Bu magnit. Bu elektr. Bu fotonik. Yo'q, bu Marvel olamining yangi super qahramon triosi emas. Bu bizning qimmatli raqamli ma'lumotlarimizni saqlash haqida. Biz ularni xavfsiz va barqaror joyda saqlashimiz kerak, shunda biz ularga ko'z ochib yumguncha kirishimiz va o'zgartirishimiz mumkin. Iron Man va Thorni unuting - biz qattiq disklar haqida gapiramiz!
Shunday qilib, keling, bugungi kunda milliardlab bit ma'lumotlarni saqlash uchun foydalanadigan qurilmalar anatomiyasiga sho'ng'iylik.
Sen meni aylanasan, bolam
Mexanicheskiy qattiq diskni saqlash (qattiq disk, HDD) 30 yildan ortiq vaqt davomida butun dunyo bo'ylab kompyuterlar uchun saqlash standarti bo'lib kelgan, ammo uning ortidagi texnologiya ancha eski.
IBM birinchi tijorat HDD ni chiqardi , uning sig'imi 3,75 MB edi. Va umuman olganda, bu yillar davomida haydovchining umumiy tuzilishi unchalik o'zgarmadi. Unda hali ham ma'lumotlarni saqlash uchun magnitlanishdan foydalanadigan disklar mavjud va bu ma'lumotlarni o'qish/yozish uchun qurilmalar mavjud. O'zgartirildi Xuddi shu va juda kuchli, ularda saqlanishi mumkin bo'lgan ma'lumotlar miqdori.
1987 yilda bu mumkin edi taxminan 350 dollarga; Bugun 14 TB sotib olishingiz mumkin: in 700 000 marta hajm.
Biz mutlaqo bir xil o'lchamdagi, ammo zamonaviy standartlarga mos keladigan qurilmani ko'rib chiqamiz: 3,5 dyuymli Seagate Barracuda 3 TB HDD, xususan, model , bilan mashhur и . Biz o'rganayotgan disk allaqachon o'lgan, shuning uchun bu anatomiya darsidan ko'ra ko'proq otopsiyaga o'xshaydi.
Qattiq diskning asosiy qismi quyma metalldir. Faol foydalanish paytida qurilma ichidagi kuchlar juda jiddiy bo'lishi mumkin, shuning uchun qalin metall korpusning egilishi va tebranishini oldini oladi. Hatto kichik 1,8 dyuymli HDD-lar ham korpus materiali sifatida metalldan foydalanadi, lekin ular odatda po'latdan emas, balki alyuminiydan tayyorlanadi, chunki ular iloji boricha engil bo'lishi kerak.
Drayvni aylantirib, biz bosilgan elektron platani va bir nechta ulagichlarni ko'ramiz. Plataning yuqori qismidagi ulagich disklarni aylantiruvchi vosita uchun ishlatiladi va pastki uchtasi (chapdan o'ngga) haydovchini ma'lum konfiguratsiyalar uchun sozlash imkonini beruvchi o'tish pinlari, SATA (Serial ATA) ma'lumotlar ulagichi. , va SATA quvvat ulagichi.
Serial ATA birinchi marta 2000 yilda paydo bo'lgan. Ish stoli kompyuterlarida bu drayverlarni kompyuterning qolgan qismiga ulash uchun ishlatiladigan standart tizimdir. Format spetsifikatsiyasi ko'plab qayta ko'rib chiqildi va biz hozirda 3.4 versiyasidan foydalanmoqdamiz. Qattiq diskimiz jasadimiz eski versiya, ammo farq quvvat ulagichidagi faqat bitta pin.
Ma'lumot ulanishlarida u ma'lumotlarni qabul qilish va qabul qilish uchun ishlatiladi. : A+ va A- pinlari uchun ishlatiladi uzatish qattiq diskdagi ko'rsatmalar va ma'lumotlar va B pinlari uchun qabul qilish bu signallar. Juftlangan o'tkazgichlardan bunday foydalanish elektr shovqinining signalga ta'sirini sezilarli darajada kamaytiradi, ya'ni qurilma tezroq ishlashi mumkin.
Quvvat haqida gapiradigan bo'lsak, ulagichda har bir kuchlanishning (+3.3, +5 va +12V) bir juft kontaktlari borligini ko'ramiz; ammo, ularning ko'pchiligi ishlatilmaydi, chunki HDD ko'p quvvat talab qilmaydi. Ushbu maxsus Seagate modeli faol yuk ostida 10 vattdan kamroq quvvat sarflaydi. Kompyuter bilan belgilangan kontaktlar uchun ishlatiladi oldindan to'lash: Bu xususiyat kompyuter ishlashda davom etayotganda qattiq diskni olib tashlash va ulash imkonini beradi (bu deyiladi issiq almashtirish).
PWDIS yorlig'i bilan aloqa qilish imkonini beradi qattiq disk, lekin bu funksiya faqat SATA 3.3 versiyasida qo'llab-quvvatlanadi, shuning uchun mening diskimda bu yana bir +3.3V quvvat liniyasi. Va oxirgi pin, SSU etiketli, kompyuterga qattiq disk ketma-ket yigiruv texnologiyasini qo'llab-quvvatlaydimi yoki yo'qligini aytadi. gandiraklab aylana boshladi.
Kompyuter ularni ishlatishdan oldin, qurilma ichidagi drayvlar (buni yaqinda ko'ramiz) to'liq tezlikda aylanishi kerak. Ammo agar mashinada ko'plab qattiq disklar o'rnatilgan bo'lsa, to'satdan bir vaqtning o'zida quvvat talabi tizimga zarar etkazishi mumkin. Asta-sekin shpindellarni aylantirish bunday muammolar ehtimolini butunlay yo'q qiladi, ammo HDD ga to'liq kirishdan oldin bir necha soniya kutishingiz kerak bo'ladi.
Elektron platani olib tashlash orqali siz uning qurilma ichidagi komponentlarga qanday ulanishini ko'rishingiz mumkin. HDD muhrlanmagan, juda katta quvvatga ega qurilmalar bundan mustasno - ular havo o'rniga geliydan foydalanadilar, chunki u juda kamroq zichroq va ko'p sonli diskli drayvlarda kamroq muammolarni keltirib chiqaradi. Boshqa tomondan, siz an'anaviy drayverlarni ochiq muhitga ta'sir qilmasligingiz kerak.
Bunday ulagichlardan foydalanish tufayli haydovchi ichiga axloqsizlik va chang tushishi mumkin bo'lgan kirish joylari soni minimallashtiriladi; metall korpusda (tasvirning pastki chap burchagidagi katta oq nuqta) atrof-muhit bosimining ichida qolishiga imkon beruvchi teshik mavjud.
Endi tenglikni olib tashlangandan so'ng, uning ichida nima borligini ko'rib chiqaylik. To'rtta asosiy chip mavjud:
- LSI B64002: Ko'rsatmalarni qayta ishlaydigan, ma'lumotlar oqimini ichkariga va tashqariga uzatadigan, xatolarni tuzatuvchi va hokazolarni boshqaruvchi asosiy nazoratchi chipi.
- Samsung K4T51163QJ: 64 MGts chastotali 2 MB DDR800 SDRAM, ma'lumotlarni keshlash uchun ishlatiladi
- Smooth MCKXL: disklarni aylantiruvchi motorni boshqaradi
- Winbond 25Q40BWS05: Drayv mikrodasturini saqlash uchun ishlatiladigan 500 KB seriyali flesh-xotira (biroz kompyuterning BIOS-ga o'xshaydi)
Turli HDDlarning PCB komponentlari farq qilishi mumkin. Kattaroq o'lchamlar ko'proq keshni talab qiladi (eng zamonaviy yirtqich hayvonlarda 256 MB gacha DDR3 bo'lishi mumkin) va asosiy kontroller chipi xatolarni boshqarishda biroz murakkabroq bo'lishi mumkin, ammo umuman farqlar unchalik katta emas.
Drayvni ochish oson, shunchaki bir nechta Torx murvatini burab qo'ying va voila! Biz ichkaridamiz ...
Qurilmaning asosiy qismini egallashini hisobga olsak, bizning e'tiborimiz darhol katta metall doiraga qaratiladi; drayvlar nima uchun chaqirilganini tushunish oson disk. Ularni chaqirish to'g'ri plitalar; ular shisha yoki alyuminiydan tayyorlangan va turli materiallarning bir necha qatlamlari bilan qoplangan. Ushbu 3TB diskda uchta plastina mavjud, ya'ni 500 Gb bitta plastinaning har ikki tomonida saqlanishi kerak.
Tasvir juda changli, bunday iflos plitalar ularni qilish uchun zarur bo'lgan dizayn va ishlab chiqarishning aniqligiga mos kelmaydi. Bizning HDD misolimizda alyuminiy diskning o'zi 0,04 dyuym (1 mm) qalinlikda, lekin sirtdagi og'ishlarning o'rtacha balandligi 0,000001 dyuymdan (taxminan 30 nm) kamroq bo'lgan darajada sayqallangan.
Asosiy qatlam bor-yo'g'i 0,0004 dyuym (10 mikron) chuqurlikda va metallga yotqizilgan bir necha qatlamli materiallardan iborat. Ilova yordamida amalga oshiriladi dan so'ng , raqamli ma'lumotlarni saqlash uchun ishlatiladigan asosiy magnit materiallar uchun diskni tayyorlash.
Ushbu material odatda murakkab kobalt qotishmasi bo'lib, har birining kengligi taxminan 0,00001 dyuym (taxminan 250 nm) va chuqurligi 0,000001 dyuym (25 nm) bo'lgan konsentrik doiralardan iborat. Mikro darajada metall qotishmalari suv yuzasida sovun pufakchalariga o'xshash donalar hosil qiladi.
Har bir donaning o'ziga xos magnit maydoni bor, lekin u ma'lum bir yo'nalishda o'zgarishi mumkin. Bunday maydonlarni guruhlash natijasida ma'lumotlar bitlari (0 va 1) hosil bo'ladi. Agar siz ushbu mavzu haqida ko'proq bilmoqchi bo'lsangiz, o'qing Yel universiteti. Yakuniy qoplamalar himoya qilish uchun uglerod qatlami, keyin esa kontakt ishqalanishini kamaytirish uchun polimerdir. Ular birgalikda qalinligi 0,0000005 dyuymdan (12 nm) oshmaydi.
Tez orada gofretlar nima uchun bunday qattiq tolerantliklarda ishlab chiqarilishi kerakligini bilib olamiz, ammo buni tushunish hali ham hayratlanarli. Siz nanometr aniqligi bilan ishlab chiqarilgan qurilmaning faxrli egasiga aylanishingiz mumkin!
Biroq, keling, HDDning o'ziga qaytaylik va unda yana nima borligini bilib olaylik.
Sariq rang plastinkani mahkam bog'laydigan metall qopqoqni ko'rsatadi shpindelli elektr motor - disklarni aylantiruvchi elektr haydovchi. Ushbu HDDda ular 7200 rpm (inqilob / min) chastotada aylanadi, ammo boshqa modellarda ular sekinroq ishlashi mumkin. Sekin drayvlar kamroq shovqin va quvvat sarfiga ega, lekin ayni paytda past tezlikka ega, tezroq drayvlar esa 15 000 rpm tezlikka erisha oladi.
Chang va havo namligidan kelib chiqadigan zararni kamaytirish uchun foydalaning sirkulyatsiya filtri (yashil kvadrat), kichik zarralarni to'plash va ularni ichkarida ushlab turish. Plitalarning aylanishi bilan harakatlanadigan havo filtr orqali doimiy oqimni ta'minlaydi. Disklarning tepasida va filtrning yonida uchtadan biri mavjud plastinka ajratgichlar: tebranishlarni kamaytirish va havo oqimini iloji boricha bir tekis ushlab turishga yordam beradi.
Tasvirning yuqori chap qismida ko'k kvadrat ikkita doimiy chiziqli magnitdan birini ko'rsatadi. Ular qizil rangda ko'rsatilgan komponentni harakatlantirish uchun zarur bo'lgan magnit maydonni ta'minlaydi. Keling, ularni yaxshiroq ko'rish uchun ushbu tafsilotlarni ajratamiz.
Oq yamoqqa o'xshagan narsa boshqa filtrdir, faqat u yuqorida ko'rgan teshik orqali tashqaridan kiradigan zarralar va gazlarni filtrlaydi. Metall tikanlar boshning harakatlantiruvchi tutqichlari, ular joylashgan o'qish-yozish boshlari qattiq disk. Ular plitalar yuzasi bo'ylab (yuqori va pastki) juda katta tezlikda harakat qilishadi.
tomonidan yaratilgan ushbu videoni tomosha qiling qanchalik tez ekanligini ko'rish uchun:
Dizayn shunga o'xshash narsalarni ishlatmaydi ; Tutqichlarni harakatlantirish uchun tutqichlar tagidagi solenoid orqali elektr toki o'tkaziladi.
Umuman olganda, ular deyiladi , chunki ular membranalarni siljitish uchun dinamiklar va mikrofonlarda ishlatiladigan bir xil printsipdan foydalanadilar. Oqim ularning atrofida magnit maydon hosil qiladi, bu doimiy chiziqli magnitlar tomonidan yaratilgan maydonga ta'sir qiladi.
Ma'lumotlar izlarini unutmang mayda, shuning uchun qo'llarning joylashishi haydashdagi hamma narsa kabi juda aniq bo'lishi kerak. Ba'zi qattiq disklarda ko'p bosqichli tutqichlar mavjud bo'lib, ular butun tutqichning faqat bir qismi yo'nalishi bo'yicha kichik o'zgarishlar qiladi.
Ba'zi qattiq disklarda bir-birining ustiga chiqadigan ma'lumotlar treklari mavjud. Ushbu texnologiya deyiladi (Shingled magnit yozuvi) va uning aniqlik va joylashishni aniqlash talablari (ya'ni doimiy ravishda bitta nuqtani urish) yanada qattiqroq.
Qo'llarning eng oxirida juda sezgir o'qish va yozish boshlari mavjud. Bizning HDD 3 ta plastina va 6 boshdan iborat bo'lib, ularning har biri suzadi aylanayotganda diskning tepasida. Bunga erishish uchun boshlar juda nozik metall chiziqlarga osilgan.
Va bu erda biz anatomik namunamiz nima uchun nobud bo'lganini ko'rishimiz mumkin - hech bo'lmaganda bitta bosh bo'shashib qolgan va birinchi zararga nima sabab bo'lsa, qo'llardan biri ham egilgan. Butun bosh komponenti shunchalik kichikki, quyida ko'rib turganingizdek, oddiy kamera bilan uning yaxshi rasmini olish juda qiyin.
Biroq, biz alohida qismlarni ajratib olishimiz mumkin. Kulrang blok - bu maxsus ishlab chiqarilgan qism "slayder": Disk uning ostida aylanayotganda, havo oqimi boshni sirtdan ko'tarib, liftni hosil qiladi. Va biz "ko'taradi" deganda, biz kengligi atigi 0,0000002 dyuym yoki 5 nm dan kam bo'lgan bo'shliqni nazarda tutamiz.
Bundan tashqari, boshlar yo'lning magnit maydonlaridagi o'zgarishlarni taniy olmaydilar; agar boshlar sirt ustida yotgan bo'lsa, ular shunchaki qoplamani chizishadi. Shuning uchun siz haydovchi qutisi ichidagi havoni filtrlashingiz kerak: chalg'igan yuzasida chang va namlik shunchaki boshlarni buzadi.
Boshning uchida joylashgan kichik metall "qutb" umumiy aerodinamikaga yordam beradi. Biroq, o'qish va yozishni amalga oshiradigan qismlarni ko'rish uchun bizga yaxshiroq fotosurat kerak.
Boshqa qattiq diskning ushbu rasmida o'qish/yozish qurilmalari barcha elektr ulanishlari ostida joylashgan. Yozib olish tizim tomonidan amalga oshiriladi (ingichka plyonka induksiyasi, TFI) va o'qish - qurilma (tunnel magnitorezistiv qurilmasi, TMR).
TMR tomonidan ishlab chiqarilgan signallar juda zaif va yuborilishidan oldin darajalarni oshirish uchun kuchaytirgichdan o'tishi kerak. Buning uchun mas'ul bo'lgan chip quyidagi rasmdagi tutqichlar tagida joylashgan.
Maqolaning kirish qismida aytilganidek, qattiq diskning mexanik komponentlari va ishlash printsipi yillar davomida ozgina o'zgargan. Eng muhimi, magnit treklar va o'qish-yozish kallaklari texnologiyasi takomillashtirilib, tobora tor va zich treklarni yaratdi, bu esa pirovardida saqlangan ma'lumotlar hajmining oshishiga olib keldi.
Biroq, mexanik qattiq disklar aniq tezlik cheklovlariga ega. Tutqichlarni kerakli holatga o'tkazish uchun vaqt kerak bo'ladi va agar ma'lumotlar turli plastinalarda turli treklar bo'ylab tarqalib ketgan bo'lsa, unda haydovchi bitlarni qidirish uchun bir necha mikrosekundni sarflaydi.
Boshqa turdagi haydovchiga o'tishdan oldin, odatdagi HDD ning taxminiy tezligini ko'rsatamiz. Biz benchmarkdan foydalandik qattiq diskni baholash uchun :
Birinchi ikkita satr ketma-ket (uzun, uzluksiz ro'yxat) va tasodifiy (butun disk bo'ylab o'tish) o'qish va yozishni bajarishda soniyasiga MB sonini ko'rsatadi. Keyingi qator IOPS qiymatini ko'rsatadi, bu har soniyada bajariladigan kiritish-chiqarish operatsiyalari soni. Oxirgi qatorda o'qish yoki yozish jarayonini uzatish va ma'lumotlar qiymatlarini qabul qilish o'rtasidagi o'rtacha kechikish (mikrosekundlarda vaqt) ko'rsatilgan.
Umuman olganda, biz dastlabki uchta satrdagi qiymatlar imkon qadar katta va oxirgi satrda imkon qadar kichik bo'lishini ta'minlashga harakat qilamiz. Raqamlarning o'zi haqida qayg'urmang, biz ularni boshqa turdagi disklarni ko'rib chiqqanda taqqoslash uchun ishlatamiz: qattiq holatdagi disk.
Manba: www.habr.com
