Я экспериментировал с различными типами компьютерного лома, включая жесткие диски или жесткие диски. Жесткие диски — впечатляющий подвиг компьютерной техники, машиностроения и материаловедения; И, насколько я понимаю, машиностроение в целом. Жесткие диски состоят из нескольких основных компонентов, а именно магнитного привода, небольшой записывающей головки, алюминиевых пластин с платиновым напылением, печатных плат, небольшого мотора, алюминиевого блока и крышки из нержавеющей стали.
Как и привод CD/DVD, жесткий диск имеет прецизионную логическую плату/печатную плату, которая обрабатывает все операции ввода-вывода и обработку информации в приводе. В конструкции этих печатных плат используются такие ценные металлы, как палладий и золото.
Логические платы с старых жестких дисков считаются бракованными печатными платами высшего сорта. Они стоят больше, чем материнские платы компьютеров, потому что они более плотно заполнены следовыми количествами драгоценных металлов (частей на миллион).
Я впервые заинтересовался жесткими дисками, когда разобрал один из них, чтобы извлечь из него супермагниты. Эти магниты изготовлены из стандартного композита неодим-железо-бор (NdFeB). Неодим — это редкоземельный металл, который довольно быстро подвергается коррозии. Чтобы это исправить, магниты покрыты никелем.
Эти магниты довольно мощные, почти опасные, если они достаточно сильны. Это представляет угрозу для компьютеров, поскольку большинство данных чувствительны к магнитным полям (по крайней мере, в некоторой степени). Чтобы решить эту проблему, инженеры-компьютерщики изготавливают кронштейны магнита из сплава на основе ЖЕЛЕЗА, НИКЕЛЯ и МОЛИБДЕНА, называемого пермаллоем! Пермаллой обладает чрезвычайно высокой магнитной проницаемостью, что означает, что он останавливает большинство магнитных полей.
Я начал собирать отдельные компоненты жесткого диска, так как по отдельности они стоят немного больше, чем в виде измельченной стали! У меня есть коробка, в которую я положил алюминиевое основание, супермагниты и кронштейны, а также крышки из нержавеющей стали.
Последний раз, когда я проверял, я мог получить немного больше, чем цена меди за мои брекеты из пермаллоя. Я присмотрелся к некоторым большим дворам, но они подумали, что это слишком маленькая сумма, чтобы стоить их времени. В семейном магазине рядом со мной я могу получить более 3 долларов за фунт за брекеты.
Также в каждом жестком диске есть пластины с покрытием из платинового сплава. Чрезвычайная зеркальная полировка свидетельствует о платиновом покрытии, а если разрезать диск, то видно, что он сделан из алюминия. В этих зеркальных дисках так мало платины, что пытаться собрать урожай совершенно бесполезно. Однако вы увидите, что люди массово продают пластины для жестких дисков на Ebay именно по этой причине.
Совсем недавно я узнал, что художники покупают эти старые жесткие диски для использования в поделках и проектах; самые крутые из которых я видел это часы:
В этих часах есть специальный микропроцессор, который синхронизирует колебания набора светодиодных индикаторов, чтобы они отображали правильное время. Неплохо, учитывая, что диски вращаются со скоростью 10 000 об/мин. Узнайте больше здесь.
Жесткие диски представляют собой жесткие пластины, состоящие из подложки и магнитного носителя. Подложка — основной материал пластины — должна быть немагнитной и поддаваться механической обработке до получения гладкой поверхности. Изготавливается либо из алюминиевого сплава, либо из смеси стекла и керамики.Чтобы обеспечить хранение данных, обе стороны каждой пластины покрыты магнитной средой — ранее магнитным оксидом, но теперь почти исключительно слоем металла, называемым тонкопленочной средой. При этом данные хранятся в виде магнитных шаблонов, при этом каждая пластина способна хранить примерно миллиард бит на квадратный дюйм (бит/дюйм) поверхности пластины.
Пластины различаются по размеру, а жесткие диски бывают двух форм-факторов: 5,25 дюйма или 3,5 дюйма. Тенденция к стеклянным технологиям, так как они обладают лучшими свойствами термостойкости и позволяют делать пластины тоньше, чем алюминиевые. Внутренняя часть жесткого диска должна содержаться в чистоте, как на заводе, на котором он был изготовлен. Для исключения внутренних загрязнений давление воздуха выравнивается через специальные фильтры, а пластины герметично упаковываются в корпус, внутри которого создается частичный вакуум. Эту герметичную камеру часто называют узлом диска головки (HDA).
Геометрия
Обычно две, три или более пластины укладываются друг на друга с помощью общего шпинделя, который вращает всю сборку со скоростью несколько тысяч оборотов в минуту. Между пластинами есть зазор, освобождающий место для магнитной головки чтения/записи, установленной на конце рычага привода. Это так близко к пластинам, что только поток воздуха, притягиваемый вращением пластин, удерживает головку на расстоянии от поверхности диска — она пролетает на долю миллиметра над диском. На ранних жестких дисках это расстояние составляло около 0,2 мм. В современных накопителях это значение уменьшено до 0,07 мм или меньше. Маленькая частица грязи может привести к падению головки, касанию диска и соскабливанию магнитного покрытия. На дисках IDE и SCSI контроллер диска является частью самого диска.
На каждой стороне каждой пластины есть головка чтения/записи, установленная на рычагах, которые могут перемещать их к центральному шпинделю или к краю. Рычаги приводятся в движение головным приводом, который содержит звуковую катушку — электромагнитную катушку, которая может очень быстро перемещать магнит. Конусы громкоговорителей вибрируют с помощью аналогичного механизма.
Головки касаются пластин, когда диск перестает вращаться, то есть когда диск выключен. Во время периода вращения поток воздуха уменьшается до тех пор, пока полностью не прекратится, когда головка мягко приземлится на поверхность диска — в специально отведенное место, называемое зоной приземления (LZ). LZ предназначен для парковки головок чтения/записи и никогда не содержит данных.
Последние статьи
Как удалить Windows Active Guard
Приветствую вас, Windows Active Guard! Если вы попали на эту страницу, скорее всего, вы заразились Windows Active Guard. Заражения этого типа предназначены для того, чтобы заставить конечного пользователя заплатить за удаление «заражений», которые он находит на вашем компьютере. Часто инфекции такого рода … [Подробнее. ]
Объектно-ориентированное программирование 5
Чтобы проиллюстрировать создание объектно-ориентированной (ОО) иерархии классов, давайте рассмотрим простую игру-лабиринт. Мы будем создавать объектно-ориентированный дизайн, но на данном этапе мы не собираемся выбирать язык программирования. Мы увидим, как мы можем проанализировать проблему с точки зрения объектно-ориентированного программирования и создать… [Подробнее. ]
VA — вертикальные ЖК-мониторы
В конце 1996 года компания Fujitsu представила ЖК-панель TFT, в которой использовался жидкокристаллический (LC) материал нового типа, естественно горизонтальный и обладающий тем же эффектом, что и IPS, но без дополнительных транзисторов. Fujitsu использовала этот материал (который был разработан немецкой компанией Merck) для … [Подробнее. ]
Вот все, что вам нужно знать о жестких дисках, принципах их работы, ограничениях и способах экономии места на них.
Что такое жесткие диски
Жесткий диск — это устройство, используемое для хранения цифрового контента и данных на компьютерах. У каждого компьютера есть внутренний жесткий диск, но вы также можете приобрести внешние жесткие диски, которые можно использовать для расширения памяти компьютера. Здесь мы рассмотрим различные типы жестких дисков, их преимущества и недостатки.
Типы вторичного хранилища
Для всех компьютеров требуются диски для хранения данных на долгосрочной основе. Это известно как вторичное хранилище, а ОЗУ (оперативное запоминающее устройство) компьютера является его основным хранилищем.
Вообще говоря, вторичное хранилище бывает двух видов: жесткие диски (HDD) и твердотельные накопители (SSD).Хотя вы можете видеть, что твердотельные накопители называются типами жестких дисков, это не слишком точно, и важно понимать разницу между жестким диском и твердотельным накопителем.
Что такое жесткий диск?
Более «традиционным» типом жесткого диска является HDD.
Жесткие диски состоят из намагниченных дисков, известных как пластины, которые быстро вращаются со скоростью от 5400 до 15 000 об/мин. Чем быстрее вращается магнитный диск, тем быстрее ваш компьютер получает доступ к информации с него.
Все цифровые данные представлены в виде двоичного кода — последовательности нулей и единиц, которые могут представлять любую часть информации. Головки чтения/записи жесткого диска используются для ввода этих единиц и нулей путем намагничивания частей пластины. В каждой крошечной части пластины находится бит, который будет равен либо 1, либо 0. Головка может определять магнетизм каждой части, таким образом «считывая» с нее информацию. Та же головка, которая может «считывать» данные, может также и «записывать» их, изменяя намагниченность битов на пластине.
Каждый раз, когда вносятся изменения, например при сохранении нового файла или при удалении файла, головка жесткого диска соответствующим образом регулирует магнетизм диска. Вы можете представить его как проигрыватель, где виниловый диск — это пластина, содержащая информацию, а рука — это головки, которые сканируют эту информацию.
Поскольку данные хранятся на магнитах, жесткие диски являются энергонезависимыми устройствами, а это означает, что они сохраняют данные, даже когда компьютер выключен.
В настоящее время максимальная емкость внутренних жестких дисков может достигать 20 ТБ. С момента появления SSD жесткие диски редко используются в качестве вторичного хранилища компьютера, но по-прежнему надежны в качестве внешнего хранилища.
Что такое SSD?
SSD (твердотельные накопители) — это новый тип жестких дисков. Они стали предпочтительным форматом для внутренних жестких дисков ноутбуков высокого класса, и все смартфоны и планшеты также используют форму SSD.
Твердотельные накопители используют флэш-память, которая также используется в USB-накопителях и картах памяти для цифровых камер. Здесь не задействованы магниты, в твердотельных накопителях используются полупроводники, которые хранят данные, изменяя электрическое состояние триллионов цепей, содержащихся в твердотельном накопителе. Поскольку в них нет движущихся частей, они не только работают быстрее (поскольку вам не нужно ждать, пока диски начнут вращаться, а головки будут собирать информацию), но и служат дольше, чем жесткие диски.
Твердотельные накопители намного дороже в производстве, поэтому, несмотря на то, что они все чаще используются в качестве основного диска для высокопроизводительных ноутбуков и ПК, многие по-прежнему предпочитают жесткие диски как более дешевый внешний вариант.
Краткая история жесткого диска
После экспериментов с магнитной лентой как средством хранения данных в 1956 году команда IBM под руководством Рейнольда Б. Джонсона разработала первый коммерческий жесткий диск.
Команда IBM обнаружила, что они могут хранить данные на намагниченных металлических дисках, которые могут быть перезаписаны новой информацией, что привело к созданию первой системы жестких дисков, известной как RAMAC (метод учета и контроля с произвольным доступом). .
Первоначальный жесткий диск был размером с два холодильника и имел в общей сложности 50 24-дюймовых пластин, вращающихся со скоростью 1200 об/мин. Несмотря на свои размеры, объем памяти RAMAC составлял всего 5 МБ (размером примерно с один образ), и, несмотря на такую емкость, его стоимость составляла около 10 000 долларов США за мегабайт.
RAMAC размещались в центрах обработки данных IBM до тех пор, пока IBM не представила съемные носители в 1960-х годах. IBM 1311 Disk Storage Drive 1962 года вмещал 2,6 МБ на шести 14-дюймовых пластинах. Они были размером примерно с посудомоечную машину.
Персональные настольные компьютеры появились в 70-х годах, и в то же время IBM разрабатывала первые гибкие диски. Дискета, впервые выпущенная в 1971 году, стала первым легко переносимым магнитным диском. Можно считать его первым внешним жестким диском. Дискеты стали стандартом для дискового хранилища, пока записываемые компакт-диски и USB-накопители не стали преобладать на рубеже веков. Первый жесткий диск для чтения/записи для персональных компьютеров был выпущен в 1972 году компанией Memorex.
К 1980 году многие крупные компании присоединились к игре с жесткими дисками, и накопитель ST-506 от Shugart Technology стал самым компактным жестким диском, доступным в то время, с диагональю 5,25 дюйма и емкостью 5 МБ. Тем временем IBM выпустила IBM 3380, первый жесткий диск с объемом памяти 1 ГБ.
В 1983 году компания Rodime представила RO352, первый 3,5-дюймовый жесткий диск с двумя пластинами и емкостью 10 МБ. 3,5-дюймовые жесткие диски вскоре станут стандартом для настольных компьютеров и используются по сей день (в ноутбуках — 2,5-дюймовые жесткие диски).
Именно в 80-х годах внешние жесткие диски, с которыми мы знакомы сегодня, начали обретать форму, и со временем, когда физический размер внешних жестких дисков уменьшился, емкость жесткого диска увеличилась.
Что делает жесткий диск?
Проще говоря, данные хранятся на жестком диске. На компьютере это включает в себя все ваши фотографии, видео, музыку, документы и приложения, и, кроме того, код операционной системы вашего компьютера, фреймворков и драйверов также хранится на жестких дисках. Емкость жесткого диска измеряется в мегабайтах (МБ), гигабайтах (ГБ) и терабайтах (ТБ).
Это отличается от ОЗУ (оперативного запоминающего устройства), которое представляет собой временное хранилище компьютера, для хранения данных которого требуется электричество, что делает его энергозависимой памятью — оно сохраняет данные только при включении компьютера. Оперативная память не используется для личных данных, только для компьютерных данных. Вашему компьютеру нужна память, чтобы работать бесперебойно и позволять вам переходить от задачи к задаче или от приложения к приложению, не теряя того, где вы были. Оперативная память называется основным хранилищем, а жесткие диски и твердотельные накопители — дополнительным хранилищем.
Жесткий диск – это устройство хранения, которое необходимо для хранения ваших файлов и данных в течение длительного времени. Всякий раз, когда вы сохраняете файл на свой компьютер, вы сохраняете его на жесткий диск вашего компьютера. Жесткий диск похож на картотечный шкаф для ваших цифровых файлов.
Что такое внешний жесткий диск?
Внешний жесткий диск — это жесткий диск, не встроенный в компьютер. Это портативные устройства, которые можно подключить к любому компьютеру для доступа к хранящимся на нем данным. В то время как внутренние жесткие диски напрямую подключены к материнской плате компьютера и в дополнение к вашим файлам хранят данные операционной системы, платформы, драйверы и программное обеспечение, внешние жесткие диски используются в основном для хранения личных файлов.
Жесткий диск компьютера обычно можно извлечь и обновить, но это сложная задача, поэтому многие выбирают внешние жесткие диски, когда на их компьютере заканчивается свободное место.
В наши дни внешние жесткие диски могут хранить до 20 ТБ данных, что более чем в миллион раз больше, чем у самого первого жесткого диска 1956 года. Эта емкость в сочетании с портативностью и доступностью внешних жестких дисков позволила их лучшее решение для увеличения мощности компьютера, вплоть до появления облачных хранилищ.
Недостатки использования внешних жестких дисков для хранения данных
По сравнению с простым использованием внутреннего хранилища вашего компьютера внешние жесткие диски являются выгодным решением, но они связаны с некоторыми рисками и ограничениями, которые важно учитывать.
Как и внутренний жесткий диск, внешние жесткие диски сопряжены с риском потери данных. Это может быть вызвано такими атаками, как вредоносное ПО или вирусы, или естественными повреждениями и износом, такими как слишком много солнечного света или тепла, воздействие жидкостей, пыли или помех от других магнитных полей.
Из-за множества сложных движущихся частей, которые обеспечивают работу жесткого диска, они очень уязвимы к повреждениям, особенно если вы берете их с собой куда угодно. Если жесткий диск поврежден, вы все равно сможете восстановить данные, хранящиеся на его пластинах, но это будет сложный и, вероятно, дорогостоящий процесс. В компьютере жесткий диск является одним из самых хрупких аппаратных средств из-за его движущихся частей.
Кроме того, обычный жесткий диск не защищен паролем и не зашифрован, поэтому в случае его потери или кражи ваша личная информация может быть легко скомпрометирована.
Многие внешние жесткие диски также поддерживают только определенные операционные системы или могут поддерживать только одну операционную систему одновременно. У вас может быть MacBook и ПК с Windows, и вы обнаружите, что ваш жесткий диск не может читать и записывать на обоих устройствах, что может быть неприятно, если вы хотите использовать свой жесткий диск для передачи файлов с одного на другое. Многие жесткие диски необходимо переформатировать, что приведет к потере всех данных, прежде чем вы сможете настроить их для записи в другой операционной системе.
Использование облачного хранилища вместо жестких дисков
Появление облачных хранилищ позволило устранить ограничения и риски, связанные с жесткими дисками, предложив более безопасную и доступную альтернативу хранению данных. Сохранение файла в облаке означает его хранение в Интернете, где он не займет места на вашем устройстве.
С Dropbox вы можете иметь до 3 ТБ хранилища в личном аккаунте, который можно использовать практически для любого типа файлов, и столько места, сколько вам нужно, с аккаунтами Dropbox Business Advanced и Enterprise.
Вместо того, чтобы покупать дополнительные внешние диски после заполнения каждого из них, вы можете просто продолжать расширять свое облачное хранилище, не занимая физического пространства. Когда у вас есть файлы, сохраненные на внешних жестких дисках, может быть сложно найти нужный файл. С облачным хранилищем все находится в одном месте, к которому вы можете легко получить доступ и выполнить поиск с любого устройства с подключением к Интернету. Внешние жесткие диски, как правило, подключаются к компьютерам через USB, поэтому их можно подключать только к определенным устройствам, а доступ к облачному хранилищу возможен не только с ПК и ноутбуков, но и с планшетов и смартфонов.А если вы хотите перенести содержимое, хранящееся на внешних дисках, в облако, используйте резервное копирование на внешний диск — вы даже можете получить к ним доступ, когда находитесь в пути.
Dropbox использует серверы, размещенные в центрах обработки данных по всему миру. Вы не можете случайно уронить облако и повредить файлы внутри, как на внешнем жестком диске — все оцифровано и безопасно. Когда вы сохраняете файлы в Dropbox, вы сохраняете их в зашифрованном защищенном пространстве, которое гораздо менее уязвимо для кражи, чем традиционный жесткий диск.
Dropbox – это безопасное и универсальное решение для резервного копирования и хранения файлов, которое экономит место на вашем компьютере и избавляет от хлопот и рисков, связанных с хранением важных данных на внешних жестких дисках.
Это магнит. Это электрический. Он фотонный. Нет, речь пойдет не о новом трио супергероев во вселенной Marvel. Это все о наших драгоценных цифровых данных. Нам нужно хранить его в надежном и стабильном месте таким образом, чтобы мы могли получить его и изменить быстрее, чем вы успеете моргнуть. Забудьте о Железном человеке и Торе — мы говорим о накопителях!
Итак, давайте подготовимся к театру, начисто вымоем руки и углубимся в анатомию того, что мы используем сегодня, чтобы хранить триллионы цифровых битов.
Мы разделили Анатомию накопителя на три части, опубликованные одновременно, чтобы проанализировать жесткие диски, твердотельные накопители и оптические приводы. Перейдите по ссылкам ниже, чтобы прочитать их все вместе с нашей предыдущей опубликованной работой над этой серией.
Серия изданий TechSpot "Анатомия компьютерного оборудования"
У вас может быть настольный ПК на работе, в школе или дома. Вы можете использовать его, чтобы работать с налоговыми декларациями или играть в новейшие игры; вы можете даже заниматься сборкой и настройкой компьютеров. Но насколько хорошо вы знаете компоненты, из которых состоит ПК?
Ты меня крутишь, детка
Начнем изучение накопителей с тех, которые используют магнетизм для хранения цифровых данных. Механический жесткий диск (HDD) уже более 30 лет является стандартной системой хранения данных для ПК по всему миру, но технология, стоящая за всем этим, намного старше.
IBM выпустила первый коммерчески доступный жесткий диск в 1956 году, всего 3,75 МБ. И вообще, общая структура за это время не сильно изменилась. Есть еще диски, которые используют магнетизм для хранения данных, и есть устройства для чтения/записи этих данных. Что изменилось, и очень сильно, так это объем данных, которые можно хранить на них.
В 1987 году жесткий диск емкостью 20 МБ можно было купить примерно за 350 долларов США; сегодня за такие деньги вы получите 14 ТБ дискового пространства: в 700 000 раз больше места.
Мы собираемся разобрать кое-что не совсем такого размера, но все еще довольно приличное на сегодняшний день: 3,5-дюймовый жесткий диск Seagate Barracuda емкостью 3 ТБ, а именно модель ST3000DM001, печально известную своей высокой частотой отказов и последующими судебными исками. тоже мертв, так что на самом деле это скорее вскрытие, чем урок анатомии.
Большая часть жесткого диска выполнена из литого металла. Силы внутри устройства при интенсивном использовании могут быть довольно серьезными, поэтому использование толстого металла предотвращает изгибание и вибрацию корпуса. Даже в крошечных 1,8-дюймовых жестких дисках используется металл для корпуса, хотя они, как правило, изготавливаются из алюминия, а не из стали, поскольку они максимально легкие.
Перевернув диск, мы увидим печатную плату и кучу разъемов. Один в верхней части платы предназначен для двигателя, который вращает диски, тогда как нижние три слева направо являются перемычками, позволяющими настроить диск для определенных настроек, данных SATA (Serial ATA) и SATA. мощность.
Serial ATA впервые появился в 2000 году. В настольных ПК это стандартная система, используемая для подключения дисков к остальной части компьютера. Спецификация формата претерпела множество изменений с тех пор, и в настоящее время мы работаем с версией 3.4. Наш труп жесткого диска, однако, является более старой версией, но это влияет только на один контакт в разъеме питания.
Подключения данных используют так называемую дифференциальную сигнализацию для отправки и получения данных: контакты A+ и A- используются для передачи инструкций и данных на жесткий диск, тогда как контакты B используются для получать эти сигналы. Использование таких спаренных проводов значительно снижает влияние электрических помех на сигнал, а значит, его можно передавать быстрее.
Что касается питания, то вы можете видеть, что на каждое напряжение приходится по два (+3,3, +5 и +12 В); однако большинство из них не используются, поскольку жесткие диски не требуют большой мощности.Эта конкретная модель Seagate потребляет менее 10 Вт при большой нагрузке. Контакты питания, помеченные как PC, предназначены для предварительной зарядки: они позволяют извлекать и вставлять жесткий диск, когда компьютер все еще включен (так называемая горячая замена).
Контакт PWDIS позволяет удаленно сбрасывать настройки жесткого диска, но это поддерживается только SATA версии 3.3; так что в нашем приводе это просто еще одна линия +3,3 В. И последний вывод, который нужно закрыть, тот, что помечен как SSU, просто сообщает компьютеру, поддерживает ли жесткий диск ступенчатое вращение.
Диски внутри устройства, которые мы увидим через несколько секунд, должны быть раскручены до полной скорости, прежде чем компьютер сможет их использовать, но если в машине было много жестких дисков, внезапная одновременная потребность для питания может нарушить систему. Пошаговое вращение помогает предотвратить возникновение таких проблем, но это означает, что вам придется подождать еще несколько секунд, прежде чем вы сможете начать крутить жесткий диск.
Снятие печатной платы показывает, как печатная плата соединяется с компонентами внутри привода. Жесткие диски негерметичны, за исключением дисков сверхбольшой емкости — в них вместо воздуха используется гелий, так как он гораздо менее плотный и создает меньше проблем для накопителей с большим количеством дисков. Но вы также не хотите, чтобы они открыто подвергались воздействию окружающей среды.
Использование подобных разъемов помогает свести к минимуму количество точек входа, через которые грязь и пыль могут попасть в накопитель; в металлическом корпусе есть отверстие — внизу слева на изображении выше (большая белая точка) — чтобы давление воздуха оставалось относительно комнатным.
Теперь, когда печатная плата отключена, давайте посмотрим, что здесь находится. Есть 4 основных фишки, на которых стоит сосредоточиться:
LSI B64002: основная микросхема контроллера, которая обрабатывает инструкции, входящие и исходящие потоки данных, исправление ошибок и т. д.
Samsung K4T51163QJ: 64 МБ памяти DDR2 SDRAM с тактовой частотой 800 МГц, используемой для кэширования данных.
Winbond 25Q40BWS05: 500 КБ последовательной флэш-памяти, используемой для хранения прошивки накопителя (немного похожей на BIOS ПК)
Если говорить о компонентах на печатной плате, между широким ассортиментом жестких дисков практически нет различий. Больший объем хранилища требует большего объема кэш-памяти (на последних монстрах можно найти до 256 МБ памяти DDR3), а чип основного контроллера может быть немного сложнее в плане обработки ошибок, но в нем не так уж много.
Открыть привод достаточно просто, просто отвинтите несколько штуцеров Torx и вуаля! Мы в деле.
Учитывая, что он занимает большую часть устройства, наше внимание сразу же привлекает большой металлический круг, поэтому нетрудно понять, почему они называются дисками. Их правильное название — тарелка, и они сделаны из стекла или алюминия, покрытых несколькими слоями различных составов. Этот накопитель емкостью 3 ТБ имеет три пластины, поэтому каждая из них должна хранить по 500 ГБ с каждой стороны.
Изображение этих пыльных, волосатых тарелок не отражает инженерной и производственной точности, необходимой для их производства. В нашем примере с жестким диском сам алюминиевый диск имеет толщину 0,04 дюйма (1 мм), но он отполирован до такой степени, что средняя высота вариаций поверхности составляет менее 0,000001 дюйма (примерно 30 нм).
На металл нанесен базовый слой толщиной всего 0,0004 дюйма (10 микрон), состоящий из нескольких слоев компаундов. Это делается с помощью химического осаждения, а затем осаждения из паровой фазы, что подготавливает диск для магнитного материала, который используется для хранения цифровых данных.
Этот материал обычно представляет собой сложный сплав кобальта и расположен в виде концентрических колец, каждое из которых имеет ширину около 0,00001 дюйма (примерно 250 нм) и глубину 0,000001 дюйма (25 нм). В микроскопическом масштабе металлические сплавы образуют зерна, похожие на мыльные пузыри, плавающие в воде.
Каждая крупинка имеет собственное магнитное поле, но его можно выровнять в заданном направлении. Группировка этих полей приводит к 0 и 1 битам данных. Если вы хотите более глубокого технического погружения в эту тему, прочтите этот документ Йельского университета. Окончательные покрытия представляют собой слой углерода для защиты, а затем слой полимера для уменьшения контактного трения. Вместе они имеют толщину не более 0,0000005 дюйма (12 нм).
Мы скоро увидим, почему пластины должны изготавливаться с такими высокими допусками, но удивительно осознавать, что всего за 15 долларов США вы можете стать счастливым обладателем нанометрового производства!
Давайте снова вернемся ко всему жесткому диску и посмотрим, что там еще есть.
Желтой рамкой отмечена металлическая крышка, которая надежно удерживает диск на шпиндельном двигателе – электрическом приводе, вращающем диски. В этом HDD они вращаются со скоростью 7200 об/мин, но другие модели работают медленнее. Более медленные диски снижают уровень шума и энергопотребления, но также снижают производительность, в то время как другие более быстрые диски могут достигать скорости 15 000 об/мин.
Чтобы уменьшить вредное воздействие пыли и влаги в воздухе, рециркуляционный фильтр (зеленая рамка) улавливает мельчайшие частицы и удерживает их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. Поверх дисков и рядом с фильтром находится один из трех дисковых разделителей: они помогают уменьшить вибрации, а также максимально регулируют поток воздуха.
В левом верхнем углу изображения, отмеченном синей рамкой, находится один из двух постоянных стержневых магнитов. Они создают магнитное поле, необходимое для перемещения выделения компонента красным цветом. Давайте удалим некоторые из этих частей, чтобы увидеть это лучше.
То, что выглядит как толстый лейкопластырь, – это еще один фильтр, за исключением того, что он улавливает частицы и газы снаружи, поскольку они проникают через отверстие, которое мы видели раньше. Металлические шипы — это приводные рычаги, удерживающие головки чтения/записи жесткого диска. скорость.
Посмотрите это видео, любезно предоставленное The Slow Mo Guys, чтобы увидеть, насколько это быстро:
Вместо того, чтобы использовать что-то вроде шагового двигателя, чтобы защелкнуть рычаги на место, электрический ток подается по катушке провода у основания рычага.
Обычно их называют звуковыми катушками, потому что это тот же принцип, по которому громкоговорители и микрофоны перемещают мягкие конусы. Ток создает вокруг себя магнитное поле, которое противодействует полю, создаваемому постоянными стержневыми магнитами.
Не забывайте, что дорожки данных крошечны, поэтому позиционирование рычагов должно быть очень точным, как и все остальное на диске. Некоторые жесткие диски имеют многоступенчатые приводы, которые могут выполнять небольшие изменения направления с помощью всего лишь части целого рычага.
На некоторых жестких дисках дорожки данных фактически перекрывают друг друга. Эта технология называется последовательной магнитной записью, и требования к точности и аккуратности (т. е. попаданию в нужное место снова и снова) еще выше.
На самых концах плеч расположены тонкие головки чтения/записи. Наш жесткий диск имеет 3 пластины и 6 головок, и каждая из них плавает над диском при его вращении. Для этого головы подвешены на двух сверхтонких металлических полосках.
Именно здесь мы можем понять, почему наш образец анатомии мертв: по крайней мере одна голова оторвалась, и то, что вызвало первоначальное повреждение, также погнуло некоторые опорные рычаги. Весь компонент головы настолько мал, что получить хорошее изображение обычной камерой действительно сложно, как мы можем видеть ниже.
Однако мы можем разобрать некоторые детали. Серый блок представляет собой специально обработанную деталь, называемую ползунком, так как диск вращается под ним, поток воздуха создает подъемную силу, поднимая головку над поверхностью. И когда мы говорим "выкл", мы имеем в виду зазор всего 0,0000002 дюйма или менее 5 нм.
Еще дальше, и головки не смогут обнаружить изменения магнитных полей в дорожке; если бы головки действительно упирались в поверхность, они бы просто соскребали покрытие. Вот почему воздух внутри корпуса диска необходимо фильтровать: пыль и влага на поверхности диска просто выбьют головки.
Крошечный металлический "стержень" на конце головы отвечает за общую аэродинамику. Однако нам нужна более качественная картина, чтобы увидеть части, которые фактически выполняют чтение и запись.
На приведенном выше изображении другого жесткого диска части, которые выполняют чтение и запись, находятся под всеми электрическими дорожками. Запись осуществляется с помощью тонкопленочнойиндукционной (TFI) системы, тогда как чтение осуществляется с помощью туннелированиямагниторезистивного ( TMR).
Сигналы, создаваемые TMR, очень слабые, и их необходимо пропустить через усилитель, чтобы повысить уровни, прежде чем их можно будет отправить дальше. Чип, отвечающий за это, виден возле основания рычагов привода на изображении ниже.
Как упоминалось во введении к этой статье, механические компоненты и принцип работы жесткого диска не претерпели значительных изменений за прошедшие годы. Больше всего улучшилась технология магнитной дорожки и головок чтения/записи, которая позволяет создавать более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводит к большему объему памяти.
Тем не менее, у механических жестких дисков есть явные ограничения производительности. Для перемещения рычагов привода в требуемое положение требуется время, и если данные разбросаны по разным дорожкам на отдельных пластинах, то накопитель потратит относительно большое количество микросекунд на поиск битов.
Прежде чем мы перейдем к разбору другого типа накопителей, давайте возьмем за основу производительность типичного жесткого диска. Мы использовали CrystalDiskMark для тестирования жесткого диска WD 3,5 дюйма, 5400 об/мин, емкостью 2 ТБ:
Первые две строки отображают пропускную способность в мегабайтах в секунду при последовательном (длинный, непрерывный список) и случайном (перескакивание по диску) чтении и записи. В следующей строке показано значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке отображается средняя задержка (время в микросекундах) между выполнением операции чтения/записи и получением значения данных.
Вообще говоря, вы хотите, чтобы значения в первых трех строках были как можно больше, а в последней строке — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих цифрах, мы будем использовать их для сравнения, когда будем рассматривать следующий тип накопителей: твердотельные накопители.
Жесткий диск, который обычно служит для хранения данных и приложений на компьютере, состоит из четырех основных компонентов внутри корпуса: диска (для хранения данных), шпинделя (для вращения дисков) и рычага чтения/записи. (для чтения и записи данных) и привод (для управления действиями руки чтения/записи). Только самые технически подкованные ИТ-специалисты должны пытаться работать с компонентами внутри жесткого диска.
Блюда
Пластины – это круглые диски внутри жесткого диска, на которых хранятся единицы и нули, из которых состоят ваши файлы. Пластины изготовлены из алюминия, стекла или керамики и имеют магнитную поверхность для постоянного хранения данных. На больших жестких дисках используется несколько пластин для увеличения общей емкости диска. Данные хранятся на пластинах в виде дорожек, секторов и цилиндров, что упрощает их поиск.
Веретено
Шпиндель удерживает пластины на месте и поворачивает их по мере необходимости. Число оборотов в минуту определяет скорость записи и чтения данных с жесткого диска. Типичный внутренний накопитель для настольных ПК работает со скоростью 7200 об/мин, хотя доступны более высокие и более низкие скорости. Шпиндель удерживает пластины на фиксированном расстоянии друг от друга, чтобы рычаг чтения/записи мог получить доступ. (ссылка 1+3)
Рука чтения/записи
Рычаг чтения/записи управляет движением головок чтения/записи, которые выполняют фактическое чтение и запись на пластины диска, преобразуя магнитную поверхность в электрический ток. Рука следит за тем, чтобы головки находились в правильном положении в зависимости от данных, к которым необходимо получить доступ или записать; он также известен как головной рычаг или приводной рычаг. Обычно на каждую сторону диска приходится одна головка чтения/записи, которая возвышается на 3–20 миллионных долей дюйма над поверхностью диска.
Привод
Привод или головной привод – это небольшой двигатель, который получает инструкции от печатной платы привода для управления движением рычага чтения/записи и контроля передачи данных на пластины и с них. Он отвечает за то, чтобы головки чтения/записи всегда находились в нужном месте.
Другие компоненты
Помимо корпуса на внешней стороне жесткого диска, который скрепляет все компоненты вместе, интерфейсная печатная плата управляет входными и выходными сигналами в тандеме с портами на конце диска. Независимо от типа накопителя, у него есть один порт для источника питания и один порт для передачи данных и инструкций в остальную систему и из нее.
