Այն մագնիսական է: Էլեկտրական է։ Ֆոտոնիկ է: Ոչ, սա նոր սուպերհերոս եռյակ չէ Marvel-ի տիեզերքից: Խոսքը վերաբերում է մեր թանկարժեք թվային տվյալների պահպանմանը: Մենք պետք է պահենք դրանք ինչ-որ տեղ, ապահով և կայուն, որպեսզի կարողանանք մուտք գործել և փոխել դրանք աչք թարթելու համար: Մոռացեք Iron Man-ին և Thor-ին. մենք խոսում ենք կոշտ սկավառակների մասին:
Այսպիսով, եկեք խորանանք սարքերի անատոմիայի մեջ, որոնք այսօր օգտագործում ենք միլիարդավոր բիթ տվյալներ պահելու համար:
Դու ինձ ճիշտ պտտեցիր, փոքրիկս
Մեխանիկական կոշտ սկավառակի պահեստավորում (կոշտ սկավառակ, HDD) ավելի քան 30 տարի ամբողջ աշխարհի համակարգիչների պահպանման ստանդարտն է, սակայն դրա հիմքում ընկած տեխնոլոգիան շատ ավելի հին է:
IBM-ը թողարկեց առաջին կոմերցիոն HDD-ը , դրա հզորությունը կազմել է 3,75 ՄԲ։ Եվ ընդհանրապես, այս տարիների ընթացքում դրայվի ընդհանուր կառուցվածքը առանձնապես չի փոխվել։ Այն դեռևս ունի սկավառակներ, որոնք օգտագործում են մագնիսացում տվյալների պահպանման համար, և կան սարքեր այդ տվյալները կարդալու/գրելու համար: Փոխվել է Նույնը և շատ ուժեղ է տվյալների քանակությունը, որը կարող է պահվել դրանց վրա:
1987 թվականին դա հնարավոր էր մոտ $350; Այսօր դուք կարող եք գնել 14 TB: in 700 000 ծավալի անգամ:
Մենք կդիտարկենք մի սարք, որը ոչ բոլորովին նույն չափի է, այլ նաև ժամանակակից չափանիշներին համապատասխան՝ 3,5 դյույմանոց HDD Seagate Barracuda 3 TB, մասնավորապես, մոդելը: , հայտնի է իր и . Մեքենան, որը մենք ուսումնասիրում ենք, արդեն մեռած է, ուստի սա ավելի շատ նման կլինի դիահերձման, քան անատոմիայի դասի:
Կոշտ սկավառակի հիմնական մասը ձուլված մետաղ է: Ակտիվ օգտագործման ընթացքում սարքի ներսում ուժերը կարող են բավականին լուրջ լինել, ուստի հաստ մետաղը կանխում է պատյանի ճկումը և թրթռումը: Նույնիսկ փոքր 1,8 դյույմանոց HDD-ները մետաղ են օգտագործում որպես պատյան, բայց դրանք սովորաբար պատրաստված են ալյումինից, այլ ոչ թե պողպատից, քանի որ դրանք պետք է լինեն հնարավորինս թեթև:
Շրջելով սկավառակը, մենք տեսնում ենք տպագիր տպատախտակ և մի քանի միակցիչներ: Տախտակի վերևի միակցիչը օգտագործվում է սկավառակները պտտող շարժիչի համար, իսկ ներքևի երեքը (ձախից աջ) ցատկող կապում են, որոնք թույլ են տալիս կարգավորել սկավառակը որոշակի կոնֆիգուրացիաների համար՝ SATA (Serial ATA) տվյալների միակցիչ: և SATA հոսանքի միակցիչ:
Serial ATA-ն առաջին անգամ հայտնվել է 2000 թվականին։ Սեղանի համակարգիչներում սա ստանդարտ համակարգ է, որն օգտագործվում է սկավառակները մնացած համակարգչին միացնելու համար: Ձևաչափի ճշգրտումը ենթարկվել է բազմաթիվ վերանայումների, և մենք ներկայումս օգտագործում ենք 3.4 տարբերակը: Մեր կոշտ սկավառակի դիակը ավելի հին տարբերակ է, բայց տարբերությունը միայն մեկ կապում է հոսանքի միակցիչում:
Տվյալների միացումներում այն օգտագործվում է տվյալներ ստանալու և ստանալու համար: Օգտագործվում են A+ և A- կապում փոխանցել հրահանգները և տվյալները կոշտ սկավառակի վրա, և B կապերը նախատեսված են ստացող այս ազդանշանները. Զուգակցված հաղորդիչների այս օգտագործումը զգալիորեն նվազեցնում է էլեկտրական աղմուկի ազդեցությունը ազդանշանի վրա, ինչը նշանակում է, որ սարքը կարող է ավելի արագ աշխատել:
Եթե խոսենք հոսանքի մասին, կտեսնենք, որ միակցիչը ունի յուրաքանչյուր լարման զույգ կոնտակտներ (+3.3, +5 և +12V); սակայն, դրանցից շատերը չեն օգտագործվում, քանի որ HDD-ները մեծ էներգիա չեն պահանջում: Այս կոնկրետ Seagate մոդելը ակտիվ բեռի տակ օգտագործում է 10 Վտ-ից պակաս հզորություն: Համակարգչային նշագրված կոնտակտները օգտագործվում են կանխավճարԱյս հատկությունը թույլ է տալիս հեռացնել և միացնել կոշտ սկավառակը, մինչ համակարգիչը շարունակում է աշխատել (սա կոչվում է տաք փոխանակում).
PWDIS պիտակի հետ կապը թույլ է տալիս կոշտ սկավառակ, բայց այս ֆունկցիան աջակցվում է միայն SATA 3.3 տարբերակից, այնպես որ իմ սկավառակում դա ընդամենը ևս մեկ +3.3V հոսանքի գիծ է: Իսկ վերջին փին, պիտակավորված SSU, պարզապես ասում է համակարգչին, թե արդյոք կոշտ սկավառակն աջակցում է հաջորդական պտտվող տեխնոլոգիային: staggered spin up.
Նախքան համակարգիչը կարող է դրանք օգտագործել, սարքի ներսում գտնվող կրիչները (որը մենք շուտով կտեսնենք) պետք է պտտվեն ամբողջ արագությամբ: Բայց եթե մեքենայում տեղադրված են բազմաթիվ կոշտ սկավառակներ, ապա էներգիայի հանկարծակի միաժամանակյա հարցումը կարող է վնասել համակարգին: Աստիճանաբար պտտվելը վերացնում է նման խնդիրների հավանականությունը, սակայն դուք պետք է մի քանի վայրկյան սպասեք մինչև HDD-ի ամբողջական մուտքը:
Հեռացնելով տպատախտակը, դուք կարող եք տեսնել, թե ինչպես է այն միանում սարքի ներսում գտնվող բաղադրիչներին: HDD կնքված չէ, բացառությամբ շատ մեծ հզորությամբ սարքերի, նրանք օգտագործում են հելիում օդի փոխարեն, քանի որ այն շատ ավելի քիչ խիտ է և ավելի քիչ խնդիրներ է ստեղծում մեծ քանակությամբ սկավառակներով կրիչներում: Մյուս կողմից, դուք չպետք է բաց միջավայրում բացեք սովորական կրիչներ:
Նման միակցիչների օգտագործման շնորհիվ նվազագույնի է հասցվում մուտքի կետերի քանակը, որոնց միջոցով կեղտը և փոշին կարող են ներթափանցել սկավառակի ներսում. մետաղական պատյանում անցք կա (պատկերի ներքևի ձախ անկյունում գտնվող մեծ սպիտակ կետը), որը թույլ է տալիս շրջակա միջավայրի ճնշումը մնալ ներսում:
Այժմ, երբ PCB-ն հեռացվել է, եկեք տեսնենք, թե ինչ կա ներսում: Կան չորս հիմնական չիպսեր.
- LSI B64002. Հիմնական վերահսկիչ չիպ, որը մշակում է հրահանգները, փոխանցում է տվյալների հոսքերը ներս և դուրս, ուղղում է սխալները և այլն:
- Samsung K4T51163QJ՝ 64 ՄԲ DDR2 SDRAM՝ 800 ՄՀց հաճախականությամբ, որն օգտագործվում է տվյալների քեշավորման համար
- Հարթ MCKXL. վերահսկում է սկավառակները պտտվող շարժիչը
- Winbond 25Q40BWS05. 500 ԿԲ սերիական ֆլեշ հիշողություն, որն օգտագործվում է սկավառակի որոնվածը պահելու համար (մի փոքր նման է համակարգչի BIOS-ին)
Տարբեր HDD-ների PCB բաղադրիչները կարող են տարբեր լինել: Ավելի մեծ չափսերը պահանջում են ավելի շատ քեշ (ամենաժամանակակից հրեշները կարող են ունենալ մինչև 256 ՄԲ DDR3), իսկ հիմնական կարգավորիչի չիպը կարող է մի փոքր ավելի բարդ լինել սխալների հետ, բայց ընդհանուր առմամբ տարբերություններն այնքան էլ մեծ չեն:
Սկավառակը բացելը հեշտ է, պարզապես արձակեք Torx-ի մի քանի պտուտակներ և voila: Մենք ներսում ենք...
Հաշվի առնելով, որ այն զբաղեցնում է սարքի հիմնական մասը, մեր ուշադրությունն անմիջապես գրավում է մետաղական մեծ շրջանակը. հեշտ է հասկանալ, թե ինչու են կրիչներ կոչվում սկավառակ. Ճիշտ է նրանց զանգահարել ափսեներ; դրանք պատրաստված են ապակուց կամ ալյումինից և պատված են տարբեր նյութերի մի քանի շերտերով։ Այս 3TB սկավառակն ունի երեք սկուտեղ, այսինքն՝ 500 ԳԲ պետք է պահվի մեկ սկուտեղի յուրաքանչյուր կողմում:
Պատկերը բավականին փոշոտ է, նման կեղտոտ թիթեղները չեն համապատասխանում դրանց պատրաստման համար պահանջվող դիզայնի և արտադրության ճշգրտությանը: Մեր HDD օրինակում ալյումինե սկավառակն ինքնին ունի 0,04 դյույմ (1 մմ) հաստություն, բայց հղկված է այնպես, որ մակերեսի վրա շեղումների միջին բարձրությունը 0,000001 դյույմից պակաս է (մոտ 30 նմ):
Հիմնական շերտը ունի ընդամենը 0,0004 դյույմ (10 միկրոն) խորություն և բաղկացած է մետաղի վրա դրված նյութերի մի քանի շերտերից: Դիմումը կատարվում է օգտագործելով որին հաջորդում է , սկավառակը պատրաստելով թվային տվյալների պահպանման համար օգտագործվող հիմնական մագնիսական նյութերի համար:
Այս նյութը սովորաբար բարդ կոբալտի համաձուլվածք է և կազմված է համակենտրոն շրջանակներից՝ յուրաքանչյուրը մոտավորապես 0,00001 դյույմ (մոտ 250 նմ) լայնությամբ և 0,000001 դյույմ (25 նմ) խորությամբ: Միկրո մակարդակում մետաղական համաձուլվածքները ջրի մակերևույթի վրա օճառի փուչիկների նման հատիկներ են առաջացնում:
Յուրաքանչյուր հատիկ ունի իր մագնիսական դաշտը, սակայն այն կարող է փոխակերպվել տվյալ ուղղությամբ։ Նման դաշտերի խմբավորումը հանգեցնում է տվյալների բիթերի (0 և 1): Եթե ցանկանում եք ավելին իմանալ այս թեմայի մասին, ապա կարդացեք Յեյլի համալսարան. Վերջնական ծածկույթները պաշտպանվելու համար ածխածնի շերտ են, այնուհետև՝ պոլիմեր՝ շփման շփումը նվազեցնելու համար: Նրանք միասին ունեն ոչ ավելի, քան 0,0000005 դյույմ (12 նմ) հաստություն:
Մենք շուտով կտեսնենք, թե ինչու են վաֆլիները պետք է արտադրվեն այդքան խիստ հանդուրժողականությամբ, բայց դեռևս զարմանալի է գիտակցել, որ Դուք կարող եք դառնալ նանոմետրի ճշգրտությամբ արտադրված սարքի հպարտ սեփականատերը:
Այնուամենայնիվ, եկեք վերադառնանք ինքնին HDD-ին և տեսնենք, թե ինչ կա դրա մեջ:
Դեղին գույնը ցույց է տալիս մետաղյա ծածկը, որն ապահով կերպով ամրացնում է ափսեը spindle drive էլեկտրական շարժիչ - էլեկտրական սկավառակ, որը պտտում է սկավառակները: Այս HDD-ում նրանք պտտվում են 7200 պտ/րոպ հաճախականությամբ (պտույտ/րոպե), բայց այլ մոդելներում դրանք կարող են ավելի դանդաղ աշխատել: Դանդաղ սկավառակներն ունեն ավելի ցածր աղմուկ և էներգիայի սպառում, բայց նաև ավելի ցածր արագություն, մինչդեռ ավելի արագ շարժիչները կարող են հասնել 15 պտ/րոպե արագության:
Փոշու և օդի խոնավությունից առաջացած վնասը նվազեցնելու համար օգտագործեք վերաշրջանառության ֆիլտր (կանաչ քառակուսի), փոքր մասնիկներ հավաքելով և ներսում պահելով։ Թիթեղների պտույտով շարժվող օդը ապահովում է ֆիլտրի միջոցով մշտական հոսք: Սկավառակների վերևում և ֆիլտրի կողքին կա երեքից մեկը ափսեի բաժանարարներՕգնում է նվազեցնել թրթռումները և պահպանել օդի հոսքը հնարավորինս հավասարաչափ:
Պատկերի վերին ձախ մասում կապույտ քառակուսին ցույց է տալիս երկու մշտական գծային մագնիսներից մեկը: Նրանք ապահովում են մագնիսական դաշտը, որն անհրաժեշտ է կարմիրով նշված բաղադրիչը տեղափոխելու համար: Եկեք առանձնացնենք այս մանրամասները՝ դրանք ավելի լավ տեսնելու համար։
Սպիտակ շերտի տեսքը ևս մեկ ֆիլտր է, միայն սա զտում է մասնիկները և գազերը, որոնք դրսից ներթափանցում են այն անցքի միջով, որը մենք տեսանք վերևում: Մետաղական հասկերն են գլխի շարժման լծակներ, որոնց վրա գտնվում են կարդալ-գրել գլուխներ կոշտ սկավառակ: Նրանք շարժվում են ահռելի արագությամբ թիթեղների մակերեսով (վերին և ստորին):
Դիտեք այս տեսանյութը, որը ստեղծվել է տեսնելու համար, թե որքան արագ են նրանք.
Դիզայնը նման բան չի օգտագործում ; Լծակները շարժելու համար էլեկտրական հոսանք է անցնում լծակների հիմքում գտնվող էլեկտրամագնիսով։
Ընդհանրապես կոչվում են , քանի որ նրանք օգտագործում են նույն սկզբունքը, որն օգտագործվում է բարձրախոսների և խոսափողների մեջ՝ թաղանթները տեղափոխելու համար։ Ընթացիկ հոսքը առաջացնում է մագնիսական դաշտ նրանց շուրջը, որն արձագանքում է մշտական ձողային մագնիսների կողմից ստեղծված դաշտին:
Մի մոռացեք, որ տվյալների հետքերը փոքրիկ, այնպես որ ձեռքերի դիրքը պետք է լինի չափազանց ճշգրիտ, ինչպես շարժիչի մնացած ամեն ինչ: Որոշ կոշտ սկավառակներ ունեն բազմաստիճան լծակներ, որոնք փոքր փոփոխություններ են կատարում ամբողջ լծակի միայն մեկ մասի ուղղությամբ:
Որոշ կոշտ սկավառակներ ունեն տվյալների հետքեր, որոնք համընկնում են միմյանց: Այս տեխնոլոգիան կոչվում է (շինգավորված մագնիսական ձայնագրություն), և դրա պահանջները ճշգրտության և դիրքավորման համար (այսինքն՝ անընդհատ մեկ կետով հարվածել) էլ ավելի խիստ են։
Ձեռքերի ամենավերջում կան շատ զգայուն կարդալ-գրելու գլուխներ: Մեր HDD-ն պարունակում է 3 ափսե և 6 գլուխ, և դրանցից յուրաքանչյուրը լողում է սկավառակի վերևում, երբ այն պտտվում է: Դրան հասնելու համար գլուխները կախված են մետաղի գերբարակ շերտերի վրա:
Եվ այստեղ մենք կարող ենք տեսնել, թե ինչու է մեր անատոմիական նմուշը մահացել. գոնե գլուխներից մեկը թուլացել է, և ինչն էլ առաջացրել է նախնական վնասը, նույնպես թեքվել է ձեռքերից մեկի վրա: Գլխի ամբողջ բաղադրիչն այնքան փոքր է, որ, ինչպես տեսնում եք ստորև, սովորական տեսախցիկով շատ դժվար է դրա լավ պատկերը ստանալ:
Այնուամենայնիվ, մենք կարող ենք առանձնացնել առանձին մասերը: Մոխրագույն բլոկը հատուկ արտադրված մաս է, որը կոչվում է «սահիկ»Երբ սկավառակը պտտվում է դրա տակ, օդի հոսքը բարձրացնում է՝ գլուխը վերացնելով մակերեսից: Եվ երբ մենք ասում ենք «վերելակներ», մենք նկատի ունենք բացը, որն ունի ընդամենը 0,0000002 դյույմ լայնություն կամ 5 նմ-ից պակաս:
Հետագայում, և գլուխները չեն կարողանա ճանաչել ուղու մագնիսական դաշտերի փոփոխությունները. եթե գլուխները ընկած լինեին մակերեսի վրա, նրանք պարզապես կքերծեին ծածկույթը: Սա է պատճառը, որ դուք պետք է զտեք օդը սկավառակի տուփի ներսում. փոշին և խոնավությունը սկավառակի մակերեսին պարզապես կջարդեն գլուխները:
Գլխի վերջում գտնվող փոքրիկ մետաղական «ձողն» օգնում է ընդհանուր աերոդինամիկայի հարցում: Այնուամենայնիվ, կարդալու և գրելու այն հատվածները տեսնելու համար մեզ ավելի լավ լուսանկար է պետք:
Մեկ այլ կոշտ սկավառակի այս պատկերում կարդալու/գրելու սարքերը գտնվում են բոլոր էլեկտրական միացումների տակ: Ձայնագրումն իրականացվում է համակարգի կողմից (բարակ թաղանթի ինդուկցիա, TFI) և ընթերցում - սարք (թունելի մագնիսակայուն սարք, TMR):
TMR-ի կողմից արտադրվող ազդանշանները շատ թույլ են և պետք է փոխանցվեն ուժեղացուցիչի միջով, որպեսզի մակարդակները բարձրացվեն մինչև ուղարկելը: Դրա համար պատասխանատու չիպը գտնվում է ստորև նկարում պատկերված լծակների հիմքի մոտ:
Ինչպես նշված է հոդվածի ներածության մեջ, տարիների ընթացքում կոշտ սկավառակի մեխանիկական բաղադրիչները և շահագործման սկզբունքը քիչ են փոխվել: Ամենից շատ բարելավվեց մագնիսական հետքերի և կարդալու-գրելու գլուխների տեխնոլոգիան՝ ստեղծելով ավելի ու ավելի նեղ ու խիտ հետքեր, ինչը, ի վերջո, հանգեցրեց պահվող տեղեկատվության քանակի ավելացմանը:
Այնուամենայնիվ, մեխանիկական կոշտ սկավառակներն ունեն արագության ակնհայտ սահմանափակումներ: Ժամանակ է պահանջվում լծակները ցանկալի դիրք տեղափոխելու համար, և եթե տվյալները ցրված են տարբեր ուղիներով տարբեր սկուտեղների վրա, ապա սկավառակը բավականին մի քանի միկրովայրկյան կծախսի բիթերի որոնման համար:
Նախքան այլ տեսակի սկավառակի անցնելը, եկեք նշենք սովորական HDD-ի մոտավոր արագությունը: Մենք օգտագործեցինք հենանիշը կոշտ սկավառակը գնահատելու համար :
Առաջին երկու տողերը ցույց են տալիս մեկ վայրկյանում ՄԲ-ի քանակը հաջորդական (երկար, շարունակական ցուցակ) և պատահական (անցումներ ամբողջ սկավառակի վրա) ընթերցումներ և գրումներ կատարելիս: Հաջորդ տողը ցույց է տալիս IOPS արժեքը, որը յուրաքանչյուր վայրկյանում կատարվող I/O գործողությունների քանակն է: Վերջին տողը ցույց է տալիս միջին ուշացումը (ժամանակը միկրովայրկյաններով) կարդալու կամ գրելու գործողության փոխանցման և տվյալների արժեքները ստանալու միջև:
Ընդհանուր առմամբ, մենք ձգտում ենք ապահովել, որ առաջին երեք տողերում արժեքները հնարավորինս մեծ լինեն, իսկ վերջին տողում հնարավորինս փոքր: Մի անհանգստացեք հենց թվերի համար, մենք պարզապես դրանք կօգտագործենք համեմատության համար, երբ դիտարկենք սկավառակի մեկ այլ տեսակ՝ պինդ վիճակի սկավառակ:
Source: www.habr.com