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電腦硬盤你了解多少?

從物理角度來說,硬盤主要由硬盤的盤片、磁頭、傳動部件、主軸、PCB底層電路板以及接口等組成。
1)
硬盤盤片
    硬盤在電腦系統中的作用主要是用來存儲數據,而數據最終是存放在硬盤的盤片上,而硬盤的其他部分都是為其服務的。硬盤盤片一般采用硬質合金制造,表面上被塗上了磁性物質,通過磁頭的讀寫,將數據記錄在其中。由於盤片在硬盤中要高速旋轉,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,如玻璃質材等。通常一個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達到驚人的133GB,而總容量高達400GB。
  硬盤盤片由於需要高速運轉,通常都是密封在硬盤中的,此時如果有灰塵或細小的雜物沾在盤片上,將會對硬盤造成巨大的傷害,所以我們絕對不要私自拆卸完好的硬盤。
2)
硬盤磁頭
  如果我們把硬盤的盤片比喻成記錄內容的紙張,那麼磁頭就相當於寫字的筆。硬盤磁頭是用線圈纏繞在磁芯上制成的,當硬盤盤片高速運轉的時候,磁頭能夠通過電流的變化去感應盤片上記錄的內容。最早的硬盤磁頭是讀寫合一的,但是對於讀寫兩種不同的速度無法取得一個平衡點,於是IBM提出將讀寫操作分開,這就是之後的各項異性磁阻技術(AMR)。
  和我們用手寫字不一樣,我們寫字的時候筆尖是要接觸到紙張的。而磁頭在讀寫的時候雖然和盤片的距離相當近(0.1~0.3μm),但是不能靠在盤片上,這就要求盤片旋轉的時候要非常平穩,磁頭和盤片的相對距離要保持得當。當硬盤在工作的時候,要盡量不去劇烈晃動它,否則很可能會造成磁頭碰撞盤片從而縮短硬盤的壽命。
3)
傳動部件
  硬盤的傳動部件包括傳動手臂以及傳動軸,在傳動手臂的末端安放了硬盤磁頭,進行對數據的讀寫。當硬盤沒有工作時,傳動部件將磁頭停放在硬盤盤片的最內圈的起停區內。開始工作時,硬盤中固化在ROM芯片中的程序開始對硬盤進行初始化,工作完成後,主軸開始高速旋轉,由傳動部件將磁頭懸浮在盤片0磁道處待命,當有讀寫命令時,傳動手臂以傳動軸為圓心擺動,將磁頭帶到需要讀寫數據的地方去。如果出現突然斷電的情況,硬盤的反力矩彈簧會自動將磁頭帶回起停區,防止盤片刮傷。
4)
硬盤主軸
  目前硬盤的眾多參數中,硬盤轉速是一項重要的指標,而轉速的高低則由硬盤的主軸決定。目前台式機硬盤的主流轉速是7200轉/分鐘,筆記本硬盤主流轉數是5400轉/分鐘,轉速越高的硬盤讀寫速度也就會越快。但是隨著硬盤轉速的提升,帶來的則是硬盤穩定性下降和巨大的噪聲。目前硬盤的主軸都采用了“液態軸承馬達”,這種馬達使用的是黏膜液油軸承,以油膜代替滾珠,有效避免了由於滾珠摩擦而帶來的高溫和噪音。同時,這種技術對於硬盤防震也有很大的幫助,對於突如其來的震動,油膜能夠很好地吸收。因此,采用該技術的硬盤在運轉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一步的提升。
5)
PCB電路底板
  在硬盤的反面,是一塊PCB電路板,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動、控制磁頭讀寫我們需要的數據並通過接口傳遞出去。在硬盤的底板上,我們需要注意其中三個比較重要的芯片,它們分別是:
  硬盤的主控制芯片。這個芯片在整個底板上塊頭最大,正方形身材,主要負責數據交換和數據處理。
  緩存芯片。在主控制芯片附近,會有一個長方形的芯片,這種芯片和內存使用的芯片差不多,在這裡主要負責的是給數據提供暫存空間,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,最大的達到16MB,緩存容量越大,硬盤性能越好。
  硬盤驅動芯片。這個芯片也是正方形模樣,比主控芯片要小很多,主要負責硬盤的馬達以及主軸馬達的轉動。
6)
硬盤接口
  硬盤的接口是指硬盤和外界的聯系方式,這裡包括電源接口和數據傳輸接口。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。另外一種是SATA電源接口,這種接口使用在SATA硬盤上。
  目前最常見的數據傳輸接口有PATA(IDE)、SATA、SCSI三種,前兩種接口方式主要應用在個人PC上,而SCSI接口則主要使用在服務器領域。
  PATA(Parallel ATA)接口采用的是並行傳輸模式,該標准由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,並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DMA133的支持,而提出了SATA接口標准,這種模式能夠在較少的位寬下獲得高帶寬,因為帶寬=位寬×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已經達到了150MB/s的速率,今後還有300MB/s的速率出現。由於SATA信號線少,之間的干擾少,所以硬盤在傳輸過程中出現錯誤率也會較少,提高了硬盤的工作效率。
SCSI接口的硬盤價格較高,主要使用在服務器和工作站中,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設備必須購買SCSI卡才行,所以其使用的范圍受到了一定的制約。
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