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硬盘图解教程
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硬盘图解教程
在电脑系统中,硬盘一直都扮演着默默无闻的劳动者模样,大家一直都很注重CPU的速度、主板的功能、内存的频率、显卡的性能,却很少在硬盘上花过多的功夫。其实,硬盘中的学问还真不少。如果大家正打算自己动手组装一台电脑,又想选一款适合自己的好硬盘,那么请仔细阅读完本文,你就会成为一个硬盘行家了。
  硬盘的组成
  首先,我们来看看硬盘的外形(图1)。硬盘和内存、CPU不同,硬盘掂量在手上有种厚实沉重的感觉。在硬盘的正面会有该硬盘的型号、容量等信息(图2),我们可以看到该硬盘是西数公司的产品,容量为320GB,接口为IDE模式,型号为WD3200JB-22KFA0,生产地为马来西亚等。
 

图二
对于IDE硬盘来说,硬盘的正面或接口上边还标识了主从盘的跳线说明(图3),按照提示,你可以很容易的将你的硬盘设置为主盘(Master)、从盘(Slave)或者线缆选择(Cable),硬盘厂商出厂默认都是设置为主盘(Master)。

图三
从物理角度来说,硬盘主要由硬盘的盘片、磁头、传动部件、主轴、PCB底层电路板以及接口等组成(图4)。

图四
硬盘盘片
硬盘在电脑系统中的作用主要是用来存储数据,而数据最终是存放在硬盘的盘片上(图5),而硬盘的其他部分都是为其服务的。硬盘盘片一般采用硬质合金制造,表面上被涂上了磁性物质,通过磁头的读写,将数据记录在其中。由于盘片在硬盘中要高速旋转,所以硬盘的盘片表面都十分光滑,而且耐磨度都很高,多为铝合金制作,IBM等公司也使用过其他的材料来制作盘片,如玻璃质材等。通常一个硬盘由若干张盘片叠加而成,目前一张盘片的单碟容量已经达到惊人的133GB,而总容量高达400GB。

图五
硬盘盘片由于需要高速运转,通常都是密封在硬盘中的,此时如果有灰尘或细小的杂物沾在盘片上,将会对硬盘造成巨大的伤害,所以我们绝对不要私自拆卸完好的硬盘。
硬盘磁头
  如果我们把硬盘的盘片比喻成记录内容的纸张,那么磁头就相当于写字的笔。硬盘磁头(图6)是用线圈缠绕在磁芯上制成的,当硬盘盘片高速运转的时候,磁头能够通过电流的变化去感应盘片上记录的内容。最早的硬盘磁头是读写合一的,但是对于读写两种不同的速度无法取得一个平衡点,于是IBM提出将读写操作分开,这就是之后的各项异性磁阻技术(AMR)。

图六
和我们用手写字不一样,我们写字的时候笔尖是要接触到纸张的。而磁头在读写的时候虽然和盘片的距离相当近(0.1~0.3μm),但是不能靠在盘片上,这就要求盘片旋转的时候要非常平稳,磁头和盘片的相对距离要保持得当。当硬盘在工作的时候,要尽量不去剧烈晃动它,否则很可能会造成磁头碰撞盘片从而缩短硬盘的寿命。
传动部件
  硬盘的传动部件包括传动手臂以及传动轴,在传动手臂的末端安放了硬盘磁头,进行对数据的读写。当硬盘没有工作时,传动部件将磁头停放在硬盘盘片的最内圈的起停区内。开始工作时,硬盘中固化在ROM芯片中的程序开始对硬盘进行初始化,工作完成后,主轴开始高速旋转,由传动部件将磁头悬浮在盘片0磁道处待命,当有读写命令时,传动手臂以传动轴为圆心摆动,将磁头带到需要读写数据的地方去。如果出现突然断电的情况,硬盘的反力矩弹簧会自动将磁头带回起停区,防止盘片刮伤。
硬盘主轴
  目前硬盘的众多参数中,硬盘转速是一项重要的指标,而转速的高低则由硬盘的主轴(图7)决定。目前台式机硬盘的主流转速是7200转/分钟,笔记本硬盘主流转数是5400转/分钟,转速越高的硬盘读写速度也就会越快。但是随着硬盘转速的提升,带来的则是硬盘稳定性下降和巨大的噪声。目前硬盘的主轴都采用了“液态轴承马达”,这种马达使用的是黏膜液油轴承,以油膜代替滚珠,有效避免了由于滚珠摩擦而带来的高温和噪音。同时,这种技术对于硬盘防震也有很大的帮助,对于突如其来的震动,油膜能够很好地吸收。因此,采用该技术的硬盘在运转中能够承受几十至几百G的外力。由此一来,硬盘的寿命也有了进一步的提升。

图七
PCB电路底板
  在硬盘的反面,是一块PCB电路板(图8),上面有很多的芯片和分立元件,通过这些元器件,我们才能控制盘片转动、控制磁头读写我们需要的数据并通过接口传递出去。在硬盘的底板上,我们需要注意其中三个比较重要的芯片,它们分别是:

图八
硬盘的主控制芯片。这个芯片在整个底板上块头最大,正方形身材,主要负责数据交换和数据处理。
  缓存芯片。在主控制芯片附近,会有一个长方形的芯片,这种芯片和内存使用的芯片差不多,在这里主要负责的是给数据提供暂存空间,提高硬盘的读写效率。目前主流硬盘的缓存芯片容量有2MB和8MB,最大的达到16MB,缓存容量越大,硬盘性能越好。
  硬盘驱动芯片。这个芯片也是正方形模样,比主控芯片要小很多,主要负责硬盘的马达以及主轴马达的转动。
硬盘接口
  硬盘的接口是指硬盘和外界的联系方式,这里包括电源接口和数据传输接口。硬盘的工作需要外接电源,IDE硬盘普遍采用的是4Pin的电源接口,接口截面类梯形,有效地防止了接口的反插(图9)。另外一种是SATA电源接口,这种接口使用在SATA硬盘上(图10)。
 

图10
目前最常见的数据传输接口有PATA(IDE)、SATA、SCSI三种,前两种接口方式主要应用在个人PC上,而SCSI接口则主要使用在服务器领域。
  PATA(Parallel ATA)接口采用的是并行传输模式,该标准由Intel和Quantum(昆腾)公司提出,利用40Pin 80芯的排线连接主板和硬盘,速率从最早的DMA33,DMA66到目前的DMA100、DMA133,并口的速率基本上走到了极限。
  SATA(Serial ATA)接口采用的是串行传输模式,Intel放弃了对DMA133的支持,而提出了SATA接口标准,这种模式能够在较少的位宽下获得高带宽,因为带宽=位宽×频率,所以SATA在频率上下功夫,照样能够获得较高的带宽。目前SATA1.0已经达到了150MB/s的速率,今后还有300MB/s的速率出现。由于SATA信号线少,之间的干扰少,所以硬盘在传输过程中出现错误率也会较少,提高了硬盘的工作效率。
  SCSI接口的硬盘价格较高,主要使用在服务器和工作站中,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设备必须购买SCSI卡才行,所以其使用的范围受到了一定的制约。
 

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