硬體價格/通通透透看硬碟

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  硬碟是電腦中存貯資料的重要部件,可是由於它長期被封閉在機箱內部,屬於那種“幕後英雄”,所以大部分讀者可能對其瞭解不是很透徹。沒有關係,在這裏,我們將一起去冒險,對它作一個全面的瞭解吧。

  由於SCSI硬碟平時我們接觸較少,因此我們目前所提到的硬碟一般指的是IDE介面的硬碟。這種硬碟多屬於溫盤(Winchester),由頭盤組件(HDA,Head Disk Assembly)與印刷電路板元件(PCBA,Print Circuit Board Assembly)組成。平時我們瞭解硬碟,多是從產品外觀、產品特徵及磁片性能等方面去認識,那麼硬碟的內部到底是什麼樣呢?相信許多朋友都不太清楚,畢竟誰都不會去冒冒失失地將硬碟拆開來,所以瞭解硬碟內部結構的機會實在太少了。那麼就隨著我一起來看看吧。

  1、  硬碟外部結構

  (1)介面:介面包括電源介面插座和資料介面插座兩部分,其中電源插座就是與主機電源相連接,為硬碟正常工作提供電力保證。資料介面插座則是硬碟資料與主板控制晶片之間進行資料傳輸交換的通道,使用時是用一根資料線將其與主板IDE介面或與其他控制適配器的介面相連接,經常聽說的40針、80芯的介面電纜也就是指數據線,資料介面可以分成IDE介面和SCSI介面兩大派系(見圖1)。

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  圖1 SCSI介面

  (2)控制電路板:大多數的控制電路板(見圖2)都採用貼片式焊接,它包括主軸調速電路、磁頭驅動與伺服定位電路、讀寫電路、快取記憶體、控制與介面電路等。在電路板上還有一塊ROM晶片,裏面固化的程式可以進行硬碟的初始化,執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。在電路板上還安裝有容量不等的高速資料緩存晶片。讀寫電路的作用就是控制磁頭進行讀寫操作。磁頭驅動電路直接控制尋道電機,使磁頭定位。主軸調速電路是控制主軸電機帶動盤體以恒定速率轉動的電路。緩存(Cache)對磁片性能所帶來的作用是毋庸置疑的,在讀取零碎檔資料時,大緩存能帶來非常大的優勢。

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  圖2 硬碟背面的控制電路板

  (3)外殼:硬碟的外殼與底板結合成一個密封的整體,正面的外殼保證了硬碟碟片和機構的穩定運行。在固定面板上貼有產品標籤,上面印著產品型號、產品序列號、產地、生產日期等資訊,由此我們可以對這款產品作一番大致的瞭解。除此,還有一個透氣孔,它的作用就是使硬碟內部氣壓與大氣氣壓保持一致。另外,硬碟側面還有一個向碟片表面寫入伺服信號的Servo孔(見圖3)。

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  圖3 Servo孔的作用是向硬碟碟片寫入伺服信號

  2、硬碟內部結構

  拆下控制電路板後再將外面的保護面拆後就現出了硬碟的內臟(見圖4)。它由磁頭、碟片、主軸、電機、介面及其他附件組成,其中磁頭碟片元件是構成硬碟的核心,它封裝在硬碟的淨化腔體內,包括有浮動磁頭元件、磁頭驅動機構、碟片、主軸驅動裝置及前置讀寫控制電路這幾個部分。將硬碟面板揭開後,內部結構即可一目了然。

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  圖4 硬碟內部結構

  (1)磁頭元件(見圖5):這個元件是硬碟中最精密的部位之一,它由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三部分組成。磁頭是硬碟技術中最重要和關鍵的一環,眾所周知,一塊硬碟存取資料的工作完全依靠磁頭來進行的。沒有磁頭,也就沒有實際意義上的硬碟。磁頭的作用就類似於在硬碟盤體上進行讀寫的“筆尖”,通過全封閉式的磁阻感應讀寫,將資訊記錄在硬碟內部特殊的介質上。硬碟磁頭的發展先後經歷了“亞鐵鹽類磁頭”、“MIG磁頭”和“薄膜磁頭”、“MR磁頭(磁阻磁頭)”等幾個階段。前三種傳統的磁頭技術都是採取了讀寫合一的電磁感應式磁頭,造成了硬碟在設計方面的局限性。第四種磁阻磁頭在設計方面引入了全新的分離式磁頭結構,寫入磁頭仍沿用傳統的磁感應磁頭,而讀取磁頭則應用了新型的MR磁頭,即所謂的感應寫、磁阻讀,針對讀寫的不同特性分別進行優化,以達到最好的讀、寫性能。現在的磁頭實際上是集成工藝製成的多個磁頭的組合,它採用了非接觸式頭、盤結構,加電後在高速旋轉的磁片表面移動,與碟片之間的間隙只有0.1~0.3μm,這樣可以獲得很好的資料傳輸率。

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  圖5 磁頭元件

  (2)磁頭驅動機構:由音圈電機和磁頭驅動小車組成,新型大容量硬碟還具有高效的防震動機構。硬碟的尋道是靠移動磁頭,而移動磁頭則需要該機構驅動才能實現。磁頭驅動機構由電磁線圈電機、磁頭驅動小車、防震動裝置構成,高精度的輕型磁頭驅動機構能夠對磁頭進行正確的驅動和定位,並能在很短的時間內精確定位系統指令指定的磁軌。

  (3)碟片(見圖6):碟片是硬碟存儲資料的載體。硬碟的盤體由多個重疊在一起並由墊圈隔開的碟片組成,碟片是表面極為平整光滑且塗有磁性物質的金屬圓片。它們通過表面的磁性物質結合在一起。這種特殊物質的金屬磁片具有更高的記錄密度和更強的安全性能。目前市場上主流硬碟的碟片大都是由金屬薄膜磁片構成,這種金屬薄膜磁片較之普通的金屬磁片具有更高的剩磁和高矯頑力,因此也被大多數硬碟廠商所普遍採用。除金屬薄膜磁片以外,目前已經有一些硬碟廠商開始嘗試使用玻璃作為磁片基片。與金屬薄膜磁片相比,用玻璃作為碟片有利於把硬碟碟片做得更平滑,單位磁片密度也會更高,同時由於玻璃的堅固特性,新一代的玻璃硬磁片在性能方面也會更加穩定。

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  圖6 碟片結構

  (4)主軸組件。主軸元件包括主軸部件如軸承和馬達等。硬碟在工作時,通過馬達的轉動將用戶需要存取的資料所在的磁區帶到磁頭下方,馬達的轉速越快,用戶存取資料的時間也就越短。從這個意義上講,硬碟馬達的轉速在很大程度上決定了硬碟最終的速度。隨著硬碟容量的擴大和速度的提高,馬達的速度也在不斷提升,在當今硬碟不斷向著超大容量邁進的同時,硬碟的速度也在不斷提高,目前,現在7200轉、2MB緩存的大容量硬碟已經成為裝機的首選。隨著硬碟轉速的不斷提高,同時也會帶來諸如磨損加劇、溫度升高、雜訊增大等一系列負面問題。傳統的普通滾珠軸承馬達無法妥善解決這些問題,於是先前曾廣泛應用在精密機械工業上的液態軸承馬達(Fluid Dynamic Bearing Motors)被引入到硬碟技術中。希捷推出的酷魚四產品中就採用了上述技術。這種技術與傳統的滾珠軸承馬達相比,一方面避免了與金屬面的直接磨擦,將傳統馬達所帶來的雜訊及溫度降至最低;另一方面,油膜可以有效地吸收外來的震動,使硬碟的抗震能力得到了提高,從而也使硬碟的壽命得到了延長。

  至此,我們對於硬碟的內部結構也算是走馬觀花地看一遍,希望能為朋友們更好地瞭解硬碟使用硬碟起一點作用。

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