齐来探讨硬盘中的乾坤-剖开硬盘识组件.doc

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1图2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3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4硬盘内部组件1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5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。2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6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（0.10.3m），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。3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。4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7PCB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8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9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