Itu bersifat magnetis. Itu listrik. Itu fotonik. Bukan, ini bukanlah trio superhero baru dari jagat Marvel. Ini tentang menyimpan data digital kita yang berharga. Kita perlu menyimpannya di suatu tempat, aman dan stabil, sehingga kita dapat mengakses dan mengubahnya dalam sekejap mata. Lupakan Iron Man dan Thor - kita sedang membicarakan hard drive!
Jadi, mari selami anatomi perangkat yang kita gunakan saat ini untuk menyimpan miliaran bit data.
Kau memutarku, sayang
Mekanis penyimpanan harddisk (hard disk drive, HDD) telah menjadi standar penyimpanan komputer di seluruh dunia selama lebih dari 30 tahun, namun teknologi di baliknya jauh lebih tua.
IBM merilis HDD komersial pertama , kapasitasnya sebanyak 3,75 MB. Dan secara umum, selama bertahun-tahun, struktur umum drive tidak banyak berubah. Masih ada disk yang menggunakan magnetisasi untuk menyimpan data, dan ada perangkat untuk membaca/menulis data tersebut. Telah berubah Jumlah data yang dapat disimpan di dalamnya juga sama, dan sangat kuat.
Pada tahun 1987 hal itu mungkin terjadi sekitar $350; Hari ini Anda dapat membeli 14 TB: masuk 700 000 kali volumenya.
Kami akan melihat perangkat yang ukurannya tidak persis sama, tetapi juga layak menurut standar modern: HDD Seagate Barracuda 3,5 TB 3 inci, khususnya modelnya , terkenal karena itu ΠΈ . Drive yang kita pelajari sudah mati, jadi ini lebih seperti otopsi daripada pelajaran anatomi.
Sebagian besar hard drive terbuat dari logam cor. Gaya di dalam perangkat selama penggunaan aktif bisa sangat serius, sehingga logam tebal mencegah pembengkokan dan getaran pada casing. Bahkan HDD kecil berukuran 1,8 inci menggunakan logam sebagai bahan wadahnya, namun biasanya terbuat dari aluminium, bukan baja, karena harus seringan mungkin.
Membalik drive, kita melihat papan sirkuit tercetak dan beberapa konektor. Konektor di bagian atas papan digunakan untuk motor yang memutar disk, dan tiga bagian bawah (dari kiri ke kanan) adalah pin jumper yang memungkinkan Anda mengkonfigurasi drive untuk konfigurasi tertentu, konektor data SATA (Serial ATA) , dan konektor daya SATA.
Serial ATA pertama kali muncul pada tahun 2000. Di komputer desktop, ini adalah sistem standar yang digunakan untuk menghubungkan drive ke seluruh komputer. Spesifikasi format telah mengalami banyak revisi dan saat ini kami menggunakan versi 3.4. Mayat harddisk kami adalah versi lama, namun yang membedakan hanya satu pin pada konektor powernya.
Dalam koneksi data, digunakan untuk menerima dan menerima data. : Pin A+ dan A- digunakan untuk transfer instruksi dan data ke hard drive, dan pin B untuk menerima sinyal-sinyal ini. Penggunaan konduktor berpasangan ini secara signifikan mengurangi efek gangguan listrik pada sinyal, sehingga perangkat dapat beroperasi lebih cepat.
Jika kita berbicara tentang daya, kita melihat bahwa konektor memiliki sepasang kontak dengan tegangan masing-masing (+3.3, +5, dan +12V); Namun, sebagian besar tidak digunakan karena HDD tidak memerlukan banyak daya. Model Seagate khusus ini menggunakan kurang dari 10 watt pada beban aktif. Kontak bertanda PC digunakan untuk biaya awal: Fitur ini memungkinkan Anda melepas dan menyambungkan hard drive saat komputer terus bekerja (ini disebut pertukaran panas).
Kontak dengan tag PWDIS memungkinkan hard drive, tetapi fungsi ini hanya didukung dari versi SATA 3.3, jadi di drive saya hanya ada saluran listrik +3.3V. Dan pin terakhir, berlabel SSU, hanya memberitahu komputer apakah hard drive mendukung teknologi spin-up berurutan. berputar terhuyung-huyung.
Sebelum komputer dapat menggunakannya, drive di dalam perangkat (yang akan segera kita lihat) harus berputar dengan kecepatan penuh. Namun jika ada banyak hard drive yang terpasang di mesin, maka permintaan daya secara bersamaan secara tiba-tiba dapat membahayakan sistem. Memutar spindel secara bertahap sepenuhnya menghilangkan kemungkinan masalah seperti itu, tetapi Anda harus menunggu beberapa detik sebelum mendapatkan akses penuh ke HDD.
Dengan melepas papan sirkuit, Anda dapat melihat bagaimana papan tersebut terhubung ke komponen di dalam perangkat. HDD tidak disegel, dengan pengecualian perangkat dengan kapasitas sangat besar - mereka menggunakan helium daripada udara karena kepadatannya jauh lebih sedikit dan menimbulkan lebih sedikit masalah pada drive dengan jumlah disk yang banyak. Di sisi lain, Anda tidak boleh memaparkan drive konvensional ke lingkungan terbuka.
Berkat penggunaan konektor tersebut, jumlah titik masuk yang memungkinkan kotoran dan debu masuk ke dalam drive diminimalkan; terdapat lubang pada wadah logam (titik putih besar di pojok kiri bawah gambar) yang memungkinkan tekanan sekitar tetap berada di dalam.
Sekarang PCB telah dilepas, mari kita lihat apa yang ada di dalamnya. Ada empat chip utama:
- LSI B64002: Chip pengontrol utama yang memproses instruksi, mentransfer aliran data masuk dan keluar, memperbaiki kesalahan, dll.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM dengan clock 800 MHz, digunakan untuk cache data
- MCKXL Halus: mengontrol motor yang memutar cakram
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB memori flash serial yang digunakan untuk menyimpan firmware drive (agak mirip BIOS komputer)
Komponen PCB pada HDD yang berbeda mungkin berbeda. Ukuran yang lebih besar memerlukan lebih banyak cache (monster paling modern dapat memiliki DDR256 hingga 3 MB), dan chip pengontrol utama mungkin sedikit lebih canggih dalam penanganan kesalahan, tetapi secara keseluruhan perbedaannya tidak terlalu besar.
Membuka drive itu mudah, cukup buka beberapa baut Torx dan voila! Kami berada di dalam...
Mengingat ini memakan sebagian besar perangkat, perhatian kita langsung tertuju pada lingkaran logam besar; mudah untuk memahami mengapa drive disebut disk. Memang benar memanggil mereka piring; terbuat dari kaca atau aluminium dan dilapisi dengan beberapa lapisan bahan berbeda. Drive 3TB ini memiliki tiga piringan, artinya 500GB harus disimpan di setiap sisi satu piringan.
Gambarnya cukup berdebu, pelat kotor seperti itu tidak sesuai dengan ketelitian desain dan manufaktur yang diperlukan untuk membuatnya. Dalam contoh HDD kami, disk aluminium itu sendiri memiliki ketebalan 0,04 inci (1 mm), tetapi dipoles sedemikian rupa sehingga tinggi rata-rata penyimpangan pada permukaan kurang dari 0,000001 inci (kira-kira 30 nm).
Lapisan dasar hanya memiliki kedalaman 0,0004 inci (10 mikron) dan terdiri dari beberapa lapisan bahan yang diendapkan pada logam. Aplikasi dilakukan dengan menggunakan diikuti oleh , mempersiapkan disk untuk bahan dasar magnet yang digunakan untuk menyimpan data digital.
Bahan ini biasanya merupakan paduan kobalt kompleks dan terdiri dari lingkaran konsentris, masing-masing memiliki lebar sekitar 0,00001 inci (kira-kira 250 nm) dan kedalaman 0,000001 inci (25 nm). Pada tingkat mikro, paduan logam membentuk butiran mirip gelembung sabun di permukaan air.
Setiap butiran mempunyai medan magnetnya sendiri, namun dapat diubah ke arah tertentu. Pengelompokan bidang tersebut menghasilkan bit data (0 dan 1). Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang topik ini, bacalah Universitas Yale. Lapisan terakhir adalah lapisan karbon untuk perlindungan, dan kemudian polimer untuk mengurangi gesekan kontak. Bersama-sama tebalnya tidak lebih dari 0,0000005 inci (12 nm).
Kita akan segera melihat mengapa wafer harus diproduksi dengan toleransi yang begitu ketat, namun masih mengejutkan untuk menyadari bahwa Anda bangga menjadi pemilik perangkat yang diproduksi dengan presisi nanometer!
Namun, mari kita kembali ke HDD itu sendiri dan melihat apa lagi yang ada di dalamnya.
Warna kuning menunjukkan penutup logam yang mengencangkan pelat dengan aman motor listrik penggerak spindel - penggerak listrik yang memutar disk. Dalam HDD ini mereka berputar pada frekuensi 7200 rpm (putaran/menit), tetapi pada model lain mereka mungkin bekerja lebih lambat. Penggerak yang lambat memiliki kebisingan dan konsumsi daya yang lebih rendah, namun kecepatannya juga lebih rendah, sedangkan penggerak yang lebih cepat dapat mencapai kecepatan 15 rpm.
Untuk mengurangi kerusakan akibat debu dan kelembapan udara, gunakanlah penyaring resirkulasi (kotak hijau), mengumpulkan partikel-partikel kecil dan menahannya di dalam. Udara yang digerakkan oleh perputaran pelat memastikan aliran konstan melalui filter. Di atas disk dan di samping filter ada satu dari tiga pemisah pelat: membantu mengurangi getaran dan menjaga aliran udara sedapat mungkin.
Di bagian kiri atas gambar, kotak biru menunjukkan salah satu dari dua magnet batang permanen. Mereka menyediakan medan magnet yang diperlukan untuk menggerakkan komponen yang ditandai dengan warna merah. Mari kita pisahkan detail ini untuk melihatnya dengan lebih baik.
Yang tampak seperti bercak putih adalah filter lain, hanya saja filter ini menyaring partikel dan gas yang masuk dari luar melalui lubang yang kita lihat di atas. Paku logam adalah tuas pergerakan kepala, di mana mereka berada kepala baca-tulis perangkat keras. Mereka bergerak dengan kecepatan luar biasa di sepanjang permukaan lempeng (atas dan bawah).
Tonton video ini dibuat oleh untuk melihat seberapa cepat mereka:
Desainnya tidak menggunakan hal seperti itu ; Untuk menggerakkan tuas, arus listrik dialirkan melalui solenoid di dasar tuas.
Secara umum mereka dipanggil , karena mereka menggunakan prinsip yang sama dengan yang digunakan pada speaker dan mikrofon untuk menggerakkan membran. Arus menghasilkan medan magnet di sekitar mereka, yang bereaksi terhadap medan yang diciptakan oleh magnet batang permanen.
Jangan lupa bahwa data melacak kecil, jadi posisi lengan harus sangat tepat, sama seperti semua hal lainnya dalam berkendara. Beberapa hard drive memiliki tuas multi-tahap yang membuat perubahan kecil pada satu bagian saja dari keseluruhan tuas.
Beberapa hard drive memiliki jalur data yang saling tumpang tindih. Teknologi ini disebut (perekaman magnetik sirap), dan persyaratan keakuratan dan pemosisiannya (yaitu, untuk terus-menerus mencapai satu titik) bahkan lebih ketat.
Di ujung paling ujung lengannya terdapat kepala baca-tulis yang sangat sensitif. HDD kami berisi 3 piringan dan 6 kepala, dan masing-masingnya sedang berenang di atas disk saat berputar. Untuk mencapai hal ini, kepala digantung pada potongan logam ultra-tipis.
Dan di sini kita dapat melihat mengapa spesimen anatomi kita mati - setidaknya salah satu kepala menjadi longgar, dan apa pun yang menyebabkan kerusakan awal juga membuat salah satu lengannya bengkok. Seluruh komponen kepala sangat kecil sehingga, seperti yang Anda lihat di bawah, sangat sulit untuk mendapatkan gambar yang bagus dengan kamera biasa.
Namun, kita dapat memisahkan masing-masing bagiannya. Blok abu-abu adalah bagian yang diproduksi khusus yang disebut "penggeser": Saat piringan berputar di bawahnya, aliran udara menciptakan gaya angkat, mengangkat kepala dari permukaan. Dan saat kami mengatakan βliftβ, yang kami maksud adalah celah yang lebarnya hanya 0,0000002 inci, atau kurang dari 5 nm.
Lebih jauh lagi, kepala tidak akan bisa mengenali perubahan medan magnet lintasan; jika kepala tergeletak di permukaan, mereka hanya akan menggores lapisannya. Inilah sebabnya mengapa Anda perlu menyaring udara di dalam wadah drive: debu dan kelembapan pada permukaan drive hanya akan merusak pikiran.
Sebuah "tiang" logam kecil di ujung kepala membantu aerodinamis secara keseluruhan. Namun untuk melihat bagian-bagian yang melakukan pembacaan dan penulisan, diperlukan foto yang lebih baik.
Pada gambar hard drive lain ini, perangkat baca/tulis berada di bawah semua sambungan listrik. Perekaman dilakukan oleh sistem (induksi film tipis, TFI), dan membaca - perangkat (perangkat terowongan magnetoresistif, TMR).
Sinyal yang dihasilkan oleh TMR sangat lemah dan harus melewati amplifier untuk meningkatkan levelnya sebelum dikirim. Chip yang bertanggung jawab untuk hal ini terletak di dekat dasar tuas pada gambar di bawah.
Sebagaimana dinyatakan dalam pengantar artikel, komponen mekanis dan prinsip pengoperasian hard drive tidak banyak berubah selama bertahun-tahun. Yang terpenting, teknologi jalur magnetis dan kepala baca-tulis ditingkatkan, menciptakan jalur yang semakin sempit dan padat, yang pada akhirnya menyebabkan peningkatan jumlah informasi yang disimpan.
Namun, hard drive mekanis memiliki batasan kecepatan yang jelas. Dibutuhkan waktu untuk memindahkan tuas ke posisi yang diinginkan, dan jika data tersebar di trek yang berbeda di piring yang berbeda, maka drive akan menghabiskan beberapa mikrodetik untuk mencari bit.
Sebelum beralih ke jenis drive lain, mari kita tunjukkan perkiraan kecepatan HDD pada umumnya. Kami menggunakan patokan untuk mengevaluasi hard drive :
Dua baris pertama menunjukkan jumlah MB per detik saat melakukan pembacaan dan penulisan berurutan (daftar panjang dan berkelanjutan) dan acak (transisi di seluruh drive). Baris berikutnya menunjukkan nilai IOPS, yaitu jumlah operasi I/O yang dilakukan setiap detik. Baris terakhir menunjukkan latensi rata-rata (waktu dalam mikrodetik) antara transmisi operasi baca atau tulis dan penerimaan nilai data.
Secara umum, kami berupaya memastikan bahwa nilai pada tiga baris pertama adalah sebesar mungkin, dan pada baris terakhir sekecil mungkin. Jangan khawatir tentang angka-angka itu sendiri, kami hanya akan menggunakannya sebagai perbandingan ketika kita melihat jenis drive lain: solid-state drive.
Sumber: www.habr.com