De què estan fetes les parts d'un disc dur?

Índex de l' article

És magnètic. És elèctric. És fotonica. No, això no serà sobre un nou trio superheroi en l'univers Marvel. Tot això és sobre les nostres precioses dades digitals. Hem de guardar-lo en algun lloc segur i estable, d'una manera que ens permet agafar-lo i canviar-lo més ràpid del que puguis parpellejar. Oblida l'home de Ferro i Thor -- estem parlant de dispositius d'emmagatzematge!

Així que prep per al teatre, escombrarem les mans netas, i caguem dins de l'anatomia del que fem servir avui per mantenir-nos en els nostres bilions de bits digitals.

Hem dividit l'Anatomia d'una unitat d'emmagatzematge en tres parts, tots publicats al mateix temps per disseccionar disc dur Condueix, estat sòlid Emmagatzematge, i Dispositius òptics . Segueix els enllaços de sota per llegir-los tots, juntament amb el nostre treball publicat previ sobre la sèrie.

L'Anatomia de la sèrie de maquinari d'ordinadors TechSpot

Potser tinguis un PC d'escriptori a la feina, escola o llar. Podeu fer servir una per treballar els impostos o reproduir els últims jocs, fins i tot podríeu estar en construir i afinar els ordinadors. Però, saps bé els components que composen un PC?

Gira'm cap a la dreta, nena.

Comencem la nostra mirada en els budells dels dispositius d'emmagatzematge amb els que usen el magnetisme per a emmagatzemar dades digitals. El mecànic Disc dur (HDD) ha estat el sistema d'emmagatzematge estàndard per a PCs arreu del món durant més de 30 anys, però la tecnologia que hi ha al darrere és molt més gran que això.

IBM va publicar el primer anunciament disponible HDD l'any 1956 Tots tres75 MB d'això. I generalment parlant, l'estructura global no ha canviat gaire en aquest temps. Encara hi ha discs, que usen magnetisme per a emmagatzemar dades, i hi ha dispositius per a llegir/ escriptura de dades. Què ha Canviat, i enormement així, és la quantitat de dades que es poden emmagatzemar en ells.

Ens separarem d'una cosa que no és del tot aquesta mida, però encara bastant decent avui: un Mar 3.5" Sea Barracuda 3 TB HDD, específicament el EST300DM001 model, infame per a això és Taxa d' errors alta i Sol· licituds subsegüents . Aquest també és mort, així que en realitat això és més una autòpsia, en comptes d'una lliçó d'anatomia.

La major part del disc dur és metàl·lic. Les forces dins del dispositiu, quan amb un ús pesat, poden ser bastant serioses, així que l'ús de metall gruixut para el cos de la flexió i vibra. Fins i tot petit 1,8" usa metall per al cos, tot i que tendeixen a ser fets d'alumini, en comptes d'acer, ja que estan dissenyats per ser el més lleuger possible.

Girant la recollida, podem veure un tauler de circuits i un munt de connexions. La part superior del tauler és per al motor que gira els discs, mentre que la part inferior de tres són, des de l'esquerra a la dreta, salta a l'esquerra per tal de permetre que la unitat estigui configurada per a certs arranjaments, SAAT (AAAAAAAA) dades, i el poder SATA.

La sèrie ATA va aparèixer primer el 2000, i en els PC de l'escriptori, és el sistema estàndard utilitzat per connectar-se a la resta de l'ordinador. L' especificació del format ha passat per moltes revisions des de llavors i ara estem a la versió 3.4. El nostre cadàver dur, però, és una versió més antiga, però això només afecta a una sola agulla en la connexió amb potència.

Les connexions de dades usen el que s' anomena Senyal diferencial a enviar i rebre dades: s' usen les unitats A+ i A transmissió instruccions i dades al disc dur, mentre que les tecles B s' usen a Reb Aquests senyals. L'ús de cables aparellats com aquest redueix molt l'impacte del soroll elèctric en la senyal, el que significa que es pot executar més ràpid.

En el costat poder de les coses, podeu veure que hi ha essencialment dos de cada voltage (+3.3, +5, i +12V); la majoria no s'usa, però, com a HDD no necessiten molta potència. Aquest model en particular Seate utilitza menys de 10W sota càrrega pesada. Les agulles d' energia etiquetades amb el PC són Precàrrega Els: permet que el disc dur es tiri i surti, mentre que l'ordinador encara està en (a.k.a. s' està intercanviant calent ).

El pin etiquetat com a PWDIS permet Torna a engegar el remot del disc dur, però això només està acceptat per la versió SAA 3. 3, així que en el nostre motor, és només una altra línia +3.3V. I l'última agulla a cobrir, la que està marcada SSU, explica a l'ordinador com a si el disc dur funciona o no Girada cap amunt .

Els discos dins del dispositiu - que veurem en uns moments - ha d'estar a tota velocitat abans que l'ordinador pugui començar a utilitzar-lo, però si la màquina tenia un munt de disc dur, la sobtada demanda simultània de poder podria afectar el sistema. Fer girar la volta ajuda a prevenir aquests problemes, però vol dir que hauries d'esperar un segon més abans que puguis aconseguir tot jriggy amb el HDD.

Eliminar el tauler de circuits revela com el tauler de circuits es connecta amb els components dins de la unitat de recollida. HDDs No ho són L'aire ajustat, excepte per a les superes capacitats - aquests usen heli, en comptes d'aire, ja que molt menys dens i crea menys problemes per a discs amb molts de discos. Però tampoc els vols exposats obertament al medi ambient.

Utilitzant connectors com aquest, ajuda a minimitzar la quantitat de punts d' entrada que la pols i la pols poden treballar en el dispositiu; hi ha forat en el cas de metall - part inferior esquerra de la imatge de dalt (gran punt blanc) - per permetre mantenir la pressió de l' aire en relacióment.

Ara que el tauler de circuits està apagat, fem un cop d'ull al que hi ha aquí. Hi ha 4 xips principals en les que centrar- se:

LSI B64002: el xip de controlador principal que gestiona les instruccions, flux de dades i sortida, correcció d' errors, etc.
Winbond 25Q40BWS05: 500 kB de memòria Flash sèrie, emprada per emmagatzemar el microprogramari de la unitat (bit com la BIOS d' un PC)

Hi ha poca diferència en el vast abast de HDDs allà fora, quan es tracta dels components del tauler de circuits. L' emmagatzematge més gran requereix més memòria cau (podeu trobar a 256 MB de DDR3 en els últims monstres) i el xip de controlador principal podria ser una mica més sofisticat amb la gestió d' errors, però no hi ha gaire en ell.

Obrir el dispositiu és prou fàcil, només obrir un munt de connexió Torx i voila! Som dins...

Donat que pren la major part de la unitat, la nostra atenció es dibuixa immediatament al gran cercle metàl·lic, així que no és difícil veure per què s'anomenen disc Condueix. El nom adequat per a ells és un safata i estan fets de vidre o alumini, lligats amb múltiples capes de diferents compostos. Aquesta unitat de 3 TB té tres plats, així que cada un ha de emmagatzemar 500 GB a cada costat.

La imatge d'aquests plats polsegosos, peluda no fa justícia a l'enginyeria i la precisió de fabricació necessària per a produir-los. En el nostre exemple HDD, el mateix disc d'alumini és 0,14 polzades (1 mm) gruix, però ha estat polit a un grau que l'alçada mitjana de les variacions de la superfície és menys de 0,00 polzades (aproximadament 30 nm).

Una capa base de només 4004 polzades (10 microns) de profunditat, que componen diverses capes de compostos, s'ha aplicat al metall. Això es fa a través de Planificació sense votar i després desposició de vapor , que preps el disc pel material magnètic crucial que s'utilitza per a emmagatzemar les dades digitals.

Aquest material sol ser un aliat complex de Cobalt i es fixa en anells concèntrics, amb cada un està al voltant de0.000 polzades (aproximadament 250 nm) d'ample i0.000 polzades (25 nm) de profunditat. A l'escala microscòpica, els cables metàl·lic formen grans, com bombolles de sabó flotants a l'aigua.

Cada gra té el seu propi camp magnètic, però pot ser alineat a una direcció establerta. L'agrupament d'aquests camps dóna lloc a 0 i 1 bits de dades. Si voleu una immersió tècnica més profunda en aquest tema, llegiu-vos aquest document De la Universitat de Yale. Els abrics finals són una capa de carboni per a la protecció i un polímer per reduir la fricció del contacte. Junts, no vénen a més de 0, 000000 polzades 0505 (12 nm) gruix.

Veurem per què s'han de fer els plats a tantes tolerància en un moment, però és sorprenent pensar que, per tan petit com $15 Pots ser l'orgullós propietari de la fabricació de nanometre d'escala!

Tornem a tota la HDD una altra vegada, i mirem què més hi ha allà.

La caixa groga destaca una gorra metàl·lica que manté la safata ferma en lloc de la Motor de rotacióMedia controller element -- la unitat elèctrica que gira els discs. En aquest HDD, giraven a 7200 rpm, però altres models es fan més lents. Les unitats més lentes mantenen el soroll i el consum d'energia cap avall, però també baixa el rendiment, mentre que altres unitats més ràpides poden arribar 15.000 rpm.

Per ajudar a reduir els efectes perjudicials de la pols i la humitat en l'aire, un Filtre de recirculació La caixa verda agafa partícules petites i les fa mal a dins. L' aire mogut per la rotació de les safates assegura que hi ha un flux constant sobre el filtre. A dalt dels discs, i al costat del filtre, és un de tres Separadors de safata : aquestes ajudes redueixen vibracions i també mantenen el flux d'aire tan regulat com sigui possible.

A la part superior esquerra de la imatge, indicat per una caixa blava, és un dels dos imants de barres permanents. Això proporciona el camp magnètic que cal per moure el ressaltat del component en vermell. Deixem fora algunes d'aquestes parts per veure-ho millor.

El que sembla una Aid de Bandy Aid és un altre filtre, excepte que aquest s'aclareix les partícules i gasos de l'exterior, ja que entren a través del forat que veiem abans. Les puntes de metall són Braços actuadors que agafa el disc dur Fitxers de lectura/ escriptura - escombraren cap enrere i cap enrere per la superfície de les safates (superior i baix) a una velocitat ridículament alta.

En comptes d'usar alguna cosa com a motor ferms , per entrar als braços, s'envia un corrent corrent al voltant d'una bobina de cable a la base del braç.

Aquests són generalment anomenats bobines de veu , perquè és el mateix principi que els altaveus forts i els micròfons usen per moure els cons tous. L' actual genera un camp magnètic al seu voltant, que reacciona contra el camp fet pels imants permanents de barres.

No oblidis que les pistes de dades són minúscula Llavors, el posicionament dels braços necessita ser extremadament precís, com tot el que hi ha a la unitat. Algunes discs difícils tenen actuadors multistacionals, que poden fer canvis més petits en direcció amb només part de tot el braç.

En certs discs durs, les pistes de dades es superposen entre elles. Aquesta tecnologia s'anomena S' està gravant magnetic Smoke , i el requisit de la precisió i precisió (p.e. colpejar la posició dreta una vegada i una altra) és encara més gran.

Els braços són els més delicats caps de lectura i escriptura. El nostre HDD té safates 3 i 6 caps, i cadascun d'ells flotants Per sobre del disc mentre gira. Per poder fer-ho, els caps són suspesos per dues tires més primes de metall.

És aquí que podem veure per què la nostra mostra d'anatomia és morta, com a mínim un cap ha baixat i qualsevol cosa que hagi causat el dany original, també ha doblegat alguns dels braços de suport. Tot el component cap és tan petit, que és molt difícil aconseguir una bona imatge amb una càmera normal, com podem veure a sota.

Podem fer algunes parts, però. El bloc gris és una part específicament màquina anomenada a Barra de desplaçament A mesura que el disc gira sota seu, el flux de l'aire produeix aixecar-se, aixecant el cap a la superfície. I quan diem "off," estem parlant d'una autorització de només 0,00 polzades02 o menys de 5 m.

Qualsevol més lluny i els caps no serien capaços de detectar els canvis en els camps magnètics de la pista, si els caps es descansessin a la superfície, simplement es treureien de la capa. Per això cal filtrar l'aire dins del cas de la unitat: la pols i la humitat a la superfície del disc trencarien els caps.

El petit metall "polar" al final del cap és allà per ajudar amb els aerodinàmics globals. Però necessitem una imatge millor, per veure les parts que fan la lectura i escriptura.

Els senyals produïts per la TMR són molt febles i s'han d'executar a través d'un amplificador, per tal d'estimular els nivells, abans que es pugui enviar cap endavant. El xip responsable d'això es pot veure prop de la base dels braços actuadors, a la imatge de sota.

Tal i com s'ha mencionat en la introducció d'aquest article, els components mecànics i l'operació d'un disc dur no han canviat gaire durant els anys. És la tecnologia darrere de la pista magnètica i els caps de lectura/ escriptura que han millorat la majoria, produint pistes estretes i dens, que en última instància resulta més capacitat d'emmagatzematge.

No obstant això, els dispositius de disc dur mecànics tenen limitacions de rendiment clares, requereix temps per als braços actuadors per moure's a la posició requerida i si les dades estan separades en diferents pistes en plats separats, llavors el dispositiu passarà un nombre relativament gran de microsegons per caçar els bits.

Abans de moure'ns per desmuntar un altre tipus de disc d'emmagatzematge, fem un punt de referència per a l'actuació d'un HDD típic. Hem utilitzat. CrystalDiskMark a punt de referència a un WD 3. 5" 5400 RPM 2 TB Disc dur:

Les dues primeres files mostren el nombre de MB per segon a través de l' anàlisi per a fer una llista seqüencial (una llarga, contínua) i aleatòria (ponejant sobre la unitat de disc) es llegeix i escriu. La següent fila, mostra un valor IOPS, que és el nombre d' operacions d' entrada/ output que tenen lloc cada segon. La darrera fila mostra la mitjana de tardencs (hora en microsegons) entre l' operació de lectura/ escriptura i el valor de dades que s' està recuperant.

Parlant generalment, voleu que els valors en les primeres 3 files siguin tan grans com sigui possible, i l'última fila sigui tan petita com sigui. No et preocupis pels mateixos números, és només una cosa que utilitzarem per a la comparació, un cop mirem el següent tipus de recollida: magatzem d' estat sòlid .