یہ مقناطیسی ہے۔ یہ برقی ہے۔ یہ فوٹوونک ہے۔ نہیں، یہ مارول کائنات کی کوئی نئی سپر ہیرو تینوں نہیں ہے۔ یہ ہمارے قیمتی ڈیجیٹل ڈیٹا کو ذخیرہ کرنے کے بارے میں ہے۔ ہمیں انہیں کہیں محفوظ اور مستحکم رکھنے کی ضرورت ہے، تاکہ ہم پلک جھپکتے ہی ان تک رسائی اور تبدیل کر سکیں۔ آئرن مین اور تھور کو بھول جاؤ - ہم ہارڈ ڈرائیوز کے بارے میں بات کر رہے ہیں!
تو آئیے ان آلات کی اناٹومی میں غوطہ لگائیں جنہیں ہم آج اربوں ڈیٹا کو ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال کرتے ہیں۔
تم مجھے دائیں طرف گھماؤ، بچے
مکینیکل ہارڈ ڈرائیو اسٹوریج (ہارڈ ڈسک ڈرائیو، ایچ ڈی ڈی) 30 سال سے زیادہ عرصے سے دنیا بھر کے کمپیوٹرز کے لیے اسٹوریج کا معیار رہا ہے، لیکن اس کے پیچھے کی ٹیکنالوجی بہت پرانی ہے۔
IBM نے پہلا تجارتی HDD جاری کیا۔ ، اس کی گنجائش 3,75 MB تک تھی۔ اور عام طور پر، ان تمام سالوں میں ڈرائیو کی عمومی ساخت زیادہ نہیں بدلی ہے۔ اس میں ابھی بھی ڈسکیں ہیں جو ڈیٹا کو ذخیرہ کرنے کے لیے میگنیٹائزیشن کا استعمال کرتی ہیں، اور اس ڈیٹا کو پڑھنے/لکھنے کے لیے آلات موجود ہیں۔ بدل گیا۔ وہی، اور بہت مضبوط، ڈیٹا کی مقدار ہے جو ان پر محفوظ کی جا سکتی ہے۔
1987 میں یہ ممکن ہوا۔ تقریباً $350 کے لیے؛ آج آپ 14 ٹی بی خرید سکتے ہیں: میں 700 000 حجم کا گنا۔
ہم ایک ایسے آلے کو دیکھیں گے جو بالکل یکساں سائز کا نہیں ہے، بلکہ جدید معیارات کے مطابق بھی مہذب ہے: 3,5 انچ کا HDD Seagate Barracuda 3 TB، خاص طور پر، ماڈل۔ ، اس کے لئے بدنام и . ہم جس ڈرائیو کا مطالعہ کر رہے ہیں وہ پہلے ہی مر چکا ہے، لہذا یہ اناٹومی کے سبق سے زیادہ پوسٹ مارٹم جیسا ہوگا۔
ہارڈ ڈرائیو کا بڑا حصہ کاسٹ میٹل ہے۔ فعال استعمال کے دوران ڈیوائس کے اندر موجود قوتیں کافی سنگین ہو سکتی ہیں، اس لیے موٹی دھات کیس کے موڑنے اور کمپن کو روکتی ہے۔ یہاں تک کہ چھوٹے 1,8 انچ ایچ ڈی ڈی بھی ہاؤسنگ میٹریل کے طور پر دھات کا استعمال کرتے ہیں، لیکن وہ عام طور پر اسٹیل کے بجائے ایلومینیم سے بنائے جاتے ہیں کیونکہ انہیں زیادہ سے زیادہ ہلکا ہونا ضروری ہے۔
ڈرائیو کو موڑتے ہوئے، ہمیں ایک پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈ اور کئی کنیکٹر نظر آتے ہیں۔ بورڈ کے اوپری حصے میں کنیکٹر اس موٹر کے لیے استعمال ہوتا ہے جو ڈسکوں کو گھماتا ہے، اور نیچے کے تین (بائیں سے دائیں) جمپر پن ہیں جو آپ کو مخصوص کنفیگریشنز کے لیے ڈرائیو کو ترتیب دینے کی اجازت دیتے ہیں، ایک SATA (Serial ATA) ڈیٹا کنیکٹر۔ ، اور ایک SATA پاور کنیکٹر۔
سیریل اے ٹی اے پہلی بار 2000 میں شائع ہوا۔ ڈیسک ٹاپ کمپیوٹرز میں، یہ وہ معیاری نظام ہے جو ڈرائیوز کو باقی کمپیوٹر سے جوڑنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ فارمیٹ کی تصریح میں بہت سی تبدیلیاں کی گئی ہیں، اور ہم فی الحال ورژن 3.4 استعمال کر رہے ہیں۔ ہماری ہارڈ ڈرائیو کی لاش ایک پرانا ورژن ہے، لیکن فرق پاور کنیکٹر میں صرف ایک پن کا ہے۔
ڈیٹا کنکشن میں، یہ ڈیٹا حاصل کرنے اور وصول کرنے کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ : پن A+ اور A- کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ کی منتقلی ہارڈ ڈرائیو کو ہدایات اور ڈیٹا، اور پن B کے لیے ہیں۔ وصول کرنا یہ سگنل. جوڑے والے کنڈکٹرز کا یہ استعمال سگنل پر برقی شور کے اثر کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے، یعنی آلہ تیزی سے کام کر سکتا ہے۔
اگر ہم پاور کے بارے میں بات کرتے ہیں، تو ہم دیکھتے ہیں کہ کنیکٹر میں ہر وولٹیج (+3.3، +5 اور +12V) کے رابطوں کا ایک جوڑا ہوتا ہے۔ تاہم، ان میں سے زیادہ تر استعمال نہیں کیے جاتے ہیں کیونکہ HDDs کو زیادہ طاقت کی ضرورت نہیں ہوتی ہے۔ یہ خاص سی گیٹ ماڈل فعال بوجھ کے تحت 10 واٹ سے کم استعمال کرتا ہے۔ پی سی کے لیے نشان زد رابطوں کا استعمال کیا جاتا ہے۔ پریچارج: یہ خصوصیت آپ کو ہارڈ ڈرائیو کو ہٹانے اور منسلک کرنے کی اجازت دیتی ہے جب کمپیوٹر کام کرتا رہتا ہے (اسے کہا جاتا ہے۔ گرم تبادلہ).
PWDIS ٹیگ کے ساتھ رابطے کی اجازت دیتا ہے۔ ہارڈ ڈرائیو، لیکن یہ فنکشن صرف ورژن SATA 3.3 سے تعاون یافتہ ہے، لہذا میری ڈرائیو میں یہ صرف ایک اور +3.3V پاور لائن ہے۔ اور آخری پن، جس پر SSU کا لیبل لگا ہوا ہے، کمپیوٹر کو آسانی سے بتاتا ہے کہ آیا ہارڈ ڈرائیو ترتیب وار اسپن اپ ٹیکنالوجی کو سپورٹ کرتی ہے۔ لڑکھڑاتے ہوئے.
اس سے پہلے کہ کمپیوٹر ان کو استعمال کر سکے، ڈیوائس کے اندر موجود ڈرائیوز (جسے ہم جلد دیکھیں گے) کو پوری رفتار تک گھمنا چاہیے۔ لیکن اگر مشین میں کئی ہارڈ ڈرائیوز نصب ہیں، تو اچانک ایک ساتھ بجلی کی درخواست سسٹم کو نقصان پہنچا سکتی ہے۔ دھیرے دھیرے سپنڈلز کو گھمانا اس طرح کے مسائل کے امکان کو مکمل طور پر ختم کر دیتا ہے، لیکن HDD تک مکمل رسائی حاصل کرنے سے پہلے آپ کو چند سیکنڈ انتظار کرنا پڑے گا۔
سرکٹ بورڈ کو ہٹا کر، آپ دیکھ سکتے ہیں کہ یہ ڈیوائس کے اندر موجود اجزاء سے کیسے جڑتا ہے۔ ایچ ڈی ڈی سیل نہیں، بہت بڑی صلاحیتوں والے آلات کے استثناء کے ساتھ - وہ ہوا کے بجائے ہیلیم کا استعمال کرتے ہیں کیونکہ یہ بہت کم گھنے ہوتا ہے اور بڑی تعداد میں ڈسکوں والی ڈرائیوز میں کم مسائل پیدا کرتا ہے۔ دوسری طرف، آپ کو روایتی ڈرائیوز کو کھلے ماحول میں بے نقاب نہیں کرنا چاہیے۔
اس طرح کے کنیکٹرز کے استعمال کی بدولت انٹری پوائنٹس کی تعداد کو کم کیا جاتا ہے جن کے ذریعے ڈرائیو کے اندر گندگی اور دھول داخل ہو سکتی ہے۔ میٹل کیس میں ایک سوراخ ہے (تصویر کے نچلے بائیں کونے میں بڑا سفید نقطہ) جو محیطی دباؤ کو اندر رہنے دیتا ہے۔
اب جب کہ پی سی بی کو ہٹا دیا گیا ہے، آئیے ایک نظر ڈالتے ہیں کہ اندر کیا ہے۔ چار اہم چپس ہیں:
- LSI B64002: مین کنٹرولر چپ جو ہدایات پر کارروائی کرتی ہے، ڈیٹا کو اندر اور باہر منتقل کرتی ہے، غلطیوں کو درست کرتی ہے، وغیرہ۔
- Samsung K4T51163QJ: 64 MB DDR2 SDRAM 800 میگاہرٹز پر کلک کیا گیا، ڈیٹا کیشنگ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
- ہموار MCKXL: اس موٹر کو کنٹرول کرتا ہے جو ڈسکس کو گھماتی ہے۔
- Winbond 25Q40BWS05: 500 KB سیریل فلیش میموری جو ڈرائیو کے فرم ویئر کو ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے (تھوڑا سا کمپیوٹر کے BIOS کی طرح)
مختلف HDDs کے PCB اجزاء مختلف ہو سکتے ہیں۔ بڑے سائز کے لیے زیادہ کیش کی ضرورت ہوتی ہے (سب سے زیادہ جدید راکشسوں میں 256 MB تک DDR3 ہو سکتا ہے)، اور مین کنٹرولر چپ غلطی سے نمٹنے میں تھوڑی زیادہ نفیس ہو سکتی ہے، لیکن مجموعی طور پر فرق اتنے زیادہ نہیں ہیں۔
ڈرائیو کو کھولنا آسان ہے، بس چند ٹورکس بولٹ اور وویلا کو کھولیں! ہم اندر ہیں...
یہ دیکھتے ہوئے کہ یہ آلہ کا بڑا حصہ لیتا ہے، ہماری توجہ فوری طور پر دھات کے بڑے دائرے کی طرف مبذول ہو جاتی ہے۔ یہ سمجھنا آسان ہے کہ ڈرائیوز کیوں کہلاتی ہیں۔ ڈسک. ان کو بلانا درست ہے۔ پلیٹیں; وہ شیشے یا ایلومینیم سے بنے ہوتے ہیں اور مختلف مواد کی کئی تہوں کے ساتھ لیپت ہوتے ہیں۔ اس 3TB ڈرائیو میں تین پلیٹرز ہیں، یعنی 500GB کو ایک پلیٹر کے ہر طرف ذخیرہ کیا جانا چاہیے۔
تصویر کافی دھول دار ہے، ایسی گندی پلیٹیں ان کو بنانے کے لیے درکار ڈیزائن اور مینوفیکچرنگ کی درستگی سے میل نہیں کھاتیں۔ ہماری HDD مثال میں، ایلومینیم ڈسک خود 0,04 انچ (1 ملی میٹر) موٹی ہے، لیکن اس حد تک پالش کی گئی ہے کہ سطح پر انحراف کی اوسط اونچائی 0,000001 انچ (تقریباً 30 این ایم) سے کم ہے۔
بنیادی تہہ صرف 0,0004 انچ (10 مائکرون) گہری ہے اور دھات پر جمع ہونے والے مواد کی متعدد تہوں پر مشتمل ہے۔ درخواست کا استعمال کرتے ہوئے کیا جاتا ہے۔ اس کے بعد ڈیجیٹل ڈیٹا کو ذخیرہ کرنے کے لیے استعمال ہونے والے بنیادی مقناطیسی مواد کے لیے ڈسک کی تیاری۔
یہ مواد عام طور پر ایک پیچیدہ کوبالٹ مرکب ہوتا ہے اور مرتکز دائروں پر مشتمل ہوتا ہے، ہر ایک تقریباً 0,00001 انچ (تقریباً 250 nm) چوڑا اور 0,000001 انچ (25 nm) گہرا ہوتا ہے۔ مائیکرو سطح پر، دھاتی مرکب پانی کی سطح پر صابن کے بلبلوں کی طرح اناج بناتے ہیں۔
ہر دانے کا اپنا مقناطیسی میدان ہوتا ہے، لیکن اسے ایک دی گئی سمت میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ اس طرح کے فیلڈز کو گروپ کرنے کے نتیجے میں ڈیٹا بٹس (0s اور 1s) ہوتے ہیں۔ اگر آپ اس موضوع کے بارے میں مزید جاننا چاہتے ہیں، تو پڑھیں ییل یونیورسٹی۔ آخری کوٹنگز تحفظ کے لیے کاربن کی ایک پرت ہیں، اور پھر رابطہ رگڑ کو کم کرنے کے لیے پولیمر۔ وہ ایک ساتھ مل کر 0,0000005 انچ (12 nm) سے زیادہ موٹے نہیں ہیں۔
ہم جلد ہی دیکھیں گے کہ ویفرز کو اتنی سخت رواداری میں کیوں تیار کیا جانا چاہئے، لیکن یہ جان کر اب بھی حیرت ہوتی ہے۔ آپ نینو میٹر کی درستگی کے ساتھ تیار کردہ ڈیوائس کے قابل فخر مالک بن سکتے ہیں!
تاہم، آئیے خود HDD پر واپس جائیں اور دیکھیں کہ اس میں اور کیا ہے۔
پیلا رنگ دھاتی کور کو ظاہر کرتا ہے جو پلیٹ کو محفوظ طریقے سے باندھتا ہے۔ سپنڈل ڈرائیو الیکٹرک موٹر - ایک الیکٹرک ڈرائیو جو ڈسکوں کو گھومتی ہے۔ اس HDD میں وہ 7200 rpm (انقلاب/منٹ) کی فریکوئنسی پر گھومتے ہیں، لیکن دوسرے ماڈلز میں وہ آہستہ کام کر سکتے ہیں۔ سست ڈرائیوز میں کم شور اور بجلی کی کھپت ہوتی ہے، لیکن اس کی رفتار بھی کم ہوتی ہے، جبکہ تیز ڈرائیوز 15 rpm کی رفتار تک پہنچ سکتی ہیں۔
دھول اور ہوا کی نمی کی وجہ سے ہونے والے نقصان کو کم کرنے کے لیے، استعمال کریں۔ recirculation فلٹر (سبز مربع)، چھوٹے ذرات کو جمع کرنا اور انہیں اندر رکھنا۔ پلیٹوں کی گردش کے ذریعے منتقل ہونے والی ہوا فلٹر کے ذریعے مسلسل بہاؤ کو یقینی بناتی ہے۔ ڈسکس کے اوپر اور فلٹر کے آگے تین میں سے ایک ہے۔ پلیٹ الگ کرنے والے: کمپن کو کم کرنے اور ہوا کے بہاؤ کو ہر ممکن حد تک برقرار رکھنے میں مدد کرنا۔
تصویر کے اوپری بائیں حصے میں، نیلا مربع دو مستقل بار میگنےٹ میں سے ایک کی نشاندہی کرتا ہے۔ وہ مقناطیسی میدان فراہم کرتے ہیں جو سرخ رنگ میں اشارہ کردہ جزو کو منتقل کرنے کے لیے درکار ہے۔ آئیے ان تفصیلات کو بہتر طور پر دیکھنے کے لیے الگ کریں۔
جو سفید پیچ کی طرح نظر آتا ہے وہ ایک اور فلٹر ہے، صرف یہی ایک ان ذرات اور گیسوں کو فلٹر کرتا ہے جو ہم نے اوپر دیکھے سوراخ کے ذریعے باہر سے داخل ہوتے ہیں۔ دھاتی اسپائکس ہیں۔ سر کی نقل و حرکت کے لیور، جس پر وہ واقع ہیں۔ پڑھنے لکھنے کے سر ہارڈ ڈرایئو. وہ پلیٹوں کی سطح (اوپر اور نیچے) کے ساتھ زبردست رفتار سے حرکت کرتے ہیں۔
اس کی بنائی ہوئی ویڈیو دیکھیں یہ دیکھنے کے لیے کہ وہ کتنی تیز ہیں:
ڈیزائن کی طرح کچھ استعمال نہیں کرتا ; لیورز کو حرکت دینے کے لیے، لیورز کی بنیاد پر ایک سولینائیڈ سے برقی رو گزرتی ہے۔
عام طور پر انہیں کہا جاتا ہے۔ ، کیونکہ وہ وہی اصول استعمال کرتے ہیں جو اسپیکر اور مائیکروفون میں جھلیوں کو حرکت دینے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ کرنٹ ان کے ارد گرد ایک مقناطیسی میدان پیدا کرتا ہے، جو مستقل بار میگنےٹس کے ذریعہ بنائے گئے فیلڈ پر رد عمل ظاہر کرتا ہے۔
ڈیٹا ٹریکس کو مت بھولنا چھوٹا، اس لیے بازوؤں کی پوزیشننگ بالکل درست ہونی چاہیے، بالکل اسی طرح جیسے ڈرائیو میں موجود ہر چیز۔ کچھ ہارڈ ڈرائیوز میں ملٹی اسٹیج لیور ہوتے ہیں جو پورے لیور کے صرف ایک حصے کی سمت میں چھوٹی تبدیلیاں کرتے ہیں۔
کچھ ہارڈ ڈرائیوز میں ڈیٹا ٹریک ہوتے ہیں جو ایک دوسرے کو اوورلیپ کرتے ہیں۔ اس ٹیکنالوجی کو کہا جاتا ہے۔ (شِنگلڈ میگنیٹک ریکارڈنگ)، اور درستگی اور پوزیشننگ کے لیے اس کی ضروریات (یعنی ایک پوائنٹ کو لگاتار مارنا) اور بھی سخت ہیں۔
بازوؤں کے بالکل آخر میں انتہائی حساس پڑھنے لکھنے والے سر ہوتے ہیں۔ ہمارے HDD میں 3 پلیٹر اور 6 ہیڈز، اور ان میں سے ہر ایک پر مشتمل ہے۔ تیرتا ہے ڈسک کے اوپر جب یہ گھومتی ہے۔ اس کو حاصل کرنے کے لیے، سروں کو دھات کی انتہائی پتلی پٹیوں پر لٹکایا جاتا ہے۔
اور یہاں ہم دیکھ سکتے ہیں کہ ہمارا جسمانی نمونہ کیوں مر گیا - کم از کم ایک سر ڈھیلا ہو گیا، اور جو کچھ بھی ابتدائی نقصان کی وجہ سے ہوا اس نے ایک بازو کو بھی جھکا دیا۔ سر کا پورا حصہ اتنا چھوٹا ہے کہ جیسا کہ آپ نیچے دیکھ سکتے ہیں، باقاعدہ کیمرے سے اس کی اچھی تصویر لینا بہت مشکل ہے۔
تاہم، ہم انفرادی حصوں کو الگ کر سکتے ہیں۔ گرے بلاک ایک خاص طور پر تیار کردہ حصہ ہے جسے کہا جاتا ہے۔ "سلائیڈر": جیسے ہی ڈسک اس کے نیچے گھومتی ہے، ہوا کا بہاؤ لفٹ پیدا کرتا ہے، سر کو سطح سے اٹھاتا ہے۔ اور جب ہم کہتے ہیں "لفٹیں"، تو ہمارا مطلب ایک خلا ہے جو صرف 0,0000002 انچ چوڑا، یا 5 nm سے کم ہے۔
مزید، اور سر ٹریک کے مقناطیسی شعبوں میں ہونے والی تبدیلیوں کو پہچاننے کے قابل نہیں ہوں گے۔ اگر سر سطح پر پڑے تھے، تو وہ صرف کوٹنگ کو کھرچیں گے۔ یہی وجہ ہے کہ آپ کو ڈرائیو کیس کے اندر ہوا کو فلٹر کرنے کی ضرورت ہے: ڈرائیو کی سطح پر دھول اور نمی آسانی سے سروں کو توڑ دے گی۔
سر کے آخر میں ایک چھوٹا سا دھاتی "قطب" مجموعی ایروڈائینامکس میں مدد کرتا ہے۔ تاہم، پڑھنے اور لکھنے والے حصوں کو دیکھنے کے لئے، ہمیں ایک بہتر تصویر کی ضرورت ہے.
دوسری ہارڈ ڈرائیو کی اس تصویر میں، پڑھنے/لکھنے کے آلات تمام برقی کنکشن کے نیچے ہیں۔ ریکارڈنگ سسٹم کے ذریعہ کی جاتی ہے۔ (پتلی فلم انڈکشن، TFI)، اور پڑھنا - آلہ (سرنگ مقناطیسی آلہ، TMR)۔
TMR کے ذریعہ تیار کردہ سگنلز بہت کمزور ہیں اور بھیجے جانے سے پہلے لیول بڑھانے کے لیے ایمپلیفائر سے گزرنا ضروری ہے۔ اس کے لیے ذمہ دار چپ نیچے دی گئی تصویر میں لیورز کی بنیاد کے قریب واقع ہے۔
جیسا کہ مضمون کے تعارف میں بیان کیا گیا ہے، ہارڈ ڈرائیو کے مکینیکل اجزاء اور آپریٹنگ اصول سالوں میں بہت کم تبدیل ہوئے ہیں۔ سب سے زیادہ، مقناطیسی ٹریکس اور ریڈ رائٹ ہیڈز کی ٹیکنالوجی کو بہتر بنایا گیا، جس سے تیزی سے تنگ اور گھنے پٹریوں کی تخلیق ہوئی، جو بالآخر ذخیرہ شدہ معلومات کی مقدار میں اضافے کا باعث بنی۔
تاہم، مکینیکل ہارڈ ڈرائیوز کی رفتار کی واضح حدود ہیں۔ لیورز کو مطلوبہ پوزیشن پر لے جانے میں وقت لگتا ہے، اور اگر ڈیٹا مختلف پلیٹوں پر مختلف ٹریکس پر بکھرا ہوا ہے، تو ڈرائیو بٹس کی تلاش میں کافی مائیکرو سیکنڈز صرف کرے گی۔
دوسری قسم کی ڈرائیو پر جانے سے پہلے، آئیے ایک عام HDD کی تخمینی رفتار کی نشاندہی کرتے ہیں۔ ہم نے بینچ مارک استعمال کیا۔ ہارڈ ڈرائیو کا اندازہ کرنے کے لیے :
پہلی دو لائنیں ترتیب وار (طویل، مسلسل فہرست) اور بے ترتیب (پوری ڈرائیو میں منتقلی) پڑھنے اور لکھنے کے دوران MB فی سیکنڈ کی تعداد کی نشاندہی کرتی ہیں۔ اگلی لائن IOPS کی قدر دکھاتی ہے، جو کہ ہر سیکنڈ میں کیے جانے والے I/O آپریشنز کی تعداد ہے۔ آخری لائن پڑھنے یا لکھنے کے عمل کو منتقل کرنے اور ڈیٹا کی قدروں کو حاصل کرنے کے درمیان اوسط تاخیر (مائیکرو سیکنڈ میں وقت) کو ظاہر کرتی ہے۔
عام طور پر، ہم اس بات کو یقینی بنانے کی کوشش کرتے ہیں کہ پہلی تین لائنوں میں قدریں زیادہ سے زیادہ اور آخری لائن میں جتنی ممکن ہو چھوٹی ہوں۔ خود نمبروں کے بارے میں فکر نہ کریں، جب ہم دوسری قسم کی ڈرائیو دیکھیں گے تو ہم ان کا موازنہ کے لیے استعمال کریں گے: سالڈ اسٹیٹ ڈرائیو۔
ماخذ: www.habr.com