Është magnetike. Është elektrike. Është fotonik. Jo, kjo nuk është një treshe e re superhero nga universi Marvel. Bëhet fjalë për ruajtjen e të dhënave tona të çmuara dixhitale. Duhet t'i ruajmë diku, të sigurta dhe të qëndrueshme, në mënyrë që t'i qasemi dhe t'i ndryshojmë sa hap e mbyll sytë. Harrojeni Iron Man dhe Thor - po flasim për hard disqet!
Pra, le të zhytemi në anatominë e pajisjeve që përdorim sot për të ruajtur miliarda bit të dhënash.
Ti më rrotullon drejt, fëmijë
Механический ruajtja e diskut të ngurtë (hard disk drive, HDD) ka qenë standardi i ruajtjes së kompjuterëve në mbarë botën për më shumë se 30 vjet, por teknologjia pas tij është shumë më e vjetër.
IBM publikoi HDD-në e parë komerciale , kapaciteti i tij ishte sa 3,75 MB. Dhe në përgjithësi, gjatë gjithë këtyre viteve struktura e përgjithshme e makinës nuk ka ndryshuar shumë. Ai ka ende disqe që përdorin magnetizimin për të ruajtur të dhënat dhe ka pajisje për t'i lexuar/shkruar ato të dhëna. Ndryshuar E njëjta, dhe shumë e fortë, është sasia e të dhënave që mund të ruhen në to.
Në vitin 1987 ishte e mundur për rreth 350 dollarë; Sot mund të blini 14 TB: in 700 000 herë sa vëllimi.
Ne do të shikojmë një pajisje që nuk është saktësisht e njëjta madhësi, por edhe e mirë sipas standardeve moderne: HDD 3,5 inç Seagate Barracuda 3 TB, në veçanti, modeli , i njohur për të и . Makina që po studiojmë tashmë është e vdekur, kështu që kjo do të jetë më shumë si një autopsi sesa një mësim anatomie.
Pjesa më e madhe e hard drive-it është metal i derdhur. Forcat brenda pajisjes gjatë përdorimit aktiv mund të jenë mjaft serioze, kështu që metali i trashë parandalon lakimin dhe dridhjen e kutisë. Edhe HDD-të e vegjël 1,8 inç përdorin metal si material strehimi, por ato zakonisht janë bërë nga alumini dhe jo çeliku, sepse duhet të jenë sa më të lehta.
Duke e kthyer makinën nga ana tjetër, ne shohim një bord qark të printuar dhe disa lidhës. Lidhësi në krye të tabelës përdoret për motorin që rrotullon disqet, dhe tre të poshtëm (nga e majta në të djathtë) janë kunjat kërcyese që ju lejojnë të konfiguroni diskun për konfigurime të caktuara, një lidhës të dhënash SATA (Serial ATA). , dhe një lidhës energjie SATA.
Serial ATA u shfaq për herë të parë në vitin 2000. Në kompjuterët desktop, ky është sistemi standard që përdoret për të lidhur disqet me pjesën tjetër të kompjuterit. Specifikimi i formatit ka pësuar shumë rishikime dhe aktualisht jemi duke përdorur versionin 3.4. Kufoma jonë e hard drive-it është një version më i vjetër, por ndryshimi është vetëm një kunj në lidhësin e rrymës.
Në lidhjet e të dhënave, përdoret për të marrë dhe marrë të dhëna. : Përdoren kunjat A+ dhe A- transfer udhëzimet dhe të dhënat në hard disk, dhe kunjat B janë për marrja këto sinjale. Ky përdorim i përçuesve të çiftuar redukton ndjeshëm efektin e zhurmës elektrike në sinjal, që do të thotë se pajisja mund të funksionojë më shpejt.
Nëse flasim për fuqinë, shohim se lidhësi ka një palë kontaktesh të secilit tension (+3.3, +5 dhe +12V); megjithatë, shumica e tyre nuk përdoren sepse HDD-të nuk kërkojnë shumë energji. Ky model i veçantë Seagate përdor më pak se 10 vat nën ngarkesë aktive. Kontaktet e shënuara me PC përdoren për parapagesë: Ky funksion ju lejon të hiqni dhe lidhni hard diskun ndërsa kompjuteri vazhdon të punojë (kjo quhet shkëmbim i nxehtë).
Kontakti me etiketën PWDIS lejon hard disk, por ky funksion mbështetet vetëm nga versioni SATA 3.3, kështu që në diskun tim është vetëm një linjë tjetër e energjisë +3.3V. Dhe kunja e fundit, e emërtuar SSU, thjesht i tregon kompjuterit nëse hard disku mbështet teknologjinë e rrotullimit sekuencial. rrotullim i shkallëzuar lart.
Përpara se kompjuteri t'i përdorë ato, disqet brenda pajisjes (të cilat do ta shohim së shpejti) duhet të rrotullohen me shpejtësi të plotë. Por nëse ka shumë disqe të instaluar në makinë, atëherë një kërkesë e papritur e njëkohshme e energjisë mund të dëmtojë sistemin. Rrotullimi gradualisht lart boshteve eliminon plotësisht mundësinë e problemeve të tilla, por do t'ju duhet të prisni disa sekonda përpara se të fitoni akses të plotë në HDD.
Duke hequr tabelën e qarkut, mund të shihni se si lidhet me komponentët brenda pajisjes. HDD jo e vulosur, me përjashtim të pajisjeve me kapacitete shumë të mëdha - ata përdorin helium në vend të ajrit sepse është shumë më pak i dendur dhe krijon më pak probleme në disqet me një numër të madh disqesh. Nga ana tjetër, nuk duhet t'i ekspozoni disqet konvencionale në mjedisin e hapur.
Falë përdorimit të lidhësve të tillë, numri i pikave të hyrjes përmes të cilave papastërtia dhe pluhuri mund të futen brenda makinës minimizohet; ka një vrimë në kutinë metalike (pika e madhe e bardhë në këndin e poshtëm të majtë të figurës) që lejon që presioni i ambientit të mbetet brenda.
Tani që PCB është hequr, le të hedhim një vështrim se çfarë ka brenda. Ekzistojnë katër çipa kryesore:
- LSI B64002: Çipi kryesor i kontrolluesit që përpunon udhëzimet, transferon rrjedhat e të dhënave brenda dhe jashtë, korrigjon gabimet, etj.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM i frekuentuar në 800 MHz, përdoret për ruajtjen e të dhënave
- Smooth MCKXL: kontrollon motorin që rrotullon disqet
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB memorie flash serike e përdorur për të ruajtur firmuerin e diskut (pak si BIOS-i i një kompjuteri)
Komponentët PCB të HDD-ve të ndryshëm mund të ndryshojnë. Përmasat më të mëdha kërkojnë më shumë cache (përbindëshat më modernë mund të kenë deri në 256 MB DDR3), dhe çipi kryesor i kontrolluesit mund të jetë pak më i sofistikuar në trajtimin e gabimeve, por në përgjithësi ndryshimet nuk janë aq të mëdha.
Hapja e makinës është e lehtë, thjesht hiqni disa bulona Torx dhe voila! Jemi brenda...
Duke qenë se zë pjesën më të madhe të pajisjes, vëmendja jonë tërhiqet menjëherë nga rrethi i madh metalik; është e lehtë të kuptohet pse thirren disqet disk. Është e drejtë t'i thërrasësh pjata; ato janë prej qelqi ose alumini dhe të veshura me disa shtresa materialesh të ndryshme. Kjo makinë 3TB ka tre pjata, që do të thotë se 500 GB duhet të ruhen në secilën anë të një pjate.
Imazhi është mjaft i pluhurosur, pllaka të tilla të pista nuk përputhen me saktësinë e dizajnit dhe prodhimit të kërkuar për t'i bërë ato. Në shembullin tonë HDD, vetë disku i aluminit është 0,04 inç (1 mm) i trashë, por i lëmuar në atë masë sa lartësia mesatare e devijimeve në sipërfaqe është më pak se 0,000001 inç (afërsisht 30 nm).
Shtresa bazë është vetëm 0,0004 inç (10 mikronë) e thellë dhe përbëhet nga shtresa të shumta materialesh të depozituara në metal. Aplikimi bëhet duke përdorur e ndjekur nga , duke përgatitur diskun për materialet bazë magnetike të përdorura për ruajtjen e të dhënave dixhitale.
Ky material është zakonisht një aliazh kompleks kobalti dhe përbëhet nga rrathë koncentrikë, secila prej përafërsisht 0,00001 inç (afërsisht 250 nm) e gjerë dhe 0,000001 inç (25 nm) e thellë. Në nivel mikro, lidhjet metalike formojnë kokrriza të ngjashme me flluska sapuni në sipërfaqen e ujit.
Çdo kokërr ka fushën e vet magnetike, por ajo mund të transformohet në një drejtim të caktuar. Grupimi i fushave të tilla rezulton në bit të dhënash (0 dhe 1). Nëse dëshironi të mësoni më shumë rreth kësaj teme, atëherë lexoni Universiteti Yale. Veshjet përfundimtare janë një shtresë karboni për mbrojtje, dhe më pas një polimer për të reduktuar fërkimin e kontaktit. Së bashku ato nuk janë më të trasha se 0,0000005 inç (12 nm).
Së shpejti do të shohim pse vaferat duhet të prodhohen me toleranca kaq të ngushta, por është ende befasuese të kuptojmë se Ju mund të bëheni pronar krenar i një pajisjeje të prodhuar me saktësi nanometri!
Sidoqoftë, le të kthehemi te vetë HDD dhe të shohim se çfarë tjetër ka në të.
Ngjyra e verdhë tregon mbulesën metalike që e lidh mirë pllakën në të motor elektrik me bosht - një makinë elektrike që rrotullon disqet. Në këtë HDD ato rrotullohen me një frekuencë prej 7200 rpm (revolucione/min), por në modelet e tjera ato mund të punojnë më ngadalë. Makinat e ngadalta kanë zhurmë dhe konsum më të ulët të energjisë, por edhe shpejtësi më të ulët, ndërsa disqet më të shpejta mund të arrijnë shpejtësi deri në 15 rpm.
Për të zvogëluar dëmtimin e shkaktuar nga pluhuri dhe lagështia e ajrit, përdorni filtri i riqarkullimit (katror i gjelbër), duke mbledhur grimca të vogla dhe duke i mbajtur ato brenda. Ajri i lëvizur nga rrotullimi i pllakave siguron një rrjedhje të vazhdueshme përmes filtrit. Mbi disqet dhe pranë filtrit është një nga tre ndarësit e pllakave: ndihmon në reduktimin e dridhjeve dhe ruajtjen e rrjedhës së ajrit sa më mirë që të jetë e mundur.
Në pjesën e sipërme të majtë të figurës, katrori blu tregon një nga dy magnetët e përhershëm të shiritit. Ato sigurojnë fushën magnetike të nevojshme për të lëvizur komponentin e treguar me të kuqe. Le t'i ndajmë këto detaje për t'i parë më mirë.
Ajo që duket si një copëz e bardhë është një filtër tjetër, vetëm ky filtron grimcat dhe gazrat që hyjnë nga jashtë përmes vrimës që pamë më lart. Gomat metalike janë levat e lëvizjes së kokës, në të cilën ndodhen kokat lexim-shkruaj hard drive. Ata lëvizin me shpejtësi të jashtëzakonshme përgjatë sipërfaqes së pllakave (sipërme dhe të poshtme).
Shikoni këtë video të krijuar nga për të parë sa të shpejtë janë:
Dizajni nuk përdor asgjë të ngjashme ; Për të lëvizur levat, një rrymë elektrike kalon përmes një solenoid në bazën e levave.
Në përgjithësi ato quhen , sepse përdorin të njëjtin parim që përdoret në altoparlantët dhe mikrofonat për të lëvizur membranat. Rryma gjeneron një fushë magnetike rreth tyre, e cila reagon ndaj fushës së krijuar nga magnetët e përhershëm të shiritit.
Mos harroni se gjurmët e të dhënave i vogel, kështu që pozicionimi i krahëve duhet të jetë jashtëzakonisht i saktë, ashtu si çdo gjë tjetër në makinë. Disa hard disqe kanë leva me shumë faza që bëjnë ndryshime të vogla në drejtimin e vetëm një pjese të të gjithë levës.
Disa hard disk kanë gjurmë të dhënash që mbivendosen me njëra-tjetrën. Kjo teknologji quhet (regjistrimi magnetik me herpes), dhe kërkesat e tij për saktësi dhe pozicionim (d.m.th., për të goditur vazhdimisht një pikë) janë edhe më të rrepta.
Në fund të krahëve ka koka shumë të ndjeshme për lexim-shkrim. HDD-ja jonë përmban 3 pjata dhe 6 koka, dhe secila prej tyre gjithandej sipër diskut ndërsa ai rrotullohet. Për ta arritur këtë, kokat janë të varura në shirita metalikë ultra të hollë.
Dhe këtu mund të shohim pse mostra jonë anatomike vdiq - të paktën një nga kokat u lirua, dhe çfarëdo që shkaktoi dëmin fillestar gjithashtu përkuli njërin nga krahët. I gjithë komponenti i kokës është aq i vogël saqë, siç mund ta shihni më poshtë, është shumë e vështirë për të marrë një pamje të mirë të tij me një aparat fotografik të rregullt.
Megjithatë, ne mund t'i ndajmë pjesët individuale. Blloku gri është një pjesë e prodhuar posaçërisht e quajtur "rrëshqitës": Ndërsa disku rrotullohet poshtë tij, rryma e ajrit krijon ngritje, duke e hequr kokën nga sipërfaqja. Dhe kur themi "ngre", nënkuptojmë një hendek që është vetëm 0,0000002 inç i gjerë, ose më pak se 5 nm.
Më tej, dhe kokat nuk do të jenë në gjendje të njohin ndryshimet në fushat magnetike të pistës; nëse kokat do të shtriheshin në sipërfaqe, ato thjesht do të gërvishtnin veshjen. Kjo është arsyeja pse ju duhet të filtroni ajrin brenda kutisë së makinës: pluhuri dhe lagështia në sipërfaqen e makinës thjesht do të thyejnë kokat.
Një "shtyllë" e vogël metalike në fund të kokës ndihmon me aerodinamikën e përgjithshme. Megjithatë, për të parë pjesët që bëjnë leximin dhe shkrimin, na duhet një foto më e mirë.
Në këtë imazh të një hard disku tjetër, pajisjet e leximit/shkrimit janë nën të gjitha lidhjet elektrike. Regjistrimi kryhet nga sistemi (induksioni i filmit të hollë, TFI), dhe leximi - pajisja (pajisja magnetorezistuese e tunelit, TMR).
Sinjalet e prodhuara nga TMR janë shumë të dobëta dhe duhet të kalohen përmes një amplifikuesi për të rritur nivelet përpara se të dërgohen. Çipi përgjegjës për këtë ndodhet afër bazës së levave në imazhin më poshtë.
Siç u tha në hyrje të artikullit, përbërësit mekanikë dhe parimi i funksionimit të një hard disk kanë ndryshuar pak gjatë viteve. Mbi të gjitha, teknologjia e gjurmëve magnetike dhe kokave të leximit dhe shkrimit u përmirësua, duke krijuar gjurmë gjithnjë e më të ngushta dhe të dendura, të cilat përfundimisht çuan në një rritje të sasisë së informacionit të ruajtur.
Megjithatë, hard disqet mekanike kanë kufizime të dukshme të shpejtësisë. Duhet kohë për të lëvizur levat në pozicionin e dëshiruar dhe nëse të dhënat shpërndahen nëpër pista të ndryshme në pjata të ndryshme, atëherë disku do të shpenzojë mjaft mikrosekonda duke kërkuar për bit.
Përpara se të kalojmë në një lloj tjetër disku, le të tregojmë shpejtësinë e përafërt të një HDD tipik. Ne kemi përdorur standardin për të vlerësuar hard diskun :
Dy rreshtat e parë tregojnë numrin e MB për sekondë kur kryeni lexime dhe shkrime të njëpasnjëshme (listë e gjatë, e vazhdueshme) dhe rastësore (tranzicione në të gjithë diskun). Rreshti tjetër tregon vlerën IOPS, që është numri i operacioneve I/O të kryera çdo sekondë. Rreshti i fundit tregon vonesën mesatare (koha në mikrosekonda) ndërmjet transmetimit të një operacioni leximi ose shkrimi dhe marrjes së vlerave të të dhënave.
Në përgjithësi, ne përpiqemi të sigurojmë që vlerat në tre rreshtat e parë të jenë sa më të mëdha që të jetë e mundur, dhe në rreshtin e fundit sa më të vogla. Mos u shqetësoni për vetë numrat, ne do t'i përdorim vetëm për krahasim kur shikojmë një lloj tjetër disku: diskun e gjendjes së ngurtë.
Burimi: www.habr.com