajtó felületén lévő por és nedvesség egyszerűen letöri a fejeket.
A fej végén található apró fém "rúd" segíti az általános aerodinamikát. Ahhoz azonban, hogy lássuk az olvasást és írást végző részeket, jobb fotóra van szükségünk.
Ezen a képen egy másik merevlemezről az író/olvasó eszközök az összes elektromos csatlakozás alatt találhatók. A rögzítést a rendszer végzi (vékonyréteg indukciós, TFI), és olvasás - eszköz (alagút magnetorezisztív eszköz, TMR).
A TMR által előállított jelek nagyon gyengék, és az elküldés előtt erősítőn kell átvezetni a szint növelése érdekében. Az ezért felelős chip az alábbi képen a karok aljának közelében található.
Ahogy a cikk bevezetőjében elhangzott, a merevlemez mechanikai alkatrészei és működési elve keveset változott az évek során. Leginkább a mágneses sávok és az író-olvasó fejek technológiáját fejlesztették tovább, így egyre keskenyebb és sűrűbb sávok jöttek létre, ami végső soron a tárolt információ mennyiségének növekedéséhez vezetett.
A mechanikus merevlemezeknek azonban nyilvánvaló sebességkorlátozásai vannak. Időbe telik, amíg a karokat a kívánt pozícióba mozgatják, és ha az adatok különböző tányérokon vannak szétszórva, akkor a meghajtó jó néhány mikroszekundumot fog bitek keresésével tölteni.
Mielőtt áttérne egy másik típusú meghajtóra, jelölje meg egy tipikus HDD hozzávetőleges sebességét. A benchmarkot használtuk hogy értékelje a merevlemezt :
Az első két sor a másodpercenkénti MB számát jelzi szekvenciális (hosszú, folyamatos lista) és véletlenszerű (átmenetek a teljes meghajtón) olvasás és írás során. A következő sor az IOPS értéket mutatja, amely a másodpercenként végrehajtott I/O műveletek száma. Az utolsó sor az olvasási vagy írási művelet továbbítása és az adatértékek fogadása közötti átlagos késleltetést (mikroszekundumban kifejezett időt) mutatja.
Általában arra törekszünk, hogy az első három sorban az értékek a lehető legnagyobbak legyenek, az utolsó sorban pedig a lehető legkisebbek. Maguk a számok miatt ne aggódjon, csak összehasonlítás céljából használjuk őket, amikor egy másik típusú meghajtót nézünk: a szilárdtestalapú meghajtót.
Forrás: will.com