Ito ay magnetic. Ito ay electric. Ito ay photonic. Hindi, hindi ito bagong superhero trio mula sa Marvel universe. Ito ay tungkol sa pag-iimbak ng aming mahalagang digital na data. Kailangan nating itabi ang mga ito sa isang lugar, ligtas at matatag, upang ma-access at mabago natin ang mga ito sa isang kisap-mata. Kalimutan ang Iron Man at Thor - pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga hard drive!
Kaya't sumisid tayo sa anatomy ng mga device na ginagamit natin ngayon upang mag-imbak ng bilyun-bilyong piraso ng data.
Paikot-ikot mo ako, baby
ΠΠ΅Ρ Π°Π½ΠΈΡΠ΅ΡΠΊΠΈΠΉ imbakan ng hard drive (hard disk drive, HDD) ay ang storage standard para sa mga computer sa buong mundo sa loob ng higit sa 30 taon, ngunit ang teknolohiya sa likod nito ay mas luma.
Inilabas ng IBM ang unang komersyal na HDD , ang kapasidad nito ay kasing dami ng 3,75 MB. At sa pangkalahatan, sa lahat ng mga taon na ito ang pangkalahatang istraktura ng drive ay hindi nagbago nang malaki. Mayroon pa itong mga disk na gumagamit ng magnetization para mag-imbak ng data, at may mga device para basahin/isulat ang data na iyon. Nagbago Ang parehong, at napakalakas, ay ang dami ng data na maaaring maimbak sa kanila.
Noong 1987 ito ay posible para sa mga $350; Ngayong araw maaari kang bumili ng 14 TB: sa 700 000 beses ang volume.
Titingnan natin ang isang device na hindi eksaktong kapareho ng laki, ngunit disente rin ayon sa mga modernong pamantayan: ang 3,5-pulgadang HDD Seagate Barracuda 3 TB, sa partikular, ang modelo , kilalang-kilala para dito ΠΈ . Ang drive na aming pinag-aaralan ay patay na, kaya ito ay magiging mas katulad ng isang autopsy kaysa sa isang aralin sa anatomy.
Ang karamihan ng hard drive ay cast metal. Ang mga puwersa sa loob ng device sa panahon ng aktibong paggamit ay maaaring maging seryoso, kaya pinipigilan ng makapal na metal ang pagyuko at panginginig ng boses ng case. Kahit na ang maliliit na 1,8-pulgadang HDD ay gumagamit ng metal bilang isang materyal sa pabahay, ngunit kadalasan ang mga ito ay gawa sa aluminyo kaysa sa bakal dahil kailangan nilang maging magaan hangga't maaari.
Pag-ikot ng drive, nakita namin ang isang naka-print na circuit board at ilang mga konektor. Ang connector sa tuktok ng board ay ginagamit para sa motor na umiikot sa mga disk, at ang tatlong ibaba (mula kaliwa hanggang kanan) ay mga jumper pin na nagbibigay-daan sa iyong i-configure ang drive para sa ilang partikular na configuration, isang SATA (Serial ATA) data connector , at isang SATA power connector.
Ang serial ATA ay unang lumabas noong 2000. Sa mga desktop computer, ito ang karaniwang sistema na ginagamit upang ikonekta ang mga drive sa natitirang bahagi ng computer. Ang detalye ng format ay sumailalim sa maraming pagbabago, at kasalukuyan kaming gumagamit ng bersyon 3.4. Ang aming hard drive corpse ay isang mas lumang bersyon, ngunit ang pagkakaiba ay isang pin lamang sa power connector.
Sa mga koneksyon ng data, ito ay ginagamit upang tumanggap at tumanggap ng data. : Ang mga pin A+ at A- ay ginagamit para sa paglilipat mga tagubilin at data sa hard drive, at ang mga pin B ay para sa tumatanggap mga senyales na ito. Ang paggamit na ito ng mga ipinares na konduktor ay makabuluhang binabawasan ang epekto ng ingay ng kuryente sa signal, ibig sabihin ay mas mabilis na gumana ang device.
Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa kapangyarihan, nakikita natin na ang connector ay may isang pares ng mga contact ng bawat boltahe (+3.3, +5 at +12V); gayunpaman, karamihan sa mga ito ay hindi ginagamit dahil ang mga HDD ay hindi nangangailangan ng maraming kapangyarihan. Ang partikular na modelo ng Seagate ay gumagamit ng mas mababa sa 10 watts sa ilalim ng aktibong pagkarga. Ginagamit ang mga contact na may markang PC para sa paunang bayad: Binibigyang-daan ka ng feature na ito na alisin at ikonekta ang hard drive habang patuloy na gumagana ang computer (ito ay tinatawag na mainit na pagpapalit).
Ang pakikipag-ugnay sa tag na PWDIS ay nagpapahintulot hard drive, ngunit ang function na ito ay sinusuportahan lamang mula sa bersyon na SATA 3.3, kaya sa aking drive isa lang itong +3.3V na linya ng kuryente. At ang huling pin, na may label na SSU, ay nagsasabi lamang sa computer kung sinusuportahan ng hard drive ang sequential spinning technology. pasuray-suray na paikutin.
Bago magamit ng computer ang mga ito, ang mga drive sa loob ng device (na makikita natin sa lalong madaling panahon) ay dapat na umiikot nang buong bilis. Ngunit kung mayroong maraming mga hard drive na naka-install sa makina, kung gayon ang isang biglaang sabay-sabay na kahilingan sa kuryente ay maaaring makapinsala sa system. Ang unti-unting pag-ikot ng mga spindle ay ganap na nag-aalis ng posibilidad ng mga naturang problema, ngunit kailangan mong maghintay ng ilang segundo bago makakuha ng ganap na access sa HDD.
Sa pamamagitan ng pag-alis ng circuit board, makikita mo kung paano ito kumokonekta sa mga bahagi sa loob ng device. HDD hindi selyado, maliban sa mga device na may napakalaking kapasidad - gumagamit sila ng helium sa halip na hangin dahil ito ay hindi gaanong siksik at lumilikha ng mas kaunting mga problema sa mga drive na may malaking bilang ng mga disk. Sa kabilang banda, hindi mo dapat ilantad ang mga maginoo na drive sa bukas na kapaligiran.
Salamat sa paggamit ng naturang mga konektor, ang bilang ng mga entry point kung saan ang dumi at alikabok ay maaaring makuha sa loob ng drive ay nabawasan; may butas sa metal case (ang malaking puting tuldok sa ibabang kaliwang sulok ng larawan) na nagpapahintulot sa ambient pressure na manatili sa loob.
Ngayong naalis na ang PCB, tingnan natin kung ano ang nasa loob. Mayroong apat na pangunahing chips:
- LSI B64002: Pangunahing controller chip na nagpoproseso ng mga tagubilin, naglilipat ng mga stream ng data papasok at palabas, itinatama ang mga error, atbp.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM na naka-clock sa 800 MHz, ginagamit para sa pag-cache ng data
- Smooth MCKXL: kinokontrol ang motor na nagpapaikot ng mga disc
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB ng serial flash memory na ginamit upang mag-imbak ng firmware ng drive (medyo katulad ng BIOS ng computer)
Maaaring mag-iba ang mga bahagi ng PCB ng iba't ibang HDD. Ang mas malalaking sukat ay nangangailangan ng mas maraming cache (ang pinaka-modernong mga halimaw ay maaaring magkaroon ng hanggang 256 MB ng DDR3), at ang pangunahing controller chip ay maaaring medyo mas sopistikado sa paghawak ng error, ngunit sa pangkalahatan ang mga pagkakaiba ay hindi ganoon kalaki.
Ang pagbubukas ng drive ay madali, i-unscrew lang ang ilang Torx bolts at voila! Nasa loob na kami...
Given na ito ay tumatagal ng hanggang sa karamihan ng aparato, ang aming pansin ay agad na iguguhit sa malaking metal na bilog; madaling maunawaan kung bakit tinatawag ang mga drive disk. Tamang tawag sa kanila mga plato; ang mga ito ay gawa sa salamin o aluminyo at pinahiran ng ilang mga layer ng iba't ibang mga materyales. Ang 3TB drive na ito ay may tatlong platter, ibig sabihin, 500GB ang dapat na nakaimbak sa bawat panig ng isang platter.
Ang imahe ay medyo maalikabok, ang gayong maruruming mga plato ay hindi tumutugma sa katumpakan ng disenyo at pagmamanupaktura na kinakailangan upang gawin ang mga ito. Sa aming halimbawa ng HDD, ang aluminyo disk mismo ay 0,04 pulgada (1 mm) ang kapal, ngunit pinakintab sa isang lawak na ang average na taas ng mga paglihis sa ibabaw ay mas mababa sa 0,000001 pulgada (humigit-kumulang 30 nm).
Ang base layer ay 0,0004 inches (10 microns) lang ang lalim at binubuo ng maraming layer ng mga materyales na idineposito sa metal. Ang aplikasyon ay tapos na gamit ang sinundan ng , inihahanda ang disk para sa mga pangunahing magnetic na materyales na ginagamit upang mag-imbak ng digital data.
Ang materyal na ito ay karaniwang isang kumplikadong haluang metal at binubuo ng mga concentric na bilog, bawat isa ay humigit-kumulang 0,00001 pulgada (humigit-kumulang 250 nm) ang lapad at 0,000001 pulgada (25 nm) ang lalim. Sa micro level, ang mga metal na haluang metal ay bumubuo ng mga butil na katulad ng mga bula ng sabon sa ibabaw ng tubig.
Ang bawat butil ay may sariling magnetic field, ngunit maaari itong mabago sa isang tiyak na direksyon. Ang pagsasama-sama ng mga naturang field ay nagreresulta sa mga bit ng data (0s at 1s). Kung gusto mong matuto nang higit pa tungkol sa paksang ito, pagkatapos ay basahin Unibersidad ng Yale. Ang huling coatings ay isang layer ng carbon para sa proteksyon, at pagkatapos ay isang polymer upang mabawasan ang contact friction. Magkasama ang mga ito ay hindi hihigit sa 0,0000005 pulgada (12 nm) ang kapal.
Makikita natin sa lalong madaling panahon kung bakit dapat gawin ang mga wafer sa napakahigpit na pagpapaubaya, ngunit nakakagulat pa rin na mapagtanto na Maaari kang maging mapagmataas na may-ari ng isang device na ginawa nang may katumpakan ng nanometer!
Gayunpaman, bumalik tayo sa mismong HDD at tingnan kung ano pa ang nasa loob nito.
Ang dilaw na kulay ay nagpapakita ng metal na takip na ligtas na nakakabit sa plato sa spindle drive electric motor - isang electric drive na umiikot sa mga disk. Sa HDD na ito ay umiikot sila sa dalas na 7200 rpm (revolutions/min), ngunit sa ibang mga modelo maaari silang gumana nang mas mabagal. Ang mga mabagal na drive ay may mas mababang ingay at pagkonsumo ng kuryente, ngunit mas mababa din ang bilis, habang ang mas mabilis na mga drive ay maaaring umabot sa bilis na 15 rpm.
Upang mabawasan ang pinsalang dulot ng alikabok at kahalumigmigan ng hangin, gamitin recirculation filter (berdeng parisukat), nangongolekta ng maliliit na particle at hawak ang mga ito sa loob. Ang hangin na inilipat sa pamamagitan ng pag-ikot ng mga plato ay nagsisiguro ng patuloy na daloy sa pamamagitan ng filter. Sa itaas ng mga disc at sa tabi ng filter mayroong isa sa tatlo mga separator ng plato: tumutulong na bawasan ang mga vibrations at mapanatili ang daloy ng hangin hangga't maaari.
Sa kaliwang itaas na bahagi ng larawan, ang asul na parisukat ay nagpapahiwatig ng isa sa dalawang permanenteng bar magnet. Nagbibigay ang mga ito ng magnetic field na kailangan upang ilipat ang bahagi na ipinahiwatig sa pula. Paghiwalayin natin ang mga detalyeng ito para mas makita ang mga ito.
Ang mukhang puting patch ay isa pang filter, ito lang ang nagsasala ng mga particle at gas na pumapasok mula sa labas sa pamamagitan ng butas na nakita natin sa itaas. Ang mga metal spike ay mga lever ng paggalaw ng ulo, kung saan sila matatagpuan read-write ulo hard drive. Gumagalaw sila sa napakalaking bilis sa ibabaw ng mga plato (itaas at ibaba).
Panoorin ang video na ito na ginawa ni para makita kung gaano sila kabilis:
Ang disenyo ay hindi gumagamit ng anumang katulad ; Upang ilipat ang mga levers, ang isang electric current ay dumaan sa isang solenoid sa base ng mga levers.
Sa pangkalahatan sila ay tinatawag , dahil ginagamit nila ang parehong prinsipyo na ginagamit sa mga speaker at mikropono upang ilipat ang mga lamad. Ang kasalukuyang bumubuo ng magnetic field sa kanilang paligid, na tumutugon sa field na nilikha ng permanenteng bar magnet.
Huwag kalimutan na sumusubaybay ang data maliit, kaya ang pagpoposisyon ng mga armas ay dapat na lubos na tumpak, tulad ng lahat ng iba pa sa drive. Ang ilang mga hard drive ay may mga multi-stage lever na gumagawa ng maliliit na pagbabago sa direksyon ng isang bahagi lamang ng buong pingga.
Ang ilang mga hard drive ay may mga data track na magkakapatong sa isa't isa. Ang teknolohiyang ito ay tinatawag na (shingled magnetic recording), at ang mga kinakailangan nito para sa katumpakan at pagpoposisyon (iyon ay, upang patuloy na maabot ang isang punto) ay mas mahigpit pa.
Sa pinakadulo ng mga braso ay may napakasensitibong read-write head. Ang aming HDD ay naglalaman ng 3 platters at 6 na ulo, at bawat isa sa kanila lumangoy sa itaas ng disk habang umiikot ito. Upang makamit ito, ang mga ulo ay sinuspinde sa mga ultra-manipis na piraso ng metal.
At dito natin makikita kung bakit namatay ang anatomical specimen natin - kahit isa sa mga ulo ay lumuwag, at anuman ang naging sanhi ng unang pinsala ay nakayuko din ang isa sa mga braso. Ang buong bahagi ng ulo ay napakaliit na, tulad ng makikita mo sa ibaba, napakahirap makakuha ng magandang larawan nito gamit ang isang regular na kamera.
Gayunpaman, maaari nating paghiwalayin ang mga indibidwal na bahagi. Ang grey block ay isang espesyal na ginawang bahagi na tinatawag "slider": Habang umiikot ang disc sa ilalim nito, lumilikha ang daloy ng hangin ng pag-angat, na iniangat ang ulo mula sa ibabaw. At kapag sinabi naming "lifts," ang ibig naming sabihin ay isang gap na 0,0000002 inches lang ang lapad, o mas mababa sa 5 nm.
Anumang higit pa, at ang mga ulo ay hindi makikilala ang mga pagbabago sa magnetic field ng track; kung ang mga ulo ay nakahiga sa ibabaw, sila ay kakamot lamang ng patong. Ito ang dahilan kung bakit kailangan mong i-filter ang hangin sa loob ng drive case: ang alikabok at kahalumigmigan sa ibabaw ng drive ay masisira lamang ang mga ulo.
Ang isang maliit na metal na "pol" sa dulo ng ulo ay nakakatulong sa pangkalahatang aerodynamics. Gayunpaman, upang makita ang mga bahagi na gumagawa ng pagbabasa at pagsusulat, kailangan namin ng isang mas mahusay na larawan.
Sa larawang ito ng isa pang hard drive, ang mga read/write device ay nasa ilalim ng lahat ng electrical connections. Ang pagre-record ay isinasagawa ng system (thin film induction, TFI), at pagbabasa - aparato (tunneling magnetoresistive device, TMR).
Ang mga signal na ginawa ng TMR ay napakahina at dapat na dumaan sa isang amplifier upang mapataas ang mga antas bago ipadala. Ang chip na responsable para dito ay matatagpuan malapit sa base ng mga lever sa larawan sa ibaba.
Tulad ng nakasaad sa panimula sa artikulo, ang mga mekanikal na bahagi at prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang hard drive ay bahagyang nagbago sa paglipas ng mga taon. Higit sa lahat, napabuti ang teknolohiya ng mga magnetic track at read-write head, na lumilikha ng lalong makitid at siksik na mga track, na sa huli ay humantong sa pagtaas ng dami ng nakaimbak na impormasyon.
Gayunpaman, ang mga mekanikal na hard drive ay may malinaw na mga limitasyon sa bilis. Ito ay tumatagal ng oras upang ilipat ang mga lever sa nais na posisyon, at kung ang data ay nakakalat sa iba't ibang mga track sa iba't ibang mga platter, pagkatapos ang drive ay gumugugol ng ilang microseconds sa paghahanap ng mga bit.
Bago lumipat sa ibang uri ng drive, ipahiwatig natin ang tinatayang bilis ng isang tipikal na HDD. Ginamit namin ang benchmark upang suriin ang hard drive :
Ang unang dalawang linya ay nagpapahiwatig ng bilang ng MB bawat segundo kapag gumaganap ng sequential (mahaba, tuloy-tuloy na listahan) at random (mga transisyon sa buong drive) na nagbabasa at nagsusulat. Ang susunod na linya ay nagpapakita ng halaga ng IOPS, na kung saan ay ang bilang ng mga operasyon ng I/O na ginagawa bawat segundo. Ipinapakita ng huling linya ang average na latency (oras sa microseconds) sa pagitan ng pagpapadala ng read o write na operasyon at pagtanggap ng mga value ng data.
Sa pangkalahatan, nagsusumikap kaming tiyakin na ang mga halaga sa unang tatlong linya ay kasing laki hangga't maaari, at sa huling linya bilang maliit hangga't maaari. Huwag mag-alala tungkol sa mga numero mismo, gagamitin lang namin ang mga ito para sa paghahambing kapag tumingin kami sa isa pang uri ng drive: ang solid-state drive.
Pinagmulan: www.habr.com