硬盤

　　硬盤作為計算機主要的外部存儲設(shè)備，隨著設(shè)計技術(shù)的不斷更新和廣泛應(yīng)用，不斷朝著容量更大、體積更小、速度更快、性能更可靠、價格更便宜的方向發(fā)展。

　　目前市場上的硬盤除昆騰公司的Bigfoot（大腳）系列為5.25英寸結(jié)構(gòu)外，其他都為3.25英寸產(chǎn)品，其中5.25英寸又有半高型和全高型之分。
　　我們先對硬盤的外部結(jié)構(gòu)作簡單的介紹。

　　1、接口
　　包括電源插口和數(shù)據(jù)接口兩部分，其中電源插口與主機電源相聯(lián)，為硬盤工作提供電力保證。數(shù)據(jù)接口則是硬盤數(shù)據(jù)和主板控制器之間進行傳輸交換的紐帶，根據(jù)聯(lián)接方式的差異，分為EIDE接口和SCSI接口。EIDE接口由于造價低廉，使用方便，為多數(shù)硬盤采用。而采用SCSI接口則必須另配SCSI卡才能使用，雖然其價格相對較高，但卻具有優(yōu)良的傳輸性能，多在計算機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和高檔圖形工作站等設(shè)備中使用。

2、控制電路板

　　采用貼片式元件焊接，包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動與伺服定位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在電路板上還有一塊高效的單片機ROM芯片，其固化的軟件可以進行硬盤的初始化，執(zhí)行加電和啟動主軸電機，加電初始尋道、定位以及故障檢測等。基于穩(wěn)定運行和加強散熱的原因，控制電路板都是裸露在硬盤表面的。在電路板上還安裝有高速緩存芯片，通常為128KB或256KB，而目前最新產(chǎn)品為了獲得更高的傳輸效率，已逐步使用512KB甚至2048KB的數(shù)據(jù)緩存。

3、固定蓋板

　　實際上它是硬盤的面板，用以標注產(chǎn)品的型號、產(chǎn)地、設(shè)置數(shù)據(jù)等，和底板結(jié)合成一個密封的整體，保證硬盤盤片和機構(gòu)的穩(wěn)定運行。

4、安裝螺孔

　　用于硬盤的安裝，對于3.25英寸的產(chǎn)品，固定蓋板和側(cè)面都具有安裝孔，可以方便靈活地放置。

　　下面我們來介紹硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)由固定面板、控制電路板、盤頭組件、接口及附件等幾大部分組成，而盤頭組件是構(gòu)成硬盤的核心，封裝在硬盤的凈化腔體內(nèi)，包括浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機構(gòu)、盤片及主軸驅(qū)動機構(gòu)、前置讀寫控制電路等。

　　1、浮動磁頭組件

　　由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三部分組成。磁頭是硬盤技術(shù)最重要和關(guān)鍵的一環(huán)，實際上是集成工藝制成的多個磁頭的組合，它采用了非接觸式頭、盤結(jié)構(gòu)，加電后在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面飛行，飛高間隙只有 0.1-0.3μm，可以獲得極高的數(shù)據(jù)傳輸率�，F(xiàn)在轉(zhuǎn)速達5400rpm的硬盤飛高都低于0.3μm，以利于讀取較大的高信噪比信號，提供數(shù)據(jù)傳輸存儲的可靠性。由于早期硬盤采用的磁感應(yīng)磁頭在讀寫使用和設(shè)計上的局限性，新型大容量的硬盤產(chǎn)品都采用了新型MR磁阻磁頭。

　　MR磁阻磁頭采用了讀寫分離的磁頭結(jié)構(gòu)，寫操作時使用傳統(tǒng)的磁感應(yīng)磁頭，讀操作則采用MR磁頭。分離設(shè)計可以針對磁頭的不同特性分別進行優(yōu)化，以得到最佳的讀寫性能。

　　由于MR磁頭采用特殊材料制成，在磁場作用下可改變MR元件的電阻值和電流，當(dāng)磁頭飛過盤片表面時通過阻值變化去感應(yīng)信號，因而對信號變化相當(dāng)敏感，數(shù)據(jù)讀取的準確性也非常高。同時MR磁頭具有極窄的道密度，可以把盤片磁道做得很細，則相應(yīng)整體密度將提高，從而使硬盤的單碟容量可以達到以GB(1GB=1024MB)為單位。隨著技術(shù)的發(fā)展，具備更窄的道密度，采用多層結(jié)構(gòu)、磁阻效應(yīng)更好的材料制作的GMR巨磁阻磁頭也已在超大容量的硬盤中使用。

　　2、磁頭驅(qū)動機構(gòu)

　　由音圈電機和磁頭驅(qū)動小車組成，新型大容量硬盤還具有高效的防震動機構(gòu)。高精度的輕型磁頭驅(qū)動機構(gòu)能夠?qū)Υ蓬^進行正確的驅(qū)動和定位，并在很短的時間內(nèi)精確定位到系統(tǒng)指令指定的磁道上，保證數(shù)據(jù)讀寫的可靠性。磁頭機構(gòu)的電機有步進電機、力矩電機和音圈電機三種，前兩種應(yīng)用在低容量硬盤中，現(xiàn)已被淘汰，大容量硬盤多采用音圈電機驅(qū)動。

　　音圈是中間插有與磁頭相連的磁棒的的線圈，當(dāng)電流通過線圈時，磁棒就會發(fā)生位移，進而驅(qū)動裝載磁頭的小車，并根據(jù)控制器在盤面上磁頭位置的信息編碼來得到磁頭移動的距離，達到準確定位的目的。音圈電機是密封型的控制系統(tǒng)，能夠自動調(diào)整，速度比早期的驅(qū)動電機要快而且安全系數(shù)高。

　　3、盤片和主軸組件 

　　盤片是硬盤存儲數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在的盤片大都采用金屬薄膜磁盤，這種金屬薄膜較之軟磁盤的不連續(xù)顆粒載體具有更高的記錄密度。

　　主軸組件包括主軸部件如軸瓦和驅(qū)動電機等。隨著硬盤容量的擴大，主軸電機的速度也在不斷提升，導(dǎo)致了傳統(tǒng)滾珠軸承電機磨損加劇、溫度升高、噪聲增大的弊病，對速度的提高帶來了負面影響。因而生產(chǎn)廠商開始采用精密機械工業(yè)的液態(tài)軸電機技術(shù)，液態(tài)軸承電機使用黏膜液油軸承，以油膜代替滾珠可以避免金屬面的直接摩擦，噪聲和溫度減小到最低。而油膜具有有效吸收震動的能力，可以提高主軸部件的抗震能力，從理論上講液態(tài)軸承電機無磨損，壽命無限長，是目前超高速硬盤的發(fā)展趨勢。

　　4、前置控制電路 

　　前置放大電路控制磁頭感應(yīng)的信號、主軸電機調(diào)速、磁頭驅(qū)動和伺服定位等，由于磁頭讀取的信號微弱，將放大電路密封在腔體內(nèi)可減少外來信號的干擾，提高操作指令的準確性。

　　5、其他新技術(shù)

　　PRML（局部響應(yīng)最大相似）讀取通道技術(shù)。PRML技術(shù)應(yīng)用于硬盤信號讀取時，能避免因磁道過窄造成的信號干擾，大幅度地提高盤片的密度。同時由于磁盤密度的增大，磁頭在相同時間內(nèi)可以讀取到更多的信號，使得讀取速度得以提高。而通過最大相似原理的多點采樣可以把磁頭讀取到的信號與標準信號進行對比，以得出最匹配的信號再傳送出去，從而大大地提高了數(shù)據(jù)讀取的 準確性。PRML技術(shù)的普通采用，使硬盤的容量、速度、可靠性都有了不同程度的提高。

　　S.M.A.R.T.技術(shù)，即自我監(jiān)測、分析及報告技術(shù)，它可以監(jiān)控磁頭、磁盤、電機、電路等，由硬盤的監(jiān)測電路和主機上的監(jiān)測軟件對被監(jiān)對象的運行情況與歷史記錄和預(yù)設(shè)的安全值進行分析、比較，當(dāng)出現(xiàn)安全值范圍以外的情況時，會自動向用戶發(fā)出警告。而更先進的技術(shù)還可以自動降低硬盤的運行速度，把重要數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)存到其它安全扇區(qū)，通過S.M.A.R.T.技術(shù)可以對硬盤潛在故障進行有效預(yù)測，提高數(shù)據(jù)的安全性。

　　最后介紹一下硬盤的工作原理

　　硬盤驅(qū)動器加電正常工作后，利用控制電路中的單機初始化模塊進行初始化工作，此時磁頭置于盤片中心位置，初始化完成后主軸電機將啟動并高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的小車機構(gòu)移動，將浮動磁頭置于盤片表面的00道，處于等待指令的啟動狀態(tài)。當(dāng)接口電路接收到微機系統(tǒng)傳來的指令信號，通過前置放大控制電路，驅(qū)動音圈電機發(fā)出磁信號，根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭對盤片數(shù)據(jù)信息進行正確定位，并將接收后的數(shù)據(jù)信息解碼，通過放大控制電路傳輸?shù)浇涌陔娐�，反饋給主機系統(tǒng)完成指令操作。結(jié)束硬盤操作的斷電狀態(tài)，在反力矩彈簧的作用下浮動磁頭駐留到盤面中心。

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