Iku magnetik. Iku listrik. Iku fotonik. Ora, iki dudu trio superhero anyar saka alam semesta Marvel. Iki babagan nyimpen data digital sing larang regane. Kita kudu nyimpen ing endi wae, kanthi aman lan stabil, supaya bisa ngakses lan ngganti kanthi cepet. Lali Iron Man lan Thor-kita ngomong hard drive!
Dadi ayo nyilem menyang anatomi piranti sing digunakake saiki kanggo nyimpen milyaran bit data.
Sampeyan muter kula tengen, bayi
Mekanikal panyimpenan hard drive (hard disk drive, HDD) wis standar panyimpenan kanggo komputer ing saindhenging donya kanggo luwih saka 30 taun, nanging teknologi konco iku luwih tuwa.
IBM ngrilis HDD komersial pisanan , kapasitase nganti 3,75 MB. Lan umume, liwat kabeh taun iki struktur umum drive ora diganti akeh. Isih nduweni disk sing nggunakake magnetisasi kanggo nyimpen data, lan ana piranti kanggo maca / nulis data kasebut. Wis owah Sing padha, lan kuwat banget, yaiku jumlah data sing bisa disimpen.
Ing taun 1987 bisa uga kanggo bab $350; Dina iki sampeyan bisa tuku 14 TB: ing 700 000 kaping volume.
Kita bakal ndeleng piranti sing ukurane ora padha, nanging uga cocog karo standar modern: HDD 3,5-inch Seagate Barracuda 3 TB, utamane model. , kondhang amarga ΠΈ . Drive sing kita sinau wis mati, dadi iki bakal luwih kaya otopsi tinimbang pelajaran anatomi.
SebagΓ©yan gedhΓ© hardisk yaiku cast metal. Kekuwatan ing njero piranti sajrone panggunaan aktif bisa uga cukup serius, saengga logam sing kandel nyegah mlengkung lan geter kasus kasebut. Malah HDD cilik 1,8 inci nggunakake logam minangka bahan omah, nanging biasane digawe saka aluminium tinimbang baja amarga kudu entheng.
Nguripake drive liwat, kita ndeleng papan sirkuit dicithak lan sawetara konektor. Konektor ing ndhuwur Papan digunakake kanggo motor sing muter disk, lan telung ngisor (saka kiwa menyang tengen) pin jumper sing ngijini sampeyan kanggo ngatur drive kanggo konfigurasi tartamtu, konektor data SATA (Serial ATA). , lan konektor daya SATA.
Serial ATA pisanan muncul ing taun 2000. Ing komputer desktop, iki minangka sistem standar sing digunakake kanggo nyambungake drive menyang komputer liyane. Spesifikasi format wis ngalami akèh owah-owahan, lan kita saiki nggunakake versi 3.4. Mayit hard drive kita minangka versi lawas, nanging bedane mung siji pin ing konektor daya.
Ing sambungan data, digunakake kanggo nampa lan nampa data. : Pin A + lan A- digunakake kanggo transfer instruksi lan data kanggo hard drive, lan lencana B kanggo nampa sinyal kasebut. Panggunaan konduktor sing dipasangake iki nyuda efek gangguan listrik ing sinyal kasebut, tegese piranti bisa luwih cepet.
Yen kita pirembagan bab daya, kita waca sing konektor wis pasangan saka kontak saben voltase (+3.3, +5 lan +12V); Nanging, akeh sing ora digunakake amarga HDD ora mbutuhake daya akeh. Model Seagate tartamtu iki nggunakake kurang saka 10 watt ing beban aktif. Kontak ditandhani PC digunakake kanggo precharge: Fitur iki ngidini sampeyan nyopot lan nyambungake hard drive nalika komputer terus bisa digunakake (iki diarani hot swapping).
Kontak karo tag PWDIS ngidini hard drive, nanging fungsi iki mung didhukung saka versi SATA 3.3, supaya ing drive iku mung liyane +3.3V power line. Lan pin pungkasan, kanthi label SSU, mung ngandhani komputer manawa hard drive ndhukung teknologi spin-up sing berurutan. staggered muter munggah.
Sadurunge komputer bisa digunakake, drive ing jero piranti (sing bakal kita weruh enggal) kudu muter nganti kacepetan lengkap. Nanging yen ana akeh hard drive diinstal ing mesin, banjur panjalukan daya simultaneous dumadakan bisa cilaka sistem. Mbusak spindles kanthi cepet ngilangi kemungkinan masalah kasebut, nanging sampeyan kudu ngenteni sawetara detik sadurunge entuk akses lengkap menyang HDD.
Kanthi njabut papan sirkuit, sampeyan bisa ndeleng carane nyambungake menyang komponen nang piranti. HDD ora disegel, kajaba piranti kanthi kapasitas gedhe banget - padha nggunakake helium tinimbang udhara amarga kurang kandhel lan nggawe masalah luwih sithik ing drive kanthi jumlah disk sing akeh. Ing sisih liya, sampeyan ora kudu mbukak drive konvensional menyang lingkungan sing mbukak.
Thanks kanggo panggunaan konektor kasebut, jumlah titik entri ing ngendi rereget lan bledug bisa mlebu ing drive diminimalisir; ana bolongan ing kasus logam (titik putih gedhe ing sudhut kiwa ngisor gambar) sing ngidini meksa lingkungan kanggo tetep nang.
Saiki PCB wis dicopot, ayo dideleng apa sing ana ing njero. Ana papat chip utama:
- LSI B64002: Chip pengontrol utama sing ngolah instruksi, nransfer aliran data mlebu lan metu, mbenerake kesalahan, lsp.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM kanthi jam 800 MHz, digunakake kanggo caching data
- MCKXL Gamelan: ngontrol motor sing muter cakram
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB memori flash serial digunakake kanggo nyimpen perangkat kukuh drive (mirip BIOS komputer)
Komponen PCB saka macem-macem HDD bisa beda-beda. Ukuran luwih gedhe mbutuhake cache liyane (monster paling modern bisa duwe nganti 256 MB DDR3), lan chip controller utama bisa dadi sethitik liyane canggih ing kesalahan nangani, nanging sakabèhé beda ora sing gedhe.
Mbukak drive gampang, mung unscrew sawetara Torx bolt lan voila! Kita ing njero ...
Amarga njupuk akeh piranti, perhatian kita langsung ditarik menyang bunder logam gedhe; iku gampang kanggo ngerti apa drive disebut disk. Iku bener kanggo nelpon wong piring; lagi digawe saka kaca utawa aluminium lan ditutupi karo sawetara lapisan saka bahan beda. Drive 3TB iki nduweni telung piring, tegese 500GB kudu disimpen ing saben sisih siji piring.
Gambar kasebut cukup bledug, piring kotor kasebut ora cocog karo presisi desain lan manufaktur sing dibutuhake kanggo nggawe. Ing conto HDD kita, disk aluminium dhewe 0,04 inci (1 mm) nglukis, nanging polesan kanggo kuwi ombone sing dhuwur rata-rata panyimpangan ing lumahing kurang saka 0,000001 inci (kira-kira 30 nm).
Lapisan dhasar mung jero 0,0004 inci (10 mikron) lan kasusun saka pirang-pirang lapisan bahan sing disimpen ing logam. Aplikasi wis rampung nggunakake ditututi karo , nyiapake disk kanggo bahan magnetik dhasar sing digunakake kanggo nyimpen data digital.
Materi iki biasane minangka campuran kobalt sing kompleks lan kasusun saka bunderan konsentris, saben ambane kira-kira 0,00001 inci (kira-kira 250 nm) lan jero 0,000001 inci (25 nm). Ing tingkat mikro, paduan logam mbentuk butir sing padha karo gelembung sabun ing permukaan banyu.
Saben gandum nduweni medan magnet dhewe, nanging bisa diowahi ing arah tartamtu. Ngelompokake kolom kasebut ngasilake bit data (0s lan 1s). Yen sampeyan pengin sinau luwih lengkap babagan topik iki, banjur waca Universitas Yale. Lapisan pungkasan yaiku lapisan karbon kanggo proteksi, lan banjur polimer kanggo nyuda gesekan kontak. Bareng padha ora luwih saka 0,0000005 inci (12 nm) nglukis.
Kita bakal weruh kenapa wafer kudu digawe kanthi toleransi sing ketat, nanging isih nggumunake. Sampeyan bisa dadi pemilik bangga piranti sing diprodhuksi kanthi presisi nanometer!
Nanging, ayo bali menyang HDD dhewe lan deleng apa wae sing ana.
Werna kuning nuduhake tutup logam sing aman fastens piring kanggo motor listrik penggerak spindle - drive listrik sing muter disk. Ing HDD iki padha muter ing frekuensi saka 7200 rpm (revolusi / min), nanging ing model liyane padha bisa luwih alon. Drive alon duwe gangguan lan konsumsi daya sing luwih murah, nanging uga kacepetan sing luwih murah, dene drive sing luwih cepet bisa tekan kecepatan 15 rpm.
Kanggo nyuda karusakan sing disebabake dening bledug lan kelembapan udara, gunakake saringan resirkulasi (kotak ijo), ngumpulake partikel cilik lan ditahan ing njero. Air dipindhah dening rotasi piring njamin aliran pancet liwat Filter. Ndhuwur cakram lan ing jejere saringan ana siji saka telu pemisah piring: mbantu nyuda getaran lan njaga aliran udara sabisa.
Ing sisih kiwa ndhuwur gambar, kothak biru nuduhake salah siji saka rong magnet bar permanen. Dheweke nyedhiyakake medan magnet sing dibutuhake kanggo mindhah komponen sing dituduhake kanthi warna abang. Ayo misahake rincian kasebut supaya bisa ndeleng luwih apik.
Sing katon kaya tembelan putih yaiku saringan liyane, mung iki nyaring partikel lan gas sing mlebu saka njaba liwat bolongan sing kita deleng ing ndhuwur. Paku logam yaiku tuas gerakan sirah, kang padha dumunung maca-nulis sirah hard drive. Padha mindhah kanthi cepet ing permukaan piring (ndhuwur lan ngisor).
Nonton video iki digawe dening kanggo ndeleng carane cepet padha:
Desain ora nggunakake apa-apa kaya ; Kanggo mindhah tuas, arus listrik dilewati liwat solenoid ing dasar tuas.
UmumΓ© diarani , amarga padha nggunakake prinsip padha digunakake ing speaker lan mikropon kanggo mindhah membran. Arus iki ngasilake medan magnet ing sakubenge, sing bereaksi karo medan sing digawe dening magnet bar permanen.
Aja lali sing data trek cilik, supaya posisi lengen kudu pas banget, kaya kabeh liyane ing drive. Sawetara hard drive duwe tuas multi-tataran sing nggawe owah-owahan cilik ing arah mung siji bagΓ©an saka kabeh tuas.
Sawetara hard drive duwe trek data sing tumpang tindih. Teknologi iki diarani (rekaman Magnetik shingled), lan syarat kanggo akurasi lan posisi (yaiku, kanggo terus-terusan mencet siji titik) malah luwih kenceng.
Ing pungkasan lengen ana sirah maca-tulis sing sensitif banget. HDD kita ngemot 3 piring lan 6 kepala, lan saben-saben ngambang ndhuwur disk nalika muter. Kanggo entuk iki, kepala digantung ing jalur logam ultra-tipis.
Lan ing kene kita bisa ndeleng sebabe spesimen anatomi kita mati - paling ora salah siji saka kepala dadi ngeculke, lan apa wae sing nyebabake karusakan awal uga mbengkongake salah sawijining lengen. Komponen sirah kabeh cilik banget, kaya sing sampeyan deleng ing ngisor iki, angel banget kanggo njupuk gambar sing apik karo kamera biasa.
Nanging, kita bisa misahake bagean individu. Blok abu-abu minangka bagean sing digawe khusus sing diarani "slider": Nalika cakram muter ing ngisor, aliran udara nggawe angkat, ngangkat sirah saka permukaan. Lan nalika kita ngomong "ngangkat," tegese celah sing mung 0,0000002 inci, utawa kurang saka 5 nm.
Luwih, lan kepala ora bakal bisa ngenali owah-owahan ing Magnetik kothak trek; yen sirah padha lying ing lumahing, padha mung bakal ngeruk lapisan. Mulane sampeyan kudu nyaring udhara ing kasus drive: bledug lan Kelembapan ing lumahing drive mung bakal break sirah.
"Pole" logam cilik ing mburi sirah mbantu aerodinamika sakabèhé. Nanging, kanggo ndeleng bagean sing maca lan nulis, kita butuh foto sing luwih apik.
Ing gambar hard drive liyane iki, piranti maca / nulis ana ing sangisore kabeh sambungan listrik. Rekaman ditindakake dening sistem (induksi film tipis, TFI), lan maca - piranti (tunneling magnetoresistive device, TMR).
Sinyal sing diprodhuksi dening TMR lemah banget lan kudu dilewati liwat amplifier kanggo nambah level sadurunge dikirim. Chip sing tanggung jawab kanggo iki dumunung ing cedhak dhasar tuas ing gambar ing ngisor iki.
Kaya sing kasebut ing introduksi artikel kasebut, komponen mekanik lan prinsip operasi hard drive wis owah-owahan sethithik sajrone pirang-pirang taun. Paling kabeh, teknologi trek magnetik lan kepala maca-tulis wis apik, nggawe trek sing saya sempit lan padhet, sing pungkasane nyebabake tambah akeh informasi sing disimpen.
Nanging, hard drive mekanik duwe watesan kacepetan sing jelas. Butuh wektu kanggo mindhah tuas menyang posisi sing dipengini, lan yen data kasebar ing trek beda ing macem-macem piring, drive bakal nglampahi sawetara microseconds nggoleki bit.
Sadurunge pindhah menyang jinis drive liyane, ayo nuduhake kacepetan kira-kira HDD khas. Kita nggunakake pathokan kanggo ngevaluasi hard drive :
Rong baris pisanan nuduhake nomer MB per detik nalika nindakake sekuensial (dawa, dhaptar terus-terusan) lan acak (transisi ing kabeh drive) maca lan nulis. Baris sabanjure nuduhake nilai IOPS, yaiku jumlah operasi I / O sing ditindakake saben detik. Baris pungkasan nuduhake latensi rata-rata (wektu ing mikrodetik) antarane ngirim operasi maca utawa nulis lan nampa nilai data.
UmumΓ©, kita usaha kanggo mesthekake yen nilai ing telung baris pisanan minangka gedhe sabisa, lan ing baris pungkasan minangka cilik sabisa. Aja padha sumelang ing bab nomer dhewe, kita mung bakal digunakake kanggo comparison nalika kita katon ing jinis drive liyane: ngalangi-negara drive.
Source: www.habr.com