🚅 🥅 🎒 ड्राइव एनाटॉमी: हार्ड ड्राइव 🙅🏿 📇 👱🏿

यह चुंबकीय है। वह इलेक्ट्रिक है। वह फोटोनिक है। नहीं, यह मार्वल ब्रह्मांड से एक नई सुपर हीरो तिकड़ी नहीं है। यह हमारे कीमती डिजिटल डेटा को स्टोर करने के बारे में है। हमें उन्हें कहीं, सुरक्षित और स्थिर रूप से संग्रहीत करने की आवश्यकता है, ताकि हम उन तक पहुंच बना सकें और कुछ ही समय में उन्हें बदल सकें। आयरन मैन और थोर के बारे में भूल जाओ - हम हार्ड ड्राइव के बारे में बात कर रहे हैं!

तो, चलो उन उपकरणों की शारीरिक रचना में डुबकी लगाते हैं जो आज हम अरबों डेटा बिट्स को स्टोर करने के लिए उपयोग करते हैं।

तुम मुझे सही दौर, बच्चे स्पिन

हार्ड ड्राइव (हार्ड डिस्क ड्राइव, एचडीडी) पर यांत्रिक ड्राइव 30 से अधिक वर्षों से दुनिया भर के कंप्यूटरों के लिए मानक भंडारण प्रणाली है, लेकिन अंतर्निहित तकनीक बहुत पुरानी है। 1956 में

पहली व्यावसायिक HDD कंपनी आईबीएम रिलीज़ हुई , इसकी क्षमता 3.75 एमबी जितनी थी। और सामान्य तौर पर, इन सभी वर्षों में, ड्राइव की सामान्य संरचना में बहुत बदलाव नहीं हुआ है। इसमें अभी भी डिस्क हैं जो डेटा को स्टोर करने के लिए मैग्नेटाइजेशन का उपयोग करते हैं, और इस डेटा को पढ़ने / लिखने के लिए डिवाइस हैं। उन पर संग्रहीत डेटा की मात्रा बदल गई है , और बहुत अधिक है।

1987 में, आप लगभग $ 350 के लिए 20 MB का HDD खरीद सकते थे ; आज उसी पैसे के लिए14 टीबी खरीदा जा सकता है: 700,000 बार मात्रा।

हम एक ऐसे उपकरण को देखेंगे जो इस आकार का नहीं है, लेकिन यह भी आधुनिक मानकों के योग्य है: 3.5 इंच सीगेट बाराकुडा 3 टीबी एचडीडी, विशेष रूप से, ST3000DM001 मॉडल , इसकी उच्च प्रतिशत विफलताओं और इसके कारण होने वाली कानूनी प्रक्रियाओं के लिए कुख्यात है । हम जिस ड्राइव का अध्ययन कर रहे हैं वह पहले से ही मृत है, इसलिए यह शरीर रचना पाठ की तुलना में एक शव परीक्षा की तरह होगा।

हार्ड ड्राइव का थोक कच्चा धातु है। सक्रिय उपयोग के दौरान डिवाइस के अंदर की ताकत काफी गंभीर हो सकती है, इसलिए मोटी धातु झुकने और मामले के कंपन को रोकती है। यहां तक कि छोटे 1.8-इंच के HDDs में, धातु का उपयोग मामले की सामग्री के रूप में किया जाता है, लेकिन आमतौर पर वे स्टील से नहीं, बल्कि एल्यूमीनियम से बने होते हैं, क्योंकि उन्हें जितना संभव हो उतना हल्का होना चाहिए।

ड्राइव को चालू करते हुए, हम एक मुद्रित सर्किट बोर्ड और कई कनेक्टर्स देखते हैं। बोर्ड के शीर्ष पर स्थित कनेक्टर का उपयोग डिस्क को घुमाने वाले इंजन के लिए किया जाता है, और नीचे के तीन (बाएं से दाएं) जम्पर संपर्क होते हैं जो आपको कुछ कॉन्फ़िगरेशन के लिए ड्राइव को कॉन्फ़िगर करने की अनुमति देते हैं, SATA डेटा कनेक्टर (सीरियल ATA और SATA पावर कनेक्टर)।

सीरियल एटीए पहली बार 2000 में दिखाई दिया। डेस्कटॉप कंप्यूटर पर, यह मानक प्रणाली है जो ड्राइव को बाकी कंप्यूटर से जोड़ने के लिए उपयोग की जाती है। प्रारूप विनिर्देश में कई संशोधन हुए हैं, और अब हम संस्करण 3.4 का उपयोग कर रहे हैं। हार्ड ड्राइव की हमारी लाश का एक पुराना संस्करण है, लेकिन अंतर केवल पावर कनेक्टर में एक संपर्क में है।

डेटा कनेक्शन में, डेटा प्राप्त करने और प्राप्त करने के लिए एक विभेदित सिग्नल का उपयोग किया जाता है : संपर्क A + और A- को निर्देश और डेटा को हार्ड ड्राइव पर स्थानांतरित करने के लिए उपयोग किया जाता है , और संपर्क B का उपयोग इन संकेतों को प्राप्त करने के लिए किया जाता है । युग्मित कंडक्टर का ऐसा उपयोग सिग्नल पर विद्युत शोर के प्रभाव को काफी कम कर देता है, अर्थात, डिवाइस तेजी से काम कर सकता है।

यदि हम शक्ति के बारे में बात करते हैं, तो हम देखते हैं कि कनेक्टर में प्रत्येक वोल्टेज (+3.3, +5 और + 12 वी) के संपर्कों की एक जोड़ी है; हालांकि, उनमें से ज्यादातर का उपयोग नहीं किया जाता है क्योंकि एचडीडी को बहुत अधिक शक्ति की आवश्यकता नहीं होती है। यह विशेष रूप से सीगेट मॉडल 10 वाट से कम सक्रिय लोड का उपयोग करता है। पीसी के रूप में चिह्नित संपर्क प्रीचार्ज के लिए उपयोग किए जाते हैं : यह फ़ंक्शन आपको हार्ड ड्राइव को हटाने और कनेक्ट करने की अनुमति देता है जबकि कंप्यूटर काम करना जारी रखता है (इसे हॉट स्वैपिंग कहा जाता है )।

PWDIS टैग के साथ संपर्क दूरस्थ रीसेट की अनुमति देता हैहार्ड ड्राइव, लेकिन यह सुविधा केवल SATA 3.3 के साथ समर्थित है, इसलिए मेरी ड्राइव में यह सिर्फ एक और + 3.3V पावर लाइन है। और एसएसयू के रूप में चिह्नित आखिरी संपर्क, बस कंप्यूटर को बताता है कि क्या हार्ड ड्राइव कंपित स्पिन अप स्पिंडल का समर्थन करता है ।

इससे पहले कि कंप्यूटर उनका उपयोग कर सकता है, डिवाइस के अंदर डिस्क (जिसे हम जल्द ही देखेंगे) को पूरी गति तक स्पिन करना होगा। लेकिन अगर मशीन में बहुत सारे हार्ड ड्राइव लगाए जाते हैं, तो बिजली के लिए एक साथ अनुरोध सिस्टम को नुकसान पहुंचा सकता है। धीरे-धीरे स्पिंडल को खोलना इस तरह की समस्याओं की संभावना को पूरी तरह से समाप्त कर देता है, लेकिन एचडीडी तक पूर्ण पहुंच प्राप्त करने से पहले आपको कुछ सेकंड इंतजार करना होगा।

मुद्रित सर्किट बोर्ड को हटाने के बाद, आप देख सकते हैं कि यह डिवाइस के अंदर घटकों से कैसे जोड़ता है। एचडीडी बहुत बड़ी क्षमता वाले उपकरणों के अपवाद के साथ, हर्मेटिक नहीं हैं - वे हवा के बजाय हीलियम का उपयोग करते हैं, क्योंकि यह बहुत कम घना है और बड़ी संख्या में डिस्क के साथ ड्राइव में कम समस्याएं पैदा करता है। दूसरी ओर, आपको खुले वातावरण में पारंपरिक ड्राइव को उजागर नहीं करना चाहिए।

ऐसे कनेक्टर के उपयोग के लिए धन्यवाद, इनपुट बिंदुओं की संख्या जिसके माध्यम से गंदगी और धूल ड्राइव में मिल सकती है; धातु के मामले में छेद है (छवि के निचले बाएं कोने में एक बड़ी सफेद बिंदु), जो अंदर के पर्यावरणीय दबाव को संरक्षित करने की अनुमति देता है।

अब जब सर्किट बोर्ड हटा दिया जाता है, तो देखते हैं कि अंदर क्या है। चार मुख्य चिप्स हैं:

LSI B64002: मुख्य कंट्रोलर चिप जो निर्देशों को संसाधित करता है, डेटा स्ट्रीमों को अंदर और बाहर, त्रुटि सुधार आदि में स्थानांतरित करता है।
सैमसंग K4T51163QJ: 64 एमबी डीडीआर 2 एसडीआरएएम 800 मेगाहर्ट्ज पर देखा गया जो डेटा कैशिंग के लिए उपयोग किया जाता है
चिकना MCKXL: इंजन कताई डिस्क को नियंत्रित करता है
Winbond 25Q40BWS05: 500 KB सीरियल फ्लैश मेमोरी को ड्राइव फ़र्मवेयर (कंप्यूटर के BIOS की तरह थोड़ा सा) स्टोर करने के लिए उपयोग किया जाता है

अलग-अलग एचडीडी के पीसीबी घटक अलग-अलग हो सकते हैं। बड़े संस्करणों के लिए, अधिक कैश की आवश्यकता होती है (सबसे आधुनिक राक्षसों में 256 एमबी डीडीआर 3 तक हो सकता है), और मुख्य नियंत्रक चिप त्रुटि से निपटने में थोड़ा अधिक परिष्कृत हो सकता है, लेकिन सामान्य तौर पर मतभेद इतने महान नहीं होते हैं।

ड्राइव खोलना सरल है, बस कुछ Torx बोल्ट और वॉइला को हटा दिया! हम अंदर हैं ...

यह देखते हुए कि यह डिवाइस के मुख्य भाग पर कब्जा कर लेता है, हमारा ध्यान तुरंत एक बड़े धातु सर्कल को आकर्षित करता है; यह समझना आसान है कि ड्राइव को डिस्क ड्राइव क्यों कहा जाता है । सही ढंग से उन्हें प्लेटें कहते हैं ; वे कांच या एल्यूमीनियम से बने होते हैं और विभिन्न सामग्रियों की कई परतों के साथ लेपित होते हैं। इस 3 टीबी ड्राइव में तीन प्लेट हैं, यानी 500 जीबी को एक प्लेट के प्रत्येक तरफ संग्रहीत किया जाना चाहिए।

छवि काफी धूल भरी है, ऐसी गंदे प्लेटें उनके निर्माण के लिए आवश्यक डिजाइन और उत्पादन की सटीकता के अनुरूप नहीं हैं। हमारे एचडीडी उदाहरण में, एल्यूमीनियम डिस्क में केवल 0.04 इंच (1 मिमी) की मोटाई होती है, लेकिन इस हद तक पॉलिश की जाती है कि सतह विचलन की औसत ऊंचाई 0.000001 इंच (लगभग 30 एनएम) से कम है।

आधार परत में केवल 0.0004 इंच (10 माइक्रोन) की गहराई होती है और इसमें धातु पर जमा सामग्री की कई परतें होती हैं। आवेदन रासायनिक निकल चढ़ाना के बाद किया जाता है, वैक्यूम जमाव के बाद , डिजिटल डेटा संग्रहीत करने के लिए उपयोग किए जाने वाले बुनियादी चुंबकीय सामग्री के लिए डिस्क तैयार करना।

यह सामग्री आमतौर पर एक कोबाल्ट मिश्र धातु है और गाढ़ा हलकों से बना है, जिनमें से प्रत्येक लगभग 0.00001 इंच (लगभग 250 एनएम) चौड़ा और 0.000001 इंच (25 एनएम) गहराई में है। सूक्ष्म स्तर पर, धातु मिश्र धातु पानी की सतह पर साबुन के बुलबुले के समान अनाज बनाते हैं।

प्रत्येक दाने का अपना चुंबकीय क्षेत्र होता है, लेकिन इसे एक निश्चित दिशा में परिवर्तित किया जा सकता है। ऐसे फ़ील्ड्स को समूहीकृत करने से डेटा बिट्स (0 और 1) प्राप्त होते हैं। यदि आप इस विषय के बारे में अधिक जानना चाहते हैं, तो येल विश्वविद्यालय के इस दस्तावेज़ को पढ़ें । अंतिम कोटिंग्स संरक्षण के लिए एक कार्बन परत हैं, और फिर संपर्क घर्षण को कम करने के लिए एक बहुलक। साथ में, उनकी मोटाई 0.0000005 इंच (12 एनएम) से अधिक नहीं है।

जल्द ही हम देखेंगे कि प्लेटों को इतनी सख्त सहिष्णुता के साथ क्यों निर्मित किया जाना चाहिए, लेकिन फिर भी यह महसूस करना आश्चर्यजनक है कि केवल $ 15 के लिए आप नैनोमीटर सटीकता के साथ बनाए गए डिवाइस के गर्व के मालिक बन सकते हैं!

हालांकि, चलो एचडीडी पर वापस जाएं और देखें कि इसमें और क्या है।

धातु के आवरण को पीले रंग में दिखाया गया है, जो सुरक्षित रूप से स्पिंडल ड्राइव इलेक्ट्रिक मोटर को प्लेट को तेज करता है - इलेक्ट्रिक ड्राइव जो डिस्क को घुमाता है। इस एचडीडी में, वे 7200 आरपीएम (आरपीएम) की आवृत्ति पर घूमते हैं, लेकिन अन्य मॉडलों में वे अधिक धीरे-धीरे काम कर सकते हैं। धीमी ड्राइव में कम शोर और बिजली की खपत होती है, लेकिन यह भी कम गति, और तेज ड्राइव 15,000 आरपीएम की गति तक पहुंच सकता है।

हवा में धूल और नमी के कारण होने वाले नुकसान को कम करने के लिए, एक पुनरावर्तन फिल्टर (हरा वर्ग) का उपयोग छोटे कणों को इकट्ठा करने और उन्हें अंदर रखने के लिए किया जाता है। प्लेटों के रोटेशन द्वारा स्थानांतरित हवा फिल्टर के माध्यम से एक निरंतर प्रवाह प्रदान करती है। डिस्क के ऊपर और फिल्टर के बगल में तीन प्लेट विभाजक में से एक है: कंपन को कम करने में मदद करता है और जितना संभव हो उतना हवा का प्रवाह बनाए रखता है।

छवि के ऊपरी बाएं भाग में, दो स्थायी बार मैग्नेट में से एक को नीले वर्ग द्वारा इंगित किया गया है। वे लाल रंग में इंगित घटक को स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक चुंबकीय क्षेत्र प्रदान करते हैं। उन्हें बेहतर देखने के लिए इन विवरणों को अलग करें।

एक सफेद पैच जैसा दिखता है एक और फिल्टर है, केवल यह कणों और गैसों को शुद्ध करता है जो हमने ऊपर देखा छेद के माध्यम से बाहर से प्रवेश करते हैं। धातु के स्पाइक्स सिर हिलाने के लिए लीवर होते हैं, जिन पर हार्ड डिस्क के हेड्स को पढ़ा / लिखा जाता है । वे प्लेटों की सतह (ऊपरी और निचले) के साथ बड़ी तेजी के साथ चलते हैं। द स्लो मो दोस्तों

द्वारा बनाए गए इस वीडियो को देखें कि वे कितने तेज हैं:

डिजाइन एक स्टेपर मोटर की तरह कुछ का उपयोग नहीं करता है ; सोलेनॉइड के साथ लीवर को स्थानांतरित करने के लिए, लीवर के आधार पर एक विद्युत प्रवाह संचालित किया जाता है।

सामान्य तौर पर, उन्हें आवाज कॉइल कहा जाता है , क्योंकि वे उसी सिद्धांत का उपयोग करते हैं जो झिल्ली को स्थानांतरित करने के लिए स्पीकर और माइक्रोफोन में उपयोग किया जाता है। वर्तमान उनके चारों ओर एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, जो बार स्थायी मैग्नेट द्वारा बनाए गए क्षेत्र पर प्रतिक्रिया करता है।

याद रखें कि डेटा ट्रैक छोटे हैं , इसलिए लीवर की स्थिति बेहद सटीक होनी चाहिए, जैसे ड्राइव में सब कुछ। कुछ हार्ड ड्राइव में मल्टी-स्टेज लीवर होते हैं जो पूरे लीवर के केवल एक हिस्से की दिशा में छोटे बदलाव करते हैं।

कुछ हार्ड ड्राइव पर, डेटा ट्रैक ओवरलैप होता है। इस तकनीक को टाइलयुक्त चुंबकीय रिकॉर्डिंग कहा जाता है । (चुभने वाली चुंबकीय रिकॉर्डिंग), और सटीकता और स्थिति के लिए इसकी आवश्यकताएं (यानी, एक बिंदु पर लगातार हिट करने के लिए) और भी कठोर हैं।

लीवर के अंत में बहुत संवेदनशील रीड / राइट हेड हैं। हमारे एचडीडी में 3 प्लेटें और 6 सिर हैं, और उनमें से प्रत्येक इसके रोटेशन के दौरान डिस्क के ऊपर तैरता है। इसके लिए, सिर को धातु की अल्ट्रा-पतली स्ट्रिप्स पर निलंबित कर दिया जाता है।

और यहां हम देख सकते हैं कि हमारे शारीरिक नमूने की मृत्यु क्यों हुई - कम से कम सिर में से एक ढीला हो गया, और इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि प्रारंभिक क्षति क्या हुई, यह भी लीवर में से एक को झुकता है। सिर का पूरा घटक इतना छोटा है कि, जैसा कि नीचे देखा जा सकता है, पारंपरिक कैमरा के साथ इसकी उच्च-गुणवत्ता वाली तस्वीर प्राप्त करना बहुत मुश्किल है।

हालाँकि, हम अलग-अलग हिस्सों को अलग कर सकते हैं। ग्रे ब्लॉक एक विशेष रूप से बनाया गया हिस्सा है जिसे "स्लाइडर" कहा जाता है : जब डिस्क इसके नीचे घूमती है, तो हवा का प्रवाह सतह से सिर को उठाकर लिफ्ट बनाता है। और जब हम कहते हैं "उठता है", तो हमारा मतलब केवल 0.0000002 इंच या 5 एनएम से कम की चौड़ाई के साथ एक अंतर है।

थोड़ा आगे, और सिर ट्रैक के चुंबकीय क्षेत्रों में परिवर्तन को पहचानने में सक्षम नहीं होंगे; यदि सिर सतह पर थे, तो वे सिर्फ कोटिंग को खरोंच देंगे। यही कारण है कि ड्राइव आवरण के अंदर हवा को फ़िल्टर करना आवश्यक है: डिस्क की सतह पर धूल और नमी बस सिर को तोड़ देगी।

छोटे धातु "पोल" सिर के अंत में समग्र वायुगतिकी के साथ मदद करता है। हालांकि, पढ़ने और लिखने वाले हिस्सों को देखने के लिए, हमें एक बेहतर फोटो की आवश्यकता है।

एक और हार्ड ड्राइव की इस छवि में, पाठक और लेखक सभी विद्युत कनेक्शन के अधीन हैं। सिस्टम रिकॉर्डिंग किया जाता है टीएफटी प्रेरण - (पतली फिल्म प्रेरण, TFI), और के पढ़ने एक सुरंग magnetoresistance डिवाइस (सुरंग magnetoresistive डिवाइस, टीएमआर)।

उत्पन्न टीएमआर संकेत बहुत कमजोर हैं और स्तरों को बढ़ाने के लिए भेजे जाने से पहले एक एम्पलीफायर के माध्यम से पारित किया जाना चाहिए। इसके लिए जिम्मेदार चिप नीचे की छवि में लीवर के आधार के पास स्थित है।

जैसा कि लेख के परिचय में कहा गया है, यांत्रिक घटकों और हार्ड ड्राइव के संचालन का सिद्धांत वर्षों में बहुत अधिक नहीं बदला है। सबसे अधिक, चुंबकीय पटरियों और रीड-राइट हेड्स की तकनीक में सुधार किया गया था, जिससे संकरा और सघन ट्रैक बना, जिससे अंततः संग्रहीत जानकारी की मात्रा में वृद्धि हुई।

हालांकि, मैकेनिकल हार्ड ड्राइव में स्पष्ट गति सीमा होती है। लीवर को वांछित स्थिति में ले जाने में समय लगता है, और यदि डेटा अलग-अलग प्लेटों पर अलग-अलग पटरियों पर बिखरे हुए हैं, तो बिट्स की खोज के लिए ड्राइव काफी कुछ माइक्रोसेकंड खर्च करेगा।

दूसरे प्रकार की ड्राइव पर जाने से पहले, आइए एक विशिष्ट एचडीडी के लिए संकेतक गति संकेतक दें। हार्ड ड्राइव का मूल्यांकन करने के लिए हमने क्रिस्टलडिस्कमार बेंचमार्क का उपयोग किया ।WD 3.5 "5400 RPM 2 टीबी :

पहली दो पंक्तियाँ अनुक्रमिक (लंबी, निरंतर सूची) और यादृच्छिक (पूरे ड्राइव में संक्रमण) पढ़ने और लिखने के दौरान एमबी प्रति सेकंड की संख्या को इंगित करती हैं। अगली पंक्ति IOPS मान को दर्शाती है, अर्थात, I / O परिचालनों की संख्या प्रत्येक सेकंड में प्रदर्शन करती है। अंतिम पंक्ति एक पढ़ने या लिखने के ऑपरेशन को प्रसारित करने और डेटा मान प्राप्त करने के बीच औसत देरी (माइक्रोसेकंड में समय) को दर्शाती है।

सामान्य स्थिति में, हम यह सुनिश्चित करने का प्रयास करते हैं कि पहली तीन पंक्तियों में मान जितना संभव हो उतना बड़ा हो, और अंतिम पंक्ति में जितना संभव हो उतना छोटा हो। स्वयं संख्याओं के बारे में चिंता न करें, हम बस तुलना के लिए उनका उपयोग करते हैं जब हम दूसरे प्रकार की ड्राइव को देखते हैं: एक ठोस राज्य ड्राइव।

ड्राइव एनाटॉमी: हार्ड ड्राइव

तुम मुझे सही दौर, बच्चे स्पिन

More articles: