Tai magnetinis. Tai elektrinis. Tai fotoniška. Ne, tai nėra naujas superherojų trijulė iš Marvel visatos. Tai apie mūsų brangių skaitmeninių duomenų saugojimą. Turime juos kažkur saugoti, saugiai ir stabiliai, kad galėtume akimirksniu pasiekti ir pakeisti. Pamirškite „Iron Man“ ir „Thor“ – mes kalbame apie kietuosius diskus!
Taigi pasinerkime į įrenginių, kuriuos šiandien naudojame saugodami milijardus duomenų bitų, anatomiją.
Tu apsuki mane teisingai, mažute
Mechaninis kietojo disko saugykla (kietasis diskas, HDD) yra kompiuterių saugojimo standartas visame pasaulyje daugiau nei 30 metų, tačiau jo technologija yra daug senesnė.
IBM išleido pirmąjį komercinį HDD , jo talpa siekė net 3,75 MB. Ir apskritai per visus šiuos metus bendra pavaros struktūra beveik nepasikeitė. Jame vis dar yra diskų, kuriuose duomenims saugoti naudojamas įmagnetinimas, ir yra įrenginių tiems duomenims skaityti / rašyti. Pasikeitė Toks pat ir labai stiprus yra duomenų kiekis, kuris gali būti saugomas juose.
1987 metais tai buvo įmanoma apie 350 USD; Šiandien galite nusipirkti 14 TB: in 700 000 kartų didesnis garsumas.
Pažiūrėsime į įrenginį, kuris nėra visiškai tokio pat dydžio, bet ir tinkamas pagal šiuolaikinius standartus: 3,5 colio HDD Seagate Barracuda 3 TB, ypač modelį. , pagarsėjęs savo и . Vairavimas, kurį studijuojame, jau miręs, todėl tai bus labiau kaip skrodimas nei anatomijos pamoka.
Didžioji standžiojo disko dalis yra liejamas metalas. Jėgos įrenginio viduje aktyvaus naudojimo metu gali būti gana rimtos, todėl storas metalas neleidžia korpusui lenkti ir vibruoti. Net mažuose 1,8 colio HDD kaip korpuso medžiaga naudojamas metalas, tačiau jie dažniausiai gaminami iš aliuminio, o ne iš plieno, nes turi būti kuo lengvesni.
Apversdami diską, matome spausdintinę plokštę ir keletą jungčių. Plokštės viršuje esanti jungtis naudojama varikliui, kuris suka diskus, o apatiniai trys (iš kairės į dešinę) yra trumpikliai, leidžiantys konfigūruoti diską tam tikroms konfigūracijoms, SATA (Serial ATA) duomenų jungtis. ir SATA maitinimo jungtis.
Serial ATA pirmą kartą pasirodė 2000 m. Staliniuose kompiuteriuose tai yra standartinė sistema, naudojama diskams prijungti prie likusio kompiuterio. Formato specifikacija buvo daug kartų peržiūrėta, todėl šiuo metu naudojame 3.4 versiją. Mūsų kietojo disko lavonas yra senesnė versija, tačiau skirtumas yra tik vienas maitinimo jungties kaištis.
Duomenų ryšiuose jis naudojamas duomenims priimti ir gauti. : Kaiščiai A+ ir A- naudojami perkėlimas instrukcijas ir duomenis į standųjį diską, o kaiščiai B skirti gaunantis šiuos signalus. Šis suporuotų laidininkų naudojimas žymiai sumažina elektrinio triukšmo poveikį signalui, o tai reiškia, kad įrenginys gali veikti greičiau.
Jei kalbame apie galią, matome, kad jungtis turi kiekvienos įtampos kontaktų porą (+3.3, +5 ir +12V); tačiau dauguma jų nenaudojami, nes HDD nereikalauja daug energijos. Šis konkretus Seagate modelis naudoja mažiau nei 10 vatų esant aktyviajai apkrovai. Naudojami kontaktai, pažymėti PC iš anksto įkrauti: Ši funkcija leidžia išimti ir prijungti standųjį diską, kol kompiuteris ir toliau veikia (tai vadinama karštas keitimas).
Leidžia susisiekti su PWDIS žyma kietasis diskas, bet ši funkcija palaikoma tik nuo SATA 3.3 versijos, todėl mano diske tai tik dar viena +3.3 V maitinimo linija. Ir paskutinis kaištis, pažymėtas SSU, tiesiog praneša kompiuteriui, ar standusis diskas palaiko nuoseklaus sukimosi technologiją. laipsniškai suktis aukštyn.
Kad kompiuteris galėtų juos naudoti, įrenginio viduje esantys diskai (ką pamatysime netrukus) turi suktis visu greičiu. Bet jei įrenginyje yra daug standžiųjų diskų, staigus vienu metu gautas maitinimo užklausa gali pakenkti sistemai. Palaipsniui sukdami aukštyn suklius visiškai pašalinsite tokių problemų galimybę, tačiau turėsite palaukti kelias sekundes, kol gausite visišką prieigą prie HDD.
Išėmę plokštę galite pamatyti, kaip ji jungiasi prie įrenginio viduje esančių komponentų. HDD neužsandarintas, išskyrus labai didelės talpos įrenginius – juose naudojamas helis, o ne oras, nes jis yra daug mažesnis ir sukelia mažiau problemų įrenginiuose, kuriuose yra daug diskų. Kita vertus, neturėtumėte leisti įprastų diskų atviroje aplinkoje.
Dėl tokių jungčių naudojimo sumažinamas įėjimo taškų, per kuriuos nešvarumai ir dulkės gali patekti į diską, skaičius; metaliniame korpuse yra skylė (didelis baltas taškas apatiniame kairiajame vaizdo kampe), kuri leidžia viduje išlikti aplinkos slėgiui.
Dabar, kai PCB pašalinta, pažiūrėkime, kas yra viduje. Yra keturi pagrindiniai lustai:
- LSI B64002: Pagrindinis valdiklio lustas, kuris apdoroja instrukcijas, perduoda duomenų srautus į ir išeina, taiso klaidas ir kt.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM su 800 MHz dažniu, naudojama duomenų kaupimui talpykloje
- Sklandus MCKXL: valdo variklį, kuris suka diskus
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB nuoseklioji „flash“ atmintis, naudojama disko programinei įrangai saugoti (šiek tiek panašiai kaip kompiuterio BIOS)
Skirtingų HDD PCB komponentai gali skirtis. Didesniems dydžiams reikia daugiau talpyklos (šiuolaikiškiausi monstrai gali turėti iki 256 MB DDR3), o pagrindinis valdiklio lustas gali būti šiek tiek sudėtingesnis klaidų apdorojimo srityje, tačiau apskritai skirtumai nėra tokie dideli.
Pavarą atidaryti lengva, tereikia atsukti kelis Torx varžtus ir galia! Mes viduje...
Atsižvelgiant į tai, kad jis užima didžiąją įrenginio dalį, mūsų dėmesį iškart patraukia didelis metalinis apskritimas; nesunku suprasti, kodėl diskai vadinami diskas. Teisinga jiems skambinti lėkštės; jie pagaminti iš stiklo arba aliuminio ir padengti keliais skirtingų medžiagų sluoksniais. Šis 3 TB diskas turi tris lėkštes, tai reiškia, kad 500 GB turėtų būti saugoma kiekvienoje lėkštelės pusėje.
Vaizdas gana dulkėtas, tokios nešvarios plokštės neatitinka joms pagaminti reikalingo projektavimo ir gamybos tikslumo. Mūsų HDD pavyzdyje pats aliuminio diskas yra 0,04 colio (1 mm) storio, tačiau nupoliruotas tiek, kad vidutinis paviršiaus nuokrypių aukštis būtų mažesnis nei 0,000001 colio (apie 30 nm).
Bazinis sluoksnis yra tik 0,0004 colio (10 mikronų) gylio ir susideda iš kelių ant metalo nusodintų medžiagų sluoksnių. Taikymas atliekamas naudojant sekė , paruošiant diską pagrindinėms magnetinėms medžiagoms, naudojamoms skaitmeniniams duomenims saugoti.
Ši medžiaga paprastai yra sudėtingas kobalto lydinys ir susideda iš koncentrinių apskritimų, kurių kiekvienas yra maždaug 0,00001 colio (apie 250 nm) pločio ir 0,000001 colio (25 nm) gylio. Mikro lygiu metalų lydiniai sudaro grūdelius, panašius į muilo burbulus vandens paviršiuje.
Kiekvienas grūdelis turi savo magnetinį lauką, tačiau jis gali būti transformuojamas tam tikra kryptimi. Grupuojant tokius laukus gaunami duomenų bitai (0s ir 1s). Jei norite sužinoti daugiau apie šią temą, skaitykite Jeilio universitetas. Galutinės dangos yra anglies sluoksnis apsaugai, o tada polimeras, skirtas sumažinti kontaktinę trintį. Kartu jie yra ne daugiau kaip 0,0000005 colių (12 nm) storio.
Netrukus pamatysime, kodėl vafliai turi būti gaminami laikantis tokių griežtų leistinų nuokrypių, tačiau vis tiek stebina, kad Galite tapti nanometrų tikslumu pagaminto prietaiso, kuris didžiuojasi, savininku!
Tačiau grįžkime prie paties HDD ir pažiūrėkime, kas jame dar yra.
Geltona spalva rodo metalinį dangtelį, kuris patikimai pritvirtina plokštę prie suklio pavaros elektros variklis - elektrinė pavara, kuri suka diskus. Šiame HDD jie sukasi 7200 aps./min. dažniu, tačiau kituose modeliuose gali veikti lėčiau. Lėtos pavaros pasižymi mažesniu triukšmu ir energijos sąnaudomis, bet ir mažesniu greičiu, o greitesnės pavaros gali pasiekti 15 000 aps./min.
Norėdami sumažinti dulkių ir oro drėgmės padarytą žalą, naudokite recirkuliacijos filtras (žalias kvadratas), surenkant mažas daleles ir laikant jas viduje. Oras, judinamas sukant plokšteles, užtikrina pastovų srautą per filtrą. Virš diskų ir šalia filtro yra vienas iš trijų plokščių separatoriai: padeda sumažinti vibraciją ir išlaikyti kuo tolygesnį oro srautą.
Viršutinėje kairėje vaizdo dalyje mėlynas kvadratas rodo vieną iš dviejų nuolatinių juostos magnetų. Jie suteikia magnetinį lauką, reikalingą raudonai pažymėtam komponentui perkelti. Atskirkime šias detales, kad jas geriau matytume.
Tai, kas atrodo kaip balta dėmė, yra kitas filtras, tik šis išfiltruoja daleles ir dujas, kurios patenka iš išorės per skylę, kurią matėme aukščiau. Metaliniai smaigai yra galvos judėjimo svirtys, ant kurio jie yra skaitymo-rašymo galvutės kietasis diskas. Jie milžinišku greičiu juda plokščių paviršiumi (viršutiniu ir apatiniu).
Žiūrėkite šį vaizdo įrašą, kurį sukūrė norėdami pamatyti, kaip jie greiti:
Dizainas nenaudoja nieko panašaus ; Norėdami perkelti svirtis, elektros srovė yra perduodama per solenoidą, esantį svirties apačioje.
Apskritai jie vadinami , nes jie naudoja tą patį principą, naudojamą garsiakalbiuose ir mikrofonuose membranoms perkelti. Srovė aplink juos sukuria magnetinį lauką, kuris reaguoja į nuolatinių strypinių magnetų sukuriamą lauką.
Nepamirškite, kad duomenys seka mažas, todėl rankų padėtis turi būti itin tiksli, kaip ir visa kita pavaroje. Kai kurie standieji diskai turi kelių pakopų svirtis, kurios atlieka nedidelius pakeitimus tik vienos visos svirties dalies kryptimi.
Kai kuriuose standžiuosiuose diskuose yra duomenų takeliai, kurie persidengia vienas su kitu. Ši technologija vadinama (šingduotas magnetinis įrašymas), o jo reikalavimai tikslumui ir padėties nustatymui (tai yra nuolat pataikyti į vieną tašką) yra dar griežtesni.
Pačiame rankų gale yra labai jautrios skaitymo ir rašymo galvutės. Mūsų HDD yra 3 lėkštės ir 6 galvutės ir kiekviena iš jų plūduriuoja virš disko, kai jis sukasi. Kad tai būtų pasiekta, galvutės pakabinamos ant itin plonų metalinių juostelių.
Ir čia matome, kodėl mirė mūsų anatominis egzempliorius – bent viena galva atsilaisvino, o kas sukėlė pradinę žalą, taip pat sulenkė vieną iš rankų. Visas galvos komponentas yra toks mažas, kad, kaip matote žemiau, naudojant įprastą fotoaparatą labai sunku gauti gerą jos vaizdą.
Tačiau galime atskirti atskiras dalis. Pilkas blokas yra specialiai pagaminta dalis, vadinama "slankiklis": Kai diskas sukasi po juo, oro srautas sukuria pakėlimą, pakeldamas galvą nuo paviršiaus. O kai sakome „keltuvai“, turime omenyje tik 0,0000002 colio pločio arba mažesnį nei 5 nm tarpą.
Bet koks toliau, ir galvos neatpažins takelio magnetinių laukų pokyčių; jei galvutės gulėtų ant paviršiaus, jos tiesiog subraižytų dangą. Štai kodėl reikia filtruoti orą įrenginio korpuso viduje: dulkės ir drėgmė ant disko paviršiaus tiesiog sulaužys galvutes.
Mažytis metalinis „stulpelis“ galvos gale padeda pagerinti bendrą aerodinamiką. Tačiau norint pamatyti dalis, kurios skaito ir rašo, mums reikia geresnės nuotraukos.
Šiame kito standžiojo disko paveikslėlyje skaitymo / rašymo įrenginiai yra po visomis elektros jungtimis. Įrašymą atlieka sistema (plona plėvelė indukcija, TFI) ir skaitymas - prietaisas (tunelinis magnetorezistinis įtaisas, TMR).
TMR generuojami signalai yra labai silpni ir prieš juos siunčiant turi būti perduodami per stiprintuvą, kad padidėtų lygiai. Už tai atsakingas lustas yra šalia svirtelių pagrindo žemiau esančiame paveikslėlyje.
Kaip rašoma straipsnio įžangoje, kietojo disko mechaniniai komponentai ir veikimo principas bėgant metams keitėsi nedaug. Labiausiai patobulinta magnetinių takelių ir skaitymo-rašymo galvučių technologija, sukuriant vis siauresnius ir tankesnius takelius, o tai galiausiai padidino saugomos informacijos kiekį.
Tačiau mechaniniai standieji diskai turi akivaizdžių greičio apribojimų. Norint perkelti svirtis į norimą padėtį, reikia laiko, o jei duomenys yra išsibarstę po skirtingus takelius skirtingose lėkštėse, diskas sugaiš nemažai mikrosekundžių ieškodamas bitų.
Prieš pereidami prie kito tipo disko, nurodykime apytikslį tipinio HDD greitį. Naudojome etaloną įvertinti standųjį diską :
Pirmosios dvi eilutės nurodo MB skaičių per sekundę, kai atliekami nuoseklūs (ilgas, nenutrūkstamas sąrašas) ir atsitiktinis (perėjimai visame diske) skaitymo ir rašymo metu. Kitoje eilutėje rodoma IOPS reikšmė, kuri yra įvesties / išvesties operacijų, atliekamų kas sekundę, skaičius. Paskutinė eilutė rodo vidutinį delsą (laiką mikrosekundėmis) nuo skaitymo arba rašymo operacijos perdavimo iki duomenų reikšmių gavimo.
Apskritai mes siekiame, kad pirmosiose trijose eilutėse vertės būtų kuo didesnės, o paskutinėje - kuo mažesnės. Nesijaudinkite dėl pačių skaičių, mes tiesiog naudosime juos palyginimui, kai pažvelgsime į kito tipo diską: kietojo kūno diską.
Šaltinis: www.habr.com