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[存储]SAS接口专业服务器硬盘详细拆解,带你了解内部构造与SATA区别 [复制链接]

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— 本帖被 青柠 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2017-08-31) —
专业的东西都有专业范儿。什么叫做专业?专业就是把简单的事情弄复杂了,普通人用不了的东西那就叫专业,用普通话说就是装逼。。。

比如交通工具,没表全靠估计的是自行车小朋友都能开,有俩表盘的那是摩托,开它你就得考个证,有三四个的就能叫汽车了,这个证考起来更难更贵,十几个表能开火车,100个那就是喷气飞机,1000个那是航天飞机。一般人最多能上一个月驾校开个汽车,或者上几年大学当个高铁司机,喷气飞机以上那就叫高技术专业,逼格高得不得了。能开航天飞机的那种逼格就没几个地球人能装得了了。有10000个表的据说那是UFO,不是外星人的话就别装那个逼了。。。

电脑里面的东西也不例外,Intel的CPU家用的叫Pentium系列,而专业的叫Xeon系列,同样的内核价格却贵N倍,但是白送你一块Xeon的CPU你拿回家也没法玩,接口跟家用的不一样。内存也是,专业的服务器内存要Registered ECC内存,看起来差不多,但是白送你几条回家插电脑里也没法用,这叫专业

硬盘当然也不例外,虽然外形上看起来跟家用的没啥区别,但是白送你一块专业硬盘,拿回家却怎么也插不上,人家就是故意设计得让你回家插不上的,不然公家的专业硬盘都给顺到家里用去了。

早年间还在用并口硬盘的年代,就有专业的区分了。那年头家用的硬盘接口叫IDE,专业的是SCSI,线很多,连接方式很讲究,速度很快,而且可以接很多,普通主板一个IDE口最多接两块IDE硬盘,人家SCSI一个口最少能接7个,后来可以接15个!那叫一个牛逼。

后来家用硬盘接口进化到串行的SATA了,那通讯速度跟IDE相比大幅提高,硬盘的机械速度望尘莫及,这下应该够专业的用了吧?不行,人家专业的说,切,超过机械速度咋啦,俺要是接上1万块机械盘你那SATA还是远远不够的。。。有钱人就是会玩啊。

所以SATA问世时就已经有对应的专业接口出台,就不让你家里能玩。这时的专业硬盘接口还是继承了IDE时代装逼的名字SCSI,协议也是延续SCSI基础上改进的,指令集沿用SCSI,前面加个前缀Serial Attached(串行连接),名字就叫串行SCSI,”Serial Attached SCIS“,取每个词的头一个字母简称SAS,“杀死”,这词儿听着就透着专业范儿!

今儿咱就来分解一款专业范儿的SAS硬盘,看看专业在哪儿,逼点在哪儿?


SAS究竟有多快呢?第一代SAS接口的通讯速率是3Gb/s,第二代是6Gb/s,每一代加倍,第三代就到了12Gb/s,现在正在研发的是第四代,再加倍就是22.5Gb/s了,最多一个SAS口可以同时接65535个设备!这是高射炮打蚊子吧,机械撑死能转多快,谁的硬盘有22.5Gb/s这么快?嘿,专业还就是高射炮打蚊子,别管干啥,永远用最好的!你不服不行。

SAS作为专业接口,当然有很多灵活性,不仅仅可以接硬盘而且可以用于各种其他设备的互联,所以光公开使用的接头的机械标准就有十几个,互相都不能插,乱死了。。。不过呢,硬盘上的SAS接口由于受到硬盘尺寸的限制以及兼容性的要求,基本都是用统一的一个接口标准,那就是SFF-8482插头,这个样子的,看起来有点眼熟吧:





没错,在几何尺寸和形状上它其实就是相当于把SATA的数据口和电源口做到一起组合而成,这逼装得简单啊!不过呢,实际还是有一点点不同的,要不怎么叫专业呢,等一下我们就能看到。


好了,言归正传,今天的主角登场!一个Dell牌的SAS接口专业的企业级服务器硬盘:DELL Constellation ES ST2000NM0001,2TB 容量,第二代SAS的6Gb/s数据传输率,这个SAS硬盘其实在专业硬盘里是低档的,仅算入门级的SAS盘:






咦?呆儿不是组装电脑的作坊吗,怎么还造硬盘?呵呵,呆儿确实只是个拼装电脑的作坊,所以跟Dell的鼠标啥的都一样,呆儿硬盘也是找人代工贴牌的而已。它真正的制造者被下面那个Constellation给暴露了:Constellation是希捷Seagate专业级硬盘的名字,Dell贴牌连名字都不改就直接抄来了,太容易暴露了:





不过,虽然是希捷代工,如果这个Dell硬盘坏了你去街上买个希捷原装同款的换上可能还真不行呢!因为呆儿为了垄断配件市场(当然呆儿的说法是为了保证服务质量,你懂的),在外包代工定制的硬盘里写入了Dell的专用固件,Dell的很多服务器的磁盘阵列控制器(其实也是别人代工贴牌的)只认Dell的固件,一模一样的希捷硬盘安上它是不认的,要是坏了或者需要扩容了如果你不会改固件破解的话就只能找呆儿这二道贩子那里去买啊!真是生财有道哦。


这呆儿专业硬盘的背面是这样的:





我倒,这和普通家用硬盘明明没啥区别嘛!是的,基本没啥区别。真正专业的让你在家里没法用的东西隐藏在这里,屁股上的接口:





不过这接口看起来也没啥区别吗,我家台式机上SATA硬盘跟这个接口一样啊!

嗯,你显然没仔细观察,就象教授用手指沾了一点试管里的黄色液体说味道不错,你也学着跟他一样沾了一下放到嘴里发现是尿的味道。。。教授告诉你作为一个科学家观察一定要仔细,我刚才用食指沾的尿液但是放进嘴里的是中指哦,你看到了吗。。。。

这个SAS接口和普通SATA硬盘区别在哪里呢?这是普通SATA硬盘:





这是SAS硬盘:





加了文字以后你看出区别了吧。区别就是SATA硬盘的两边(数据口和电源口)之间有一个缺口,数据线和电源线可以分开插进去,SAS硬盘的两部分之间是填死的而且凸起,所以普通的SATA电源线和数据线插不到SAS硬盘上。但是反过来,前面展示过的那个SFF-8482插头即SAS硬盘的标准数据电源线是可以插到普通硬盘上的,这是由于SATA其实是SAS之后推出的简化接口。所以SAS控制器可以用高大上的SAS专业土豪硬盘,也可以用普通的廉价SATA屌丝硬盘,现在的SAS硬盘控制器的标准是兼容SATA的——这就是所谓的单向兼容,高级的兼容低级的,土豪的兼容屌丝的,但是反过来就不行。王思聪能兼容你所有的消费,但是反过来你肯定兼容不了哦!


好了,你现在知道你和王思聪的区别了,那么我们就开始把这个王思聪拆解、分解、肢解!

先把电路板拆下,这个非常容易:





有元件一面还有块海绵保护:





海绵撕掉,元件就出来了:





主控和驱动芯片:





这边是电源啥的,左下角那个小方块形元件是震动传感器,电路板上有俩,对角安装,探测硬盘的震动用以提高数据读写可靠性的,现在的家用盘上基本都把它省掉了:





别走开,精彩楼下继续。。。
[ 此帖被hongo在2017-09-05 09:21重新编辑 ]
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关键词: SAS硬盘戴尔
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只看该作者 1楼 发表于: 08-29
其实精彩的文字都在顶楼用完了,这楼看看图片就好。。。

电路板上的三星内存,没啥好看的,右上角的长方形元件是另一个震动传感器,专业盘讲究,当然不能省:





下面开始开肠破肚,先看看从哪里下手。盘体的电路板这面有很多白色的小圆贴,大部分都是用来挡住铸铝盘体上开的一些洞的,有些是螺丝孔,有些则是测试孔啥的,用于硬盘生产时对机芯部分进行操作、设置和测试:













螺丝大部分还是在另外一边,这边有个薄的金属盖。从这里开始,尼玛螺丝孔都用铝箔贴纸给盖住了啊,这专业逼装得够全面:







这里还有:



还有这里:





这俩是长长长长长长的螺丝。为了避免磁性影响数据,硬盘上所有的螺丝都是无磁不锈钢的:





好像螺丝全都拆完了,从边上撬一撬,怎么盖子还撬不开呢:





靠,原来电机轴中心还有一个螺丝,用金属贴纸贴得真隐蔽,隐蔽得很专业:



这下一撬就开了:



五脏六腹全都在这里:




盘片很光洁很光洁很光洁哦,其实硬盘盘片是普通人在日常生活中能容易见到的机械加工精度最高的东西了,比镜子的平整度高几万倍都不止。硬盘盘片最早的材质是铝合金,后来出现了刚性更好、更稳定、变形更小的玻璃和陶瓷材质的盘片,盘片上真空蒸镀了一层精密的磁性物质镀膜,闪闪发光:







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[ 此帖被hongo在2017-08-31 19:38重新编辑 ]
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只看该作者 2楼 发表于: 08-29
所谓专业硬盘其机械部分其实和普通SATA硬盘没本质区别了,基本结构几十年来都是一样的。唯一的区别是专业级硬盘的可靠性要求高得多,所以零件精度和材料会更好些:





每个盘片上面还有一个保护用的铝合金隔离圈,形状是字母C的样子,家用盘基本不用这么复杂的结构:





这边有个白色片片,应该不是滤网,因为这里并不通向外面,可能是干燥剂,防止硬盘内水分凝结的:







盘片和C型隔离圈:








盘片的压圈,主轴电机就是通过它来带动盘片高速旋转:







拆掉一层盘片,下面又是盘片和C型保护圈:





盘片之间是这种铝合金压环垫起:





盘片旁边有磁头停放架,防止在停机运输和移动过程中磁头乱动而导致盘片或磁头损坏,设计还是挺周到的:





磁头停放架是塑料的,很简单:









继续拆,下面拆磁头:

[ 此帖被hongo在2017-09-01 19:46重新编辑 ]
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只看该作者 3楼 发表于: 08-29
从外面看这里有个很多触点的插座,这个插座就是磁头插座,用来和电路板连接,因为磁头的数量很多,每个盘片就有两组磁头,而每组磁头又包括写入和读取头,数据量很大,所以需要很多触点与电路板连接来传递信号。这个插座可以从盘体内侧拆下:





盘体里面菱形的这一块金属板其实就是上面那个插座,用金属材料是为了可靠的密封以及电磁屏蔽:







把它拆下就是磁头的电气连接插头部分:




整个磁头总成是这个样子的:








拆掉磁头的过程其实要先拆两块著名的钕铁硼稀土合金强磁铁,你懂得:








主轴电机旁边这个白条是高精密过滤器,通过盘体上的小呼吸孔与外界相通保持气压平衡,而不至于由于内外的气压差而把硬盘涨鼓或者压扁。。。现在最新的SAS硬盘有把内部填充最轻的惰性气体氦气而不是用空气的,为了更高的性能。使用氦气的话就不能与外界通气来保持气压平衡了,需要另外采取特殊的措施保证氦气不泄露和压力平衡。

这里的精密过滤器负责把呼吸孔跟外界进行空气交换时进来的空气中的灰尘PM2.5啥的全都滤除。现在的硬盘都是上世纪50年代IBM发明的温彻斯特原理的,即磁头是靠高速旋转的盘片带动粘滞在盘片表面的空气分子以极高的速度旋转(线速度超过飞机起飞的速度!)形成的比天鸽台风还要强烈的巨风把本来因支架的弹性夹在盘片上的磁头吹起来而悬浮于盘片表面来工作的,磁头因此和盘片不接触,保持一个很小的固定的间隙,所以没有磨损导致数据损失的问题,寿命和可靠性大大提高。这么高的风速需要极干净的空气才行,否则一颗小灰尘就把精密的盘片划坏了。这些极干净的空气除了硬盘厂的超净车间里封装硬盘的时候进去的之外就靠这个高精密滤网过滤:





主轴电机很精密,就埋藏在这个很粗的主轴里面,由三组线圈构成,属于同步伺服电机。主轴轴承要求在高速旋转中也不能有抖动,是很高级的机械部件。硬盘是人类高科技的结晶,是普通人日常能轻易见到最高精度的机械设备了,其主轴轴承也是日常能见到的最高级的轴承,好好珍惜吧——不过这么精密的高科技拆下来好像也没什么鸟用啊:





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[ 此帖被hongo在2017-09-01 22:55重新编辑 ]
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只看该作者 4楼 发表于: 08-29
现在再仔细看看另一个高科技精密机械装置,磁头,至少微米级的机械精度,世界上能加工这东西的工厂屈指可数:





硬盘磁头是靠音圈电机驱动的,这些整齐的线圈就是所谓音圈,是借用音响中的术语,它就象喇叭里的音圈一样在强磁场里面通过精确的伺服电流可以精密地控制磁头瞬间定位在微米以下量级的位置上。

磁头定位并不简单,其实是一个很复杂的闭环伺服系统,这个闭环系统的位置反馈信息是来自于磁头读取的数据,硬盘盘片上存储的数据除了真正的用户数据之外还有大量的伺服信息数据,每一个扇区每一条磁道上都记录有这一小段磁迹的对应的精确位置信息的数据,被磁头读取之后再反馈给控制器,控制器才知道这是不是需要找的那一段以及距离需要找的那一段还有多大距离,从而输出合适的电流驱动音圈改变位置继续查对位置信息直到找到准确定位位置为止。这个复杂的过程发生的速度非常快,毫秒量级内即可完成,所以对整个伺服系统的机械、电气和软件要求都是非常高的。

因为硬盘需要读取磁道上的定位信息才能工作,所以硬盘出厂时都是已经写满了数据的,只是其中一部分能够被擦写后用来重新写入用户的数据而已。硬盘盘片在生产出来的时候还没有任何定位数据,硬盘厂怎么让它的磁头准确定位写入数据呢?这是一个鸡生蛋和蛋生鸡的问题。。。所以硬盘厂在生产的时候最开始需要用不依靠盘片上的位置信息来给磁头定位,写入初始的位置信息,这个定位一般是通过激光定位系统通过硬盘之外的设备上的定位装置来控制磁头精确写入每个扇区磁道的信息的,这也就是为什么硬盘盘体上会有很多开口的原因——生产的时候初始化定位设备需要通过那些开口来操作硬盘的机芯写入初始化定位信息。一旦这些定位信息写好了,硬盘控制器就能知道磁道的位置从而开始工作了,以后的低级初始化等工作都是在这个基础上才可能的。






磁头特写,最上面那个已经被弄歪了,磁头的结构也是很复杂,除了要组合写入和读取头外还有精确设计的几何外形来满足磁头在盘片表面高速“飞行”时的空气动力学性能。要看清楚磁头的结构需要用显微镜,这里就不搞显微摄影了。有时间我找个显微镜看看能拍清楚照片吗。

磁头是写入和读取头的组合体,早期硬盘写入和读取都是靠一个线圈,后来为了提高记录密度,写入仍然还是用精密的线圈,而读取就改为对磁场非常敏感的特殊的磁阻材料来做了,这样可以用芯片生产中那样的微观光刻工艺做到极小的体积极高的精度来达到极大的记录密度:







磁头的排线:




磁头排线也不简单呢,上面还安装有驱动芯片哦,是倒装封装的,跟现在的CPU封装工艺一样。芯片的硅片表面非常平整光洁,象镜子一样反光:





嗯,差不多就这样了。


最后,高大上的王思聪肢解后就变成这一堆屌丝垃圾,你们考虑过王健林的感受吗:















其实这才是我真正的收获,非常强的两块免费的传说中的钕铁硼强磁铁哦,吸在一起几乎无法掰开:















剧终。
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中间突起那块切掉,就变普通盘了?
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这叫贴牌,不叫代工  
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看到热血了
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换个借口就是普通盘,转接线也几块的把
离线xiaorourou

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只看该作者 9楼 发表于: 08-29
就是sas占两个数据通道而已,没啥区别,走的协议还是sata,背面接口是另一个sata通道
也有7根线,只是比较密
和并行scsi完全是两个概念
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