通通透透看硬盘

阅读模式 · 发表于 2003-6-6 19:58:27

硬盘是电脑中存贮数据的重要部件，可是由于它长期被封闭在机箱内部，属于那种“幕后英雄”，可能对其了解不是很透彻。没有关系，在这里，我们将一起去冒险，对它作一个全面的了解吧。

　　由于SCSI硬盘平时我们接触较少，因此我们目前所提到的硬盘一般指的是IDE接口的硬盘。这种硬盘多属于温盘（Winchester），由头盘组件（HDA，Head Disk Assembly）与印刷电路板组件（PCBA，Print Circuit Board Assembly）组成。平时我们了解硬盘，多是从产品外观、产品特征及磁盘性能等方面去认识，那么硬盘的内部到底是什么样呢？相信许多朋友都不太清楚，毕竟谁都不会去冒冒失失地将硬盘拆开来，所以了解硬盘内部结构的机会实在太少了。那么就随着我一起来看看吧。

　　1、硬盘外部结构

　　（1）接口：接口包括电源接口插座和数据接口插座两部分，其中电源插座就是与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。数据接口插座则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，使用时是用一根数据线将其与主板IDE接口或与其他控制适配器的接口相连接，经常听说的40针、80芯的接口电缆也就是指数据线，数据接口可以分成IDE接口和SCSI接口两大派系（见图1）。


图1 SCSI接口

　　（2）控制电路板：大多数的控制电路板（见图2）都采用贴片式焊接，它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、高速缓存、控制与接口电路等。在电路板上还有一块ROM芯片，里面固化的程序可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等。在电路板上还安装有容量不等的高速数据缓存芯片。读写电路的作用就是控制磁头进行读写操作。磁头驱动电路直接控制寻道电机，使磁头定位。主轴调速电路是控制主轴电机带动盘体以恒定速率转动的电路。缓存（Cache）对磁盘性能所带来的作用是毋庸置疑的，在读取零碎文件数据时，大缓存能带来非常大的优势。


图2 硬盘背面的控制电路板

　　（3）外壳：硬盘的外壳与底板结合成一个密封的整体，正面的外壳保证了硬盘盘片和机构的稳定运行。在固定面板上贴有产品标签，上面印着产品型号、产品序列号、产地、生产日期等信息，由此我们可以对这款产品作一番大致的了解。除此，还有一个透气孔，它的作用就是使硬盘内部气压与大气气压保持一致。另外，硬盘侧面还有一个向盘片表面写入伺服信号的Servo孔（见图3）。<


图3 Servo孔的作用是向硬盘盘片写入伺服信号<br>

匿名 *发表于 2003-6-6 20:01:11* · 发表于 2003-6-6 20:01:11

2、硬盘内部结构

　　拆下控制电路板后再将外面的保护面拆后就现出了硬盘的内脏（见图4）。它由磁头、盘片、主轴、电机、接口及其他附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部分。将硬盘面板揭开后，内部结构即可一目了然。


图4 硬盘内部结构

　　（1）磁头组件（见图5）：
  这个组件是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，众所周知，一块硬盘存取数据的工作完全依靠磁头来进行的。没有磁头，也就没有实际意义上的硬盘。磁头的作用就类似于在硬盘盘体上进行读写的“笔尖”，通过全封闭式的磁阻感应读写，将信息记录在硬盘内部特殊的介质上。硬盘磁头的发展先后经历了“亚铁盐类磁头”、“MIG磁头”和“薄膜磁头”、“MR磁头(磁阻磁头)”等几个阶段。前三种传统的磁头技术都是采取了读写合一的电磁感应式磁头，造成了硬盘在设计方面的局限性。第四种磁阻磁头在设计方面引入了全新的分离式磁头结构，写入磁头仍沿用传统的磁感应磁头，而读取磁头则应用了新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读，针对读写的不同特性分别进行优化，以达到最好的读、写性能。现在的磁头实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，它采用了非接触式头、盘结构，加电后在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间的间隙只有0.1～0.3μm，这样可以获得很好的数据传输率。


图5 磁头组件

　　（2）磁头驱动机构：由音圈电机和磁头驱动小车组成，新型大容量硬盘还具有高效的防震动机构。硬盘的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。
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　　（3）盘片（见图6）：盘片是硬盘存储数据的载体。硬盘的盘体由多个重叠在一起并由垫圈隔开的盘片组成，盘片是表面极为平整光滑且涂有磁性物质的金属圆片。它们通过表面的磁性物质结合在一起。这种特殊物质的金属磁盘具有更高的记录密度和更强的安全性能。目前市场上主流硬盘的盘片大都是由金属薄膜磁盘构成，这种金属薄膜磁盘较之普通的金属磁盘具有更高的剩磁和高矫顽力，因此也被大多数硬盘厂商所普遍采用。除金属薄膜磁盘以外，目前已经有一些硬盘厂商开始尝试使用玻璃作为磁盘基片。与金属薄膜磁盘相比，用玻璃作为盘片有利于把硬盘盘片做得更平滑，单位磁盘密度也会更高，同时由于玻璃的坚固特性，新一代的玻璃硬磁盘在性能方面也会更加稳定。


图6 盘片结构

　　（4）主轴组件。主轴组件包括主轴部件如轴承和马达等。硬盘在工作时，通过马达的转动将用户需要存取的资料所在的扇区带到磁头下方，马达的转速越快，用户存取数据的时间也就越短。从这个意义上讲，硬盘马达的转速在很大程度上决定了硬盘最终的速度。随着硬盘容量的扩大和速度的提高，马达的速度也在不断提升，在当今硬盘不断向着超大容量迈进的同时，硬盘的速度也在不断提高，目前，现在7200转、2MB缓存的大容量硬盘已经成为装机的首选。随着硬盘转速的不断提高，同时也会带来诸如磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列负面问题。传统的普通滚珠轴承马达无法妥善解决这些问题，于是先前曾广泛应用在精密机械工业上的液态轴承马达（Fluid Dynamic Bearing Motors）被引入到硬盘技术中。希捷推出的酷鱼四产品中就采用了上述技术。这种技术与传统的滚珠轴承马达相比，一方面避免了与金属面的直接磨擦，将传统马达所带来的噪声及温度降至最低；另一方面，油膜可以有效地吸收外来的震动，使硬盘的抗震能力得到了提高，从而也使硬盘的寿命得到了延长。

　　至此，我们对于硬盘的内部结构也算是走马观花地看一遍，希望能为朋友们更好地了解硬盘使用硬盘起一点作用。