硬盤物理結構和原理

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1、一、引言自1956年IBM推出第一臺硬盤驅動器IBMRAMAC350至今已有四十多年了，其間雖沒有CPU那種令人眼花繚亂的高速發(fā)展與技術飛躍，但我們也確實看到，在這幾十年里，硬盤驅動器從控制技術、接口標準、機械結構等方面都進行了一系列改進。正是這一系列技術上的研究與突破，使我們今天終于用上了容量更大、體積更小、速度更快、性能更可靠、價格更便宜的硬盤。如今，雖然號稱新一代驅動器的JAZ、DVD-ROM、DVD-RAM、CD-RW、MO、PD等紛紛登陸大容量驅動器市場，但硬盤以其容量大、體積小、速度快、價格便宜等優(yōu)點，依然當之無愧地成為

2、桌面電腦最主要的外部存儲器，也是我們每一臺PC必不可少的配置之一。二、硬盤磁頭技術1、磁頭磁頭是硬盤中最昂貴的部件，也是硬盤技術中最重要和最關鍵的一環(huán)。傳統(tǒng)的磁頭是讀寫合一的電磁感應式磁頭，但是，硬盤的讀、寫卻是兩種截然不同的操作，為此，這種二合一磁頭在設計時必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性，從而造成了硬盤設計上的局限。而MR磁頭（Magnetoresistiveheads），即磁阻磁頭，采用的是分離式的磁頭結構：寫入磁頭仍采用傳統(tǒng)的磁感應磁頭（MR磁頭不能進行寫操作），讀取磁頭則采用新型的MR磁頭，即所謂的感應寫、磁阻讀。這樣，在設

3、計時就可以針對兩者的不同特性分別進行優(yōu)化，以得到最好的讀/寫性能。另外，MR磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應信號幅度，因而對信號變化相當敏感，讀取數(shù)據(jù)的準確性也相應提高。而且由于讀取的信號幅度與磁道寬度無關，故磁道可以做得很窄，從而提高了盤片密度，達到200MB/英寸2，而使用傳統(tǒng)的磁頭只能達到20MB/英寸2，這也是MR磁頭被廣泛應用的最主要原因。目前，MR磁頭已得到廣泛應用，而采用多層結構和磁阻效應更好的材料制作的GMR磁頭（GiantMagnetoresistiveheads）也逐漸普及。2、磁道當磁盤旋轉時，磁頭若保持

4、在一個位置上，則每個磁頭都會在磁盤表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁道。這些磁道用肉眼是根本看不到的，因為它們僅是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區(qū)，磁盤上的信息便是沿著這樣的軌道存放的。相鄰磁道之間并不是緊挨著的，這是因為磁化單元相隔太近時磁性會相互產(chǎn)生影響，同時也為磁頭的讀寫帶來困難。一張1.44MB的3.5英寸軟盤，一面有80個磁道，而硬盤上的磁道密度則遠遠大于此值，通常一面有成千上萬個磁道。3、扇區(qū)磁盤上的每個磁道被等分為若干個弧段，這些弧段便是磁盤的扇區(qū)，每個扇區(qū)可以存放512個字節(jié)的信息，磁盤驅動器在向磁盤讀取和

5、寫入數(shù)據(jù)時，要以扇區(qū)為單位。1.44MB3.5英寸的軟盤，每個磁道分為18個扇區(qū)。4、柱面硬盤通常由重疊的一組盤片構成，每個盤面都被劃分為數(shù)目相等的磁道，并從外緣的“0”開始編號，具有相同編號的磁道形成一個圓柱，稱之為磁盤的柱面。磁盤的柱面數(shù)與一個盤面上的磁道數(shù)是相等的。由于每個盤面都有自己的磁頭，因此，盤面數(shù)等于總的磁頭數(shù)。所謂硬盤的CHS,即Cylinder（柱面）、Head（磁頭）、Sector（扇區(qū)），只要知道了硬盤的CHS的數(shù)目，即可確定硬盤的容量，硬盤的容量=柱面數(shù)×磁頭數(shù)×扇區(qū)數(shù)×512B。三、硬盤接口技術硬盤接口是連

6、接硬盤驅動器和計算機的專用部件，它對計算機的性能以及在擴充系統(tǒng)時計算機連接其他設備的能力都有很大影響。硬盤驅動器接口的類型主要有：1、ST506/412接口與ESDI接口ST506/412是PC/XT、AT時代的標準接口標準。ST506/412最多可安裝4個硬盤驅動器，允許最大硬盤空間為150MB。而ESDI（EnhancedSmallDeviceInterface，增強型小型設備接口）是ST506/412接口的改進版，但與ST506/412接口互不兼容。ESDI支持的硬盤容量上增加到300MB，最大數(shù)據(jù)傳輸率為2MB/sec。目前

7、這兩種接口均已遭淘汰。2、SCSI接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）即“小型計算機系統(tǒng)接口”是一種系統(tǒng)級的接口，支持硬盤的容量突破了528MB的限制，可以同時掛接7個不同的設備。目前SCSI接口有二個標準：SCSI-2和SCSI-3。SCSI-2又稱為FastSCSI，在8bit總線下能達到10M/s的數(shù)據(jù)傳輸率。而SCSI-3包括UltraSCSI（8bit）、UltrawideSCSI（含16bit和32bit）和Ultra2SCSI。其中Ultra2SCSI在8bit數(shù)據(jù)寬度下提供40M/

8、s的數(shù)據(jù)傳輸率，在16位總線下最高能達到80M/s。SCSI接口的硬盤被廣泛應用于網(wǎng)絡服務器、工作站和小型計算機系統(tǒng)上，但由于SCSI接口硬盤的價格要比IDE接口硬盤高，而且使用時還必須另外購買SCSI接口卡，因而在家用電腦上仍以ID