Двухъядерный контроллер hdd что это
Обновлено: 04.07.2024
Так как виртуальным машинам обычно требуется жесткий диск, то VirtualBox должен предоставлять "реальное хранилище" данных гостю в качестве виртуального жесткого диска. Существует три способа достичь этого:
Чаще всего VirtualBox использует большие файлы на реальном диске и предоставляет его гостю как виртуальный жесткий диск. Данный метод описан в Разделе 5.2, “Файлы дисковых образов (VDI, VMDK, VHD)” .
В качестве альтернативы, если у вас имеется сервер iSCSI, вы можете подключить VirtualBox к нему; данная возможность описана в Разделе 5.5, “Сервера iSCSI” .
Наконец, в качестве экспериментальной функции, вы можете дать прямой доступ виртуальной машине к одному из ваших реальных дисков ; эта новая возможность описывается в Разделе 9.10, “Прямое использование гостем жесткого диска хост системы” .
Каждое виртуальное устройство хранения (файл образа, iSCSI target или физический жесткий диск) необходимо подключить к виртуальному контроллеру жестких дисков виртуальной машины. Механизм подключения раскрывается в следующем разделе.
5.1. Контроллеры жестких дисков: IDE, SATA (AHCI), SCSI
В настоящем компьютере, жесткие диски и CD-ROM/DVD устройства подключаются к устройству, которое называют контроллером жесткого диска и которое управляет дисковыми операциями и передачи данных. VirtualBox может имитировать три типа дисковых контроллеров, наиболее популярных в настоящее время: IDE, SCSI и SATA (AHCI). [ 13 ]
IDE (ATA) используются с 1980 года. Вначале , этот тип интерфейса работал только с жесткими дисками, но позднее был расширен также для использования устройств CD-ROM и других типов внешних носителей. В компьютерах данный стандарт используется плоский 40 или 80 жильный кабель (шлейф). С помощью этого кабеля возможно подключить два устройства к контроллеру, которые называют "master" и "slave". К типичному контроллеру жестких дисков подключаются два таких кабеля; то есть, большинство компьютеров поддерживают до 4 устройств.
В VirtualBox, каждая виртуальная машина по умолчанию имеет один IDE контроллер. Поэтому вы может подключить до 4 виртуальных IDE устройств к ВМ. Так как один из них (the secondary master) всегда настроен на работу с CD-ROM/DVD, то вы можете использовать только до трех виртуальных жестких дисков, которые вы можете подключить к виртуальной машине посредством IDE контроллера.
Даже если ваша гостевая ОС не поддерживает SCSI или SATA устройства, она всегда обнаружит IDE контроллер, который по умолчанию всегда подключен. Из четырех доступных в ВМ слотов, один обычно используется при создании виртуальной машины мастером "Создать виртуальную машину".
SCSI это другой промышленный стандарт, расшифровывается как "Small Computer System Interface". Он был создан еще в 1986, в качестве универсального интерфейса для передачи данных между различными видами устройств , включая устройства хранения данных. В настоящее время SCSI по прежнему используют для подключения жестких дисков и ленточных устройств. Он до сих пор используется в высокопроизводительных компьютерах и серверах.
Для совместимости с другими программами виртуализации, VirtualBox поддерживает LsiLogic и BusLogic SCSI контроллеры, которые позволяют подключать до 16 виртуальных жестких дисков.
Для подключения SCSI контроллера, на вкладке "Жесткие диски" диалога настройки виртуальной машины, установите флажок "Включить дополнительный контроллер" и выберите одну из двух SCSI моделей в списке ниже. После этого, дополнительный контроллер появится в виртуальной машине как PCI устройство.
Предупреждение
Существуют ограничения на поставляемые драйверы по умолчанию для SCSI устройства в некоторых ОС: стандартный драйвер Windows XP для контроллера LsiLogic не обнаруживает жесткие диски подключенные к первому порту контроллера, а контроллер BusLogic не работает с гостевой системой Windows NT4.
Наконец, Serial ATA (SATA) это новый стандарт появившийся в 2003 году. По сравнению с IDE, он поддерживает более высокую скорость обмена и позволяет подключить большее количество жестких дисков к контроллеру. Так же как на реальной аппаратуре, устройства могут быть добавлены и удалены во время работы системы. Стандарт интерфейса для SATA контролеров называется Advanced Host Controller Interface ( AHCI ).
По соображениям совместимости, AHCI контроллеры по умолчанию работают с дисками в режиме называемом IDE совместимом, пока явно не указать использование SATA. "IDE compatibility mode" means that the BIOS can operate these drives. Диски "установленные" в эти слоты будут работать в режиме AHCI, когда гостевая ОС загрузит драйвера AHCI устройства.
Как и реальный SATA, виртуальный SATA контроллер работает быстрее и также меньше нагружает процессор чем IDE контроллер. Кроме того, возможно подключение до 30 виртуальных жестких дисков к одной ВМ, а не трех как в IDE. Из них первые четыре (с номерами 0-3 в окне настроек) по умолчанию работают в режиме IDE совместимости.
Для подключения SATA контроллера, на закладке "Диски" окна настроек виртуальной машины, включите флажок "Включить дополнительный контроллер" и выберите в списке ниже "SATA (AHCI)". После этого, дополнительный контроллер появится в виртуальной машине как PCI устройство.
Предупреждение
SATA контроллер и виртуальные диски подключенные к нему будут видны только операционным системам с поддержкой AHCI. Например, AHCI не поддерживается в системах Windows до Windows Vista; в Windows XP (даже с SP3) вы не увидите диски пока не установите дополнительные драйвера. Поэтому не рекомендуется устанавливать ОС на SATA диски в настоящее время.
Чтобы изменить режим совместимости IDE для SATA контроллера, обратитесь к Разделу 8.5, “VBoxManage modifyvm” .
Суммируя вышесказанное, VirtualBox предоставляет вам следующие слоты виртуальных дисков:
три слота IDE контроллера, которые всегда присутствуют (плюс один для устройства CD-ROM );
16 слотов SCSI контроллера и 30 слотов SATA контроллера, при условии что ваша гостевая ОС их "увидит". В случае выбора SATA:
в режиме IDE совместимости (по умолчанию слоты 0-3) или
[ 13 ] Поддержка SATA добавлена начиная с VirtualBox 1.6; экспериментальная поддержка SCSI с 2.1 в полном объеме с 2.2.
Для кого-то наличие корпоративных решений среди классических накопителей может показаться несколько туманным, ведь границы между профессиональным и домашним применением постепенно размываются. С одной стороны мы слышим о беспрецедентной надежности некоторых дисков, но с другой – утверждается, что они предназначены именно для установки в сервера. А почему скажите мне простой пользователь прознав о такой рекламе должен вдруг отказаться от включения этой модели в список потенциальных кандидатов на место домашнего жесткого диска? Ведь он справедливо полагает, что раз заявляется о повышенной отказоустойчивости и говорится про высокую степень надежности, то это значит, что он не потеряет свои важные данные. Или, по крайней мере, сведет сам шанс потери к минимуму. И ради этого он согласен доплатить приличную сумму, которую просят за такие модели. Но здесь важны нюансы. Все дело в том, что в таком случае человек переплачивает за дополнительные опции реализованные в таких жестких дисках и вполне возможно никогда их не задействует в домашних условиях. При этом, по остальным параметрам, включая надежность и скорость, он спокойно может подобрать замену из более дешевых моделей. Бывает и иная ситуация, когда покупатель точно знает зачем ему такой диск и что он с ним будет делать. В большинстве случаев это относится к профессиональной деятельности человека. Например, построение домашнего сервера, NAS или обработка крупного массива данных где будет недостаточно емкости и надежности твердотельных накопителей, да и цена на них кусается.
Модельный ряд и позиционирование
Рассматриваемая модель относится к линейке WD RE (RAID EDITION) WD1003FBYZ. Такие накопителя в первую очередь предназначены для ЦОД (центра обработки данных). Когда речь заходит о подобных дата-центрах, то здесь в первую очередь важна повышенная отказоустойчивость, ведь основная задача таких систем заключается в обработке, хранении и распространении информации. Такие системы нагружают накопители гораздо сильнее, чем при использовании в домашних условиях. Мало кто держит включенным свой домашний компьютер 24 часа в сутки и чтоб еще при этом он выполнял какие-то полезные задачи, т.е. беспрерывно работал нагружая жесткий диск.
Упаковка и комплектация
Жесткие диски под лейблом WD RE поставляются в той же комплектации и упаковке что и простые диски для домашнего использования.
Технические характеристики
Производитель: Western Digital
Назначение: для серверов
Форм-фактор накопителя: 3.5"
Буфер накопителя: 64Мб
Скорость вращения шпинделя: 7200 об./мин.
Интерфейс: SATA 6Gb/s
Уровень шума в рабочем режиме: 3.3 Бел
Время наработки на отказ: 1.4 млн. часов
Максимальная перегрузка в выключенном состоянии: 300G
Максимальная перегрузка в режиме чтения: 65G
Рабочая температура: от 0°C до 55°C
Энергопотребление: 8.6 Вт
Габариты (ширина x высота х глубина): 102 x 26 x 147 мм
Гарантийный срок: 60 месяцев
Внешний вид и особенности
На верхней крышке находится знакомая многим наклейка с указанием серийного номера устройства, описанием режимов работы при установке джампера, даты изготовления и номера модели. Причислить накопитель к серверным решением помогает лишь наклейка с надписью Enterprise-class.
На обороте находится печатная плата с контроллером и другими вспомогательными элементами.
Форм-фактор накопителя 3.5 дюйма, а вес 650 грамм.
Высота или толщина стандартная и составляет 26 мм.
В качестве интерфейса выступает SATA 6Gb/s, но есть версии и с SAS.
Приведу расшифровку модельного номера WD1003FBYZ:
WD - Western Digital, 100 – объем дисках в определенной величине, 3 – некоторая особенность, например перпендикулярный или параллельный метод записи, F – 10 гигабайт/3.5 (данная цифра относится к 100, число умножается на 10 и получаем емкость 1000 ГБ), B – назначение, в данном случае Enterprise/RE, Y – обозначает размер кэша и обороты, Z – интерфейс диска.
К несомненным особенностям линейки WD RE можно отнести:
Адаптивная компенсация вибраций (RAFF) – корректировка движения актуатора для правильного позиционирования считывающей головки с помощью показаний акселерометров.
Ограниченный тайм-аут при коррекции ошибок (TLER) – исключает выпадение диска из RAID массива при обращении к поврежденному сектору. В этой ситуации сектор помечается как неисправный, а хост-контроллер получает сигнал о том, что диск может продолжить работу.
Двухъядерный контроллер – положительно сказывается на быстродействии при работе на повышенной нагрузке.
Двухступенчатый комбинированный актуатор – увеличение точности позиционирования считывающей головки.
Конфигурация тестового стенда
• Процессор: Intel Core i7 4790K
• Материнская плата: ASUS SABERTOOTH Z97 MARK 1
• Кулер: Corsair H110
• Термоинтерфейс: Arctic Cooling MX2
• Память: Kingston HyperX Savage (HX324C11SRK2/16)
• Видеокарта: GeForce GTX 980
• Системный SSD: SSAMSUNG 840 Pro (MZ-7PD256BW) 256 ГБ
• Тестируемый HDD: Western Digital WD1003FBYZ 1000 ГБ
• Реобас: Schyte Kaze Q-12
• БП: Corsair AX860, 860 Ватт
• Корпус: NZXT Switch 810
• Монитор: VIEWSONIC VP2770
• Операционная система: Windows 7 64-bit Service Pack 1
Тестирование
Для начала отформатируем жесткий диск в файловой системе NTFS, сделано это при помощи сторонней утилиты EASEUS.
Далее, сделаем выравнивание средствами утилиты Alignment Tool. Следует отметить, что делать это необязательно, если вы отформатировали диск средствами операционной системы.
Приведу S.M.A.R.T. устройства при помощи утилиты CrystalDiskInfo. Буфер накопителя 64 МБ, а скорость вращения шпинделя 7200 об./мин, что позволяет позиционировать диск как весьма производительный.
Anvil's Storage – суммирует полученные результаты в тестах на последовательное чтение/запись блоков по 4Мб, 4К (с глубиной очереди 4 и 16), а также чтению блоков по 32К и 128К.
Весьма неожиданное лидерство WD Green по общему баллу, правда следует учитывать, что более емкие модели, в том числе и WD RE, показывают большую производительность. Поэтому сравнивать между собой диски разного объема не совсем корректно, но чем богаты, тому и рады.
Перейдем к AS SSD, который помимо основного теста включает в себя два дополнительных – Copy Benchmark и Compression Benchmark.
При последовательном чтении WD1003FBYZ немного обходит старшую модель WD2000FYYZ, но лидерство в данном случае за зеленым.
Далее видим повышенную производительность при произвольной записи блоков 4К у WD2000FYYZ, а вот WD1003FBYZ ведет себя более скромно.
Следующий график также показывает доминирование WD2000FYYZ над остальными участниками. Другие три модели по результатам близки, разве что наблюдается некоторое отставание при записи у WD40PURX.
А здесь видим явное превосходство двух моделей WD RE, особенно заметно различие по времени доступа в операциях записи.
Но по совокупности WD30EZRX все же вырывает пальму первенства.
Copy Benchmark - измеряет скорость и длительность копирования в трёх сценариях работы.
Данный в таблице указывают на некоторое преимущество рассматриваемой модели, но в общем и целом все накопители показывают близкие результаты.
Compression Benchmark как и в случае с любым стандартным жестким диском производительность остается постоянной вне зависимости от степени сжимаемости данных. Хотя здесь и заметны некоторые зубцы, но это не критично.
ATTO Disk Benchmark – излюбленный тест для производителей SSD, но и для тестирования жёстких дисков он вполне пригоден.
Если исходить из максимальных значений скорости/записи, то WD30EZRS/WDPURX выглядят поинтереснее, хотя весьма ощутимый отрыв в записи демонстрирует WD RE на 2 терабайта, а вот младшая модель немного отстала.
HD Tune Pro показывает раздельно минимальную, среднюю и максимальную скорость, а также показывает параметры пиковой скорости, загрузки процессора и времени доступа. Далее приведены результаты только для последовательной скорости чтения, так как для других дисков данные у автора отсутствуют.
CrystalDiskMark – с ростом объема данных заметно снижение скорости чтения, но в целом это вполне типичные результаты для накопителей такого класса.
Для исправной работы жестких дисков данной серии крайне рекомендуется обеспечить своевременный отвод тепла, что позволит продлить жизнь вашего накопителя на долго.
Вывод
Что же в итоге можно сказать? К подобному сводному тестированию следует относиться спокойно и не воспримимать результаты как доводы последней инстанции. Все дело в том, что каждый накопитель Western Digital относящийся к той или иной серии полностью раскроется только в специфических условиях. Например, тестирование Purple в системах для видеонаблюдения или WD RE в ЦОД. Если вы уверены, что в домашних условиях сможете обеспечить достойную нагрузку для такого накопителя, то советую его и прикупить, разве что для большей производительности посмотрите в сторону более емкой модели серии WD RE, например WD40FYYZ. Диск не плохо показал себя в ходе тестирования и результаты вполне сопоставимы с моделью WD20FYYZ. Из отрицательных моментов я могу лишь отметить стрекотание при работе. Не то чтобы звук сильно громкий, но на фоне тихой работы домашнего компьютера его становится отчетливо слышно. Кроме того надо учитывать, что для работы таких накопителей кране желателен активный обдув вентилятором, дабы избежать перегрева при больших нагрузках. Если кому-то покажутся данные диски слишком дорогими, то можно посмотреть в сторону серии WD SE, которая также обладает повышенной надежностью.
Плюсы:
+ Оптимизирован для RAID массивов
Минусы:
- Стрекотание при работе
P/S: Выражаю благодарность компании ДНС и Клубу Экспертов за возможность размещения обзора на данной площадке. А также, выражаю благодарность компании Western Digital, которая является текущим спонсором клуба.
Когда встает потребность в значительном увеличении дисковой системы сверх того, что предусмотрено материнской платой, или в значительном повышении уровня быстродействия и отказоустойчивости дисковой подсистемы, пользователь сталкивается с выбором дискового контроллера.
Сложность выбора заключается в том, что кроме того, что контроллеры бывают с интерфейсами SATA и SAS, так они еще выпускаются в трех вариантах функционала: RAID-контроллер, HBA и Expander. Давайте разбираться.
Рассмотрим тиры интерфейсов
SATA – наследник или следующая ступень развития IDE интерфейса и расшифровываемый как Serial Advanced Technology Attachment (последовательная технология подключения). К слову, IDE после появления SATA, сначала переименовали в ATA, а затем в PATA - Parallel Advanced Technology Attachment (параллельная технология подключения). Так же SATA и унаследовал свой сегмент применения - домашние-офисный сегмент. Не полностью, конечно, есть и энтерпрайз sata диски, но общее позиционирование интерфейса – все-таки ближе к рядовому потребителю, чем к корпоративному.
SAS – тоже наследник прошедшего поколения, но полностью корпоративного сектора. При этом своим появлением он не заставил никого переименовываться, а уже в своем имени несет наследственность «родителя» и расшифровывается как Serial Attached SCSI.
Остановимся немного на втором типе интерфейса, поскольку он для нас более профильный и в отличии от домашнего сегмента обладает рядом интересных особенностей.
Обратная совместимость с SATA: к любому SAS устройству можно подключить SATA диск, так что не стоит волноваться о доступности информации на SATA дисках, если в систему планируется добавить SAS контроллер. Главное не подключайте к контроллеру мобильные и домашние диски из-за их особенности определения времени наработки.
Дело в том, что по умолчанию SAS-контроллер все время будет держать диск в активном состоянии - посылать нулевые и контрольные пакеты и в случае превышения времени ответа помечать диск, как неисправный.
Работа по MAC-адресу: в отличии от SATA диска, SAS диски имеют каждый свой персональный mac-адрес, как любая сетевая карта. Связанно это с объемом дисков в одной связанной системе: SAS контроллер способен оперировать 16384 устройствами.
Если вы собрали два массива из четырех SATA дисков силами домашней материнской платы или простого SATA контроллера, а затем поменяли местами диски из разных массивов – система закономерно отрапортует вам о разрушении обоих массивов.
В случае с SATA система оперирует только адресным портами нахождением диска относительно контроллера, т.е. диски 00 и 01 это первый массив, а 02 и 03 это второй. Касаемо же SAS структуры - контроллер всегда оперирует адресом самого диска, а не его расположением относительно порта контроллера.
Так что, даже если вы переставите диск не только в соседний разъем, а вообще в соседнюю дисковую полку, подключенную к этому же контроллеру, с точки зрения системы вообще не произойдет ничего внештатного. Все диски доступны, все работает штатно.
Что же касается типов контроллеров по функционалу:
Начнем с самого простого по функциональности – SAS Expander (экспандер)
Это не совсем контроллер в типичном понимании этого слова. Задача экспандера – расширение дисковой подсистемы. Действует он аналогично обычному разветвителю, позволяет подключить к контроллеру дополнительные диски.
При этом хоть и занимая 1 единицу адресного пространства в топологии, но обеспечивая прозрачность подключения. Другими словами, экспандеру не нужны драйвера, только питание. Ни каких настроек у экспандера нет и никакого управления дисками не предусматривается.
Еще одна тонкость, у экспандера нет входящих, исходящих и приоритетных портов. А из-за того, что SAS-контроллеры работают адресно, можно не бояться петель и параллельных подключений, на топологии, функционале и скорости это никак не скажется.
Вторая важная особенность, через экспандер можно подключать SATA диски к SAS контроллеру, а вот к SATA контроллеру не получится, т.к. сам экспандер является SAS-устройством.
SAS HBA – он же Host Bus Adapter (Адаптер главной шины)
Как и экспандер выполняет задачу по расширению дисковой подсистемы, но в отличие от него осуществляет подключение к системе SAS устройств, если изначально система не располагает этим интерфейсом. Как и в случае со SCSI, SAS интерфейс используется не только дисками, но и внешними устройствами, например, ленточными библиотеками, стримерами или дисковыми полками.
В отличие от экспандера HBA работает через драйвер и может предлагать простейший функционал по настройке подключенного массива дисков, как правило это объединение дисков в 0, 1, 10 уровень или организацию JBOD, когда данные пишутся последовательно на все доступные диски. С точки зрения системы JBOD - это просто один диск, размер которого увеличивается, когда к HBA подключается новый диск и назначается входящим в данную группу.
SAS RAID – самый «продвинутый» вариант контроллера. Он обладает возможностями всех вышеперечисленных типов, но имеет высокопроизводительный процессор для выполнения более сложных операций. Рейд контроллер конечно же, как и HBA, требует установку драйвера.
Так же, как и HBA, может объединять диски в 0, 1, 10, JBOD массивы, но в отличии от HBA способен работать с массивами 5, 6, 50 и 60 уровней и обеспечивать на порядок большую производительность на операциях ввода/вывода.
К сожалению, в отличии от предыдущих «собратьев», хоть рейд контроллер и несет на себе только пассивный радиатор, но он строго нуждается в обдуве. Как и говорилось в статье о режимах эксплуатации, если устройство не имеет активного охлаждения, это не значит, что ему не нужен обдув.
Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, это не новое супергеройское трио из вселенной Marvel. Речь идёт о хранении наших драгоценных цифровых данных. Нам нужно где-то их хранить, надёжно и стабильно, чтобы мы могли иметь к ним доступ и изменять за мгновение ока. Забудьте о Железном человеке и Торе — мы говорим о жёстких дисках!
Итак, давайте погрузимся в изучении анатомии устройств, которые мы сегодня используем для хранения миллиардов битов данных.
You spin me right round, baby
Механический накопитель на жёстких дисках (hard disk drive, HDD) был стандартом систем хранения для компьютеров по всему миру в течение более 30 лет, но лежащие в его основе технологии намного старше.
Первый коммерческий HDD компания IBM выпустила в 1956 году, его ёмкость составляла аж 3,75 МБ. И в целом, за все эти годы общая структура накопителя не сильно изменилась. В нём по-прежнему есть диски, которые используют для хранения данных намагниченность, и есть устройства для чтения/записи этих данных. Изменился же, и очень сильно, объём данных, который можно на них хранить.
В 1987 году можно было купить HDD на 20 МБ примерно за 350 долларов; сегодня за такие же деньги можно купить 14 ТБ: в 700 000 раз больший объём.
Мы рассмотрим устройство не совсем такого размера, но тоже достойное по современным меркам: 3,5-дюймовый HDD Seagate Barracuda 3 TB, в частности, модель ST3000DM001, печально известную своим высоким процентом сбоев и вызванных этим юридических процессов. Изучаемый нами накопитель уже мёртв, поэтому это будет больше похоже на аутопсию, чем на урок анатомии.
Перевернув накопитель, мы видим печатную плату и несколько разъёмов. Разъём в верхней части платы используется для двигателя, вращающего диски, а нижние три (слева направо) — это контакты под перемычки, позволяющие настраивать накопитель под определённые конфигурации, разъём данных SATA (Serial ATA) и разъём питания SATA.
Serial ATA впервые появился в 2000 году. В настольных компьютерах это стандартная система, используемая для подключения приводов к остальной части компьютера. Спецификация формата претерпела множество ревизий, и сейчас мы пользуемся версией 3.4. Наш труп жёсткого диска имеет более старую версию, но различие заключается только в одном контакте в разъёме питания.
В подключениях передачи данных для приёма и получения данных используется дифференцированный сигнал: контакты A+ и A- используются для передачи инструкций и данных в жёсткий диск, а контакты B — для получения этих сигналов. Подобное использование спаренных проводников значительно снижает влияние на сигнал электрического шума, то есть устройство может работать быстрее.
Если говорить о питании, то мы видим, что в разъёме есть по паре контактов каждого напряжения (+3.3, +5 и +12V); однако большинство из них не используется, потому что HDD не требуется много питания. Эта конкретная модель Seagate при активной нагрузке использует менее 10 Вт. Контакты, помеченные как PC, используются для precharge: эта функция позволяет вытаскивать и подключать жёсткий диск, пока компьютер продолжает работать (это называется горячей заменой (hot swapping)).
Контакт с меткой PWDIS позволяет удалённо перезагружать (remote reset) жёсткий диск, но эта функция поддерживается только с версии SATA 3.3, поэтому в моём диске это просто ещё одна линия питания +3.3V. А последний контакт, помеченный как SSU, просто сообщает компьютеру, поддерживает ли жёсткий диск технологию последовательной раскрутки шпинделей staggered spin up.
Перед тем, как компьютер сможет их использовать, диски внутри устройства (которые мы скоро увидим), должны раскрутиться до полной скорости. Но если в машине установлено много жёстких дисков, то внезапный одновременный запрос питания может навредить системе. Постепенная раскрутка шпинделей полностью устраняет возможность таких проблем, но при этом перед получением полного доступа к HDD придётся подождать несколько секунд.
Сняв печатную плату, можно увидеть, как она соединяется с компонентами внутри устройства. HDD не герметичны, за исключением устройств с очень большими ёмкостями — в них вместо воздуха используется гелий, потому что он намного менее плотный и создаёт меньше проблем в накопителях с большим количеством дисков. С другой стороны, не стоит и подвергать обычные накопители открытому воздействию окружающей среды.
Благодаря использованию таких разъёмов минимизируется количество входных точек, через которые внутрь накопителя могут попасть грязь и пыль; в металлическом корпусе есть отверстие (большая белая точка в левом нижнем углу изображения), позволяющее сохранять внутри давление окружающей среды.
Теперь, когда печатная плата снята, давайте посмотрим, что находится внутри. Тут есть четыре основных чипа:
- LSI B64002: чип основного контроллера, обрабатывающий инструкции, передающий потоки данных внутрь и наружу, корректирующий ошибки и т.п.
- Samsung K4T51163QJ: 64 МБ DDR2 SDRAM с тактовой частотой 800 МГц, используемые для кэширования данных
- Smooth MCKXL: управляет двигателем, крутящим диски
- Winbond 25Q40BWS05: 500 КБ последовательной флеш-памяти, используемой для хранения встроенного ПО накопителя (немного похожего на BIOS компьютера)
Открыть накопитель просто, достаточно открутить несколько болтов Torx и вуаля! Мы внутри…
Учитывая, что он занимает основную часть устройства, наше внимание сразу привлекает большой металлический круг; несложно понять, почему накопители называются дисковыми. Правильно их называть пластинами; они изготавливаются из стекла или алюминия и покрываются несколькими слоями различных материалов. Этот накопитель на 3 ТБ имеет три пластины, то есть на каждой стороне одной пластины должно храниться 500 ГБ.
Изображение довольно пыльное, такие грязные пластины не соответствуют точности проектирования и производства, необходимого для их изготовления. В нашем примере HDD сам алюминиевый диск имеет толщину 0,04 дюйма (1 мм), но отполирован до такой степени, что средняя высота отклонений на поверхности меньше 0,000001 дюйма (примерно 30 нм).
Базовый слой имеет глубину всего 0,0004 дюйма (10 микронов) и состоит из нескольких слоёв материалов, нанесённых на металл. Нанесение выполняется при помощи химического никелирования с последующим вакуумным напылением, подготавливающих диск для основных магнитных материалов, используемых для хранения цифровых данных.
Этот материал обычно является сложным кобальтовым сплавом и составлен из концентрических кругов, каждый из которых примерно 0,00001 дюйма (примерно 250 нм) в ширину и 0,000001 дюйма (25 нм) в глубину. На микроуровне сплавы металлов образуют зёрна, похожие на мыльные пузыри на поверхности воды.
Каждое зерно обладает собственным магнитным полем, но его можно преобразовать в заданном направлении. Группирование таких полей приводит к возникновению битов данных (0 и 1). Если вы хотите подробнее узнать об этой теме, то прочитайте этот документ Йельского университета. Последними покрытиями становятся слой углерода для защиты, а потом полимер для снижения контактного трения. Вместе их толщина составляет не больше 0,0000005 дюйма (12 нм).
Скоро мы увидим, почему пластины должны изготавливаться с такими строгими допусками, но всё-таки удивительно осознавать, что всего за 15 долларов можно стать гордым владельцем устройства, изготовленного с нанометровой точностью!
Однако давайте снова вернёмся к самому HDD и посмотрим, что же в нём есть ещё.
Жёлтым цветом показана металлическая крышка, надёжно крепящая пластину к электродвигателю привода шпинделя — электроприводу, вращающему диски. В этом HDD они вращаются с частотой 7200 rpm (оборотов/мин), но в других моделях могут работать медленнее. Медленные накопители имеют пониженный шум и энергопотребление, но и меньшую скорость, а более быстрые накопители могут достигать скорости 15 000 rpm.
Чтобы снизить урон, наносимый пылью и влагой воздуха, используется фильтр рециркуляции (зелёный квадрат), собирающий мелкие частицы и удерживающий их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. Над дисками и рядом с фильтром есть один из трёх разделителей пластин: помогающих снижать вибрации и поддерживать как можно более равномерный поток воздуха.
В левой верхней части изображения синим квадратом указан один из двух постоянных стержневых магнитов. Они обеспечивают магнитное поле, необходимое для перемещения компонента, указанного красным цветом. Давайте отделим эти детали, чтобы видеть их лучше.
То, что выглядит как белый пластырь — это ещё один фильтр, только он очищает частицы и газы, попадающие снаружи через отверстие, которое мы видели выше. Металлические шипы — это рычаги перемещения головок, на которых находятся головки чтения-записи жёсткого диска. Они с огромной скоростью движутся по поверхности пластин (верхней и нижней).
Посмотрите это видео, созданное The Slow Mo Guys, чтобы увидеть, насколько они быстрые:
В конструкции не используется чего-то вроде шагового электродвигателя; для перемещения рычагов по соленоиду в основании рычагов проводится электрический ток.
Обобщённо их называют звуковыми катушками, потому что они используют тот же принцип, который применяется в динамиках и микрофонах для перемещения мембран. Ток генерирует вокруг них магнитное поле, которое реагирует на поле, созданное стержневыми постоянными магнитами.
Не забывайте, что дорожки данных крошечны, поэтому позиционирование рычагов должно быть чрезвычайно точным, как и всё остальное в накопителе. У некоторых жёстких дисков есть многоступенчатые рычаги, которые вносят небольшие изменения в направление только одной части целого рычага.
В некоторых жёстких дисках дорожки данных накладываются друг на друга. Эта технология называется черепичной магнитной записью (shingled magnetic recording), и её требования к точности и позиционированию (то есть к попаданию постоянно в одну точку) ещё строже.
На самом конце рычагов есть очень чувствительные головки чтения-записи. В нашем HDD содержится 3 пластины и 6 головок, и каждая из них плавает над диском при его вращении. Для этого головки подвешены на сверхтонких полосках металла.
И здесь мы можем увидеть, почему умер наш анатомический образец — по крайней мере одна из головок разболталась, и что бы ни вызвало изначальный повреждение, оно также погнуло один из рычагов. Весь компонент головки настолько мал, что, как видно ниже, очень сложно получить её качественный снимок обычной камерой.
Однако мы можем разобрать отдельные части. Серый блок — это специально изготовленная деталь под названием «слайдер»: когда диск вращается под ним, поток воздуха создаёт подъёмную силу, поднимая головку от поверхности. И когда мы говорим «поднимает», то имеем в виду зазор шириной всего 0,0000002 дюйма или меньше 5 нм.
Чуть дальше, и головки не смогут распознавать изменения магнитных полей дорожки; если бы головки лежали на поверхности, то просто поцарапали бы покрытие. Именно поэтому нужно фильтровать воздух внутри корпуса накопителя: пыль и влага на поверхности диска просто сломают головки.
Крошечный металлический «шест» на конце головки помогает с общей аэродинамикой. Однако чтобы увидеть части, выполняющие чтение и запись, нам нужна фотография получше.
На этом изображении другого жёсткого диска устройства чтения и записи находятся под всеми электрическими соединениями. Запись выполняется системой тонкоплёночной индуктивности (thin film induction, TFI), а чтение — туннельным магнеторезистивным устройством (tunneling magnetoresistive device, TMR).
Создаваемые TMR сигналы очень слабы и перед отправкой должны проходить через усилитель для повышения уровней. Отвечающий за это чип находится рядом с основанием рычагов на изображении ниже.
Как сказано во введении к статье, механические компоненты и принцип работы жёсткого диска почти не изменились за многие годы. Больше всего совершенствовалась технология магнитных дорожек и головок чтения-записи, создавая всё более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводило к увеличению объёма хранимой информации.
Однако механические жёсткие диски имеют очевидные ограничения скорости. На перемещение рычагов в нужное положение требуется время, а если данные разбросаны по разным дорожкам на различных пластинах, то на поиски битов накопитель будет тратить довольно много микросекунд.
Прежде чем переходить к другому типу накопителей, давайте укажем ориентировочные показатели скорости типичного HDD. Мы использовали бенчмарк CrystalDiskMark для оценки жёсткого диска WD 3.5" 5400 RPM 2 TB:
В первых двух строчках указано количество МБ в секунду при выполнении последовательных (длинный, непрерывный список) и случайных (переходы по всему накопителю) чтения и записи. В следующей строке показано значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке показана средняя задержка (время в микросекундах) между передачей операции чтения или записи и получением значений данных.
В общем случае мы стремимся к тому, чтобы значения в первых трёх строчках были как можно больше, а в последней строчке — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих числах, мы просто используем их для сравнения, когда будем рассматривать другой тип накопителя: твердотельный накопитель.
Читайте также: