硬盤工作原理

1、硬盤工作原理硬盤工作原理概括地說，硬盤工作原理是利用特定的磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時，將磁粒子的不同極性轉換成不同的電脈沖信號，再利用數(shù)據(jù)轉換器將這些原始信號變成電腦可以使用的數(shù)據(jù)，寫的操作正好與此相反。另外，硬盤中還有一個存儲緩沖區(qū)，這是為了協(xié)調硬盤與主機在數(shù)據(jù)處理速度上的差異而設的。由于硬盤的結構比軟盤復雜得多，所以它的格式化工作也比軟盤要復雜，分為低級格式化，硬盤分區(qū)，高級格式化并建立文件管理系統(tǒng)。硬盤驅動器加電正常工作后，利用控制電路中的單片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以高速旋轉，裝載磁頭的小車機構移動，將浮動磁頭置于

2、盤片表面的00道，處于等待指令的啟動狀態(tài)。當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，驅動音圈電機發(fā)出磁信號，根據(jù)感應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)浇涌陔娐罚答伣o主機系統(tǒng)完成指令操作。結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。      為了使您更深入的了解硬盤工作原理，特別給您找到了深入介紹硬盤的資料，請您關注：硬盤工作原理-圖片介紹硬盤作為數(shù)據(jù)的載體，是電腦用戶們最熟悉不過的PC配件了。不過大多數(shù)用戶平時都是看到硬盤的外表，對

3、于其精密的內部了解可能就不多了。其實硬盤的內部結構也沒有想象中的那么復雜，硬盤工作原理也比較簡單，下面的這篇文章將為初級讀者展示硬盤內部結構及硬盤工作原理，通過拆解讓大家對硬盤內部原理有一定的認識。這次為大家介紹的，是老一代用戶比較熟悉的曾經風靡一時的騰龍3代60GXP硬盤。雖然經歷了風光無限美的玻璃硬盤最后因為翻修極高而退出了歷史舞臺，但是60GXP作為硬盤技術的革新突破點，還是能作為硬盤發(fā)展史上的聚焦點而載入史冊。注意：筆者要鄭重地提醒大家，像本文所介紹這樣拆解硬盤會給其保存的數(shù)據(jù)帶來不可挽回的損壞，請大家一定要慎重！本次拆解的硬盤雖屬舊產品，不過現(xiàn)在新舊產品的內部構造是大同小異的。這次給

4、大家介紹硬盤的MODEL號為：IC35L040AVER07-0，從編號我們可以看出，這是“IBM Corporation”公司、3.5英寸、高度1英寸、40GB、ATA接口、60 GXP系列、7200轉/分的硬盤。除了硬盤表面上七顆螺絲外，還有三顆螺絲需要揭開貼紙才可以取下（如上圖紅圈所示）。在圖示右側虛線所圈的位置，可以在一個小孔旁看見“DO NOT COVER THIS HOLE”的提示。我們知道硬盤工作的時候盤片因高速旋轉而與空氣發(fā)生劇烈摩擦導致盤腔內部溫度急劇上升，特別是在炎熱的夏天。此小孔的作用就是讓盤腔內部的熱氣可以順利排除，使腔內壓力與大氣壓保持一致。由于硬盤內部相對來說是密封的

5、，所以透氣孔經過了一個高效的塵埃過濾器和內部相通，用以保證盤腔內部無塵的潔凈環(huán)境。在電路板的正面，我們可以清晰地看到主軸驅動芯片、讀/寫通道芯片和數(shù)據(jù)處理芯片。在電路板的背面還有一顆HY 2M的緩存芯片。揭開60GXP神秘的面紗，其內部的秘密也就展現(xiàn)在大家眼前。上圖是打開了磁頭驅動電機上半部分的俯視圖。在上圖中最搶眼的就是光滑、潔凈的盤片沒錯，那就是硬盤中承載數(shù)據(jù)存儲的介質、也是60GXP的技術閃亮點：玻璃盤片。我們知道，一般制作硬盤盤片都是以鋁合金材料作為盤基的，而IBM的硬盤工程師則采用了石英玻璃作為盤基。石英玻璃是一種較鋁合金更為堅固耐磨的盤片材質，生產成本較為低廉、磁盤的存儲密度大，在

6、盤片高速旋轉時的穩(wěn)定性和可靠性也有不同程度地提高，而且玻璃盤片的表面更為平滑、磁頭在盤片上的飛行高度降得更低、數(shù)據(jù)讀取動作更為迅速，使得其性能方面更是遙遙領先。但是，正因為磁頭飛行高度的降低致使玻璃盤片的硬盤對震動更為敏感，而IBM的工程師在當時也沒有意識到需要研發(fā)相應的磁盤抗震技術來彌補這一缺陷，最終導致玻璃硬盤出現(xiàn)大規(guī)模故障，IBM往日與日同輝的硬盤事業(yè)部也因此難逃瓦解的命運。為了可以完好地把各個部件拆卸下來，我們先要把磁頭傳動臂轉到盤片上，拆下磁頭載入/載出軌道，再把傳動臂轉出來并小心地取下。松開盤片上軸轂的螺絲，我們可以看見此硬盤內封裝了兩張用墊圈隔開的玻璃盤片。60GXP還采用了以陶

7、瓷為材料制作的主軸和軸承（仍是滾珠軸承），它比金屬的主軸、軸承更為光滑堅固，可以極大減少工作時發(fā)出的噪音。上圖為硬盤的電機，中間圓柱形的是主軸。此塊硬盤的磁頭驅動電機采用了音圈式旋轉的步進電機，它的結構非常簡單，就是在磁頭傳動臂末端套上一組電磁線圈，線圈的上下兩面各裝一個磁性非常強的永磁體。當有電流通過線圈，根據(jù)電磁感應原理，傳動臂會以傳動軸為中心發(fā)生偏轉，而磁頭移動的距離是根據(jù)控制器在盤面上磁頭位置的信息編碼來得到的。我們知道，硬盤尋道需要磁頭來回地移動，一個高精度的磁頭驅動電機可以快速地驅動磁頭按照系統(tǒng)指令指向的磁道進行精準的定位和跟蹤，保證數(shù)據(jù)讀寫的可靠性和完整性。在硬盤中側部靠4PIN

8、電源插口的方向，大家可以看見一個方形的凹面。這個是硬盤的伺服口，一般這個可以從外界直接連接入盤腔內部的口都是用鋁質貼紙封住的，有些硬盤甚至還采用了金屬片來保護這層貼紙。我們知道，硬盤內的工作環(huán)境必須是無塵的，但為什么硬盤廠商還要“多此一舉”，設置這個“危險”的通道呢？原來，硬盤盤片的磁道一般都不是在裝配之前構造的。大家可以看到，要在如此小的盤片上存儲數(shù)百G的數(shù)據(jù)，其精細程度可想而知，如果要在裝配前先構造好磁道，那么在裝配的過程中一個非常非常輕微的碰撞都有可能使硬盤產生不可預知的故障或者壞道。而伺服口的作用正是為了解決這個問題：在裝配好硬盤后，機械臂能夠通過這個小口伸進盤腔內部對硬盤進行掃描和伺

9、服信息的寫入、構造磁道，這樣不僅能最大限度地保證伺服信息的正確寫入，還可以提高硬盤最后成品的可靠性。在硬盤中非常重要的磁頭組件由三個部分組成：讀寫磁頭、傳動臂和傳動軸）。磁頭是硬盤核心技術所在的組件之一，它主要是讓電信號和磁信息進行相互轉換從而實現(xiàn)硬盤存儲、讀取數(shù)據(jù)的操作，他的工作原理就是利用某些特殊材料的阻值會隨著磁場的變化而改變的原理來存取磁盤片上數(shù)據(jù)的。磁頭技術的發(fā)展是直接決定磁盤盤片存儲密度大小的重要因素之一，薄膜感應（TEI）磁頭、各向異性磁阻（AMR，Anisotropic Magneto Resistive）磁頭和巨磁阻（GMR，Giant Magneto Resistive）磁

10、頭，是磁頭技術發(fā)展的三個標志性階段。磁頭不僅需要通過懸掛裝置固定在傳動臂上，還需要通過懸掛裝置把電子連接線牽引到傳動臂上。磁頭組件就是靠傳動臂和傳動軸來固定磁頭移動半徑對盤片進行掃描，以此來讀寫數(shù)據(jù)的。數(shù)據(jù)線則提供從傳動臂到前端控制電路芯片的電子連接。前置控制電路芯片主要負責控制磁頭感應信號、主軸電機調速、磁頭驅動和伺服定位等，由于磁頭讀取的信號非常微弱，所以將此集合放大電路的芯片密封在硬盤腔體內，可以大幅度減少其他信號的干擾，提高操作指令的準確性。下面再給大家放出幾張用不同角度拍攝磁頭的照片。在下圖中，小圈和大圈標識出來的分別是內圈急停（Inner-Diameter Crash Stop）裝置和外圈急停（Outer-Diameter Crash Stop）裝置，他們主要的作用就是防止磁頭偏離最內磁道而撞到軸轂上或者因為磁頭在往載入/載出軌道停靠的時候因