Et ass magnetesch. Et ass elektresch. Et ass photonesch. Nee, dëst ass keen neie Superhelden Trio aus dem Marvel Universum. Et geet drëm eis wäertvoll digital Donnéeën ze späicheren. Mir mussen se iergendwou, sécher a stabil, späicheren, fir datt mir se an engem Blëtz vun engem Aen zougräifen an änneren. Vergiessen Iron Man an Thor - mir schwätzen iwwer Festplacken!
Also loosst eis an d'Anatomie vun den Apparater tauchen déi mir haut benotze fir Milliarde Bits vun Daten ze späicheren.
Dir spin mech richteg Ronn, Puppelchen
Mechanesch Festplack Stockage (Hard Disk Drive, HDD) ass de Späicherstandard fir Computeren ronderëm d'Welt fir méi wéi 30 Joer, awer d'Technologie hannendrun ass vill méi al.
IBM huet déi éischt kommerziell HDD verëffentlecht , seng Kapazitéit war sou vill wéi 3,75 MB. An am Allgemengen, iwwer all dës Joeren huet sech d'allgemeng Struktur vun der fueren net vill geännert. Et huet nach ëmmer Disken déi Magnetiséierung benotze fir Daten ze späicheren, an et ginn Apparater fir dës Donnéeën ze liesen / ze schreiwen. Geännert Datselwecht, a ganz staark, ass d'Quantitéit un Daten déi op hinnen gespäichert kënne ginn.
1987 war et méiglech fir ongeféier $ 350; Haut Dir kënnt kafen 14 TB: an 700 000 mol de Volume.
Mir kucken op en Apparat deen net genau déiselwecht Gréisst ass, awer och anstänneg no modernen Normen: den 3,5-Zoll HDD Seagate Barracuda 3 TB, besonnesch de Modell , bekannt fir seng и . Den Drive, dee mir studéieren, ass scho dout, also wäert dëst méi wéi eng Autopsie sinn wéi eng Anatomie-Lektioun.
De gréissten Deel vun der Festplack ass gegoss Metal. D'Kräfte am Apparat während der aktiver Benotzung kënne ganz eescht sinn, sou datt décke Metall d'Biege a Schwéngung vum Fall verhënnert. Och kleng 1,8-Zoll HDDs benotzen Metall als Wunnengsmaterial, awer si gi meeschtens aus Aluminium anstatt Stahl gemaach, well se sou hell wéi méiglech musse sinn.
Wann Dir den Drive ëmdréit, gesi mir e gedréckte Circuit Board a verschidde Stecker. De Stecker uewen um Bord gëtt fir de Motor benotzt, deen d'Disken rotéiert, an déi ënnescht dräi (vu lénks op riets) sinn Jumper Pins, déi Iech erlaben den Drive fir bestëmmte Konfiguratiounen ze konfiguréieren, e SATA (Serial ATA) Dateconnector , an e SATA Power Connector.
Serial ATA koum fir d'éischt am Joer 2000. Op Desktopcomputer ass dëst de Standardsystem dee benotzt gëtt fir Drive mat de Rescht vum Computer ze verbannen. D'Format Spezifikatioun huet vill Versiounen erlieft, a mir benotzen am Moment Versioun 3.4. Eis Festplack Läich ass eng méi al Versioun, awer den Ënnerscheed ass nëmmen ee Pin am Power Connector.
An Dateverbindunge gëtt et benotzt fir Daten ze kréien an ze kréien. : Pins A+ an A- gi benotzt fir Transfermaart Uweisungen an Daten op der Festplack, an Pins B sinn fir kréien dës Signaler. Dës Notzung vu gepaarten Dirigenten reduzéiert däitlech den Effekt vum elektresche Geräischer op d'Signal, dat heescht datt den Apparat méi séier funktionnéiert.
Wa mir iwwer Kraaft schwätzen, gesi mir datt de Stecker e Paar Kontakter vun all Spannung huet (+3.3, +5 an +12V); allerdéngs ginn déi meescht vun hinnen net benotzt well HDDs net vill Kraaft erfuerderen. Dëse spezielle Seagate Modell benotzt manner wéi 10 Watt ënner aktiver Belaaschtung. Kontakter markéiert PC gi benotzt fir precharge: Dës Fonktioun erlaabt Iech d'Harddisk ze läschen an ze verbannen, während de Computer weider funktionnéiert (dëst gëtt genannt waarm auswiesselen).
Kontakt mat PWDIS Tag erlaabt Festplack, awer dës Funktioun gëtt nëmmen aus der Versioun SATA 3.3 ënnerstëtzt, also a mengem Drive ass et just eng aner +3.3V Stroumleitung. An de leschte Pin, mam Label SSU, seet dem Computer einfach ob d'Festplack sequentiell Spin-up Technologie ënnerstëtzt. verstoppt spin op.
Ier de Computer se benotze kann, mussen d'Drive am Apparat (wat mir geschwënn gesinn) op voller Geschwindegkeet dréinen. Awer wann et vill Festplazen an der Maschinn installéiert ass, da kann eng plötzlech simultan Kraaftfuerderung de System schueden. Lues a lues op d'Spindelen eliminéiert d'Méiglechkeet vu sou Probleemer komplett, awer Dir musst e puer Sekonnen waarden ier Dir voll Zougang zu der HDD kritt.
Andeems Dir de Circuit Board ewechhuelt, kënnt Dir kucken wéi et mat de Komponenten am Apparat verbënnt. HDD net versiegelt, mat Ausnam vun Apparater mat ganz grousser Kapazitéiten - si benotzen Helium anstatt Loft, well et vill manner dicht ass a manner Probleemer an Drive mat enger grousser Unzuel vun Disken erstellt. Op der anerer Säit, sollt Dir net konventionell Drive an dat oppent Ëmfeld aussetzen.
Duerch d'Benotzung vun esou Stecker ass d'Zuel vun den Entréespunkten, duerch déi Dreck a Stëbs an den Drive kommen, miniméiert; et ass e Lach am Metallkëscht (de grousse wäisse Punkt am ënneschten lénksen Eck vum Bild) dat erlaabt den Ambientdrock dobannen ze bleiwen.
Elo datt de PCB geläscht ass, kucke mer wat dobannen ass. Et gi véier Haaptchips:
- LSI B64002: Haaptkontrollerchip deen Uweisungen veraarbecht, Datenstroum an an eraus transferéiert, Feeler korrigéiert, etc.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM gekacht op 800 MHz, benotzt fir Datekache
- Smooth MCKXL: kontrolléiert de Motor deen d'Scheifen dréit
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB Serien Flash Memory benotzt fir d'Firmware vum Drive ze späicheren (e bësse wéi de BIOS vun engem Computer)
D'PCB Komponente vu verschiddenen HDDs kënne variéieren. Méi grouss Gréissten erfuerderen méi Cache (déi modernst Monstere kënnen bis zu 256 MB DDR3 hunn), an den Haaptcontrollerchip kann e bësse méi raffinéiert sinn am Fehlerhandhabung, awer allgemeng sinn d'Ënnerscheeder net sou grouss.
Den Drive opzemaachen ass einfach, just e puer Torx Bolzen ofschrauwen a voila! Mir sinn dobannen ...
Vu datt et de gréissten Deel vum Apparat hëlt, gëtt eis Opmierksamkeet direkt op de grousse Metallkrees gezunn; et ass einfach ze verstoen firwat Drive genannt gëtt Scheif. Et ass richteg hinnen ze ruffen Placke; si sinn aus Glas oder Aluminium a mat verschiddene Schichten vu verschiddene Materialien beschichtet. Dësen 3TB Drive huet dräi Placken, dat heescht 500GB sollen op all Säit vun engem Teller gespäichert ginn.
D'Bild ass zimlech staubeg, sou dreckeg Placke passen net mat der Präzisioun vum Design an der Fabrikatioun déi néideg ass fir se ze maachen. An eisem HDD Beispill ass d'Aluminium Scheif selwer 0,04 Zoll (1 mm) déck, awer poléiert an esou engem Ausmooss datt d'Duerchschnëttshéicht vun den Ofwäichungen op der Uewerfläch manner wéi 0,000001 Zoll (ongeféier 30 nm) ass.
D'Basisschicht ass nëmmen 0,0004 Zoll (10 Mikron) déif a besteet aus multiple Schichten vu Materialien, déi op d'Metall deposéiert sinn. Applikatioun gëtt gemaach mat gefollegt vun , d'Disk virbereeden fir d'Basis magnetesch Materialien déi benotzt gi fir digital Daten ze späicheren.
Dëst Material ass typesch eng komplex Kobaltlegierung a besteet aus konzentresche Kreesser, all ongeféier 0,00001 Zoll (ongeféier 250 nm) breet an 0,000001 Zoll (25 nm) déif. Um Mikroniveau bilden Metalllegierungen Kären ähnlech wéi Seifeblasen op der Uewerfläch vum Waasser.
All Kär huet säin eegent Magnéitfeld, awer et kann an eng bestëmmte Richtung transforméiert ginn. Gruppéiere vun esou Felder resultéiert an Datebits (0s an 1s). Wann Dir méi iwwer dëst Thema léiere wëllt, da liest Yale Universitéit. Déi lescht Beschichtungen sinn eng Schicht vu Kuelestoff fir Schutz, an dann e Polymer fir d'Kontaktreibung ze reduzéieren. Zesumme si si net méi wéi 0,0000005 Zoll (12 nm) déck.
Mir wäerte geschwënn gesinn firwat d'Waferen zu sou enk Toleranzen hiergestallt musse ginn, awer et ass ëmmer nach iwwerraschend ze realiséieren dat Dir kënnt de stolze Besëtzer vun engem Apparat mat Nanometer Präzisioun hiergestallt ginn!
Wéi och ëmmer, loosst eis zréck op d'HDD selwer goen a kucken wat nach dran ass.
Déi giel Faarf weist d'Metalldeckel, déi sécher d'Plack op de festen spindle fueren elektresche Motor - en elektresche Fuert deen d'Disken rotéiert. An dëser HDD rotéiere se mat enger Frequenz vu 7200 RPM (Revolutiounen / min), awer an anere Modeller kënne se méi lues funktionnéieren. Luesen Fuerwen hu manner Kaméidi a Kraaftverbrauch, awer och méi niddereg Geschwindegkeet, wärend méi séier Fuere Geschwindegkeete vu 15 RPM erreechen.
Fir Schued duerch Stëbs a Loftfiichtegkeet ze reduzéieren, benotzt Recirculation Filter (grénge Quadrat), kleng Partikelen sammelen an se dobannen halen. D'Loft bewegt duerch d'Rotatioun vun de Placke suergt fir e konstante Stroum duerch de Filter. Iwwert den Discs an nieft dem Filter gëtt et ee vun dräi Plackescheider: hëlleft Schwéngungen ze reduzéieren an de Loftfloss esou gläich wéi méiglech z'erhalen.
Am ieweschten lénksen Deel vum Bild weist de bloe Quadrat ee vun deenen zwee permanente Barmagnete un. Si liwweren d'Magnéitfeld déi néideg ass fir d'Komponente ze beweegen, déi rout ugewise gëtt. Loosst eis dës Detailer trennen fir se besser ze gesinn.
Wat wéi e wäisse Fleck ausgesäit ass en anere Filter, nëmmen deen filtert Partikelen a Gasen aus, déi vu baussen duerch d'Lach erakommen, déi mir uewen gesinn hunn. Metal Spikes sinn Kapp Bewegung Hiewel, op deem se stinn liesen-schreiwen Kapp Festplack. Si beweegen sech mat enormer Geschwindegkeet laanscht d'Uewerfläch vun de Placke (uewen an ënnen).
Kuckt dëse Video erstallt vum fir ze kucken wéi séier se sinn:
Den Design benotzt näischt wéi ; Fir d'Heber ze beweegen, gëtt en elektresche Stroum duerch e Solenoid an der Basis vun den Heber gefouert.
Am Allgemengen ginn se genannt , well se dee selwechte Prinzip benotzen, deen a Spriecher a Mikrofonen benotzt gëtt fir Membranen ze bewegen. De Stroum generéiert e Magnéitfeld ronderëm si, dat op d'Feld reagéiert, déi vun de permanente Barmagnete erstallt gëtt.
Vergiesst net, datt daten Bunnen kleng, also muss d'Positioun vun den Äerm extrem präzis sinn, grad wéi alles anescht am Drive. Puer schwéier fiert hunn Multi-Etapp Hiewel datt kleng Ännerungen an der Richtung vun nëmmen engem Deel vun der ganzer Hiewel maachen.
E puer Festplazen hunn Datenspuren déi sech iwwerlappen. Dës Technologie gëtt genannt (Shingled magnetesch Opnam), a seng Ufuerderunge fir Genauegkeet a Positionéierung (dat ass, stänneg ee Punkt ze schloen) sinn nach méi streng.
Ganz um Enn vun den Äerm sinn ganz sensibel Lies-Schreif-Käpp. Eis HDD enthält 3 Platen a 6 Kappen, a jidderee vun hinnen schwëmmt iwwer der Scheif wéi se rotéiert. Fir dëst z'erreechen, sinn d'Käpp op ultra-dënnen Metallstreifen suspendéiert.
An hei kënne mir gesinn, firwat eis anatomesch Exemplar gestuerwen ass - op d'mannst ee vun de Käpp gouf lass, a wat och ëmmer den initialen Schued verursaacht huet, huet och ee vun de Waffen gebéit. De ganze Kappkomponent ass sou kleng datt, wéi Dir hei ënnen gesitt, et ganz schwéier ass e gutt Bild dovun mat enger normaler Kamera ze kréien.
Mir kënnen awer déi eenzel Deeler auserneen huelen. De groe Block ass e speziell fabrizéierten Deel genannt "Slider": Wéi d'Scheif drënner rotéiert, entsteet de Loftfloss Lift, an hieft de Kapp vun der Uewerfläch. A wa mir "Liften" soen, mengen mir e Spalt deen nëmmen 0,0000002 Zoll breet ass, oder manner wéi 5 nm.
All weider, an de Kapp wäert net fäheg sinn Ännerungen am Magnéitfeld vun der Streck ze erkenne; wann d'Käpp op der Uewerfläch leien, géifen se einfach d'Beschichtung kraazt. Dofir musst Dir d'Loft am Drive Fall filteren: Stëbs a Feuchtigkeit op der Uewerfläch vum Drive briechen einfach d'Käpp.
E klenge Metall "Pol" um Enn vum Kapp hëlleft mat der Gesamtaerodynamik. Wéi och ëmmer, fir déi Deeler ze gesinn déi d'Liesen a Schreiwen maachen, brauche mir eng besser Foto.
An dësem Bild vun enger anerer Festplack sinn d'Lies-/Schreifgeräter ënner all den elektresche Verbindungen. Enregistrement gëtt vum System gemaach (Dënn Film Induktioun, TFI), a Liesen - Apparat (Tunnel magnetoresistive Apparat, TMR).
D'Signaler produzéiert vum TMR si ganz schwaach a mussen duerch e Verstärker passéiert ginn fir Niveauen ze erhéijen ier se geschéckt ginn. Den Chip verantwortlech fir dëst ass no bei der Basis vun den Heber am Bild hei drënner.
Wéi an der Aféierung vum Artikel gesot, d'mechanesch Komponente an de Betribsprinzip vun enger Festplack hu wéineg iwwer d'Jore geännert. Virun allem ass d'Technologie vu magnetesche Bunnen a Lies-Schreif-Käpp verbessert ginn, wat ëmmer méi schmuel an dichte Bunnen erstallt huet, wat schlussendlech zu enger Erhéijung vun der Quantitéit u gespäichert Informatioun gefouert huet.
Wéi och ëmmer, mechanesch Festplazen hunn offensichtlech Geschwindegkeetsbegrenzungen. Et brauch Zäit fir d'Heberen op déi gewënschten Positioun ze réckelen, a wann d'Donnéeën iwwer verschidde Bunnen op verschiddene Placken verspreet sinn, da verbréngt de Drive zimmlech e puer Mikrosekonnen op der Sich no Bits.
Ier Dir op eng aner Zort Drive weidergeet, loosst eis d'ongeféier Geschwindegkeet vun enger typescher HDD uginn. Mir hunn de Benchmark benotzt der Festplack ze evaluéieren :
Déi éischt zwou Zeilen weisen d'Zuel vu MB pro Sekonn un, wann Dir sequentiell (laang, kontinuéierlech Lëscht) an zoufälleg (Iwwergäng iwwer de ganzen Drive) Liest a schreift. Déi nächst Zeil weist den IOPS-Wäert, wat d'Zuel vun den I/O-Operatiounen ass, déi all Sekonn gemaach gëtt. Déi lescht Zeil weist déi duerchschnëttlech Latenz (Zäit a Mikrosekonnen) tëscht der Iwwerdroung vun enger Lies- oder Schreifoperatioun an der Empfang vun den Datewäerter.
Am Allgemengen, beméie mir eis fir sécherzestellen datt d'Wäerter an den éischten dräi Zeilen sou grouss wéi méiglech sinn, an an der leschter Linn sou kleng wéi méiglech. Maacht Iech keng Suergen iwwer d'Zuelen selwer, mir benotze se just fir de Verglach wa mir eng aner Zort Drive kucken: de Solid-State Drive.
Source: will.com