Huwa manjetiku. Huwa elettriku. Huwa fotoniku. Le, dan mhuwiex trio superhero ġdid mill-univers Marvel. Huwa dwar il-ħażna tad-dejta diġitali prezzjuża tagħna. Għandna bżonn naħżnuhom x'imkien, b'mod sigur u stabbli, sabiex inkunu nistgħu naċċessawhom u nbiddluhom f'ħakka t'għajn. Tinsa Iron Man u Thor - qed nitkellmu dwar hard drives!
Mela ejja ngħaddu fl-anatomija tal-apparati li nużaw illum biex naħżnu biljuni ta’ bits ta’ data.
Lyrics meaning: Inti spin me dritt tond, baby
Mekkanika ħażna hard drive (hard disk drive, HDD) kien l-istandard tal-ħażna għall-kompjuters madwar id-dinja għal aktar minn 30 sena, iżda t-teknoloġija warajha hija ħafna eqdem.
IBM ħarġet l-ewwel HDD kummerċjali , il-kapaċità tagħha kienet daqs 3,75 MB. U b'mod ġenerali, matul dawn is-snin kollha l-istruttura ġenerali tas-sewqan ma nbidlitx ħafna. Għad għandu diski li jużaw manjetizzazzjoni biex jaħżnu d-data, u hemm apparati biex jaqraw/jikteb dik id-data. Mibdul L-istess, u b'saħħtu ħafna, huwa l-ammont ta 'dejta li tista' tiġi maħżuna fuqhom.
Fl-1987 kien possibbli għal madwar $ 350; Illum tista tixtri 14 TB: in 700 000 darbiet il-volum.
Aħna se nħarsu lejn apparat li mhuwiex eżattament l-istess daqs, iżda wkoll deċenti mill-istandards moderni: l-HDD 3,5-inch Seagate Barracuda 3 TB, b'mod partikolari, il-mudell , notorji għal tagħha и . Il-mixja li qed nistudjaw hija diġà mejta, għalhekk din se tkun aktar bħal awtopsja milli lezzjoni tal-anatomija.
Il-biċċa l-kbira tal-hard drive hija metall fondut. Il-forzi ġewwa l-apparat waqt l-użu attiv jistgħu jkunu pjuttost serji, għalhekk metall oħxon jipprevjeni liwi u vibrazzjoni tal-każ. Anke HDDs ċkejkna ta '1,8 pulzieri jużaw il-metall bħala materjal ta' akkomodazzjoni, iżda ġeneralment ikunu magħmula mill-aluminju aktar milli mill-azzar minħabba li jeħtieġ li jkunu ħfief kemm jista 'jkun.
Dawwar is-sewqan fuq, naraw bord ta 'ċirkwit stampat u diversi konnetturi. Il-konnettur fin-naħa ta 'fuq tal-bord jintuża għall-mutur li jdawwar id-diski, u t-tlieta ta' isfel (mix-xellug għal-lemin) huma pinnijiet tal-jumper li jippermettulek tikkonfigura d-drajv għal ċerti konfigurazzjonijiet, konnettur tad-dejta SATA (Serial ATA) , u konnettur tal-enerġija SATA.
Serial ATA deher għall-ewwel darba fl-2000. Fil-kompjuters desktop, din hija s-sistema standard użata biex tikkonnettja drajvs mal-bqija tal-kompjuter. L-ispeċifikazzjoni tal-format għaddiet minn bosta reviżjonijiet, u bħalissa qed nużaw il-verżjoni 3.4. Il-katavru tal-hard drive tagħna huwa verżjoni eqdem, iżda d-differenza hija pin waħda biss fil-konnettur tal-enerġija.
F'konnessjonijiet tad-dejta, tintuża biex tirċievi u tirċievi d-dejta. : Labar A+ u A- huma użati għal trasferiment istruzzjonijiet u data lill-hard drive, u labar B huma għal jirċievi dawn is-sinjali. Dan l-użu ta 'kondutturi paired inaqqas b'mod sinifikanti l-effett tal-ħoss elettriku fuq is-sinjal, li jfisser li l-apparat jista' jaħdem aktar malajr.
Jekk nitkellmu dwar l-enerġija, naraw li l-konnettur għandu par ta 'kuntatti ta' kull vultaġġ (+3.3, +5 u +12V); madankollu, ħafna minnhom ma jintużawx minħabba li l-HDDs ma jeħtiġux ħafna enerġija. Dan il-mudell partikolari tas-Seagate juża inqas minn 10 watts taħt tagħbija attiva. Kuntatti mmarkati PC huma użati għal iċċarġja minn qabel: Din il-karatteristika tippermettilek tneħħi u tikkonnettja l-hard drive waqt li l-kompjuter ikompli jaħdem (dan jissejjaħ skambju sħun).
Kuntatt mat-tikketta PWDIS tippermetti hard drive, iżda din il-funzjoni hija appoġġjata biss mill-verżjoni SATA 3.3, għalhekk fid-drive tiegħi hija biss linja oħra ta 'enerġija + 3.3V. U l-aħħar pin, ittikkettat SSU, sempliċement jgħid lill-kompjuter jekk il-hard drive jappoġġjax teknoloġija spin-up sekwenzjali. spin up imqassam.
Qabel ma l-kompjuter ikun jista' jużahom, id-drajvs ġewwa l-apparat (li naraw dalwaqt) iridu jduru b'veloċità sħiħa. Imma jekk hemm ħafna hard drives installati fil-magna, allura talba ta 'enerġija simultanja f'daqqa tista' tagħmel ħsara lis-sistema. L-għażil gradwali tal-magħżel jelimina kompletament il-possibbiltà ta 'problemi bħal dawn, iżda jkollok tistenna ftit sekondi qabel ma tikseb aċċess sħiħ għall-HDD.
Billi tneħħi l-bord taċ-ċirkwit, tista 'tara kif tikkonnettja mal-komponenti ġewwa l-apparat. HDD mhux issiġillat, bl-eċċezzjoni ta 'apparati b'kapaċitajiet kbar ħafna - jużaw elju minflok arja minħabba li huwa ħafna inqas dens u joħloq inqas problemi f'drives b'numru kbir ta' diski. Min-naħa l-oħra, m'għandekx tesponi drives konvenzjonali għall-ambjent miftuħ.
Grazzi għall-użu ta 'konnetturi bħal dawn, in-numru ta' punti ta 'dħul li permezz tagħhom il-ħmieġ u t-trab jistgħu jidħlu ġewwa d-drajv huwa minimizzat; hemm toqba fil-kaxxa tal-metall (it-tikka bajda kbira fir-rokna t'isfel tax-xellug tal-immaġni) li tippermetti li l-pressjoni ambjentali tibqa 'ġewwa.
Issa li l-PCB jitneħħa, ejja nagħtu ħarsa lejn x'hemm ġewwa. Hemm erba 'ċipep prinċipali:
- LSI B64002: Ċippa prinċipali tal-kontrollur li tipproċessa l-istruzzjonijiet, tittrasferixxi flussi tad-data 'l ġewwa u 'l barra, tikkoreġi l-iżbalji, eċċ.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM imqabbad f'800 MHz, użat għall-caching tad-dejta
- Smooth MCKXL: jikkontrolla l-mutur li jdawwar id-diski
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB ta 'memorja flash serjali użata biex taħżen il-firmware tad-drajv (daqsxejn bħall-BIOS ta' kompjuter)
Il-komponenti tal-PCB ta 'HDDs differenti jistgħu jvarjaw. Daqsijiet akbar jeħtieġu aktar cache (l-aktar monsters moderni jista 'jkollhom sa 256 MB ta' DDR3), u ċ-ċippa tal-kontrollur prinċipali tista 'tkun ftit aktar sofistikata fl-immaniġġjar tal-iżbalji, iżda b'mod ġenerali d-differenzi mhumiex daqshekk kbar.
Il-ftuħ tas-sewqan huwa faċli, ħoll ftit boltijiet Torx u voila! Aħna ġewwa...
Minħabba li jieħu l-biċċa l-kbira tal-apparat, l-attenzjoni tagħna tinġibed immedjatament lejn iċ-ċirku kbir tal-metall; huwa faċli li tifhem għaliex drives jissejħu disk. Huwa korrett li jsejħulhom pjanċi; huma magħmula minn ħġieġ jew aluminju u miksija b'diversi saffi ta 'materjali differenti. Dan id-drajv ta '3TB għandu tliet platters, jiġifieri 500GB għandhom jinħażnu fuq kull naħa ta' platter wieħed.
L-immaġni hija pjuttost trab, pjanċi maħmuġin bħal dawn ma jaqblux mal-preċiżjoni tad-disinn u l-manifattura meħtieġa biex jagħmluhom. Fl-eżempju HDD tagħna, id-diska tal-aluminju innifsu huwa ħxuna ta '0,04 pulzier (1 mm), iżda illustrat sa tali punt li l-għoli medju tad-devjazzjonijiet fuq il-wiċċ huwa inqas minn 0,000001 pulzier (madwar 30 nm).
Is-saff bażi huwa biss 0,0004 pulzieri (10 mikroni) fond u jikkonsisti minn saffi multipli ta 'materjali depożitati fuq il-metall. L-applikazzjoni ssir bl-użu segwit minn , tipprepara d-diska għall-materjali manjetiċi bażiċi użati biex jaħżnu data diġitali.
Dan il-materjal huwa tipikament liga tal-kobalt kumplessa u huwa magħmul minn ċrieki konċentriċi, kull wieħed madwar 0,00001 pulzier (madwar 250 nm) wiesa 'u 0,000001 pulzier (25 nm) fond. Fil-livell mikro, il-ligi tal-metall jiffurmaw ħbub simili għall-bżieżaq tas-sapun fuq il-wiċċ tal-ilma.
Kull qamħ għandu l-kamp manjetiku tiegħu stess, iżda jista 'jiġi trasformat f'direzzjoni partikolari. Ir-raggruppament ta' oqsma bħal dawn jirriżulta f'bits tad-dejta (0s u 1s). Jekk trid titgħallem aktar dwar dan is-suġġett, imbagħad aqra Università ta’ Yale. Il-kisi finali huma saff ta 'karbonju għall-protezzjoni, u mbagħad polimeru biex titnaqqas il-frizzjoni tal-kuntatt. Flimkien huma mhux aktar minn 0,0000005 pulzier (12 nm) ħoxnin.
Dalwaqt naraw għaliex il-wejfers iridu jiġu manifatturati għal tolleranzi stretti bħal dawn, iżda xorta waħda sorprendenti li nirrealizzaw li Tista 'ssir is-sid kburi ta' apparat manifatturat bi preċiżjoni tan-nanometru!
Madankollu, ejja mmorru lura għall-HDD innifsu u naraw x'iktar hemm fih.
Il-kulur isfar juri l-għatu tal-metall li jgħaqqad sew il-pjanċa mal- mutur elettriku spindle drive - drive elettriku li jdur id-diski. F'dan l-HDD huma jduru bi frekwenza ta '7200 rpm (revoluzzjonijiet/min), iżda f'mudelli oħra jistgħu jaħdmu aktar bil-mod. Drives bil-mod għandhom inqas storbju u konsum ta 'enerġija, iżda wkoll veloċità aktar baxxa, filwaqt li drives aktar veloċi jistgħu jilħqu veloċitajiet ta' 15 rpm.
Biex tnaqqas il-ħsara kkawżata mit-trab u l-umdità tal-arja, uża filtru ta' riċirkolazzjoni (kwadru aħdar), jiġbor partiċelli żgħar u jżommhom ġewwa. L-arja mċaqalqa bir-rotazzjoni tal-pjanċi tiżgura fluss kostanti mill-filtru. Fuq id-diski u ħdejn il-filtru hemm wieħed minn tlieta separaturi tal-pjanċa: tgħin biex tnaqqas il-vibrazzjonijiet u żżomm il-fluss ta 'l-arja kemm jista' jkun ugwali.
Fil-parti ta 'fuq tax-xellug tal-immaġni, il-kwadru blu jindika waħda miż-żewġ kalamiti permanenti tal-bar. Huma jipprovdu l-kamp manjetiku meħtieġ biex jiċċaqlaq il-komponent indikat bl-aħmar. Ejja nisseparaw dawn id-dettalji biex narawhom aħjar.
Dak li jidher qisu garża bajda hija filtru ieħor, dan biss jiffiltra l-partiċelli u l-gassijiet li jidħlu minn barra mit-toqba li rajna hawn fuq. Spikes tal-metall huma lievi tal-moviment tar-ras, li fuqhom jinsabu kapijiet ta' qari-kitba hard drive. Jiċċaqilqu b'veloċità tremenda tul il-wiċċ tal-pjanċi (fuq u t'isfel).
Ara dan il-video maħluq minn biex tara kemm huma mgħaġġla:
Id-disinn ma juża xejn simili ; Biex timxi l-lievi, kurrent elettriku jgħaddi minn solenojd fil-bażi tal-lievi.
B'mod ġenerali huma msejħa , għax jużaw l-istess prinċipju użat fil-kelliema u l-mikrofoni biex jimxu l-membrani. Il-kurrent jiġġenera kamp manjetiku madwarhom, li jirreaġixxi għall-kamp maħluq mill-kalamiti tal-bar permanenti.
Tinsiex li data binarji ċkejkna, għalhekk il-pożizzjonament tal-armi għandu jkun estremament preċiż, bħal kull ħaġa oħra fid-drajv. Xi hard drives għandhom lievi f'diversi stadji li jagħmlu bidliet żgħar fid-direzzjoni ta 'parti waħda biss tal-lieva kollha.
Xi hard drives għandhom binarji tad-data li jikkoinċidu lil xulxin. Din it-teknoloġija tissejjaħ (reġistrazzjoni manjetika shingled), u r-rekwiżiti tagħha għall-eżattezza u l-ippożizzjonar (jiġifieri, li kontinwament tolqot punt wieħed) huma saħansitra aktar stretti.
Fl-aħħar nett ta 'l-armi hemm irjus sensittivi ħafna read-write. L-HDD tagħna fih 3 platters u 6 irjus, u kull wieħed minnhom għawm fuq id-diska hekk kif iddur. Biex jinkiseb dan, l-irjus huma sospiżi fuq strixxi ultra-rqaq tal-metall.
U hawn nistgħu naraw għaliex il-kampjun anatomiku tagħna miet - mill-inqas waħda mill-irjus saret maħlula, u tkun xi tkun ikkawża l-ħsara inizjali wkoll mgħawweġ waħda mill-armi. Il-komponent tar-ras kollu huwa tant żgħir li, kif tistgħu taraw hawn taħt, huwa diffiċli ħafna li tikseb stampa tajba tiegħu b'kamera regolari.
Madankollu, nistgħu nieħdu l-partijiet individwali separati. Il-blokka griża hija parti mmanifatturata apposta msejħa "slider": Hekk kif id-diska ddur taħtha, il-fluss ta 'l-arja joħloq lift, u jneħħi r-ras mill-wiċċ. U meta ngħidu "lifts", infisser vojt li huwa biss 0,0000002 pulzieri wiesa ', jew inqas minn 5 nm.
Kwalunkwe aktar, u l-irjus mhux se jkunu jistgħu jirrikonoxxu bidliet fil-kampijiet manjetiċi tal-binarju; jekk l-irjus kienu jinsabu fuq il-wiċċ, huma sempliċement jobrox il-kisi. Huwa għalhekk li għandek bżonn tiffiltra l-arja ġewwa l-kaxxa tas-sewqan: it-trab u l-umdità fuq il-wiċċ tas-sewqan sempliċement jiksru l-irjus.
"Arblu" żgħir tal-metall fit-tarf tar-ras jgħin fl-aerodinamika ġenerali. Madankollu, biex naraw il-partijiet li jagħmlu l-qari u l-kitba, għandna bżonn ritratt aħjar.
F'din l-immaġni ta 'hard drive ieħor, l-apparati ta' qari/kitba huma taħt il-konnessjonijiet elettriċi kollha. Ir-reġistrazzjoni titwettaq mis-sistema (induzzjoni tal-film irqiq, TFI), u qari - apparat (apparat magnetoresistive tal-mina, TMR).
Is-sinjali prodotti minn TMR huma dgħajfa ħafna u għandhom jiġu mgħoddija minn amplifikatur biex jiżdiedu l-livelli qabel ma jintbagħtu. Iċ-ċippa responsabbli għal dan tinsab ħdejn il-bażi tal-lievi fl-immaġni hawn taħt.
Kif intqal fl-introduzzjoni għall-artikolu, il-komponenti mekkaniċi u l-prinċipju operattiv ta 'hard drive ftit inbidlu matul is-snin. Fuq kollox, it-teknoloġija tal-binarji manjetiċi u l-irjus tal-qari u l-kitba ġiet imtejba, u ħolqu binarji dejjem aktar dojoq u densi, li finalment wasslu għal żieda fl-ammont ta 'informazzjoni maħżuna.
Madankollu, hard drives mekkaniċi għandhom limitazzjonijiet ovvji tal-veloċità. Huwa jieħu ż-żmien biex iċċaqlaq il-lievi għall-pożizzjoni mixtieqa, u jekk id-dejta tkun imxerrda fuq binarji differenti fuq platti differenti, allura d-drajv se jonfoq pjuttost ftit mikrosekondi tfittex bits.
Qabel ma ngħaddu għal tip ieħor ta' drive, ejja nindikaw il-veloċità approssimattiva ta' HDD tipiku. Użajna l-benchmark biex tevalwa l-hard drive :
L-ewwel żewġ linji jindikaw in-numru ta 'MB kull sekonda meta jwettaq jaqra u jikteb sekwenzjali (lista twila u kontinwa) u każwali (transizzjonijiet matul id-drajv kollu). Il-linja li jmiss turi l-valur IOPS, li huwa n-numru ta 'operazzjonijiet I/O mwettqa kull sekonda. L-aħħar linja turi l-latency medja (ħin f'mikrosekondi) bejn it-trażmissjoni ta 'operazzjoni ta' qari jew kitba u r-riċeviment tal-valuri tad-dejta.
B'mod ġenerali, naħdmu biex niżguraw li l-valuri fl-ewwel tliet linji jkunu kbar kemm jista 'jkun, u fl-aħħar linja żgħar kemm jista' jkun. Tinkwetax dwar in-numri nfushom, aħna ser nużawhom biss għall-paragun meta nħarsu lejn tip ieħor ta 'drive: il-drive solid-state.
Sors: www.habr.com