भण्डारण को शरीर रचना: हार्ड ड्राइव

यो चुम्बकीय छ। यो बिजुली हो। यो फोटोनिक छ। होइन, यो मार्वल ब्रह्माण्डको नयाँ सुपरहीरो ट्रायो होइन। यो हाम्रो बहुमूल्य डिजिटल डाटा भण्डारण गर्ने बारे हो। हामीले तिनीहरूलाई कतै, सुरक्षित र स्थिर रूपमा भण्डार गर्न आवश्यक छ, ताकि हामी तिनीहरूलाई पहुँच गर्न र आँखा झिम्काइमा परिवर्तन गर्न सक्छौं। आइरन म्यान र थोर बिर्सनुहोस् - हामी हार्ड ड्राइभको बारेमा कुरा गर्दैछौं!

त्यसोभए हामी आज अरबौं बिट डाटा भण्डारण गर्न प्रयोग गर्ने यन्त्रहरूको शरीर रचनामा डुबौं।

तिमीले मलाई दायाँ घुमाउछौ, बच्चा

मकोनिकल हार्ड ड्राइभ भण्डारण (हार्ड डिस्क ड्राइभ, HDD) ३० वर्षभन्दा बढी समयदेखि विश्वभरका कम्प्युटरहरूको लागि भण्डारण मानक भएको छ, तर यसको पछाडिको प्रविधि धेरै पुरानो छ।

IBM ले पहिलो व्यावसायिक HDD जारी गर्यो 1956 वर्षमा, यसको क्षमता 3,75 MB को रूपमा धेरै थियो। र सामान्यतया, यी सबै वर्षहरूमा ड्राइभको सामान्य संरचना धेरै परिवर्तन भएको छैन। यसमा अझै पनि डिस्कहरू छन् जसले डाटा भण्डारण गर्न चुम्बकीकरण प्रयोग गर्दछ, र त्यहाँ त्यो डाटा पढ्न/लेख्नका लागि उपकरणहरू छन्। परिवर्तन भयो उस्तै, र धेरै बलियो, डाटा को मात्रा हो कि तिनीहरू मा भण्डारण गर्न सकिन्छ।

1987 मा यो सम्भव थियो HDD 20 MB किन्नुहोस् लगभग $350 को लागी; आज एउटै पैसाको लागि तपाईं 14 TB किन्न सक्नुहुन्छ: in 700 000 भोल्युमको गुणा।

हामी एक उपकरण हेर्नेछौं जुन ठ्याक्कै समान आकारको छैन, तर आधुनिक मापदण्डहरूद्वारा पनि सभ्य छ: 3,5-इन्च HDD Seagate Barracuda 3 TB, विशेष गरी, मोडेल। ST3000DM001, यसको लागि कुख्यात उच्च विफलता दर и यसबाट हुने कानुनी प्रक्रियाहरू। हामीले अध्ययन गरिरहेको ड्राइभ पहिले नै मरेको छ, त्यसैले यो शरीर रचना पाठ भन्दा एक पोस्टमार्टम जस्तै हुनेछ।


हार्ड ड्राइभको ठूलो हिस्सा कास्ट मेटल हो। सक्रिय प्रयोगको क्रममा यन्त्र भित्रको बलहरू धेरै गम्भीर हुन सक्छन्, त्यसैले बाक्लो धातुले केसको झुकाउने र कम्पनलाई रोक्छ। साना 1,8-इन्च HDD ले पनि आवास सामग्रीको रूपमा धातु प्रयोग गर्दछ, तर तिनीहरू सामान्यतया स्टीलको सट्टा एल्युमिनियमबाट बनेका हुन्छन् किनभने तिनीहरू सम्भव भएसम्म हल्का हुनुपर्छ।

ड्राइभ ओभर गर्दै, हामी मुद्रित सर्किट बोर्ड र धेरै कनेक्टरहरू देख्छौं। बोर्डको शीर्षमा कनेक्टर डिस्क घुमाउने मोटरको लागि प्रयोग गरिन्छ, र तलका तीनवटा (बायाँबाट दायाँ) जम्पर पिनहरू हुन् जसले तपाईंलाई निश्चित कन्फिगरेसनहरूको लागि ड्राइभ कन्फिगर गर्न अनुमति दिन्छ, एक SATA (सिरियल एटीए) डाटा कनेक्टर। , र एक SATA पावर कनेक्टर।

सीरियल ATA पहिलो पटक 2000 मा देखा पर्यो। डेस्कटप कम्प्युटरहरूमा, यो मानक प्रणाली हो जुन ड्राइभहरूलाई बाँकी कम्प्युटरमा जडान गर्न प्रयोग गरिन्छ। ढाँचा विशिष्टताले धेरै संशोधनहरू पार गरेको छ, र हामी हाल संस्करण 3.4 प्रयोग गर्दैछौं। हाम्रो हार्ड ड्राइभको शव पुरानो संस्करण हो, तर फरक पावर कनेक्टरमा एउटा मात्र पिन हो।

डाटा जडानहरूमा, यो डाटा प्राप्त गर्न र प्राप्त गर्न प्रयोग गरिन्छ। विभेदित संकेत: पिन A+ र A- को लागि प्रयोग गरिन्छ स्थानान्तरण निर्देशन र हार्ड ड्राइभमा डाटा, र पिन B को लागि हो प्राप्त गर्दै यी संकेतहरू। जोडिएका कन्डक्टरहरूको यो प्रयोगले सिग्नलमा विद्युतीय आवाजको प्रभावलाई उल्लेखनीय रूपमा कम गर्छ, जसको अर्थ उपकरणले छिटो काम गर्न सक्छ।

यदि हामी पावरको बारेमा कुरा गर्छौं भने, हामी देख्छौं कि कनेक्टरसँग प्रत्येक भोल्टेज (+3.3, +5 र +12V) को सम्पर्कहरूको जोडी छ; यद्यपि, तीमध्ये धेरैजसो प्रयोग गरिँदैनन् किनभने HDD लाई धेरै शक्ति चाहिँदैन। यो विशेष Seagate मोडेल सक्रिय लोड अन्तर्गत 10 वाट भन्दा कम प्रयोग गर्दछ। सम्पर्क चिन्हित पीसी को लागी प्रयोग गरिन्छ प्रिचार्ज: यो सुविधाले तपाईंलाई कम्प्युटरले काम गरिरहँदा हार्ड ड्राइभ हटाउन र जडान गर्न अनुमति दिन्छ (यसलाई भनिन्छ तातो स्वैपिङ).

PWDIS ट्यागसँग सम्पर्क गर्न अनुमति दिन्छ रिमोट रिसेट हार्ड ड्राइभ, तर यो प्रकार्य केवल संस्करण SATA 3.3 बाट समर्थित छ, त्यसैले मेरो ड्राइभमा यो केवल अर्को +3.3V पावर लाइन हो। र SSU लेबल गरिएको अन्तिम पिनले कम्प्युटरलाई हार्ड ड्राइभले क्रमिक स्पिन-अप प्रविधिलाई समर्थन गर्छ कि गर्दैन भनेर मात्र बताउँछ। स्तब्ध स्पिन माथि.

कम्प्युटरले तिनीहरूलाई प्रयोग गर्न सक्नु अघि, यन्त्र भित्रका ड्राइभहरू (जसलाई हामी चाँडै देख्नेछौं) पूर्ण गतिमा स्पिन हुनुपर्छ। तर यदि मेसिनमा धेरै हार्ड ड्राइभहरू स्थापित छन् भने, अचानक एक साथ पावर अनुरोधले प्रणालीलाई हानि पुर्‍याउन सक्छ। बिस्तारै स्पिन्डलहरू घुमाउँदा त्यस्ता समस्याहरूको सम्भावनालाई पूर्ण रूपमा हटाउँछ, तर तपाईंले HDD मा पूर्ण पहुँच प्राप्त गर्नु अघि केही सेकेन्ड पर्खनु पर्नेछ।

सर्किट बोर्ड हटाएर, तपाइँ यो यन्त्र भित्र कम्पोनेन्टहरूमा कसरी जडान हुन्छ भनेर हेर्न सक्नुहुन्छ। HDD सील गरिएको छैन, धेरै ठूला क्षमता भएका यन्त्रहरूको अपवादको साथ - तिनीहरूले हावाको सट्टा हेलियम प्रयोग गर्छन् किनभने यो धेरै कम घना छ र ठूलो संख्यामा डिस्कहरूसँग ड्राइभहरूमा कम समस्याहरू सिर्जना गर्दछ। अर्कोतर्फ, तपाईंले खुला वातावरणमा परम्परागत ड्राइभहरू उजागर गर्नुहुँदैन।

त्यस्ता कनेक्टरहरूको प्रयोगको लागि धन्यवाद, प्रवेश बिन्दुहरूको संख्या जसको माध्यमबाट ड्राइभ भित्र फोहोर र धुलो पाउन सकिन्छ; त्यहाँ धातुको केसमा एउटा प्वाल छ (छविको तल्लो बायाँ कुनामा ठूलो सेतो डट) जसले परिवेशको दबाब भित्र रहन अनुमति दिन्छ।

अब जब PCB हटाइयो, भित्र के छ हेरौं। त्यहाँ चार मुख्य चिप्स छन्:

• LSI B64002: मुख्य नियन्त्रक चिप जसले निर्देशनहरू प्रशोधन गर्दछ, डाटा स्ट्रिमहरू भित्र र बाहिर स्थानान्तरण गर्दछ, त्रुटिहरू सुधार गर्दछ, आदि।
• Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM 800 MHz मा क्लक गरियो, डाटा क्यासिङको लागि प्रयोग गरियो
• चिकनी MCKXL: डिस्क घुमाउने मोटरलाई नियन्त्रण गर्दछ
• Winbond 25Q40BWS05: ड्राइभको फर्मवेयर भण्डारण गर्न प्रयोग गरिएको सिरियल फ्ल्यास मेमोरीको 500 KB (थोरै कम्प्युटरको BIOS जस्तै)

विभिन्न HDDs को PCB कम्पोनेन्ट फरक हुन सक्छ। ठूला साइजहरूलाई थप क्यास चाहिन्छ (सबैभन्दा आधुनिक राक्षसहरूमा 256 MB DDR3 सम्म हुन सक्छ), र मुख्य नियन्त्रक चिप त्रुटि ह्यान्डलिङमा अलि बढी परिष्कृत हुन सक्छ, तर समग्र भिन्नताहरू त्यति ठूलो छैनन्।

ड्राइभ खोल्न सजिलो छ, केवल केहि टोरक्स बोल्टहरू र भोइला खोल्नुहोस्! हामी भित्र...

यसले यन्त्रको ठूलो भाग लिन्छ भन्ने कुरालाई ध्यानमा राखेर, हाम्रो ध्यान तुरुन्तै ठूलो धातु सर्कलमा खिचिन्छ; ड्राइभहरू किन भनिन्छ भनेर बुझ्न सजिलो छ डिस्क। तिनीहरूलाई कल गर्नु सही हो प्लेटहरू; तिनीहरू गिलास वा एल्युमिनियमबाट बनेका हुन्छन् र विभिन्न सामग्रीका धेरै तहहरूसँग लेपित हुन्छन्। यो 3TB ड्राइभमा तीनवटा प्लेटहरू छन्, जसको अर्थ 500GB एउटा प्लेटरको प्रत्येक छेउमा भण्डारण गर्नुपर्छ।

छवि एकदम धुलो छ, त्यस्ता फोहोर प्लेटहरू तिनीहरूलाई बनाउनको लागि आवश्यक डिजाइन र निर्माणको सटीकसँग मेल खाँदैन। हाम्रो HDD उदाहरणमा, एल्युमिनियम डिस्क आफैमा 0,04 इन्च (1 मिमी) मोटो छ, तर सतहमा विचलनहरूको औसत उचाइ 0,000001 इन्च (लगभग 30 एनएम) भन्दा कम भएको हदसम्म पालिश गरिएको छ।

आधार तह मात्र 0,0004 इन्च (10 माइक्रोन) गहिरो छ र धातुमा जम्मा गरिएका सामग्रीको धेरै तहहरू समावेश गर्दछ। आवेदन प्रयोग गरी गरिन्छ इलेक्ट्रोलेस निकल प्लेटिङ पछि वैक्यूम निक्षेप, डिजिटल डाटा भण्डारण गर्न प्रयोग गरिने आधारभूत चुम्बकीय सामग्रीहरूको लागि डिस्क तयार गर्दै।

यो सामग्री सामान्यतया एक जटिल कोबाल्ट मिश्र धातु हो र प्रत्येक लगभग 0,00001 इन्च (लगभग 250 एनएम) चौडा र 0,000001 इन्च (25 एनएम) गहिरो, केन्द्रित सर्कलहरू मिलेर बनेको हुन्छ। सूक्ष्म स्तरमा, धातु मिश्रहरूले पानीको सतहमा साबुनको बुलबुले जस्तै दानाहरू बनाउँछन्।

प्रत्येक अन्नको आफ्नै चुम्बकीय क्षेत्र छ, तर यो दिइएको दिशामा रूपान्तरण गर्न सकिन्छ। त्यस्ता फिल्डहरूलाई समूहबद्ध गर्दा डाटा बिटहरू (0s र 1s) हुन्छ। यदि तपाइँ यस विषयमा थप जान्न चाहनुहुन्छ भने, त्यसपछि पढ्नुहोस् यो कागजात येल विश्वविद्यालय। अन्तिम कोटिंगहरू सुरक्षाको लागि कार्बनको एक तह हो, र त्यसपछि सम्पर्क घर्षण कम गर्न एक बहुलक। सँगै तिनीहरू 0,0000005 इन्च (12 nm) भन्दा बढी बाक्लो छैनन्।

हामी चाँडै देख्नेछौं कि किन वेफर्सहरू यस्तो कडा सहिष्णुतामा निर्माण गरिनु पर्छ, तर यो महसुस गर्न अझै अचम्मको छ। केवल १ 15० डलरको लागि तपाईं नैनोमिटर परिशुद्धता संग निर्मित उपकरण को गर्व मालिक बन्न सक्नुहुन्छ!

जे होस्, हामी HDD मा फिर्ता जाऔं र यसमा अरू के छ हेरौं।

पहेंलो रङले धातुको आवरण देखाउँछ जसले प्लेटलाई सुरक्षित रूपमा बाँध्छ स्पिन्डल ड्राइभ इलेक्ट्रिक मोटर - एक इलेक्ट्रिक ड्राइभ जसले डिस्कहरू घुमाउँछ। यस HDD मा तिनीहरू 7200 rpm (क्रान्ति/मिनेट) को आवृत्तिमा घुमाउँछन्, तर अन्य मोडेलहरूमा तिनीहरू ढिलो काम गर्न सक्छन्। ढिलो ड्राइभहरूमा कम आवाज र पावर खपत हुन्छ, तर कम गति पनि हुन्छ, जबकि छिटो ड्राइभहरू 15 rpm को गतिमा पुग्न सक्छ।

धुलो र हावाको आर्द्रताबाट हुने क्षति कम गर्न, प्रयोग गर्नुहोस् पुन: परिसंचरण फिल्टर (हरियो वर्ग), साना कणहरू सङ्कलन र तिनीहरूलाई भित्र समात्दै। प्लेटहरूको रोटेशनद्वारा सारिएको हावाले फिल्टरको माध्यमबाट निरन्तर प्रवाह सुनिश्चित गर्दछ। डिस्कको माथि र फिल्टरको छेउमा तीन मध्ये एउटा छ प्लेट विभाजककम्पन कम गर्न र सम्भव भएसम्म हावा प्रवाह कायम राख्न मद्दत गर्दै।

छविको माथिल्लो बायाँ भागमा, निलो वर्गले दुई स्थायी पट्टी चुम्बकहरू मध्ये एउटालाई सङ्केत गर्छ। तिनीहरूले रातोमा संकेत गरिएको घटक सार्न आवश्यक चुम्बकीय क्षेत्र प्रदान गर्दछ। यी विवरणहरूलाई अझ राम्रोसँग हेर्नको लागि छुट्याऔं।

सेतो प्याच जस्तो देखिन्छ त्यो अर्को फिल्टर हो, केवल यसले हामीले माथि देखेको प्वालबाट बाहिरबाट प्रवेश गर्ने कणहरू र ग्यासहरूलाई फिल्टर गर्दछ। धातु स्पाइकहरू छन् टाउको आन्दोलन लिभरहरू, जसमा तिनीहरू अवस्थित छन् पढ्ने-लेखन हेडहरू हार्ड ड्राइभ। तिनीहरू प्लेटहरू (माथिल्लो र तल्लो) को सतहमा ठूलो गतिमा सर्छन्।

द्वारा बनाईएको यो भिडियो हेर्नुहोस् ढिलो मो साथीहरुतिनीहरू कति छिटो छन् हेर्न:

डिजाइन जस्तै केहि प्रयोग गर्दैन स्टेपर मोटर; लीभरहरू सार्नको लागि, लिभरको आधारमा सोलेनोइड मार्फत बिजुली प्रवाह गरिन्छ।

सामान्यतया तिनीहरू भनिन्छ आवाज कुण्डल, किनभने तिनीहरूले झिल्ली सार्न स्पिकरहरू र माइक्रोफोनहरूमा प्रयोग गरिएको समान सिद्धान्त प्रयोग गर्छन्। वर्तमानले तिनीहरूको वरिपरि एक चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न गर्दछ, जसले स्थायी बार म्याग्नेटद्वारा सिर्जना गरिएको क्षेत्रमा प्रतिक्रिया गर्दछ।

त्यो डाटा ट्र्याकहरू नबिर्सनुहोस् सानो, त्यसैले हतियारहरूको स्थिति एकदम सटीक हुनुपर्छ, जस्तै ड्राइभमा सबै चीजहरू। केही हार्ड ड्राइभहरूमा बहु-चरण लिभरहरू हुन्छन् जसले सम्पूर्ण लीभरको केवल एक भागको दिशामा सानो परिवर्तन गर्दछ।

केहि हार्ड ड्राइभहरूमा डेटा ट्र्याकहरू छन् जुन एकअर्कालाई ओभरल्याप गर्दछ। यो प्रविधि भनिन्छ टाइल गरिएको चुम्बकीय रेकर्डिङ (शिंगल्ड चुम्बकीय रेकर्डिङ), र यसको शुद्धता र स्थितिको लागि आवश्यकताहरू (अर्थात, लगातार एक बिन्दुमा हिट गर्न) अझ कडा छन्।

हतियारको अन्त्यमा धेरै संवेदनशील पढ्ने-लेखन टाउकोहरू छन्। हाम्रो HDD मा 3 प्लेटर र 6 हेडहरू छन्, र ती प्रत्येक फ्लोट्स यो घुम्ने रूपमा डिस्क माथि। यो प्राप्त गर्न, टाउकोहरू धातुको अल्ट्रा-पातलो स्ट्रिपहरूमा निलम्बित छन्।

र यहाँ हामी देख्न सक्छौं कि हाम्रो शारीरिक नमूना किन मर्यो - कम्तिमा एउटा टाउको ढिलो भयो, र जुनसुकै कारणले प्रारम्भिक क्षतिको कारणले पनि एउटा हतियार झुक्यो। सम्पूर्ण टाउको कम्पोनेन्ट यति सानो छ कि, तपाईले तल देख्न सक्नुहुन्छ, नियमित क्यामेराको साथ यसको राम्रो तस्विर प्राप्त गर्न धेरै गाह्रो छ।

यद्यपि, हामी व्यक्तिगत भागहरू अलग गर्न सक्छौं। खैरो ब्लक विशेष रूपमा निर्मित भाग भनिन्छ "स्लाइडर": डिस्क मुनि घुम्दा, हावाको प्रवाहले सतहबाट टाउको उठाएर लिफ्ट सिर्जना गर्छ। र जब हामी "लिफ्टहरू" भन्छौं, हाम्रो मतलब ०.०००००००२ इन्च चौडाइ वा ५ एनएम भन्दा कम मात्र हुन्छ।

कुनै पनि अगाडि, र हेडहरूले ट्र्याकको चुम्बकीय क्षेत्रहरूमा परिवर्तनहरू पहिचान गर्न सक्षम हुनेछैनन्; यदि टाउको सतहमा पल्टिएको थियो भने, तिनीहरूले कोटिंग मात्र खरोंच गर्नेछन्। यसकारण तपाईंले ड्राइभ केस भित्रको हावा फिल्टर गर्न आवश्यक छ: ड्राइभको सतहमा धुलो र चिसोले टाउको मात्र भाँच्नेछ।

टाउकोको अन्त्यमा एउटा सानो धातु "पोल" ले समग्र वायुगतिकीमा मद्दत गर्छ। यद्यपि, पढ्न र लेख्ने भागहरू हेर्न, हामीलाई राम्रो फोटो चाहिन्छ।

अर्को हार्ड ड्राइभको यो छविमा, पढ्ने/लेख्ने उपकरणहरू सबै विद्युतीय जडानहरू मुनि छन्। रेकर्डिङ प्रणाली द्वारा प्रदर्शन गरिन्छ पातलो फिल्म अधिष्ठापन (पातलो फिल्म इन्डक्शन, TFI), र पढाइ - सुरुङ चुम्बकीय प्रतिरोधात्मक उपकरण (टनेलिङ चुम्बकीय प्रतिरोधी उपकरण, TMR)।

TMR द्वारा उत्पादित संकेतहरू धेरै कमजोर छन् र पठाउनु अघि स्तरहरू बढाउन एम्पलीफायर मार्फत पारित गर्नुपर्छ। यसका लागि जिम्मेवार चिप तलको छविमा लिभरको आधार नजिकै अवस्थित छ।

लेखको परिचयमा भनेझैं, हार्ड ड्राइभको मेकानिकल कम्पोनेन्टहरू र सञ्चालन सिद्धान्तहरू वर्षहरूमा थोरै परिवर्तन भएका छन्। सबै भन्दा धेरै, चुम्बकीय ट्र्याकहरू र पढ्ने-लेखन हेडहरूको प्रविधि सुधारिएको थियो, बढ्दो साँघुरो र घना ट्र्याकहरू सिर्जना गर्दै, जसले अन्ततः भण्डारण जानकारीको मात्रामा वृद्धि गर्यो।

यद्यपि, मेकानिकल हार्ड ड्राइभहरूमा स्पष्ट गति सीमाहरू छन्। लिभरहरूलाई इच्छित स्थानमा सार्न समय लाग्छ, र यदि डेटा विभिन्न प्लेटहरूमा विभिन्न ट्र्याकहरूमा छरिएको छ, तब ड्राइभले बिटहरू खोज्न धेरै माइक्रोसेकेन्डहरू खर्च गर्नेछ।

अर्को प्रकारको ड्राइभमा जानु अघि, सामान्य HDD को अनुमानित गति संकेत गरौं। हामीले बेन्चमार्क प्रयोग गर्यौं CrystalDiskMark हार्ड ड्राइभ मूल्याङ्कन गर्न WD 3.5" 5400 RPM 2 TB:

पहिलो दुई रेखाहरूले क्रमिक (लामो, निरन्तर सूची) र अनियमित (सम्पूर्ण ड्राइभमा ट्रान्जिसनहरू) पढ्ने र लेख्ने कार्य गर्दा प्रति सेकेन्ड MB को सङ्ख्या जनाउँछ। अर्को रेखाले IOPS मान देखाउँछ, जुन प्रत्येक सेकेन्डमा गरिने I/O अपरेसनहरूको संख्या हो। अन्तिम रेखाले पढ्न वा लेख्ने सञ्चालन र डेटा मानहरू प्राप्त गर्ने बीचको औसत विलम्बता (माइक्रोसेकेन्डमा समय) देखाउँछ।

सामान्यतया, हामी यो सुनिश्चित गर्न कोसिस गर्छौं कि पहिलो तीन लाइनहरूमा मानहरू सकेसम्म ठूला छन्, र अन्तिम लाइनमा सकेसम्म सानो। नम्बरहरूको बारेमा चिन्ता नगर्नुहोस्, हामी तिनीहरूलाई तुलनाको लागि मात्र प्रयोग गर्नेछौं जब हामी अर्को प्रकारको ड्राइभ हेर्छौं: ठोस-राज्य ड्राइभ।

स्रोत: www.habr.com