Það er segulmagnaðir. Það er rafmagn. Það er photonic. Nei, þetta er ekki nýtt ofurhetjutríó úr Marvel alheiminum. Þetta snýst um að geyma dýrmæt stafræn gögn okkar. Við þurfum að geyma þær einhvers staðar, öruggar og stöðugar, svo við getum nálgast þær og breytt þeim á örskotsstundu. Gleymdu Iron Man og Thor - við erum að tala um harða diska!
Svo skulum við kafa ofan í líffærafræði tækjanna sem við notum í dag til að geyma milljarða gagnabita.
Þú snýrð mér beint, elskan
Vélræn geymsla á harða disknum (harður diskur, HDD) hefur verið geymslustaðall fyrir tölvur um allan heim í meira en 30 ár, en tæknin á bakvið það er miklu eldri.
IBM gaf út fyrsta HDD í auglýsingunni , getu þess var allt að 3,75 MB. Og almennt séð hefur almenn uppbygging akstursins ekki breyst mikið í öll þessi ár. Það hefur enn diska sem nota segulmagn til að geyma gögn og það eru tæki til að lesa/skrifa þessi gögn. Breytt Sama, og mjög sterkt, er magn gagna sem hægt er að geyma á þeim.
Árið 1987 var það mögulegt fyrir um $350; Í dag þú getur keypt 14 TB: í 700 000 sinnum hljóðstyrkinn.
Við munum skoða tæki sem er ekki nákvæmlega í sömu stærð, en líka þokkalegt miðað við nútíma staðla: 3,5 tommu HDD Seagate Barracuda 3 TB, sérstaklega líkanið , alræmd fyrir það и . Drifið sem við erum að rannsaka er þegar dautt, svo þetta verður meira eins og krufning en líffærafræðikennsla.
Stærstur hluti harða disksins er steyptur málmur. Kraftarnir inni í tækinu við virka notkun geta verið nokkuð alvarlegir, þannig að þykkur málmur kemur í veg fyrir beygingu og titring í hulstrinu. Jafnvel örsmáir 1,8 tommu harðdiskar nota málm sem hýsingarefni, en þeir eru venjulega gerðir úr áli frekar en stáli því þeir þurfa að vera eins léttir og mögulegt er.
Þegar drifinu er snúið við sjáum við prentað hringrásarborð og nokkur tengi. Tengið efst á borðinu er notað fyrir mótorinn sem snýr diskunum og þrír neðstu (frá vinstri til hægri) eru jumper pinnar sem gera þér kleift að stilla drifið fyrir ákveðnar stillingar, SATA (Serial ATA) gagnatengi , og SATA rafmagnstengi.
Serial ATA kom fyrst fram árið 2000. Í borðtölvum er þetta staðlaða kerfið sem notað er til að tengja drif við restina af tölvunni. Sniðslýsingin hefur gengist undir margar endurskoðanir og við erum núna að nota útgáfu 3.4. Harða diskurinn okkar er eldri útgáfa, en munurinn er aðeins einn pinna í rafmagnstenginu.
Í gagnatengingum er það notað til að taka á móti og taka á móti gögnum. : Pinnar A+ og A- eru notaðar fyrir flytja leiðbeiningar og gögn á harða diskinn, og pinnar B eru fyrir fá þessi merki. Þessi notkun pöraðra leiðara dregur verulega úr áhrifum rafhljóðs á merkið, sem þýðir að tækið getur starfað hraðar.
Ef við tölum um afl, sjáum við að tengið hefur par af tengiliðum af hverri spennu (+3.3, +5 og +12V); þó eru flestir þeirra ekki notaðir vegna þess að harðdiskar þurfa ekki mikið afl. Þessi tiltekna Seagate módel notar minna en 10 vött undir virku álagi. Tengiliðir merktir PC eru notaðir fyrir forhleðsla: Þessi eiginleiki gerir þér kleift að fjarlægja og tengja harða diskinn á meðan tölvan heldur áfram að virka (þetta er kallað heit skipti).
Snerting við PWDIS tag leyfir harður diskur, en þessi aðgerð er aðeins studd frá útgáfu SATA 3.3, þannig að í disknum mínum er það bara önnur +3.3V raflína. Og síðasti pinninn, merktur SSU, segir tölvunni einfaldlega hvort harði diskurinn styður raðbundna snúningstækni. skjögur snúningur upp.
Áður en tölvan getur notað þá verða drif inni í tækinu (sem við munum sjá fljótlega) að snúast upp á fullan hraða. En ef það eru margir harðir diskar uppsettir í vélinni, þá getur skyndileg samtímis orkubeiðni skaðað kerfið. Með því að snúa spindlunum smám saman upp er alveg möguleikinn á slíkum vandamálum útilokaður, en þú verður að bíða í nokkrar sekúndur áður en þú færð fullan aðgang að HDD.
Með því að fjarlægja hringrásarborðið geturðu séð hvernig það tengist íhlutunum inni í tækinu. HDD ekki innsiglað, að undanskildum tækjum með mjög stóra afkastagetu - þeir nota helíum í stað lofts vegna þess að það er miklu minna þétt og skapar færri vandamál í drifum með miklum fjölda diska. Á hinn bóginn ættir þú ekki að afhjúpa hefðbundna drif fyrir opnu umhverfi.
Þökk sé notkun á slíkum tengjum er fjöldi inngangsstaða sem óhreinindi og ryk geta komist inn í drifið í lágmarki; það er gat á málmhylkinu (stóri hvíti punkturinn í neðra vinstra horni myndarinnar) sem gerir umhverfisþrýstingnum kleift að vera inni.
Nú þegar PCB er fjarlægt skulum við kíkja á hvað er inni. Það eru fjórir aðalflögur:
- LSI B64002: Aðalstýringarkubbur sem vinnur leiðbeiningar, flytur gagnastrauma inn og út, leiðréttir villur o.fl.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM klukkað á 800 MHz, notað fyrir skyndiminni gagna
- Smooth MCKXL: stjórnar mótornum sem snýr diskunum
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB af serial flash minni notað til að geyma fastbúnað drifsins (svolítið eins og BIOS tölvunnar)
PCB íhlutir mismunandi HDDs geta verið mismunandi. Stærri stærðir krefjast meira skyndiminni (nútímalegustu skrímslin geta haft allt að 256 MB af DDR3), og aðalstýringarkubburinn gæti verið aðeins flóknari í villumeðferð, en í heildina er munurinn ekki svo mikill.
Það er auðvelt að opna drifið, skrúfaðu bara af nokkrum Torx boltum og voila! Við erum inni...
Í ljósi þess að það tekur upp meginhluta tækisins er athygli okkar strax vakin á stóra málmhringnum; það er auðvelt að skilja hvers vegna drif eru kölluð diskur. Það er rétt að hringja í þá plötur; þau eru úr gleri eða áli og húðuð með nokkrum lögum af mismunandi efnum. Þetta 3TB drif hefur þrjá diska, sem þýðir að 500GB ætti að vera geymt á hvorri hlið á einum diski.
Myndin er frekar rykug, svo óhreinar plötur passa ekki við nákvæmni hönnunar og framleiðslu sem þarf til að gera þær. Í HDD dæminu okkar er áldiskurinn sjálfur 0,04 tommur (1 mm) þykkur, en svo fágaður að meðalhæð frávikanna á yfirborðinu er minni en 0,000001 tommur (u.þ.b. 30 nm).
Grunnlagið er aðeins 0,0004 tommur (10 míkron) djúpt og samanstendur af mörgum lögum af efnum sem sett eru á málminn. Umsókn er gerð með því að nota fylgt af , undirbúa diskinn fyrir grunn segulmagnaðir efni sem notuð eru til að geyma stafræn gögn.
Þetta efni er venjulega flókið kóbaltblendi og samanstendur af sammiðja hringjum, hver um sig um það bil 0,00001 tommur (um það bil 250 nm) breiður og 0,000001 tommur (25 nm) djúpur. Á örstigi mynda málmblöndur korn svipað og sápukúlur á yfirborði vatns.
Hvert korn hefur sitt eigið segulsvið en hægt er að umbreyta því í ákveðna átt. Hópur slíkra reita leiðir til gagnabita (0s og 1s). Ef þú vilt læra meira um þetta efni, lestu þá Yale háskólinn. Endanleg húðun er lag af kolefni til verndar, og síðan fjölliða til að draga úr snerti núningi. Saman eru þeir ekki meira en 0,0000005 tommur (12 nm) þykkir.
Við munum fljótlega sjá hvers vegna obláturnar verða að vera framleiddar með svo þröngum vikmörkum, en það kemur samt á óvart að átta sig á því Þú getur orðið stoltur eigandi tækis framleitt með nanómetra nákvæmni!
Hins vegar skulum við fara aftur í harða diskinn sjálfan og sjá hvað fleira er í honum.
Guli liturinn sýnir málmhlífina sem festir plötuna örugglega við snældadrifinn rafmótor - rafdrif sem snýr diskunum. Í þessum HDD snúa þeir á 7200 rpm (snúningum/mín.) en í öðrum gerðum geta þeir virkað hægar. Hægar drif hafa minni hávaða og orkunotkun, en einnig minni hraða, en hraðari drif geta náð 15 snúninga á mínútu.
Til að draga úr skemmdum af völdum ryks og raka í lofti, notaðu endurrásarsía (grænn ferningur), safna litlum ögnum og halda þeim inni. Loft sem hreyfist með snúningi plötunnar tryggir stöðugt flæði í gegnum síuna. Fyrir ofan diskana og við hliðina á síunni er einn af þremur plötuskiljur: hjálpar til við að draga úr titringi og viðhalda loftflæði eins jafnt og mögulegt er.
Í efri vinstri hluta myndarinnar gefur blái ferningurinn til kynna annan af tveimur varanlegum stöngum seglum. Þeir veita segulsviðið sem þarf til að hreyfa íhlutinn sem er sýndur með rauðu. Við skulum aðskilja þessar upplýsingar til að sjá þær betur.
Það sem lítur út eins og hvítur blettur er önnur sía, aðeins þessi síar út agnir og lofttegundir sem berast utan frá í gegnum gatið sem við sáum fyrir ofan. Metal toppar eru höfuðhreyfingarstangir, þar sem þeir eru staðsettir lesa-skrifa höfuð harður diskur. Þeir hreyfast á gríðarlegum hraða eftir yfirborði flekanna (efri og neðri).
Horfðu á þetta myndband búið til af til að sjá hversu fljótir þeir eru:
Hönnunin notar ekki neitt eins ; Til að færa stangirnar er rafstraumur látinn fara í gegnum segulloka neðst á stöngunum.
Almennt eru þeir kallaðir , vegna þess að þeir nota sömu reglu og notuð eru í hátölurum og hljóðnemum til að færa himnur. Straumurinn myndar segulsvið í kringum þá, sem bregst við sviðinu sem varanlegu stangarseglarnir skapa.
Ekki gleyma því að gögn fylgja pínulítið, þannig að staðsetning handleggjanna verður að vera einstaklega nákvæm, rétt eins og allt annað í drifinu. Sumir harðir diskar eru með fjölþrepa stöngum sem gera litlar breytingar í átt að aðeins einum hluta af allri stönginni.
Sumir harðir diskar eru með gagnaspor sem skarast hvert annað. Þessi tækni er kölluð (shingled segulmagnaðir upptökur), og kröfur hennar um nákvæmni og staðsetningu (þ.e. að slá stöðugt í eitt stig) eru enn strangari.
Allra aftast á handleggjunum eru mjög viðkvæm les- og skrifhaus. HDD okkar inniheldur 3 diska og 6 höfuð, og hvert þeirra flýtur fyrir ofan diskinn þegar hann snýst. Til að ná þessu eru hausarnir hengdir á ofurþunnar málmræmur.
Og hér getum við séð hvers vegna líffærafræðilega eintakið okkar dó - að minnsta kosti eitt höfuðið losnaði, og hvað sem olli fyrstu skemmdunum beygði líka annan handlegginn. Allur höfuðhluturinn er svo lítill að eins og sjá má hér að neðan er mjög erfitt að ná góðri mynd af honum með venjulegri myndavél.
Hins vegar getum við tekið einstaka hluta í sundur. Grái kubburinn er sérframleiddur hluti sem kallast "renna": Þegar diskurinn snýst undir honum skapar loftflæðið lyftingu og lyftir hausnum af yfirborðinu. Og þegar við segjum „lyftingar“ er átt við bil sem er aðeins 0,0000002 tommur á breidd, eða minna en 5 nm.
Lengra, og höfuðin munu ekki geta greint breytingar á segulsviði brautarinnar; ef hausarnir lægju á yfirborðinu myndu þeir einfaldlega klóra húðina. Þess vegna þarftu að sía loftið inni í drifhylkinu: ryk og raki á yfirborði drifsins mun einfaldlega brjóta hausana.
Pínulítill málm "stöng" á enda höfuðsins hjálpar við heildar loftaflfræði. Hins vegar, til að sjá hlutana sem gera lesturinn og ritunina, þurfum við betri mynd.
Í þessari mynd af öðrum harða diski eru les-/skriftækin undir öllum raftengingum. Upptaka fer fram af kerfinu (thunn film induction, TFI), og lestur - tæki (göng segulmótunartæki, TMR).
Merkin sem TMR framleiðir eru mjög veik og verða að fara í gegnum magnara til að auka magn áður en þau eru send. Kubburinn sem ber ábyrgð á þessu er staðsettur nálægt botni stanganna á myndinni hér að neðan.
Eins og fram kemur í inngangi greinarinnar hafa vélrænni íhlutir og rekstrarregla harða disksins lítið breyst í gegnum árin. Mest af öllu var tækni segulbrauta og les- og ritunarhausa bætt og skapað sífellt þrengri og þéttari brautir, sem að lokum leiddi til aukins magns geymdra upplýsinga.
Hins vegar hafa vélrænir harðir diskar augljósar hraðatakmarkanir. Það tekur tíma að færa stangirnar í þá stöðu sem óskað er eftir og ef gögnunum er dreift um mismunandi brautir á mismunandi diskum, þá mun drifið eyða allmörgum míkrósekúndum í að leita að bitum.
Áður en farið er yfir í aðra tegund drifs skulum við gefa til kynna áætlaða hraða dæmigerðs HDD. Við notuðum viðmiðið til að meta harða diskinn :
Fyrstu tvær línurnar gefa til kynna fjölda MB á sekúndu þegar lesið er og skrifað í röð (langur, samfelldur listi) og tilviljunarkenndur (breytingar um allt drifið). Næsta lína sýnir IOPS gildi, sem er fjöldi I/O aðgerða sem gerðar eru á hverri sekúndu. Síðasta línan sýnir meðaltöf (tími í míkrósekúndum) frá því að les- eða skrifaðgerð er send og þar til gagnagildin eru móttekin.
Almennt kappkostum við að tryggja að gildin í fyrstu þremur línunum séu eins stór og mögulegt er og í síðustu línunni eins lítil og mögulegt er. Ekki hafa áhyggjur af tölunum sjálfum, við notum þær bara til samanburðar þegar við skoðum aðra tegund drifs: solid-state drifið.
Heimild: www.habr.com