硬盤內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和工作原理詳解

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1、硬盤內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)和工作原理詳解一般硬盤正面貼有產(chǎn)品標(biāo)簽，主要包括廠家信息和產(chǎn)品信息，如商標(biāo)、型號、序列號、生產(chǎn)日期、容量、參數(shù)和主從設(shè)置方法等。這些信息是正確使用硬盤的基本依據(jù)，下面將逐步介紹它們的含義。硬盤主要由盤體、控制電路板和接口部件等組成，如圖1-1所示。盤體是一個密封的腔體。硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常是指盤體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；控制電路板上主要有硬盤BIOS、硬盤緩存（即CACHE）和主控制芯片等單元，如圖1-2所示；硬盤接口包括電源插座、數(shù)據(jù)接口和主、從跳線，如圖1-3所示。圖1-1硬盤的外觀圖1-2控制電路板圖1-3硬盤接口電源插座連接電源，為硬盤工作提供電力保證。數(shù)據(jù)

2、接口是硬盤與主板、內(nèi)存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道，使用一根40針40線（早期）或40針80線（當(dāng)前）的IDE接口電纜進(jìn)行連接。新增加的40線是信號屏蔽線，用于屏蔽高速高頻數(shù)據(jù)傳輸過程中的串?dāng)_。中間的主、從盤跳線插座，用以設(shè)置主、從硬盤，即設(shè)置硬盤驅(qū)動器的訪問順序。其設(shè)置方法一般標(biāo)注在盤體外的標(biāo)簽上，也有一些標(biāo)注在接口處，早期的硬盤還可能印在電路板上。此外，在硬盤表面有一個透氣孔（見圖1-1），它的作用是使硬盤內(nèi)部氣壓與外部大氣壓保持一致。由于盤體是密封的，所以，這個透氣孔不直接和內(nèi)部相通，而是經(jīng)由一個高效過濾器和盤體相通，用以保證盤體內(nèi)部的潔凈無塵，使用中注意不要將它蓋住

3、。1.2硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常專指盤體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。盤體是一個密封的腔體，里面密封著磁頭、盤片（磁片、碟片）等部件，如圖1-4所示。圖1-4硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤的盤片是硬質(zhì)磁性合金盤片，片厚一般在0.5mm左右，直徑主要有1.8in（1in=25.4mm）、2.5in、3.5in和5.25in4種，其中2.5in和3.5in盤片應(yīng)用最廣。盤片的轉(zhuǎn)速與盤片大小有關(guān)，考慮到慣性及盤片的穩(wěn)定性，盤片越大轉(zhuǎn)速越低。一般來講，2.5in硬盤的轉(zhuǎn)速在5400r/min～7200r/min之間；3.5in硬盤的轉(zhuǎn)速在4500r/min～5400r/min之間；而5.25in硬盤

4、轉(zhuǎn)速則在3600r/min～4500r/min之間。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在2.5in硬盤的轉(zhuǎn)速最高已達(dá)15000r/min，3.5in硬盤的轉(zhuǎn)速最高已達(dá)12000r/min。有的硬盤只裝一張盤片，有的硬盤則有多張盤片。這些盤片安裝在主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，在主軸電機(jī)的帶動下高速旋轉(zhuǎn)。每張盤片的容量稱為單碟容量，而硬盤的容量就是所有盤片容量的總和。早期硬盤由于單碟容量低，所以，盤片較多，有的甚至多達(dá)10余片，現(xiàn)代硬盤的盤片一般只有少數(shù)幾片。一塊硬盤內(nèi)的所有盤片都是完全一樣的，不然控制部分就太復(fù)雜了。一個牌子的一個系列一般都用同一種盤片，使用不同數(shù)量的盤片，就出現(xiàn)了一個系列不同容

5、量的硬盤產(chǎn)品。盤體的完整構(gòu)造如圖1-5所示。圖1-5盤體的完整結(jié)構(gòu)硬盤驅(qū)動器采用高精度、輕型磁頭驅(qū)動/定位系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能使磁頭在盤面上快速移動，可在極短的時間內(nèi)精確地定位在由計算機(jī)指令指定的磁道上。目前，磁道密度已高達(dá)5400Tpi（每英寸磁道數(shù)）或更高；人們還在研究各種新方法，如在盤上擠壓（或刻蝕）圖形、凹槽和斑點(diǎn)等作為定位和跟蹤標(biāo)記，以提高到和光盤相等的道密度，從而在保持磁盤機(jī)高速度、高位密度和高可靠性的優(yōu)勢下，大幅度提高存儲容量。硬盤驅(qū)動器內(nèi)的電機(jī)都是無刷電機(jī)，在高速軸承支持下機(jī)械磨損很小，可以長時間連續(xù)工作。高速旋轉(zhuǎn)的盤體產(chǎn)生明顯的陀螺效應(yīng)，所以，在硬盤工作

6、時不宜搬動，否則，將增加軸承的工作負(fù)荷。為了高速存儲和讀取信息，硬盤驅(qū)動器的磁頭質(zhì)量小，慣性也小，所以，硬盤驅(qū)動器的尋道速度明顯快于軟驅(qū)和光驅(qū)。硬盤驅(qū)動器磁頭與磁頭臂及伺服定位系統(tǒng)是一個整體。伺服定位系統(tǒng)由磁頭臂后的線圈和固定在底板上的電磁控制系統(tǒng)組成。由于定位系統(tǒng)限制，磁頭臂只能在盤片的內(nèi)外磁道之間移動。因此，不管開機(jī)還是關(guān)機(jī)，磁頭總在盤片上；所不同的是，關(guān)機(jī)時磁頭停留在盤片啟停區(qū)，開機(jī)時磁頭“飛行”在磁盤片上方。1.3硬盤的邏輯結(jié)構(gòu)(1)硬盤上的數(shù)據(jù)是如何組織與管理的呢？硬盤首先在邏輯上被劃分為磁道、柱面以及扇區(qū)，其結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1-6所示。圖1-6磁頭、柱面和扇區(qū)

7、每個盤片的每個面都有一個讀寫磁頭，磁盤盤面區(qū)域的劃分如圖1-7所示。磁頭靠近主軸接觸的表面，即線速度最小的地方，是一個特殊的區(qū)域，它不存放任何數(shù)據(jù)，稱為啟停區(qū)或著陸區(qū)（LandingZone），啟停區(qū)外就是數(shù)據(jù)區(qū)。在最外圈，離主軸最遠(yuǎn)的地方是“0”磁道，硬盤數(shù)據(jù)的存放就是從最外圈開始的。那么，磁頭是如何找到“0”磁道的位置的呢？從圖1-5中可以看到，有一個“0”磁道檢測器，由它來完成硬盤的初始定位?！?”磁道是如此的重要，以致很多硬盤僅僅因為“0”磁道損壞就報廢，這是非?？上У摹＿@種故障的修復(fù)技術(shù)在后面的章節(jié)中有詳細(xì)的介紹。圖1-7硬盤盤片的啟停區(qū)和