Ол магнитті. Ол электрлік. Бұл фотоникалық. Жоқ, бұл Marvel әлемінің жаңа суперқаһарман триосы емес. Бұл біздің құнды цифрлық деректерімізді сақтау туралы. Біз оларға көзді ашып-жұмғанша қол жеткізе алатын және өзгерте алатындай қауіпсіз және тұрақты сақтауымыз керек. Темір адам мен Торды ұмытыңыз - біз қатты дискілер туралы айтып жатырмыз!
Сонымен, қазір миллиардтаған бит деректерді сақтау үшін қолданатын құрылғылардың анатомиясына сүңгіп көрейік.
Сен мені айналдырасың, балақай
Механикалық қатты дискіні сақтау (қатты диск, HDD) 30 жылдан астам бүкіл әлем бойынша компьютерлер үшін сақтау стандарты болды, бірақ оның артындағы технология әлдеқайда ескі.
IBM компаниясы бірінші коммерциялық HDD шығарды , оның сыйымдылығы 3,75 МБ болды. Жалпы алғанда, осы жылдар ішінде жетектің жалпы құрылымы айтарлықтай өзгерген жоқ. Онда әлі де деректерді сақтау үшін магниттеуді пайдаланатын дискілер бар және сол деректерді оқу/жазу үшін құрылғылар бар. Өзгертілді Бірдей және өте күшті, оларда сақтауға болатын деректер көлемі.
1987 жылы мүмкін болды шамамен 350 долларға; Бүгін сіз 14 ТБ сатып ала аласыз: жылы 700 000 көлемінен есе.
Біз дәл бірдей өлшемді емес, сонымен қатар заманауи стандарттар бойынша лайықты құрылғыны қарастырамыз: 3,5 дюймдік HDD Seagate Barracuda 3 TB, атап айтқанда, модель , өзінің атымен танымал и . Біз зерттеп жатқан диск қазірдің өзінде өлі, сондықтан бұл анатомия сабағынан гөрі аутопсия сияқты болады.
Қатты дискінің негізгі бөлігін құйылған металл құрайды. Белсенді пайдалану кезінде құрылғының ішіндегі күштер айтарлықтай ауыр болуы мүмкін, сондықтан қалың металл корпустың майысуын және дірілдеуін болдырмайды. Тіпті кішкентай 1,8 дюймдік қатты дискілер металлды корпус материалы ретінде пайдаланады, бірақ олар әдетте болаттан емес, алюминийден жасалған, өйткені олар мүмкіндігінше жеңіл болуы керек.
Дискіні аударып, біз басып шығарылған схеманы және бірнеше қосқышты көреміз. Тақтаның жоғарғы жағындағы қосқыш дискілерді айналдыратын қозғалтқыш үшін пайдаланылады, ал төменгі үшеуі (солдан оңға қарай) дискіні белгілі бір конфигурациялар үшін конфигурациялауға мүмкіндік беретін секіргіш түйреуіштер, SATA (Serial ATA) деректер қосқышы. , және SATA қуат қосқышы.
Serial ATA алғаш рет 2000 жылы пайда болды. Үстелдік компьютерлерде бұл дискілерді компьютердің қалған бөлігіне қосу үшін қолданылатын стандартты жүйе. Пішім спецификациясы көптеген түзетулерден өтті және біз қазір 3.4 нұсқасын пайдаланудамыз. Біздің қатты дискінің мәйіті ескі нұсқасы, бірақ айырмашылығы қуат қосқышындағы бір түйреуіш.
Деректер қосылымдарында ол деректерді қабылдау және қабылдау үшін қолданылады. : A+ және A- түйреуіштері үшін пайдаланылады ауыстыру нұсқаулар мен деректерді қатты дискіге және B түйреуіштеріне арналған қабылдау бұл сигналдар. Жұптастырылған өткізгіштерді осылай пайдалану электр шуының сигналға әсерін айтарлықтай азайтады, яғни құрылғы жылдамырақ жұмыс істей алады.
Егер қуат туралы айтатын болсақ, қосқышта әрбір кернеудің (+3.3, +5 және +12В) жұп контактілері бар екенін көреміз; дегенмен, олардың көпшілігі пайдаланылмайды, себебі қатты дискілер көп қуатты қажет етпейді. Бұл ерекше Seagate моделі белсенді жүктеме кезінде 10 ватттан аз қуат пайдаланады. ДК белгіленген контактілер үшін пайдаланылады алдын ала зарядтау: Бұл мүмкіндік компьютер жұмысын жалғастырған кезде қатты дискіні алып тастауға және қосуға мүмкіндік береді (бұл деп аталады ыстық ауыстыру).
PWDIS тегімен байланысуға мүмкіндік береді қатты диск, бірақ бұл функцияға тек SATA 3.3 нұсқасынан қолдау көрсетіледі, сондықтан менің дискімде бұл жай ғана +3.3 В электр желісі. Ал SSU деп белгіленген соңғы түйреуіш компьютерге қатты диск дәйекті айналдыру технологиясын қолдайтын-қолдамайтынын айтады. секіру.
Компьютер оларды пайдаланбас бұрын, құрылғының ішіндегі дискілер (жақында көретін боламыз) толық жылдамдыққа дейін айналуы керек. Бірақ машинада көптеген қатты дискілер орнатылған болса, кенеттен бір уақытта қуат сұрауы жүйеге зиян келтіруі мүмкін. Шпиндельдерді бірте-бірте айналдыру мұндай ақаулардың пайда болу мүмкіндігін толығымен жояды, бірақ қатты дискіге толық қол жеткізу үшін бірнеше секунд күту керек.
Тақтаны алып тастау арқылы оның құрылғының ішіндегі компоненттерге қалай қосылатынын көруге болады. HDD мөрленбеген, өте үлкен сыйымдылығы бар құрылғыларды қоспағанда - олар ауаның орнына гелийді пайдаланады, себебі ол әлдеқайда аз тығыз және дискілердің үлкен саны бар дискілерде проблемаларды азайтады. Екінші жағынан, кәдімгі дискілерді ашық ортаға шығармау керек.
Осындай қосқыштарды пайдаланудың арқасында диск ішіне кір мен шаң кіретін кіру нүктелерінің саны барынша азайтылады; металл корпуста (суреттің төменгі сол жақ бұрышындағы үлкен ақ нүкте) сыртқы қысымның ішінде қалуға мүмкіндік беретін тесік бар.
Енді ПХД жойылғаннан кейін оның ішінде не бар екенін көрейік. Төрт негізгі чип бар:
- LSI B64002: Нұсқауларды өңдейтін, деректер ағындарын кіріс және шығыс тасымалдайтын, қателерді түзететін және т.б. негізгі контроллер чипі.
- Samsung K4T51163QJ: 64 МГц жиілігі бар 2 МБ DDR800 SDRAM, деректерді кэштеу үшін пайдаланылады
- Smooth MCKXL: дискілерді айналдыратын қозғалтқышты басқарады
- Winbond 25Q40BWS05: дискінің микробағдарламасын сақтау үшін пайдаланылатын 500 КБ сериялық флэш-жад (біраз компьютердің BIOS сияқты)
Әртүрлі қатты дискілердің ПХД құрамдастары әртүрлі болуы мүмкін. Үлкенірек өлшемдер көбірек кэшті қажет етеді (ең заманауи құбыжықтар 256 Мбайт DDR3-ке дейін болуы мүмкін) және негізгі контроллер чипі қателерді өңдеуде біршама күрделірек болуы мүмкін, бірақ жалпы айырмашылықтар соншалықты үлкен емес.
Дискіні ашу оңай, жай ғана бірнеше Torx болттарын бұрап алыңыз! Біз іште...
Құрылғының негізгі бөлігін алатынын ескере отырып, біздің назарымыз бірден үлкен металл шеңберге аударылады; дискілердің неліктен шақырылғанын түсіну оңай диск. Оларды шақыру дұрыс пластиналар; олар шыныдан немесе алюминийден жасалған және әртүрлі материалдардың бірнеше қабаттарымен қапталған. Бұл 3 ТБ дискісінде үш тақта бар, яғни бір табақтың әр жағында 500 ГБ сақтау керек.
Сурет айтарлықтай шаңды, мұндай лас тақтайшалар оларды жасау үшін қажетті дизайн мен өндіріс дәлдігіне сәйкес келмейді. Біздің HDD мысалымызда алюминий дискінің өзі қалыңдығы 0,04 дюйм (1 мм), бірақ бетіндегі ауытқулардың орташа биіктігі 0,000001 дюймден (шамамен 30 нм) аз болатындай жылтыратылған.
Негізгі қабат небәрі 0,0004 дюйм (10 микрон) тереңдікте және металға салынған материалдардың бірнеше қабаттарынан тұрады. Қолданба көмегімен орындалады ілесуші , дискіні сандық деректерді сақтау үшін пайдаланылатын негізгі магниттік материалдарға дайындау.
Бұл материал әдетте күрделі кобальт қорытпасы болып табылады және әрқайсысы шамамен 0,00001 дюйм (шамамен 250 нм) және тереңдігі 0,000001 дюйм (25 нм) болатын концентрлік шеңберлерден тұрады. Микро деңгейде металл қорытпалары су бетіндегі сабын көпіршіктеріне ұқсас түйіршіктер түзеді.
Әрбір дәннің өзінің магнит өрісі бар, бірақ ол берілген бағытта түрленуі мүмкін. Мұндай өрістерді топтау деректер биттерін (0 және 1) береді. Егер сіз осы тақырып туралы көбірек білгіңіз келсе, оқыңыз Йель университеті. Соңғы жабындар қорғаныс үшін көміртегі қабаты, содан кейін контакт үйкелісін азайту үшін полимер болып табылады. Олардың қалыңдығы 0,0000005 дюймден (12 нм) аспайды.
Жақында біз вафельді неліктен осындай қатаң төзімділікпен жасау керектігін көреміз, бірақ мұны түсіну әлі де таңқаларлық. Сіз нанометрлік дәлдікпен жасалған құрылғының мақтаныш иесі бола аласыз!
Дегенмен, қатты дискінің өзіне оралып, оның ішінде тағы не бар екенін көрейік.
Сары түс пластинаны мықтап бекітетін металл қақпақты көрсетеді шпиндельді жетекті электр қозғалтқышы — дискілерді айналдыратын электр жетегі. Бұл қатты дискіде олар 7200 айн/мин жиілікте айналады, бірақ басқа үлгілерде олар баяу жұмыс істеуі мүмкін. Баяу дискілердің шуы мен қуат тұтынуы төмен, сонымен қатар жылдамдығы төмен, ал жылдамырақ жетектер 15 000 айн/мин жылдамдыққа жете алады.
Шаң мен ауа ылғалдығы әсерінен болатын зақымдануды азайту үшін пайдаланыңыз рециркуляция сүзгісі (жасыл шаршы), ұсақ бөлшектерді жинап, ішінде ұстау. Пластиналардың айналуы арқылы қозғалатын ауа сүзгі арқылы тұрақты ағынды қамтамасыз етеді. Дискілердің үстінде және сүзгінің жанында үшеуінің бірі бар пластиналық сепараторлар: дірілді азайтуға және ауа ағынын мүмкіндігінше біркелкі ұстауға көмектеседі.
Кескіннің жоғарғы сол жақ бөлігіндегі көк шаршы екі тұрақты магниттің бірін көрсетеді. Олар қызыл түспен көрсетілген компонентті жылжыту үшін қажетті магнит өрісін қамтамасыз етеді. Оларды жақсырақ көру үшін осы мәліметтерді бөліп көрейік.
Ақ патчқа ұқсайтын нәрсе - бұл басқа сүзгі, тек осы ғана жоғарыда көрген тесік арқылы сырттан кіретін бөлшектер мен газдарды сүзеді. Металл шыбықтары бас қозғалысының тұтқалары, олар орналасқан оқу-жазу бастары қатты диск. Олар пластиналардың бетінде (жоғарғы және төменгі) үлкен жылдамдықпен қозғалады.
жасаған осы бейнені қараңыз олардың қаншалықты жылдам екенін көру үшін:
Дизайн ұқсас ештеңені пайдаланбайды ; Рычагтарды жылжыту үшін рычагтардың түбіндегі соленоид арқылы электр тогы өтеді.
Жалпы олар деп аталады , өйткені олар мембраналарды жылжыту үшін динамиктер мен микрофондарда қолданылатын бірдей принципті пайдаланады. Ток олардың айналасында магнит өрісін тудырады, ол тұрақты жолақ магниттерімен жасалған өріске әрекет етеді.
Деректер тректерін ұмытпаңыз кішкентай, сондықтан қолдардың орналасуы жетектегі барлық басқалар сияқты өте дәл болуы керек. Кейбір қатты дискілерде бүкіл тұтқаның тек бір бөлігінің бағытында шағын өзгерістер жасайтын көп сатылы тұтқалар бар.
Кейбір қатты дискілерде бір-бірімен қабаттасатын деректер жолдары бар. Бұл технология деп аталады (Шифрленген магнитті жазу) және оның дәлдік пен позицияға қойылатын талаптары (яғни, бір нүктені үнемі соғу) одан да қатаң.
Қолдың ең соңында өте сезімтал оқу-жазу бастары бар. Біздің қатты дискіде 3 пластина мен 6 бас бар және олардың әрқайсысында өзгермелі айналу кезінде дискінің үстінде. Бұған қол жеткізу үшін бастар өте жұқа металл жолақтарға ілінеді.
Міне, біз анатомиялық үлгіміздің неліктен өлгенін көре аламыз - кем дегенде бір бас босап қалды, ал бастапқы зақым келтірген нәрсе қолдың біреуін бүгіп қалды. Бүкіл бас құрамдас бөлігі соншалықты кішкентай, төменде көріп отырғаныңыздай, қарапайым камерамен оның жақсы суретін алу өте қиын.
Дегенмен, біз жеке бөліктерді бөліп аламыз. Сұр блок деп аталатын арнайы дайындалған бөлік болып табылады «слайдер»: Диск оның астында айналғанда, ауа ағыны басын бетінен көтеріп, көтеруді тудырады. Ал біз «көтереді» дегенде, ені небәрі 0,0000002 дюйм немесе 5 нм-ден аз бос орынды білдіреді.
Әрі қарай, бастар жолдың магнит өрістеріндегі өзгерістерді тани алмайды; егер бастар бетінде жатса, олар жай ғана жабынды сызып тастайды. Сондықтан диск корпусының ішіндегі ауаны сүзгілеу керек: дискінің бетіндегі шаң мен ылғал бастарды жай ғана сындырады.
Бастың ұшындағы кішкентай металл «полюсі» жалпы аэродинамикаға көмектеседі. Дегенмен, оқу мен жазуды орындайтын бөліктерді көру үшін бізге жақсырақ фотосурет қажет.
Басқа қатты дискінің бұл суретінде оқу/жазу құрылғылары барлық электр қосылымдарының астында орналасқан. Жазуды жүйе орындайды (жұқа пленка индукциясы, TFI) және оқу - құрылғы (туннельдік магнитке төзімді құрылғы, TMR).
TMR шығаратын сигналдар өте әлсіз және жіберілмес бұрын деңгейлерді арттыру үшін күшейткіш арқылы өтуі керек. Бұған жауапты чип төмендегі суреттегі тұтқалардың негізіне жақын орналасқан.
Мақаланың кіріспесінде айтылғандай, қатты дискінің механикалық құрамдас бөліктері мен жұмыс принципі жылдар бойы аз өзгерді. Ең бастысы, магнитті жолдар мен оқу-жазу бастиектерінің технологиясы жетілдіріліп, барған сайын тар және тығыз жолдар пайда болды, бұл сайып келгенде сақталатын ақпарат көлемінің ұлғаюына әкелді.
Дегенмен, механикалық қатты дискілерде айқын жылдамдық шектеулері бар. Рычагтарды қажетті орынға жылжыту үшін уақыт қажет, ал егер деректер әртүрлі тақталардағы әртүрлі жолдар бойынша шашыраңқы болса, онда диск биттерді іздеуге бірнеше микросекундтарды жұмсайды.
Дискінің басқа түріне көшпес бұрын, әдеттегі HDD-нің шамамен жылдамдығын көрсетейік. Біз эталонды қолдандық қатты дискіні бағалау үшін :
Алғашқы екі жол ретті (ұзын, үздіксіз тізім) және кездейсоқ (бүкіл дискідегі ауысулар) оқу мен жазуды орындау кезінде секундына МБ санын көрсетеді. Келесі жол IOPS мәнін көрсетеді, ол секунд сайын орындалатын енгізу/шығару операцияларының саны болып табылады. Соңғы жол оқу немесе жазу әрекетін жіберу мен деректер мәндерін қабылдау арасындағы орташа кідірісті (микросекундтағы уақыт) көрсетеді.
Жалпы, біз алғашқы үш жолдағы мәндердің мүмкіндігінше үлкен, ал соңғы жолда мүмкіндігінше аз болуын қамтамасыз етуге тырысамыз. Сандардың өздері туралы алаңдамаңыз, біз дискінің басқа түрін қарастырған кезде оларды салыстыру үшін қолданамыз: қатты күйдегі диск.
Ақпарат көзі: www.habr.com