Ni sumaku. Ni ya umeme. Ni picha. Hapana, huyu si mashujaa watatu wapya kutoka ulimwengu wa Marvel. Ni kuhusu kuhifadhi data yetu ya thamani ya kidijitali. Tunahitaji kuzihifadhi mahali fulani, kwa usalama na kwa utulivu, ili tuweze kuzifikia na kuzibadilisha kwa kufumba na kufumbua. Kusahau Iron Man na Thor - tunazungumzia anatoa ngumu!
Kwa hivyo, wacha tuzame katika muundo wa vifaa tunavyotumia leo kuhifadhi mabilioni ya vipande vya data.
Unanizungusha pande zote, mtoto
Mitambo hifadhi ya gari ngumu (hard disk drive, HDD) imekuwa kiwango cha kuhifadhi kwa kompyuta duniani kote kwa zaidi ya miaka 30, lakini teknolojia nyuma yake ni ya zamani zaidi.
IBM ilitoa HDD ya kwanza ya kibiashara , uwezo wake ulikuwa kama MB 3,75. Na kwa ujumla, kwa miaka hii yote muundo wa jumla wa gari haujabadilika sana. Bado ina diski zinazotumia sumaku kuhifadhi data, na kuna vifaa vya kusoma/kuandika data hiyo. Imebadilishwa Sawa, na yenye nguvu sana, ni kiasi cha data ambacho kinaweza kuhifadhiwa juu yao.
Mnamo 1987 iliwezekana kwa takriban dola 350; Leo unaweza kununua 14 TB: in 700 000 mara kiasi.
Tutaangalia kifaa ambacho sio saizi sawa, lakini pia ni nzuri kwa viwango vya kisasa: 3,5-inch HDD Seagate Barracuda 3 TB, haswa, mfano. , maarufu kwa wake ΠΈ . Hifadhi tunayosoma tayari imekufa, kwa hivyo hii itakuwa kama uchunguzi wa maiti kuliko somo la anatomia.
Wingi wa gari ngumu ni chuma cha kutupwa. Nguvu ndani ya kifaa wakati wa matumizi ya kazi inaweza kuwa mbaya sana, kwa hivyo chuma nene huzuia kuinama na mtetemo wa kesi. Hata HDD ndogo za inchi 1,8 hutumia chuma kama nyenzo ya makazi, lakini kwa kawaida hutengenezwa kutoka kwa alumini badala ya chuma kwa sababu zinahitaji kuwa nyepesi iwezekanavyo.
Kugeuza gari, tunaona bodi ya mzunguko iliyochapishwa na viunganisho kadhaa. Kiunganishi kilicho juu ya bodi hutumiwa kwa motor inayozunguka diski, na tatu za chini (kutoka kushoto kwenda kulia) ni pini za kuruka ambazo hukuuruhusu kusanidi kiendeshi kwa usanidi fulani, kiunganishi cha data cha SATA (Serial ATA). , na kiunganishi cha nguvu cha SATA.
Serial ATA ilionekana kwa mara ya kwanza mnamo 2000. Katika kompyuta za mezani, huu ndio mfumo wa kawaida unaotumiwa kuunganisha viendeshi kwenye kompyuta nyingine. Ubainifu wa umbizo umefanyiwa marekebisho mengi, na kwa sasa tunatumia toleo la 3.4. Maiti yetu ya gari ngumu ni toleo la zamani, lakini tofauti ni pini moja tu kwenye kiunganishi cha nguvu.
Katika miunganisho ya data, hutumiwa kupokea na kupokea data. : Pini A+ na A- zinatumika kwa uhamisho maagizo na data kwa gari ngumu, na pini B ni za kupokea ishara hizi. Matumizi haya ya vikondakta vilivyooanishwa hupunguza kwa kiasi kikubwa athari za kelele za umeme kwenye ishara, ikimaanisha kuwa kifaa kinaweza kufanya kazi haraka.
Ikiwa tunazungumzia juu ya nguvu, tunaona kwamba kontakt ina jozi ya mawasiliano ya kila voltage (+3.3, +5 na +12V); hata hivyo, wengi wao hawatumiwi kwa sababu HDD hazihitaji nguvu nyingi. Mtindo huu wa Seagate hutumia chini ya wati 10 chini ya upakiaji unaotumika. Anwani zilizowekwa alama kwenye PC zinatumika malipo ya awali: Kipengele hiki kinakuwezesha kuondoa na kuunganisha gari ngumu wakati kompyuta inaendelea kufanya kazi (hii inaitwa kubadilishana moto).
Kuwasiliana na lebo ya PWDIS inaruhusu gari ngumu, lakini kazi hii inasaidiwa tu kutoka kwa toleo la SATA 3.3, hivyo katika gari langu ni mstari mwingine wa nguvu wa +3.3V tu. Na pini ya mwisho, iliyoitwa SSU, inaiambia tu kompyuta ikiwa diski kuu inasaidia teknolojia ya kusokota kwa mpangilio. kujikongoja spin up.
Kabla ya kompyuta kuzitumia, viendeshi ndani ya kifaa (ambacho tutaona hivi karibuni) lazima zizunguke hadi kasi kamili. Lakini ikiwa kuna anatoa nyingi ngumu zilizowekwa kwenye mashine, basi ombi la nguvu la wakati huo huo linaweza kudhuru mfumo. Hatua kwa hatua inazunguka spindles huondoa kabisa uwezekano wa matatizo hayo, lakini itabidi kusubiri sekunde chache kabla ya kupata ufikiaji kamili wa HDD.
Kwa kuondoa bodi ya mzunguko, unaweza kuona jinsi inavyounganishwa na vipengele ndani ya kifaa. HDD haijatiwa muhuri, isipokuwa vifaa vilivyo na uwezo mkubwa sana - hutumia heliamu badala ya hewa kwa sababu ni mnene sana na husababisha matatizo machache katika anatoa na idadi kubwa ya disks. Kwa upande mwingine, hupaswi kufichua anatoa za kawaida kwa mazingira ya wazi.
Shukrani kwa matumizi ya viunganisho vile, idadi ya pointi za kuingia ambazo uchafu na vumbi vinaweza kuingia ndani ya gari hupunguzwa; kuna shimo kwenye kipochi cha chuma (kitone kikubwa cheupe kwenye kona ya chini kushoto ya picha) inayoruhusu shinikizo iliyoko kubaki ndani.
Sasa kwa kuwa PCB imeondolewa, hebu tuangalie kilicho ndani. Kuna chips kuu nne:
- LSI B64002: Chipu kuu ya kidhibiti inayochakata maagizo, kuhamisha mitiririko ya data ndani na nje, kurekebisha makosa, n.k.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM yenye saa ya 800 MHz, inayotumika kuhifadhi data
- MCKXL laini: inadhibiti injini inayozunguka diski
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB ya kumbukumbu ya mfululizo ya flash inayotumika kuhifadhi firmware ya kiendeshi (kidogo kama BIOS ya kompyuta)
Vipengele vya PCB vya HDD tofauti vinaweza kutofautiana. Saizi kubwa zinahitaji kache zaidi (wanyama wa kisasa zaidi wanaweza kuwa na hadi 256 MB ya DDR3), na chipu kuu ya kidhibiti inaweza kuwa ya kisasa zaidi katika kushughulikia makosa, lakini kwa ujumla tofauti sio kubwa sana.
Kufungua gari ni rahisi, futa tu bolts chache za Torx na voila! Tuko ndani...
Kutokana na kwamba inachukua wingi wa kifaa, tahadhari yetu hutolewa mara moja kwenye mduara mkubwa wa chuma; ni rahisi kuelewa kwa nini anatoa huitwa diski. Ni sahihi kuwaita sahani; hutengenezwa kwa kioo au alumini na kuvikwa na tabaka kadhaa za vifaa tofauti. Hifadhi hii ya 3TB ina sahani tatu, kumaanisha 500GB inapaswa kuhifadhiwa kila upande wa sinia moja.
Picha ni vumbi kabisa, sahani hizo chafu hazifanani na usahihi wa kubuni na utengenezaji unaohitajika ili kuwafanya. Katika mfano wetu wa HDD, diski ya alumini yenyewe ni 0,04 inch (1 mm) nene, lakini iliyosafishwa kwa kiasi kwamba urefu wa wastani wa kupotoka kwenye uso ni chini ya 0,000001 inch (takriban 30 nm).
Safu ya msingi ina kina cha inchi 0,0004 (mikroni 10) pekee na ina tabaka nyingi za nyenzo zilizowekwa kwenye chuma. Maombi hufanywa kwa kutumia Ikifuatiwa na , kuandaa diski kwa nyenzo za msingi za sumaku zinazotumiwa kuhifadhi data ya dijiti.
Nyenzo hii kwa kawaida ni aloi changamano ya kobalti na inaundwa na miduara makini, kila takriban inchi 0,00001 (takriban 250 nm) upana na inchi 0,000001 (25 nm) kina. Katika kiwango kidogo, aloi za chuma huunda nafaka sawa na Bubbles za sabuni kwenye uso wa maji.
Kila nafaka ina uwanja wake wa sumaku, lakini inaweza kubadilishwa kwa mwelekeo fulani. Kuweka sehemu kama hizi katika vikundi husababisha biti za data (sekunde 0 na 1). Ikiwa unataka kujifunza zaidi juu ya mada hii, basi soma Chuo Kikuu cha Yale. Mipako ya mwisho ni safu ya kaboni kwa ajili ya ulinzi, na kisha polima ili kupunguza msuguano wa mawasiliano. Kwa pamoja hazina unene wa zaidi ya inchi 0,0000005 (nm 12).
Hivi karibuni tutaona kwa nini mikate ya kaki lazima itengenezwe kwa uvumilivu mkali kama huo, lakini bado inashangaza kutambua hilo. Unaweza kuwa mmiliki wa kiburi wa kifaa kilichotengenezwa kwa usahihi wa nanometer!
Hata hivyo, hebu turudi kwenye HDD yenyewe na tuone ni nini kingine kilicho ndani yake.
Rangi ya njano inaonyesha kifuniko cha chuma ambacho hufunga sahani kwa usalama spindle drive motor ya umeme - gari la umeme linalozunguka disks. Katika HDD hii huzunguka kwa mzunguko wa 7200 rpm (mapinduzi / min), lakini katika mifano mingine wanaweza kufanya kazi polepole. Anatoa za polepole zina kelele ya chini na matumizi ya nguvu, lakini pia kasi ya chini, wakati anatoa za kasi zinaweza kufikia kasi ya 15 rpm.
Ili kupunguza uharibifu unaosababishwa na vumbi na unyevu wa hewa, tumia kichujio cha mzunguko (mraba wa kijani), kukusanya chembe ndogo na kuziweka ndani. Hewa inayohamishwa na mzunguko wa sahani huhakikisha mtiririko wa mara kwa mara kupitia chujio. Juu ya diski na karibu na chujio kuna moja ya tatu vitenganisha sahani: kusaidia kupunguza mitetemo na kudumisha mtiririko wa hewa hata iwezekanavyo.
Katika sehemu ya juu kushoto ya picha, mraba wa bluu unaonyesha moja ya sumaku mbili za kudumu za bar. Hutoa uga wa sumaku unaohitajika kusogeza kijenzi kilichoonyeshwa kwa rangi nyekundu. Hebu tutenganishe maelezo haya ili kuyaona vyema.
Kinachoonekana kama kiraka cheupe ni kichujio kingine, hiki pekee huchuja chembe na gesi zinazoingia kutoka nje kupitia shimo tuliloona hapo juu. Spikes za chuma ni levers za harakati za kichwa, ambayo ziko soma-andika vichwa gari ngumu. Wanasonga kwa kasi kubwa kwenye uso wa sahani (juu na chini).
Tazama video hii iliyoundwa na kuona jinsi wanavyo haraka:
Ubunifu hautumii kitu kama hicho ; Ili kusonga levers, sasa umeme hupitishwa kupitia solenoid kwenye msingi wa levers.
Kwa ujumla wanaitwa , kwa sababu hutumia kanuni ile ile inayotumika katika spika na maikrofoni kusogeza utando. Ya sasa inazalisha shamba la sumaku karibu nao, ambalo humenyuka kwenye shamba linaloundwa na sumaku za kudumu za bar.
Usisahau kwamba nyimbo za data ndogo, kwa hivyo nafasi ya mikono lazima iwe sahihi sana, kama kila kitu kingine kwenye gari. Baadhi ya anatoa ngumu zina levers za hatua nyingi ambazo hufanya mabadiliko madogo katika mwelekeo wa sehemu moja tu ya lever nzima.
Baadhi ya anatoa ngumu zina nyimbo za data zinazoingiliana. Teknolojia hii inaitwa (kurekodi sumaku ya shingled), na mahitaji yake ya usahihi na nafasi (yaani, kugonga kila wakati hatua moja) ni kali zaidi.
Mwishoni mwa mikono kuna vichwa nyeti sana vya kusoma-kuandika. HDD yetu ina sahani 3 na vichwa 6, na kila moja yao inaelea juu ya diski inapozunguka. Ili kufikia hili, vichwa vinasimamishwa kwenye vipande vya chuma vya ultra-thin.
Na hapa tunaweza kuona kwa nini kielelezo chetu cha anatomiki kilikufa - angalau moja ya vichwa vililegea, na chochote kilichosababisha uharibifu wa awali pia kiliinamisha moja ya mikono. Sehemu nzima ya kichwa ni ndogo sana kwamba, kama unaweza kuona hapa chini, ni vigumu sana kupata picha yake nzuri na kamera ya kawaida.
Walakini, tunaweza kutenganisha sehemu za kibinafsi. Kizuizi cha kijivu ni sehemu iliyotengenezwa maalum inayoitwa "kitelezi": Wakati diski inavyozunguka chini yake, mtiririko wa hewa huunda kuinua, kuinua kichwa kutoka kwenye uso. Na tunaposema "lifti," tunamaanisha pengo ambalo upana wake ni inchi 0,0000002 tu, au chini ya nm 5.
Zaidi zaidi, na vichwa havitaweza kutambua mabadiliko katika nyanja za sumaku za wimbo; ikiwa vichwa vilikuwa vimelala juu ya uso, wangepiga tu mipako. Ndiyo sababu unahitaji kuchuja hewa ndani ya kesi ya gari: vumbi na unyevu kwenye uso wa gari utavunja tu vichwa.
"Pole" ndogo ya chuma mwishoni mwa kichwa husaidia na aerodynamics kwa ujumla. Walakini, ili kuona sehemu zinazosoma na kuandika, tunahitaji picha bora zaidi.
Katika picha hii ya gari lingine ngumu, vifaa vya kusoma / kuandika viko chini ya viunganisho vyote vya umeme. Kurekodi hufanywa na mfumo (utangulizi wa filamu nyembamba, TFI), na kusoma - kifaa (tunneling magnetoresistive device, TMR).
Ishara zinazozalishwa na TMR ni dhaifu sana na lazima zipitishwe kupitia amplifier ili kuongeza viwango kabla ya kutumwa. Chip inayohusika na hii iko karibu na msingi wa levers kwenye picha hapa chini.
Kama ilivyoelezwa katika utangulizi wa makala, vipengele vya mitambo na kanuni ya uendeshaji wa gari ngumu imebadilika kidogo zaidi ya miaka. Zaidi ya yote, teknolojia ya nyimbo za magnetic na vichwa vya kusoma-kuandika iliboreshwa, na kuunda nyimbo zinazozidi nyembamba na zenye mnene, ambayo hatimaye imesababisha kuongezeka kwa kiasi cha habari zilizohifadhiwa.
Walakini, anatoa ngumu za mitambo zina mapungufu ya kasi ya wazi. Inachukua muda kusogeza viunzi kwenye nafasi inayohitajika, na ikiwa data imetawanyika kwenye nyimbo tofauti kwenye sahani tofauti, basi kiendeshi kitatumia mikrosekunde chache kutafuta biti.
Kabla ya kuendelea na aina nyingine ya gari, hebu tuonyeshe kasi ya takriban ya HDD ya kawaida. Tulitumia alama kutathmini gari ngumu :
Mistari miwili ya kwanza inaonyesha idadi ya MB kwa sekunde wakati wa kufanya mfuatano (orodha ndefu, inayoendelea) na nasibu (mipito kwenye kiendeshi chote) inasoma na kuandika. Mstari unaofuata unaonyesha thamani ya IOPS, ambayo ni idadi ya shughuli za I/O zinazofanywa kila sekunde. Mstari wa mwisho unaonyesha muda wa kusubiri (muda katika sekunde ndogo) kati ya kutuma kazi ya kusoma au kuandika na kupokea thamani za data.
Kwa ujumla, tunajitahidi kuhakikisha kuwa maadili katika mistari mitatu ya kwanza ni kubwa iwezekanavyo, na katika mstari wa mwisho ni ndogo iwezekanavyo. Usijali kuhusu nambari zenyewe, tutazitumia tu kwa kulinganisha tunapoangalia aina nyingine ya kiendeshi: kiendeshi cha hali dhabiti.
Chanzo: mapenzi.com