Manyetik. Elektrikli. Bu fotonik. Hayır, bu Marvel evreninden yeni bir süper kahraman üçlüsü değil. Değerli dijital verilerimizi saklamakla ilgilidir. Bunları güvenli ve sağlam bir yerde saklamamız gerekiyor ki göz açıp kapayıncaya kadar erişip değiştirebilelim. Iron Man ve Thor'u unutun; sabit disklerden bahsediyoruz!
Şimdi milyarlarca bit veriyi depolamak için bugün kullandığımız cihazların anatomisine dalalım.
Beni döndürüyorsun bebeğim
mekanik sabit disk depolama (sabit disk sürücüsü, HDD) 30 yılı aşkın bir süredir dünyanın her yerindeki bilgisayarlar için depolama standardı olmuştur, ancak arkasındaki teknoloji çok daha eskidir.
IBM ilk ticari HDD'yi piyasaya sürdü kapasitesi 3,75 MB kadardı. Ve genel olarak, tüm bu yıllar boyunca sürücünün genel yapısı pek değişmedi. Hala verileri depolamak için mıknatıslanmayı kullanan diskler var ve bu verileri okumak/yazmak için cihazlar var. Değişti Aynı ve çok güçlü olanı, üzerlerinde depolanabilecek veri miktarıdır.
1987'de mümkündü yaklaşık 350 $ için; Bugün 14 TB satın alabilirsiniz: içinde 700 000 hacmin katıdır.
Tam olarak aynı boyutta olmayan ancak modern standartlara göre de uygun bir cihaza bakacağız: 3,5 inç HDD Seagate Barracuda 3 TB, özellikle model , onun için ünlü и . Üzerinde çalıştığımız sürücü zaten ölü, dolayısıyla bu bir anatomi dersinden çok otopsiye benzeyecek.
Sabit sürücünün büyük kısmı dökme metaldir. Aktif kullanım sırasında cihazın içindeki kuvvetler oldukça ciddi olabilir, bu nedenle kalın metal, kasanın bükülmesini ve titreşimini önler. Küçük 1,8 inç HDD'ler bile muhafaza malzemesi olarak metal kullanır, ancak mümkün olduğu kadar hafif olmaları gerektiğinden genellikle çelik yerine alüminyumdan yapılırlar.
Sürücüyü ters çevirdiğimizde baskılı devre kartını ve birkaç konektörü görüyoruz. Kartın üst kısmındaki konektör, diskleri döndüren motor için kullanılır ve alttaki üçü (soldan sağa), sürücüyü belirli yapılandırmalar için yapılandırmanıza izin veren atlama teli pinleridir, bir SATA (Seri ATA) veri konektörü ve bir SATA güç konektörü.
Seri ATA ilk olarak 2000 yılında ortaya çıktı. Masaüstü bilgisayarlarda sürücüleri bilgisayarın geri kalanına bağlamak için kullanılan standart sistemdir. Format spesifikasyonu birçok revizyondan geçti ve şu anda 3.4 versiyonunu kullanıyoruz. Sabit diskimizin gövdesi daha eski bir versiyondur ancak fark, güç konektöründeki yalnızca bir pindir.
Veri bağlantılarında veri almak ve almak için kullanılır. : A+ ve A- pinleri şunlar için kullanılır: aktarma talimatlar ve veriler sabit sürücüye gönderilir ve B pinleri almak bu sinyaller. Eşleştirilmiş iletkenlerin bu şekilde kullanılması, elektriksel gürültünün sinyal üzerindeki etkisini önemli ölçüde azaltır, bu da cihazın daha hızlı çalışabileceği anlamına gelir.
Güç hakkında konuşursak, konektörün her voltajda (+3.3, +5 ve +12V) bir çift kontağı olduğunu görürüz; ancak HDD'ler fazla güç gerektirmediğinden çoğu kullanılmamaktadır. Bu özel Seagate modeli, aktif yük altında 10 watt'tan daha az güç kullanır. PC işaretli kişiler şunlar için kullanılır: ön şarj: Bu özellik, bilgisayar çalışmaya devam ederken sabit sürücüyü çıkarıp takmanıza olanak tanır (buna sıcak takas).
PWDIS etiketiyle iletişim kurulmasına izin verilir sabit sürücü, ancak bu işlev yalnızca SATA 3.3 sürümünde destekleniyor, dolayısıyla sürücümde yalnızca başka bir +3.3V güç hattı var. Ve SSU etiketli son pin, bilgisayara sabit sürücünün sıralı döndürme teknolojisini destekleyip desteklemediğini bildirir. kademeli dönüş.
Bilgisayarın bunları kullanabilmesi için, cihazın içindeki sürücülerin (ki bunu yakında göreceğiz) tam hıza ulaşması gerekiyor. Ancak makinede çok sayıda sabit disk takılıysa, eş zamanlı ani bir güç talebi sisteme zarar verebilir. Millerin kademeli olarak döndürülmesi bu tür sorunların olasılığını tamamen ortadan kaldırır, ancak HDD'ye tam erişim sağlamak için birkaç saniye beklemeniz gerekecektir.
Devre kartını çıkararak cihazın içindeki bileşenlere nasıl bağlandığını görebilirsiniz. Sabit disk damgalanmadı, çok büyük kapasiteye sahip cihazlar hariç - hava yerine helyum kullanırlar çünkü çok daha az yoğundur ve çok sayıda diske sahip sürücülerde daha az sorun yaratır. Öte yandan geleneksel sürücüleri açık ortama maruz bırakmamalısınız.
Bu tür konektörlerin kullanılması sayesinde kir ve tozun sürücünün içine girebileceği giriş noktalarının sayısı en aza indirilir; metal kasada ortam basıncının içeride kalmasını sağlayan bir delik (görüntünün sol alt köşesindeki büyük beyaz nokta) bulunmaktadır.
Artık PCB çıkarıldığına göre içeride ne olduğuna bir göz atalım. Dört ana çip vardır:
- LSI B64002: Talimatları işleyen, veri akışlarını içeri ve dışarı aktaran, hataları düzelten vb. ana denetleyici çipi.
- Samsung K4T51163QJ: Verileri önbelleğe almak için kullanılan, 64 MHz'de saat hızına sahip 2 MB DDR800 SDRAM
- Smooth MCKXL: diskleri döndüren motoru kontrol eder
- Winbond 25Q40BWS05: Sürücünün donanım yazılımını depolamak için kullanılan 500 KB seri flash bellek (biraz bilgisayarın BIOS'una benzer)
Farklı HDD'lerin PCB bileşenleri farklılık gösterebilir. Daha büyük boyutlar daha fazla önbellek gerektirir (en modern canavarlar 256 MB'a kadar DDR3'e sahip olabilir) ve ana denetleyici yongası hata işleme konusunda biraz daha karmaşık olabilir, ancak genel olarak farklar o kadar da büyük değildir.
Sürücüyü açmak kolaydır, sadece birkaç Torx cıvatasını sökün ve işte! İçerideyiz...
Cihazın büyük bir kısmını kapladığı göz önüne alındığında dikkatimiz hemen büyük metal daireye çekiliyor; sürücülerin neden çağrıldığını anlamak kolaydır disk. Onları aramak doğru tabaklar; cam veya alüminyumdan yapılırlar ve farklı malzemelerden birkaç katmanla kaplanırlar. Bu 3 TB'lık sürücünün üç plakası vardır, yani bir plakanın her iki tarafında 500 GB depolanmalıdır.
Görüntü oldukça tozlu; bu tür kirli plakalar, bunları yapmak için gereken tasarım ve üretim hassasiyetine uymuyor. HDD örneğimizde, alüminyum diskin kendisi 0,04 inç (1 mm) kalınlığındadır ancak yüzeydeki sapmaların ortalama yüksekliği 0,000001 inçten (yaklaşık 30 nm) az olacak kadar cilalanmıştır.
Taban katmanı yalnızca 0,0004 inç (10 mikron) derinliğindedir ve metal üzerine biriktirilen çok sayıda malzeme katmanından oluşur. Uygulama kullanılarak yapılır bunu takiben , dijital verileri depolamak için kullanılan temel manyetik malzemeler için diskin hazırlanması.
Bu malzeme tipik olarak karmaşık bir kobalt alaşımıdır ve her biri yaklaşık 0,00001 inç (yaklaşık 250 nm) genişliğinde ve 0,000001 inç (25 nm) derinliğinde eşmerkezli dairelerden oluşur. Mikro düzeyde metal alaşımları su yüzeyinde sabun köpüğüne benzer tanecikler oluşturur.
Her tanenin kendi manyetik alanı vardır, ancak belirli bir yönde dönüştürülebilir. Bu tür alanların gruplanması veri bitlerinin (0'lar ve 1'ler) oluşmasına neden olur. Bu konu hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, okuyun Yale Üniversitesi. Son kaplamalar, koruma için bir karbon tabakası ve ardından temas sürtünmesini azaltmak için bir polimerden oluşur. Birlikte kalınlıkları 0,0000005 inçten (12 nm) fazla değildir.
Yakında levhaların neden bu kadar sıkı toleranslarla üretilmesi gerektiğini göreceğiz, ancak bunun farkına varmak yine de şaşırtıcı. Nanometre hassasiyetiyle üretilmiş bir cihazın gururlu sahibi olabilirsiniz!
Ancak, HDD'nin kendisine geri dönelim ve içinde başka neler olduğunu görelim.
Sarı renk, plakayı güvenli bir şekilde sabitleyen metal kapağı gösterir. Mil tahrikli elektrik motoru - diskleri döndüren elektrikli bir sürücü. Bu HDD'de 7200 rpm (devir/dak) frekansında dönerler, ancak diğer modellerde daha yavaş çalışabilirler. Yavaş sürücüler daha düşük gürültü ve güç tüketimine sahiptir, ancak aynı zamanda daha düşük hıza sahiptir; daha hızlı sürücüler ise 15 rpm hıza ulaşabilir.
Toz ve hava neminin neden olduğu hasarı azaltmak için, devridaim filtresi (yeşil kare), küçük parçacıkları toplayıp içeride tutuyor. Plakaların dönmesiyle hareket eden hava, filtreden sabit bir akış sağlar. Disklerin üstünde ve filtrenin yanında üç taneden biri var plaka ayırıcılar: Titreşimlerin azaltılmasına ve hava akışının mümkün olduğu kadar eşit tutulmasına yardımcı olur.
Görüntünün sol üst kısmındaki mavi kare, iki kalıcı çubuk mıknatıstan birini gösterir. Kırmızıyla gösterilen bileşeni hareket ettirmek için gereken manyetik alanı sağlarlar. Daha iyi görebilmek için bu detayları ayıralım.
Beyaz bir yama gibi görünen şey başka bir filtredir, sadece bu filtre yukarıda gördüğümüz delikten dışarıdan giren partikülleri ve gazları filtreler. Metal sivri uçlar kafa hareket kolları, bulundukları yer okuma-yazma kafaları sabit disk. Plakaların yüzeyi boyunca (üst ve alt) muazzam bir hızla hareket ederler.
Tarafından oluşturulan bu videoyu izleyin ne kadar hızlı olduklarını görmek için:
Tasarım şöyle bir şey kullanmıyor ; Kolları hareket ettirmek için kolların tabanındaki bir solenoidden elektrik akımı geçirilir.
Genel olarak onlara denir Çünkü membranları hareket ettirmek için hoparlörlerde ve mikrofonlarda kullanılan prensibin aynısını kullanıyorlar. Akım, bunların etrafında kalıcı çubuk mıknatısların oluşturduğu alana tepki veren bir manyetik alan oluşturur.
Veri izlerini unutmayın minikBu nedenle, sürücüdeki diğer her şey gibi kolların konumlandırılması da son derece hassas olmalıdır. Bazı sabit disklerde, kolun tamamının yalnızca bir kısmında küçük değişiklikler yapan çok aşamalı kollar bulunur.
Bazı sabit disklerde birbiriyle örtüşen veri izleri bulunur. Bu teknolojiye denir (shingled manyetik kayıt) ve doğruluk ve konumlandırma (yani sürekli bir noktaya vurma) gereksinimleri daha da katıdır.
Kolların en ucunda çok hassas okuma-yazma kafaları bulunur. HDD'miz 3 plaka ve 6 kafa içerir ve bunların her biri yüzer dönerken diskin üstünde. Bunu başarmak için kafalar ultra ince metal şeritlere asılır.
Ve burada anatomik örneğimizin neden öldüğünü görebiliyoruz; kafalardan en az biri gevşemiş ve ilk hasara her ne sebep olduysa aynı zamanda kollardan biri de bükülmüş. Kafa bileşeninin tamamı o kadar küçüktür ki, aşağıda da görebileceğiniz gibi, normal bir kamerayla bunun iyi bir resmini çekmek çok zordur.
Ancak parçaları tek tek ayırabiliriz. Gri blok adı verilen özel olarak üretilmiş bir parçadır. "kaydırıcı": Disk altında döndükçe, hava akışı kaldırma kuvveti oluşturarak kafayı yüzeyden kaldırır. Ve "kaldırma" dediğimizde, yalnızca 0,0000002 inç genişliğinde veya 5 nm'den az olan bir boşluğu kastediyoruz.
Daha ileri giderseniz kafalar rayın manyetik alanlarındaki değişiklikleri fark edemeyecek; kafalar yüzeyde olsaydı, kaplamayı çizerlerdi. Bu nedenle sürücü kasasının içindeki havayı filtrelemeniz gerekir: sürücünün yüzeyindeki toz ve nem kafaları kırar.
Kafanın ucundaki küçük metal "direk" genel aerodinamiğe yardımcı olur. Ancak okuma ve yazmayı yapan kısımları görebilmek için daha iyi bir fotoğrafa ihtiyacımız var.
Başka bir sabit sürücünün bu görüntüsünde, okuma/yazma aygıtları tüm elektrik bağlantılarının altındadır. Kayıt sistem tarafından gerçekleştirilir (ince film indüksiyonu, TFI) ve okuma - cihaz (tünel manyetorezistif cihaz, TMR).
TMR tarafından üretilen sinyaller çok zayıftır ve gönderilmeden önce seviyelerin yükseltilmesi için bir amplifikatörden geçirilmesi gerekir. Bundan sorumlu olan çip, aşağıdaki resimde kolların tabanının yakınında bulunmaktadır.
Yazının girişinde de belirtildiği gibi, bir sabit sürücünün mekanik bileşenleri ve çalışma prensibi yıllar içinde çok az değişti. Hepsinden önemlisi, manyetik izler ve okuma-yazma kafaları teknolojisi iyileştirildi, giderek daha dar ve yoğun izler oluşturuldu ve bu da sonuçta depolanan bilgi miktarında bir artışa yol açtı.
Ancak mekanik sabit disklerin bariz hız sınırlamaları vardır. Kolları istenen konuma getirmek zaman alır ve eğer veriler farklı plakalardaki farklı izlere dağılmışsa, sürücü bitleri aramak için epeyce mikrosaniye harcayacaktır.
Başka bir sürücü türüne geçmeden önce tipik bir HDD'nin yaklaşık hızını belirtelim. Benchmark'ı kullandık sabit sürücüyü değerlendirmek için :
İlk iki satır, sıralı (uzun, sürekli liste) ve rastgele (tüm sürücü boyunca geçişler) okuma ve yazma işlemleri gerçekleştirirken saniyedeki MB sayısını gösterir. Sonraki satır, her saniyede gerçekleştirilen G/Ç işlemlerinin sayısı olan IOPS değerini gösterir. Son satır, bir okuma veya yazma işleminin iletilmesi ile veri değerlerinin alınması arasındaki ortalama gecikmeyi (mikrosaniye cinsinden süre) gösterir.
Genel olarak ilk üç satırdaki değerlerin olabildiğince büyük, son satırdaki değerlerin ise olabildiğince küçük olmasını sağlamaya çalışıyoruz. Rakamların kendisi hakkında endişelenmeyin, bunları yalnızca başka bir sürücü türüne baktığımızda karşılaştırma yapmak için kullanacağız: katı hal sürücüsü.
Kaynak: habr.com