Manyetik. Elektrikli. Fotoniktir. Hayır, bu Marvel evrenindeki yeni bir süper kahraman üçlüsü ile ilgili olmayacak. Tüm bunlar değerli dijital verilerimizle ilgilidir. Güvenli ve istikrarlı bir yerde saklamamız gerekiyor, böylece onu tutabileceğimiz ve göz kırpabileceğinizden daha hızlı değiştirebilelim. Iron Man ve Thor'u unutun - depolama sürücülerinden bahsediyoruz!

Şimdi tiyatroya hazırlanalım, ellerimizi temizleyelim ve bugün trilyonlarca dijital bitimizi tutmak için kullandığımızın anatomisine bakalım.

Bir Depolama Sürücüsünün Anatomisini üç bölüme ayırdık, hepsi aynı anda incelemek için yayınladı hard disk sürücüler, katı hal depolama ve Optik sürücüler. Serideki önceki yayınlanmış çalışmalarımızla birlikte hepsini okumak için aşağıdaki bağlantıları izleyin.

TECH HABERLERİN Bilgisayar Donanım Serisi Anatomisi

İş yerinde, okulda veya evde bir masaüstü bilgisayarınız olabilir. Vergi beyannamelerini hesaplamak veya en son oyunları oynamak için birini kullanabilirsiniz; hatta bilgisayarları kurmaya ve düzenlemeye bile başlayabilirsiniz. Ama bir PC'yi oluşturan bileşenleri ne kadar iyi tanıyorsunuz?

Beni doğru döndürüyorsun bebeğim

Dijital verileri depolamak için manyetizma kullanan depolama disklerinin bağırsaklarına bakmaya başlayalım. Mekanik Sabit disk sürücüsü (HDD) 30 yılı aşkın bir süredir tüm dünyadaki bilgisayarlar için standart depolama sistemidir, ancak arkasındaki teknoloji bundan çok daha eskidir.

IBM piyasada bulunan ilk HDD'yi piyasaya sürdü 1956'da, hepsi 3.75 MB. Ve genel olarak konuşursak, genel yapı o dönemde çok fazla değişmedi. Verileri depolamak için manyetizma kullanan diskler var ve bu verileri okumak / yazmak için aygıtlar var. Ne vardır değişti ve büyük ölçüde, üzerlerinde saklanabilecek veri miktarı.




1987 yılında, 20 MB HDD satın alın yaklaşık 350 $; bugün bu biraz para size 14 TB depolama alanı sağlar: 700,000 kat daha fazla alan.

O kadar büyük olmayan ama bugün hala oldukça iyi olan bir şeyi parçalara ayıracağız: 3,5 inç Seagate Barracuda 3 TB HDD, özellikle ST3000DM001 onun için rezil bir model yüksek başarısızlık oranı ve müteakip davalar. Bu da öldü, bu yüzden gerçekte bu bir anatomi dersinden ziyade otopsiden ibaret.




Sabit sürücünün büyük kısmı dökme metaldir. Ağır kullanım altındayken cihazın içindeki kuvvetler oldukça ciddi olabilir, bu nedenle kalın metal kullanımı vücudun esnemesini ve titreşmesini önler. Küçük 1.8 "HDD'ler bile, mümkün olduğunca hafif olacak şekilde tasarlandıkları için çelik yerine alüminyumdan yapılma eğiliminde olmalarına rağmen vücut için metal kullanırlar.

Sürücüyü ters çevirerek bir devre kartı ve bir grup bağlantı görebilirsiniz. Kartın üstündeki diskleri döndüren motor içindir, alttaki üç ise sürücünün belirli kurulumlar, SATA (Seri ATA) verileri ve SATA için yapılandırılmasına izin vermek için soldan sağa jumper pinleridir. güç.

Seri ATA ilk olarak 2000 yılında ortaya çıktı ve masaüstü bilgisayarlarda, sürücüleri bilgisayarın geri kalanına bağlamak için kullanılan standart sistemdir. Biçimin özellikleri o zamandan beri birçok revizyondan geçti ve şu anda 3.4 sürümündeyiz. Sabit sürücü kadavramız daha eski bir sürümdür, ancak bu sadece güç bağlantısındaki tek bir pimi etkiler.

Veri bağlantıları denileni kullanır diferansiyel sinyalleşme veri göndermek ve almak için: A + ve A- pinleri iletim talimatları ve verileri sabit sürücüye verirken, B pimleri teslim almak bu sinyaller. Bunun gibi eşleştirilmiş kabloların kullanılması, sinyaldeki elektriksel gürültünün etkisini büyük ölçüde azaltır, bu da daha hızlı çalışabileceği anlamına gelir.

Şeylerin güç tarafında, her voltajdan (+3.3, +5 ve + 12V) esasen iki tane olduğunu görebilirsiniz; HDD'lerin çok fazla güce ihtiyacı olmadığı için çoğu kullanılmaz. Bu özel Seagate modeli, ağır yük altında 10W'tan daha az enerji harcar. PC ile etiketlenmiş güç pimleri Ön şarj olanlar: bilgisayar açıkken sabit sürücünün içeri ve dışarı çekilmesine izin verir (a.k.a. sıcak takas).

PWDIS etiketli pim sayesinde uzaktan sıfırlama ancak bu yalnızca SATA sürüm 3.3 tarafından desteklenir; bu yüzden sürüşümüzde sadece bir başka 3.3V hat. Ve kaplanacak son pim, SSU işaretli olan, bilgisayara sadece sabit sürücünün destekleyip desteklemediğini söyler sendeleyerek dön.

Aygıtın içindeki diskler - birkaç dakika içinde göreceğiz - bilgisayar kullanmaya başlamadan önce tam hızda döndürülmelidir, ancak makinede çok fazla sabit sürücü varsa, ani eşzamanlı güç talebi olabilir sistemi bozguna uğrattı. Spinleri kademelendirmek, bu tür sorunların ortaya çıkmasını önlemeye yardımcı olur, ancak HDD ile tüm jiggy'leri elde edebilmek için birkaç saniye daha beklemeniz gerektiği anlamına gelir.

Devre kartının çıkarılması, devre kartının sürücü birimi içindeki bileşenlere nasıl bağlandığını gösterir. HDD'ler değil hava geçirmez, süper büyük kapasiteli olanlar hariç - bunlar çok daha az yoğun olduğu ve çok diskli sürücüler için daha az sorun yarattığı için hava yerine helyum kullanır. Ama onların da çevreye açıkça maruz kalmasını istemiyorsunuz.

Bu gibi konektörler kullanarak, kir ve tozun sürücüye girebileceği giriş noktalarının miktarını en aza indirmeye yardımcı olur; hava basıncının nispeten ortamda kalmasını sağlamak için metal kasada - yukarıdaki görüntünün sol altında (büyük beyaz nokta) delik vardır.

Şimdi devre kartı kapalı olduğuna göre, burada ne olduğuna bir bakalım. Odaklanacak 4 ana yonga vardır:

  • LSI B64002: talimatları, veri akışını içeri ve dışarı, hata düzeltmeyi vb. İşleyen ana denetleyici yongası.
  • Samsung K4T51163QJ: 800 MHz hızında çalışan 64 MB DDR2 SDRAM, verileri önbelleğe almak için kullanılır
  • Pürüzsüz MCKXL: diskleri döndüren motoru kontrol eder
  • Winbond 25Q40BWS05: Sürücünün bellenimini saklamak için kullanılan 500 kB Seri Flash bellek (bir bilgisayarın BIOS'u gibi)

Devre kartındaki bileşenler söz konusu olduğunda, çok çeşitli HDD'ler arasında çok az fark vardır. Daha büyük depolama alanı daha fazla önbellek gerektirir (en son canavarlarda 256 MB'a kadar DDR3 bulabilirsiniz) ve ana denetleyici yongası, hataların ele alınması konusunda biraz daha karmaşık olabilir, ancak içinde çok fazla şey yoktur.

Sürücüyü açmak yeterince kolaydır, sadece bir grup Torx bağlantı parçasını ve voila'yı sökün! İçindeyiz ...

Ünitenin çoğunu kapladığı göz önüne alındığında, dikkatimiz hemen büyük metal daireye çekiliyor, bu yüzden neden arandıklarını görmek zor değil disk sürücüler. Onlar için doğru isim bir servis tabağı ve bunlar farklı bileşiklerin çoklu katmanları ile kaplanmış cam veya alüminyumdan yapılmıştır. Bu 3 TB sürücünün üç plakası vardır, bu nedenle her birinin her iki tarafında 500 GB depolaması gerekir.

Bu tozlu, kıllı tabakların görüntüsü, onları üretmek için gerekli mühendislik ve üretim hassasiyetine herhangi bir adalet yapmaz. HDD örneğimizde, alüminyum diskin kendisi 0.04 inç (1 mm) kalınlığındadır, ancak yüzeydeki varyasyonların ortalama yüksekliğinin 0.000001 inçten (kabaca 30 nm) daha az olacağı bir şekilde parlatılmıştır.

Birkaç bileşik katmanı içeren, sadece 0.0004 inç (10 mikron) derinlikte bir taban katmanı metale uygulanmıştır. Bu yoluyla yapılır akımsız kaplama ve sonra buhar birikimi, diski dijital verileri depolamak için kullanılan önemli manyetik malzeme için hazırlar.

Bu malzeme genellikle Kobalt'ın karmaşık bir alaşımıdır ve her biri yaklaşık 0.00001 inç (yaklaşık 250 nm) genişliğinde ve 0.000001 inç (25 nm) derinliğinde eşmerkezli halkalarda bulunur. Mikroskopik ölçekte, metal alaşımları su üzerinde yüzen sabun köpüğü gibi taneler oluşturur.

Her tanenin kendi manyetik alanı vardır, ancak belirli bir yöne hizalanabilir. Bu alanların gruplanması 0 ve 1 bitlik veriyi ortaya çıkarır. Bu konuya daha derin bir teknik dalış yapmak istiyorsanız, aşağıdakileri okuyun: bu belge Yale Üniversitesi Son kaplamalar koruma için bir karbon tabakası ve daha sonra temas sürtünmesini azaltmak için bir polimerdir. Birlikte, en fazla 0,0000005 inç (12 nm) kalınlığa ulaşırlar.

Tabakların neden bir anda bu kadar yüksek toleranslara yapılması gerektiğini göreceğiz, ancak bunun için düşünmek şaşırtıcı 15 $ kadar az, nanometre ölçekli üretimin gurur sahibi olabilirsiniz!

Tekrar tüm HDD'ye geri dönelim ve orada başka neler olduğuna bakalım.

Sarı kutu, tabağı sıkıca yerinde tutan metal bir kapağı vurgular. mil motoru - diskleri döndüren elektrikli sürücü. Bu HDD'de 7200 rpm'de dönerler, ancak diğer modeller daha yavaş çalışır. Daha yavaş sürücüler gürültüyü ve enerji tüketimini azaltır, ancak performansı düşürürken diğer daha hızlı sürücüler 15.000 rpm'ye ulaşabilir.

Havadaki toz ve nemin zararlı etkilerini azaltmaya yardımcı olmak için, yeniden sirkülasyon filtresi (yeşil kutu) küçük parçacıkları alıp içeriye hapseder. Plakaların dönüşüyle ​​hareket ettirilen hava, filtre üzerinde sabit bir akış olmasını sağlar. Disklerin üstünde ve filtrenin yanında üçten biri bulunur plakalı ayırıcılar: bunlar titreşimleri azaltmaya yardımcı olur ve aynı zamanda hava akışını mümkün olduğunca düzenli tutar.

Görüntünün sol üst köşesinde mavi bir kutuyla gösterilen iki sabit çubuk mıknatıstan biri bulunur. Bunlar, bileşen vurgulamasını kırmızıya taşımak için gereken manyetik alanı sağlar. Bunu daha iyi görmek için bu parçalardan bazılarını temizleyelim.

Tıknaz bir Bant Yardımına benzeyen başka bir filtredir, ancak bunun dışında daha önce gördüğümüz delikten girerken partikülleri ve gazları dışarıdan temizler. Metal sivri uçlar aktüatör kolları sabit sürücüyü tutan okuma / yazma kafaları - gülünç derecede yüksek bir hızda plakaların (üst ve alt) yüzeyi boyunca ileri geri süpürürler.

Bu videoyu izniyle Yavaş Mo Guys ne kadar hızlı olduğunu görmek için:

Gibi bir şey kullanmak yerine step motor, kolları yerine oturtmak için kolun tabanındaki bir tel bobininin etrafına bir elektrik akımı gönderilir.

Bunlar genellikle ses bobinleriçünkü hoparlörlerin ve mikrofonların yumuşak konileri hareket ettirmek için kullandığı prensip aynıdır. Akım, etrafında kalıcı çubuk mıknatıslar tarafından yapılan alana tepki veren manyetik bir alan oluşturur.

Veri yollarının çok küçük, bu yüzden kolların konumlandırılması son derece hassas olmalıdır - tıpkı sürüşteki her şey gibi. Bazı sabit disklerde, tüm kolun sadece bir kısmıyla yönde daha küçük değişiklikler yapabilen çok kademeli aktüatörler bulunur.

Belirli sabit disklerde, veri izleri aslında birbiriyle çakışıyor. Bu teknolojiye karışık manyetik kayıtve doğruluk ve hassasiyet gereksinimi (yani doğru pozisyonu tekrar tekrar vurmak) daha da fazladır.

Kolların en ucunda hassas okuma / yazma kafaları bulunur. HDD'miz 3 plakalı ve 6 kafalı ve her biri yüzer diskin üzerinde döner. Bunu yapabilmek için, kafalar iki ultra ince metal şerit ile asılır.

Burada, anatomi örneğimizin neden öldüğünü görebiliyoruz - en az bir kafa gevşedi ve orijinal hasara neden olan şey, bazı destek kollarını da büktü. Tüm kafa bileşeni o kadar küçük ki, aşağıda görebileceğimiz gibi normal bir kamerayla iyi bir görüntü elde etmek gerçekten zor.

Yine de bazı parçalar yapabiliriz. Gri blok, özel olarak işlenmiş ve kaydırıcı, disk altından döndükçe, hava akışı, yüksekliği yüzeyden kaldırarak asansör üretir. Ve "kapalı" dediğimizde, sadece 0.0000002 inç veya 5 nm'den az bir boşluktan bahsediyoruz.

Daha uzağa ve kafalar pistteki manyetik alanlardaki değişiklikleri tespit edemezdi; kafalar aslında yüzeye dayanmış olsaydı, sadece kaplamayı çıkaracaklardı. Bu nedenle sürücü kutusunun içindeki havanın filtrelenmesi gerekir: disk yüzeyindeki toz ve nem sadece kafaları mahveder.

Kafanın sonundaki küçük metal 'kutup' genel aerodinamiklere yardımcı olmak için orada. Bununla birlikte, gerçek okuma ve yazmayı yapan parçaları görmek için daha iyi bir resme ihtiyacımız var.

Yukarıdaki görüntüde, farklı bir sabit sürücüden, okuma ve yazma parçaları tüm elektrik izlerinin altındadır. Yazma bir ince tabaka indüksiyon (TFI) sistemi, okuma ise bir tünel açma manyetik direnç (TMR) cihazı.

TMR tarafından üretilen sinyaller çok zayıftır ve seviyeleri gönderilmeden önce seviyeleri yükseltmek için bir amplifikatörden geçirilmelidir. Bundan sorumlu olan yonga, aşağıdaki resimde aktüatör kollarının tabanının yakınında görülebilir.

Bu makalenin giriş bölümünde belirtildiği gibi, bir sabit disk sürücüsünün mekanik bileşenleri ve çalışması yıllar içinde çok fazla değişmemiştir. Manyetik parçanın ve okuma / yazma kafalarının arkasındaki teknoloji, daha dar ve yoğun izler üreterek sonuçta daha fazla depolama kapasitesi sağlar.

Bununla birlikte, mekanik sabit disk sürücülerinin net performans sınırlamaları vardır, Aktüatör kollarının gerekli konuma geçmesi zaman alır ve veriler ayrı plakalardaki farklı raylara dağılmışsa, sürücü nispeten çok sayıda mikrosaniye av harcayacaktır. bit aşağı.

Başka bir tür depolama sürücüsünü ayırmaya başlamadan önce, tipik bir HDD'nin performansı için bir referans noktası oluşturalım. Kullandık CrystalDiskMark kıyaslamak WD 3.5 "5400 RPM 2 TB sabit disk:

İlk iki satır, sıralı (uzun, sürekli bir liste) ve rasgele (disk sürücüsü hakkında atlama) yapmak ve yazmak için saniyede MB'lik veri sayısını gösterir. Bir sonraki satır, her saniye gerçekleşen giriş / çıkış işlemlerinin sayısı olan bir IOPS değerini gösterir. Son satır, verilen okuma / yazma işlemi ile alınan veri değeri arasındaki ortalama gecikmeyi (mikrosaniye cinsinden süre) gösterir.

Genel olarak, ilk 3 satırdaki değerlerin olabildiğince büyük olmasını ve son satırın olabildiğince küçük olmasını istiyorsunuz. Sayıların kendileri için endişelenmeyin, bir sonraki sürücüye baktığımızda, karşılaştırma için kullanacağımız bir şey: katı hal depolama.

SSD'lerin Anatomisini buradan okumaya devam edin.

Alışveriş Kısayolları:
  • Seagate BarraCuda 8 TB HDD açık Amazon
  • WD Red 14 TB NAS Sabit Sürücü açık Amazon
  • Seagate Backup Plus Hub 8 TB Harici HDD açık Amazon
  • Seagate IronWolf 8 TB NAS HDD açık Amazon
  • Synology DiskStation DS4184 yuvalı NAS'ı açın Amazon
  • QNAP TS-451 + 4 Yuvalı NAS açık Amazon

Masthead kredisi: Patrick Lindenberg