硬盤圖解教程

在電腦系統(tǒng)中，硬盤一直都扮演著默默無聞的勞動(dòng)者模樣，大家一直都很注重CPU的速度、主板的功能、內(nèi)存的頻率、顯卡的性能，卻很少在硬盤上花過多的功夫。其實(shí)，硬盤中的學(xué)問還真不少。如果大家正打算自己動(dòng)手組裝一臺(tái)電腦，又想選一款適合自己的好硬盤，那么請(qǐng)仔細(xì)閱讀完本文，你就會(huì)成為一個(gè)硬盤行家了。
　　硬盤的組成
　　首先，我們來看看硬盤的外形（圖1）。硬盤和內(nèi)存、CPU不同，硬盤掂量在手上有種厚實(shí)沉重的感覺。在硬盤的正面會(huì)有該硬盤的型號(hào)、容量等信息（圖2），我們可以看到該硬盤是西數(shù)公司的產(chǎn)品，容量為320GB，接口為IDE模式，型號(hào)為WD3200JB-22KFA0，生產(chǎn)地為馬來西亞等.


圖一


圖二

對(duì)于IDE硬盤來說，硬盤的正面或接口上邊還標(biāo)識(shí)了主從盤的跳線說明（圖3），按照提示，你可以很容易的將你的硬盤設(shè)置為主盤（Master）、從盤（Slave）或者線纜選擇（Cable），硬盤廠商出廠默認(rèn)都是設(shè)置為主盤（Master）。


圖三
從物理角度來說，硬盤主要由硬盤的盤片、磁頭、傳動(dòng)部件、主軸、PCB底層電路板以及接口等組成（圖4）。


圖四
硬盤盤片
   硬盤在電腦系統(tǒng)中的作用主要是用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)最終是存放在硬盤的盤片上（圖5），而硬盤的其他部分都是為其服務(wù)的。硬盤盤片一般采用硬質(zhì)合金制造，表面上被涂上了磁性物質(zhì)，通過磁頭的讀寫，將數(shù)據(jù)記錄在其中。由于盤片在硬盤中要高速旋轉(zhuǎn)，所以硬盤的盤片表面都十分光滑，而且耐磨度都很高，多為鋁合金制作，IBM等公司也使用過其他的材料來制作盤片，如玻璃質(zhì)材等。通常一個(gè)硬盤由若干張盤片疊加而成，目前一張盤片的單碟容量已經(jīng)達(dá)到驚人的133GB，而總?cè)萘扛哌_(dá)400GB。


圖五
硬盤盤片由于需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)，通常都是密封在硬盤中的，此時(shí)如果有灰塵或細(xì)小的雜物沾在盤片上，將會(huì)對(duì)硬盤造成巨大的傷害，所以我們絕對(duì)不要私自拆卸完好的硬盤。
硬盤磁頭
　　如果我們把硬盤的盤片比喻成記錄內(nèi)容的紙張，那么磁頭就相當(dāng)于寫字的筆。硬盤磁頭（圖6）是用線圈纏繞在磁芯上制成的，當(dāng)硬盤盤片高速運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，磁頭能夠通過電流的變化去感應(yīng)盤片上記錄的內(nèi)容。最早的硬盤磁頭是讀寫合一的，但是對(duì)于讀寫兩種不同的速度無法取得一個(gè)平衡點(diǎn)，于是IBM提出將讀寫操作分開，這就是之后的各項(xiàng)異性磁阻技術(shù)（AMR）。


圖六
和我們用手寫字不一樣，我們寫字的時(shí)候筆尖是要接觸到紙張的。而磁頭在讀寫的時(shí)候雖然和盤片的距離相當(dāng)近（0.1～0.3μm），但是不能靠在盤片上，這就要求盤片旋轉(zhuǎn)的時(shí)候要非常平穩(wěn)，磁頭和盤片的相對(duì)距離要保持得當(dāng)。當(dāng)硬盤在工作的時(shí)候，要盡量不去劇烈晃動(dòng)它，否則很可能會(huì)造成磁頭碰撞盤片從而縮短硬盤的壽命。
傳動(dòng)部件
　　硬盤的傳動(dòng)部件包括傳動(dòng)手臂以及傳動(dòng)軸，在傳動(dòng)手臂的末端安放了硬盤磁頭，進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的讀寫。當(dāng)硬盤沒有工作時(shí)，傳動(dòng)部件將磁頭停放在硬盤盤片的最內(nèi)圈的起停區(qū)內(nèi)。開始工作時(shí)，硬盤中固化在ROM芯片中的程序開始對(duì)硬盤進(jìn)行初始化，工作完成后，主軸開始高速旋轉(zhuǎn)，由傳動(dòng)部件將磁頭懸浮在盤片0磁道處待命，當(dāng)有讀寫命令時(shí)，傳動(dòng)手臂以傳動(dòng)軸為圓心擺動(dòng)，將磁頭帶到需要讀寫數(shù)據(jù)的地方去。如果出現(xiàn)突然斷電的情況，硬盤的反力矩彈簧會(huì)自動(dòng)將磁頭帶回起停區(qū)，防止盤片刮傷。
硬盤主軸
　　目前硬盤的眾多參數(shù)中，硬盤轉(zhuǎn)速是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，而轉(zhuǎn)速的高低則由硬盤的主軸（圖7）決定。目前臺(tái)式機(jī)硬盤的主流轉(zhuǎn)速是7200轉(zhuǎn)/分鐘，筆記本硬盤主流轉(zhuǎn)數(shù)是5400轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)速越高的硬盤讀寫速度也就會(huì)越快。但是隨著硬盤轉(zhuǎn)速的提升，帶來的則是硬盤穩(wěn)定性下降和巨大的噪聲。目前硬盤的主軸都采用了“液態(tài)軸承馬達(dá)”，這種馬達(dá)使用的是黏膜液油軸承，以油膜代替滾珠，有效避免了由于滾珠摩擦而帶來的高溫和噪音。同時(shí)，這種技術(shù)對(duì)于硬盤防震也有很大的幫助，對(duì)于突如其來的震動(dòng)，油膜能夠很好地吸收。因此，采用該技術(shù)的硬盤在運(yùn)轉(zhuǎn)中能夠承受幾十至幾百G的外力。由此一來，硬盤的壽命也有了進(jìn)一步的提升。


圖七
PCB電路底板
　　在硬盤的反面，是一塊PCB電路板（圖8），上面有很多的芯片和分立元件，通過這些元器件，我們才能控制盤片轉(zhuǎn)動(dòng)、控制磁頭讀寫我們需要的數(shù)據(jù)并通過接口傳遞出去。在硬盤的底板上，我們需要注意其中三個(gè)比較重要的芯片，它們分別是：


圖八
硬盤的主控制芯片。這個(gè)芯片在整個(gè)底板上塊頭最大，正方形身材，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理。
　　緩存芯片。在主控制芯片附近，會(huì)有一個(gè)長(zhǎng)方形的芯片，這種芯片和內(nèi)存使用的芯片差不多，在這里主要負(fù)責(zé)的是給數(shù)據(jù)提供暫存空間，提高硬盤的讀寫效率。目前主流硬盤的緩存芯片容量有2MB和8MB，最大的達(dá)到16MB，緩存容量越大，硬盤性能越好。
　　硬盤驅(qū)動(dòng)芯片。這個(gè)芯片也是正方形模樣，比主控芯片要小很多，主要負(fù)責(zé)硬盤的馬達(dá)以及主軸馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
硬盤接口
　　硬盤的接口是指硬盤和外界的聯(lián)系方式，這里包括電源接口和數(shù)據(jù)傳輸接口。硬盤的工作需要外接電源，IDE硬盤普遍采用的是4Pin的電源接口，接口截面類梯形，有效地防止了接口的反插（圖9）。另外一種是SATA電源接口，這種接口使用在SATA硬盤上（圖10）。


圖九


圖十
目前最常見的數(shù)據(jù)傳輸接口有PATA（IDE）、SATA、SCSI三種，前兩種接口方式主要應(yīng)用在個(gè)人PC上，而SCSI接口則主要使用在服務(wù)器領(lǐng)域。
　　PATA（Parallel ATA）接口采用的是并行傳輸模式，該標(biāo)準(zhǔn)由Intel和Quantum（昆騰）公司提出，利用40Pin 80芯的排線連接主板和硬盤，速率從最早的DMA33，DMA66到目前的DMA100、DMA133，并口的速率基本上走到了極限。
　　SATA（Serial ATA）接口采用的是串行傳輸模式，Intel放棄了對(duì)DMA133的支持，而提出了SATA接口標(biāo)準(zhǔn)，這種模式能夠在較少的位寬下獲得高帶寬，因?yàn)閹挘轿粚?#215;頻率，所以SATA在頻率上下功夫，照樣能夠獲得較高的帶寬。目前SATA1.0已經(jīng)達(dá)到了150MB/s的速率，今后還有300MB/s的速率出現(xiàn)。由于SATA信號(hào)線少，之間的干擾少，所以硬盤在傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤率也會(huì)較少，提高了硬盤的工作效率。
　　SCSI接口的硬盤價(jià)格較高，主要使用在服務(wù)器和工作站中，部分高端主板也集成了SCSI控制器，目前主流的主板要支持SCSI設(shè)備必須購(gòu)買SCSI卡才行，所以其使用的范圍受到了一定的制約.