Éta magnét. Éta listrik. Éta fotonik. Henteu, ieu sanés trio superhero énggal ti alam semesta Marvel. Ieu ngeunaan nyimpen data digital berharga urang. Urang kedah nyimpen aranjeunna dimana waé, aman sareng stabil, ku kituna urang tiasa ngaksés sareng ngarobih aranjeunna dina sakedap panon. Poho Iron Man jeung Thor - urang nuju ngawangkong ngeunaan hard drive!
Janten hayu urang teuleum kana anatomi alat anu kami anggo ayeuna pikeun nyimpen milyaran bit data.
Anjeun muterkeun kuring ka katuhu, orok
mesin gudang teuas drive (hard disk drive, HDD) parantos janten standar panyimpen pikeun komputer di sakumna dunya langkung ti 30 taun, tapi téknologi di tukangeunana langkung lami.
IBM ngarilis HDD komérsial munggaran , kapasitasna éta saloba 3,75 MB. Sareng sacara umum, salami sababaraha taun ieu struktur umum drive henteu seueur robih. Masih aya disk anu nganggo magnetisasi pikeun nyimpen data, sareng aya alat pikeun maca / nyerat data éta. Dirobah Sarua, sareng kuat pisan, nyaéta jumlah data anu tiasa disimpen dina aranjeunna.
Dina 1987 éta mungkin pikeun ngeunaan $350; Kiwari Anjeun bisa meuli 14 TB: di 700 000 kali volume.
Urang bakal ningali alat anu henteu persis ukuran anu sami, tapi ogé santun ku standar modern: 3,5 inci HDD Seagate Barracuda 3 TB, khususna modél. , kasohor na и . Drive anu urang pelajari parantos maot, janten ieu bakal langkung sapertos otopsi tibatan pelajaran anatomi.
Seuseueurna hard drive nyaéta tuang logam. Gaya di jero alat nalika dianggo aktip tiasa rada serius, ku kituna logam kandel nyegah bending sareng geter. Malah HDDs leutik 1,8 inci nganggo logam salaku bahan perumahan, tapi biasana didamel tina alumunium tibatan baja sabab kedah terang-gancang.
Ngahurungkeun drive, urang ningali papan sirkuit anu dicitak sareng sababaraha konektor. Konektor di luhur dewan dipaké pikeun motor nu rotates disk, sarta handap tilu (ti kénca ka katuhu) pin jumper nu ngidinan Anjeun pikeun ngonpigurasikeun drive pikeun konfigurasi tangtu, a SATA (Serial ATA) konektor data. , sareng konektor kakuatan SATA.
Serial ATA mimiti muncul dina 2000. Dina komputer desktop, ieu mangrupikeun sistem standar anu dianggo pikeun nyambungkeun drive ka sesa komputer. Spésifikasi format geus undergone loba révisi, sarta kami ayeuna make versi 3.4. Mayit hard drive kami mangrupikeun versi anu langkung lami, tapi bédana ngan ukur hiji pin dina konektor kakuatan.
Dina sambungan data, dipaké pikeun nampa jeung narima data. : Pin A + jeung A- dipaké pikeun mindahkeun parentah jeung data kana hard drive, sarta pin B pikeun narima sinyal ieu. Pamakéan konduktor anu dipasangkeun ieu sacara signifikan ngirangan pangaruh sora listrik dina sinyal, hartosna alat tiasa beroperasi langkung gancang.
Lamun urang ngobrol ngeunaan kakuatan, urang nempo yén konektor ngabogaan sapasang kontak unggal tegangan (+3.3, +5 jeung +12V); kumaha oge, kalobaannana henteu dipaké sabab HDDs teu merlukeun loba kakuatan. Modél Seagate tinangtu ieu ngagunakeun kirang ti 10 watt dina beban aktip. Kontak ditandaan PC dipaké pikeun ngecas: Fitur ieu ngidinan Anjeun pikeun nyabut tur sambungkeun hard drive bari komputer terus jalan (ieu disebut hot swapping).
Kontak jeung tag PWDIS ngamungkinkeun teuas drive, tapi fungsi ieu ngan dirojong ti versi Kang Tata 3.3, jadi dina drive kuring ngan sejen + 3.3V garis kakuatan. Jeung pin panungtungan, dilabélan SSU, saukur ngabejaan komputer naha hard drive ngarojong téhnologi spinning sequential. staggered spin up.
Saméméh komputer bisa maké éta, drive di jero alat (anu bakal urang tingali geura-giru) kudu muter nepi ka speed pinuh. Tapi upami aya seueur hard drive anu dipasang dina mesin, teras pamenta kakuatan simultaneous ngadadak tiasa ngarugikeun sistem. Laun spindles spindles sagemblengna ngaleungitkeun kamungkinan masalah sapertos, tapi anjeun kudu ngadagoan sababaraha detik saméméh meunang aksés pinuh ka HDD.
Ku nyoplokkeun circuit board, anjeun tiasa ningali kumaha nyambungkeun kana komponén di jero alat. HDD teu disegel, iwal alat-alat nu boga kapasitas kacida gedéna - aranjeunna ngagunakeun hélium tinimbang hawa sabab leuwih padet tur nyieun masalah pangsaeutikna dina drive kalawan jumlah badag disk. Di sisi anu sanés, anjeun henteu kedah ngalaan drive konvensional ka lingkungan kabuka.
Hatur nuhun kana panyambungna sapertos kitu, jumlah titik éntri anu mana kokotor sareng lebu tiasa asup ka jero drive diminimalkeun; aya liang dina hal logam (titik bodas badag di belah kénca juru handap gambar) anu ngamungkinkeun tekanan ambient tetep di jero.
Ayeuna yén PCB dicabut, hayu urang tingali naon anu aya di jerona. Aya opat chip utama:
- LSI B64002: Chip controller utama anu ngolah parentah, mindahkeun aliran data asup jeung kaluar, corrects kasalahan, jsb.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM jam dina 800 MHz, dipaké pikeun cache data
- MCKXL lemes: ngadalikeun motor nu spins cakram
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB memori flash serial dipaké pikeun nyimpen firmware drive urang (saeutik kawas mios komputer urang)
Komponén PCB tina HDD béda bisa rupa-rupa. Ukuran nu leuwih gede merlukeun leuwih cache (monster paling modern bisa boga nepi ka 256 MB DDR3), jeung chip controller utama bisa jadi saeutik leuwih canggih dina penanganan kasalahan, tapi sakabéh bédana teu jadi gede.
Ngabuka drive gampang, ngan cabut sababaraha baut Torx sareng voila! Kami di jero ...
Nunjukkeun yen eta nyokot bulk alat, perhatian urang langsung ditarik ka bunderan logam badag; éta gampang ngartos naha drive disebut disk. Éta leres pikeun nelepon aranjeunna piring; aranjeunna dijieun tina kaca atawa aluminium sarta coated kalawan sababaraha lapisan bahan béda. Drive 3TB ieu ngagaduhan tilu piring, hartosna 500GB kedah disimpen dina unggal sisi hiji piring.
Gambarna rada berdebu, piring kotor sapertos kitu henteu cocog sareng katepatan desain sareng manufaktur anu diperyogikeun pikeun ngadamelana. Dina conto HDD urang, piringan alumunium sorangan kandel 0,04 inci (1 mm), tapi digosok dugi ka jangkungna rata-rata simpangan dina beungeut cai kirang ti 0,000001 inci (kira-kira 30 nm).
Lapisan dasar ngan 0,0004 inci (10 microns) jero tur diwangun ku sababaraha lapisan bahan disimpen onto logam. Aplikasi dipigawé ngagunakeun dituturkeun ku , Nyiapkeun disk pikeun bahan magnét dasar dipaké pikeun nyimpen data digital.
Bahan ieu ilaharna mangrupa alloy kobalt kompléks sarta diwangun ku bunderan concentric, unggal kurang leuwih 0,00001 inci (kira 250 nm) rubak jeung 0,000001 inci (25 nm) jero. Dina tingkat mikro, alloy logam ngabentuk séréal sarupa gelembung sabun dina beungeut cai.
Unggal sisikian boga médan magnét sorangan, tapi bisa dirobah dina arah nu tangtu. Ngagolongkeun widang sapertos hasilna bit data (0s jeung 1s). Upami anjeun hoyong diajar langkung seueur ngeunaan topik ieu, teras baca Universitas Yale. Lapisan ahir nyaéta lapisan karbon pikeun panyalindungan, teras polimér pikeun ngirangan gesekan kontak. Kalawan babarengan aranjeunna henteu leuwih ti 0,0000005 inci (12 nm) kandel.
Urang bakal geura-giru ningali naha wafers kedah diproduksi pikeun kasabaran anu ketat, tapi éta masih heran pikeun sadar yén Anjeun tiasa janten anu gaduh reueus alat anu diproduksi kalayan akurasi nanometer!
Nanging, hayu urang uih deui ka HDD sorangan sareng tingali naon anu aya di jerona.
Warna konéng nembongkeun panutup logam nu aman fastens piring ka spindle drive motor listrik - drive listrik anu muterkeun disk. Dina HDD ieu aranjeunna muterkeun dina frékuénsi 7200 rpm (révolusi / mnt), tapi dina model sejen aranjeunna tiasa dianggo laun. Slow drive gaduh noise handap sarta konsumsi kakuatan, tapi ogé speed handap, sedengkeun drive gancang bisa ngahontal speeds 15 rpm.
Pikeun ngurangan karuksakan disababkeun ku lebu jeung Uap hawa, pamakéan saringan resirkulasi (kuadrat héjo), ngumpulkeun partikel leutik jeung nahan eta di jero. Hawa dipindahkeun ku rotasi pelat ensures aliran konstan ngaliwatan filter nu. Luhureun cakram jeung gigireun filter aya salah sahiji tilu separators piring: mantuan ngurangan geter jeung ngajaga aliran hawa sabisa mungkin.
Dina bagian kénca luhur gambar, pasagi biru nunjukkeun salah sahiji dua magnet bar permanén. Aranjeunna nyadiakeun médan magnét diperlukeun pikeun mindahkeun komponén dituduhkeun beureum. Hayu urang misahkeun detil ieu pikeun ningali langkung saé.
Sapertos patch bodas mangrupikeun saringan anu sanés, ngan ukur ieu nyaring partikel sareng gas anu asup ti luar ngalangkungan liang anu urang tingali di luhur. paku logam téh levers gerakan sirah, dimana aranjeunna ayana baca-tulis huluna teuas drive. Aranjeunna gerak dina laju tremendous sapanjang beungeut pelat (luhureun jeung handap).
Lalajo video ieu dijieun ku ningali kumaha gancang aranjeunna:
Desain teu make nanaon jiga ; Pikeun mindahkeun levers, arus listrik dialirkeun ngaliwatan solenoid dina dasar levers.
Sacara umum aranjeunna disebut , sabab ngagunakeun prinsip anu sarua dipaké dina spiker jeung mikropon pikeun mindahkeun mémbran. Arus ieu ngahasilkeun médan magnét di sabudeureun éta, anu ngaréaksikeun kana médan anu diciptakeun ku magnet bar permanén.
Ulah hilap yén data ngalacak leutik, janten posisi panangan kedah pas pisan, sapertos sadayana anu aya dina drive. Sababaraha hard drive gaduh levers multi-tahap anu nyieun parobahan leutik dina arah ngan hiji bagian tina sakabéh uas.
Sababaraha hard drive gaduh lagu data anu silih tumpang tindih. Téknologi ieu disebut (ngarekam magnét shingled), sarta sarat na pikeun akurasi sarta positioning (nyaéta, terus pencét hiji titik) malah stricter.
Di tungtung panangan aya sirah baca-tulis anu sensitip pisan. HDD kami ngandung 3 piring sareng 6 sirah, sareng masing-masing ngojay luhureun disk sakumaha rotates. Pikeun ngahontal ieu, huluna ditunda dina strips ultra-ipis logam.
Sarta di dieu urang bisa ningali naha specimen anatomis urang maot - sahenteuna salah sahiji huluna jadi leupas, sarta naon ngabalukarkeun karuksakan awal ogé ngagulung salah sahiji leungeun. Sakabéh komponén sirah téh jadi leutik nu, anjeun tiasa ningali handap, hese pisan pikeun meunangkeun gambar alus ngeunaan eta kalawan kaméra biasa.
Najan kitu, urang tiasa misahkeun bagian individu. Blok abu mangrupikeun bagian anu diproduksi khusus anu disebut "slider": Salaku disc rotates underneath eta, aliran hawa nyiptakeun lift, ngangkat sirah kaluar beungeut cai. Sareng nalika urang nyarios "angkat", kami hartosna jurang anu lega ngan 0,0000002 inci, atanapi kirang ti 5 nm.
Naon salajengna, sarta huluna moal bisa mikawanoh parobahan dina médan magnét lagu; lamun huluna éta bohong dina beungeut cai, aranjeunna saukur bakal scratch palapis nu. Éta pisan sababna naha anjeun kudu nyaring hawa di jero wadah drive: lebu jeung Uap dina beungeut drive saukur bakal megatkeun huluna.
A "kutub" logam leutik di tungtung sirah mantuan kalawan aerodinamika sakabéh. Nanging, pikeun ningali bagian anu maca sareng nyerat, urang peryogi poto anu langkung saé.
Dina gambar ieu hard drive sejen, alat baca/tulis aya handapeun sadaya sambungan listrik. Rékam dilaksanakeun ku sistem (induksi film ipis, TFI), sareng bacaan - alat (alat magnetoresistive tunneling, TMR).
Sinyal anu dihasilkeun ku TMR lemah pisan sareng kedah dialirkeun kana amplifier pikeun ningkatkeun tingkat sateuacan dikirim. The chip jawab ieu lokasina deukeut dasar levers dina gambar di handap ieu.
Salaku nyatakeun dina bubuka artikel, komponén mékanis jeung prinsip operasi hard drive geus robah saeutik leuwih taun. Paling sadaya, téhnologi lagu magnét sarta baca-tulis huluna ieu ningkat, nyieun lagu beuki sempit tur padet, nu pamustunganana ngabalukarkeun kanaékan jumlah informasi disimpen.
Sanajan kitu, teuas drive mékanis gaduh watesan speed atra. Butuh waktu pikeun mindahkeun levers ka posisi nu dipikahoyong, sarta lamun data ieu sumebar di sakuliah lagu béda dina platters béda, drive bakal méakkeun rada sababaraha microseconds néangan bit.
Sateuacan ngalih ka jinis drive anu sanés, hayu urang nunjukkeun laju perkiraan tina HDD biasa. Kami nganggo patokan pikeun evaluate hard drive :
Dua garis kahiji nunjukkeun jumlah MB per detik nalika ngajalankeun sequential (panjang, daptar kontinyu) jeung acak (transisi sapanjang sakabéh drive) maca jeung nulis. Baris hareup nembongkeun nilai IOPS, nu jumlah I / O operasi dipigawé unggal detik. Baris panungtungan nembongkeun latency rata (waktu dina microseconds) antara ngirimkeun operasi maca atawa nulis jeung narima nilai data.
Sacara umum, urang narékahan pikeun mastikeun yén nilai dina tilu garis kahiji saloba mungkin, sarta dina garis panungtungan sakumaha leutik-gancang. Tong hariwang ngeunaan nomerna sorangan, urang ngan ukur nganggo éta pikeun ngabandingkeun nalika urang ningali jinis drive anu sanés: drive solid-state.
sumber: www.habr.com