To je magnetno. Je električna. Je fotoničen. Ne, to ni nova trojica superjunakov iz Marvelovega vesolja. Gre za shranjevanje naših dragocenih digitalnih podatkov. Shraniti jih moramo nekje, varno in stabilno, da lahko do njih dostopamo in jih zamenjamo, kot bi mignil. Pozabite na Iron Mana in Thora – govorimo o trdih diskih!
Potopimo se torej v anatomijo naprav, ki jih danes uporabljamo za shranjevanje milijard bitov podatkov.
Zavrtiš me, srček
Mehansko shranjevanje na trdem disku (trdi disk, HDD) je standard za shranjevanje za računalnike po vsem svetu že več kot 30 let, vendar je tehnologija, ki stoji za njim, veliko starejša.
IBM je izdal prvi komercialni HDD , njegova kapaciteta je bila kar 3,75 MB. In na splošno se v vseh teh letih splošna struktura pogona ni veliko spremenila. Še vedno ima diske, ki uporabljajo magnetizacijo za shranjevanje podatkov, in obstajajo naprave za branje/pisanje teh podatkov. Spremenjeno Enaka in zelo močna je količina podatkov, ki jih je mogoče shraniti na njih.
Leta 1987 je bilo to mogoče za približno 350 dolarjev; Danes lahko kupite 14 TB: v 700 000 kratnik glasnosti.
Ogledali si bomo napravo, ki ni povsem enake velikosti, a tudi spodobna po sodobnih standardih: 3,5-palčni trdi disk Seagate Barracuda 3 TB, zlasti model , razvpita po svojih и . Pogon, ki ga proučujemo, je že mrtev, tako da bo to bolj podobno obdukciji kot lekciji anatomije.
Večji del trdega diska je iz lite kovine. Sile v notranjosti naprave med aktivno uporabo so lahko precej resne, zato debela kovina preprečuje upogibanje in tresenje ohišja. Tudi majhni 1,8-palčni trdi diski uporabljajo kovino kot material za ohišje, vendar so običajno izdelani iz aluminija in ne iz jekla, ker morajo biti čim lažji.
Če pogon obrnemo, vidimo tiskano vezje in več priključkov. Priključek na vrhu plošče se uporablja za motor, ki vrti diske, spodnji trije (od leve proti desni) pa so premostitveni zatiči, ki omogočajo konfiguracijo pogona za določene konfiguracije, podatkovni priključek SATA (Serial ATA) in napajalni priključek SATA.
Serial ATA se je prvič pojavil leta 2000. V namiznih računalnikih je to standardni sistem, ki se uporablja za povezavo pogonov s preostalim delom računalnika. Specifikacija formata je bila deležna številnih revizij in trenutno uporabljamo različico 3.4. Naš trup trdega diska je starejša različica, vendar je razlika le v enem pinu v napajalnem konektorju.
V podatkovnih povezavah se uporablja za sprejemanje in sprejemanje podatkov. : Zatiči A+ in A- se uporabljajo za prenos navodila in podatke na trdi disk, nožice B pa so za sprejemanje teh signalov. Ta uporaba parnih vodnikov bistveno zmanjša učinek električnega šuma na signal, kar pomeni, da lahko naprava deluje hitreje.
Če govorimo o moči, vidimo, da ima konektor par kontaktov vsake napetosti (+3.3, +5 in +12V); vendar se jih večina ne uporablja, ker trdi diski ne potrebujejo veliko energije. Ta model Seagate porabi manj kot 10 vatov pri aktivni obremenitvi. Stiki z oznako PC se uporabljajo za prednapolniti: Ta funkcija vam omogoča, da odstranite in priključite trdi disk, medtem ko računalnik še naprej deluje (to se imenuje vroča menjava).
Stik z oznako PWDIS omogoča trdi disk, vendar je ta funkcija podprta samo od različice SATA 3.3, tako da je v mojem disku samo še en napajalni vod +3.3 V. In zadnji zatič, označen s SSU, preprosto pove računalniku, ali trdi disk podpira tehnologijo zaporednega vrtenja. zamaknjeno vrtenje navzgor.
Preden jih računalnik lahko uporabi, se morajo pogoni v napravi (kar bomo kmalu videli) zavrteti do polne hitrosti. Če pa je v stroju nameščenih veliko trdih diskov, lahko nenadna sočasna zahteva za napajanje škoduje sistemu. Postopno vrtenje vreten navzgor popolnoma odpravi možnost takšnih težav, vendar boste morali počakati nekaj sekund, preden pridobite popoln dostop do trdega diska.
Če vezje odstranite, lahko vidite, kako se povezuje s komponentami v napravi. HDD ni zapečateno, z izjemo naprav z zelo velikimi kapacitetami - uporabljajo helij namesto zraka, ker je veliko manj gost in povzroča manj težav pri pogonih z velikim številom diskov. Po drugi strani pa običajnih pogonov ne bi smeli izpostavljati odprtemu okolju.
Zahvaljujoč uporabi takšnih priključkov je število vstopnih točk, skozi katere lahko umazanija in prah prideta v pogon, zmanjšano; v kovinskem ohišju je luknja (velika bela pika v spodnjem levem kotu slike), ki omogoča, da v notranjosti ostane zunanji tlak.
Zdaj, ko je PCB odstranjen, poglejmo, kaj je notri. Obstajajo štirje glavni čipi:
- LSI B64002: glavni krmilni čip, ki obdeluje navodila, prenaša podatkovne tokove v in iz njih, popravlja napake itd.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM s taktom 800 MHz, uporablja se za predpomnjenje podatkov
- Smooth MCKXL: krmili motor, ki vrti diske
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB serijskega bliskovnega pomnilnika, ki se uporablja za shranjevanje vdelane programske opreme pogona (podobno BIOS-u računalnika)
Komponente PCB različnih trdih diskov se lahko razlikujejo. Večje velikosti zahtevajo več predpomnilnika (najsodobnejše pošasti imajo lahko do 256 MB DDR3), glavni krmilni čip pa je morda nekoliko bolj izpopolnjen pri obravnavanju napak, vendar na splošno razlike niso tako velike.
Odpiranje pogona je enostavno, samo odvijte nekaj Torx vijakov in voila! Notri smo...
Glede na to, da zavzema večji del naprave, našo pozornost takoj pritegne velik kovinski krog; preprosto je razumeti, zakaj se pogoni imenujejo disk. Pravilno je, da jih imenujemo plošče; izdelani so iz stekla ali aluminija in prevlečeni z več plastmi različnih materialov. Ta 3TB disk ima tri plošče, kar pomeni, da je treba na vsaki strani enega krožnika shraniti 500 GB.
Slika je precej zaprašena, tako umazani krožniki ne ustrezajo natančnosti oblikovanja in izdelave, ki je potrebna za njihovo izdelavo. V našem primeru trdega diska je sam aluminijasti disk debel 0,04 palca (1 mm), vendar je poliran do te mere, da je povprečna višina odstopanj na površini manjša od 0,000001 palca (približno 30 nm).
Osnovna plast je globoka le 0,0004 palca (10 mikronov) in je sestavljena iz več plasti materialov, nanesenih na kovino. Aplikacija se izvede z uporabo čemur sledi , pripravo diska za osnovne magnetne materiale, ki se uporabljajo za shranjevanje digitalnih podatkov.
Ta material je običajno kompleksna kobaltova zlitina in je sestavljen iz koncentričnih krogov, od katerih je vsak širok približno 0,00001 palca (približno 250 nm) in globok 0,000001 palca (25 nm). Na mikro ravni kovinske zlitine tvorijo zrna, podobna milnim mehurčkom na površini vode.
Vsako zrno ima svoje magnetno polje, ki pa se lahko transformira v dani smeri. Rezultat združevanja takih polj so podatkovni biti (0 in 1). Če želite izvedeti več o tej temi, preberite Univerza Yale. Končni premazi so plast karbona za zaščito in nato polimer za zmanjšanje kontaktnega trenja. Skupaj nista debela več kot 0,0000005 palcev (12 nm).
Kmalu bomo videli, zakaj morajo biti rezine izdelane s tako strogimi tolerancami, vendar je še vedno presenetljivo ugotoviti, da Lahko postanete ponosni lastnik naprave, izdelane z nanometrsko natančnostjo!
Vendar se vrnimo k samemu trdemu disku in poglejmo, kaj je še v njem.
Rumena barva prikazuje kovinski pokrov, ki varno pritrdi ploščo na vretenski pogonski elektromotor - električni pogon, ki vrti diske. Pri tem trdem disku se vrtijo s frekvenco 7200 vrt/min (vrtljaji/min), pri drugih modelih pa lahko delujejo počasneje. Počasni pogoni imajo nižji hrup in porabo energije, a tudi nižjo hitrost, hitrejši pa lahko dosežejo hitrost 15 vrtljajev na minuto.
Za zmanjšanje škode zaradi prahu in vlage v zraku uporabite recirkulacijski filter (zelen kvadrat), zbira majhne delce in jih zadržuje v sebi. Zrak, ki se premika z vrtenjem plošč, zagotavlja stalen pretok skozi filter. Nad diski in poleg filtra je eden od treh ploščati separatorji: pomaga zmanjšati vibracije in vzdrževati čim bolj enakomeren pretok zraka.
V zgornjem levem delu slike modri kvadrat označuje enega od dveh trajnih paličastih magnetov. Zagotavljajo magnetno polje, potrebno za premikanje rdeče označene komponente. Ločimo te podrobnosti, da jih bomo bolje videli.
Kar je videti kot bela lisa, je še en filter, le da ta filtrira delce in pline, ki vstopajo od zunaj skozi luknjo, ki smo jo videli zgoraj. Kovinske konice so ročice za premikanje glave, na kateri se nahajajo bralno-pisalne glave trdi disk. Premikajo se z ogromno hitrostjo po površini plošč (zgornji in spodnji).
Oglejte si ta video, ki ga je ustvaril da vidim kako hitri so:
Zasnova ne uporablja ničesar podobnega ; Za premikanje ročic poteka električni tok skozi solenoid na dnu ročic.
Na splošno se imenujejo , ker za premikanje membran uporabljajo enak princip kot v zvočnikih in mikrofonih. Tok okoli njih ustvari magnetno polje, ki reagira na polje, ki ga ustvarijo trajni palični magneti.
Ne pozabite, da sledi podatkov majhen, zato mora biti pozicioniranje rok izjemno natančno, tako kot vse ostalo v pogonu. Nekateri trdi diski imajo večstopenjske ročice, ki naredijo majhne spremembe v smeri le enega dela celotne ročice.
Nekateri trdi diski imajo podatkovne sledi, ki se med seboj prekrivajo. Ta tehnologija se imenuje (magnetno snemanje s skodlami), njegove zahteve glede natančnosti in pozicioniranja (torej, da mora nenehno udariti v eno točko) pa so še strožje.
Čisto na koncu krakov so zelo občutljive bralno-pisalne glave. Naš HDD vsebuje 3 plošče in 6 glav, vsaka od njih plava nad diskom, ko se vrti. Da bi to dosegli, so glave obešene na ultratanke kovinske trakove.
In tukaj lahko vidimo, zakaj je naš anatomski primerek umrl - vsaj ena od glav se je zrahljala in kar je povzročilo prvotno poškodbo, je upognilo tudi eno od rok. Celotna komponenta glave je tako majhna, da jo je, kot lahko vidite spodaj, zelo težko dobiti z navadnim fotoaparatom.
Lahko pa posamezne dele razstavimo. Sivi blok je posebej izdelan del, imenovan "drsnik": Ko se disk vrti pod njim, zračni tok ustvari dvig, ki dvigne glavo s površine. In ko rečemo »dvigi«, mislimo na vrzel, ki je široka le 0,0000002 palca ali manj kot 5 nm.
Še več, in glave ne bodo mogle prepoznati sprememb v magnetnih poljih steze; če bi glave ležale na površini, bi preprosto opraskale premaz. Zato morate filtrirati zrak v ohišju pogona: prah in vlaga na površini pogona bosta preprosto razbila glave.
Majhna kovinska "pol" na koncu glave pomaga pri splošni aerodinamiki. Če pa želimo videti dele, ki berejo in pišejo, potrebujemo boljšo fotografijo.
Na tej sliki drugega trdega diska so bralno-pisalne naprave pod vsemi električnimi povezavami. Snemanje izvaja sistem (indukcija tankega filma, TFI) in branje - naprava (tunelska magnetoresistivna naprava, TMR).
Signali, ki jih proizvaja TMR, so zelo šibki in jih je treba pred pošiljanjem prenesti skozi ojačevalnik, da se poveča raven. Čip, odgovoren za to, se nahaja blizu vznožja ročic na spodnji sliki.
Kot je navedeno v uvodu v članek, so se mehanske komponente in princip delovanja trdega diska z leti malo spremenili. Predvsem pa je bila izboljšana tehnologija magnetnih sledi in bralno-pisalnih glav, ki ustvarjajo vse ožje in gostejše sledi, kar je na koncu povzročilo povečanje količine shranjenih informacij.
Vendar imajo mehanski trdi diski očitne omejitve hitrosti. Potreben je čas, da se ročice premaknejo v želeni položaj, in če so podatki razpršeni po različnih stezah na različnih ploščah, bo pogon porabil kar nekaj mikrosekund za iskanje bitov.
Preden preidemo na drugo vrsto pogona, navedemo približno hitrost običajnega trdega diska. Uporabili smo merilo za oceno trdega diska :
Prvi dve vrstici označujeta število MB na sekundo pri izvajanju zaporednega (dolg, neprekinjen seznam) in naključnega (prehodi po celotnem pogonu) branja in pisanja. Naslednja vrstica prikazuje vrednost IOPS, ki je število V/I operacij, izvedenih vsako sekundo. Zadnja vrstica prikazuje povprečno zakasnitev (čas v mikrosekundah) med prenosom operacije branja ali pisanja in prejemom vrednosti podatkov.
Na splošno si prizadevamo, da so vrednosti v prvih treh vrsticah čim večje, v zadnji pa čim manjše. Naj vas ne skrbijo same številke, uporabili jih bomo samo za primerjavo, ko bomo pogledali drugo vrsto pogona: pogon SSD.
Vir: www.habr.com