2021年电脑硬盘基础知识解析

1、电脑硬盘基础知识解析 从生产、物理到逻辑层面去讲述硬盘不为人知的一面。我相信只要读者看完这些内容，对硬盘的认知产生巨大变化，也为自己日后 _提供强力的知识保障。下面就让带你去看看电脑硬盘基础知识解析，希望能帮助到大家! 硬盘最基本的组成部分是由粗大金属材料作成的涂以磁性介质的盘片，多种不同容量硬盘的盘片数多于。每个盘片有两面，都可记录。盘片被分为许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，每个扇区可存储1282的N次方(N=0.1.2.3)字节。在DOS中每扇区是1282的2次方=512字节，盘片表面上以盘片中心为圆心，不尽相同半径的同心圆称做磁道。硬盘中，不尽相同盘片相同半径的磁道所一组的圆柱叫做柱

2、面。磁道与柱面都是坚称有所不同半径的圆，在许多场合，磁道和柱面可以互相交换运用于，我们想到，每个磁盘有两个面，每个面都有一个磁头，习惯用磁头号来区分。扇区，磁道(或柱面)和磁头数密切相关了硬盘结构的基本参数，帮手这些参数可以赢取硬盘的容量，辛计算公式为：存储容量=磁头数磁道(柱面)数每道扇区数每扇区字节数 要点： (1)硬盘有数个盘片，每盘片两个面，每个面一个磁头 (2)盘片被分割为多个扇形区域即扇区 (3)同一盘片多种不同半径的同心圆为磁道 (4)不尽相同盘片相同半径包含的圆柱面即柱面 (5)公式：存储容量=磁头数磁道(柱面)数每道扇区数每扇区字节数 (6)信息记录可说明为：_磁道(柱面)，

3、_磁头，_扇区 “簇”是DOS顺利进行分配的最少单位。当建立一个非常大的文件时，如是一个字节，则它在磁盘上并不是只占总一个字节的空间， 而是集中于整个一簇。DOS视各有不同的存储介质(如软盘，硬盘)，完全相同容量的硬盘，簇的大小也不一样。簇的大小可在专指磁盘 参数块(BPB)中得到。簇的概念仅受限制于数据区。 本点： (1)“簇”是DOS展开分配的之比单位。 (2)完全相同的存储介质，相同容量的硬盘，各不相同的DOS版本，簇的大小也不一样。 其中最核心的部件是一磁盘、磁头、音圈马达、主轴电机。 主轴电机带动磁盘，音圈马达推动磁头。在这四个部件的共同作用下，硬盘得以准确快速的保存计算机传送的数据

4、。 当然别的部件，电路板、磁头架、这些也是保障硬盘工作的必要部件。 但在硬盘当中只有这四个部件才可以活动，所以在工厂执行自测试的项目中，90%以上的流程都是调校这四个部件互相的配合度，是机械硬盘核心部件。 这里我就将重点的几个部件进行详细讲解。 磁头技术发展非常迅猛，从最初的薄膜感应磁头(TFI) 到磁阻磁头(MR) 到巨磁阻磁头(GMR) 再到隧穿磁阻磁头(TMR)直至当今的二维记录磁头(TDMR) 。 对于已经淘汰的磁头技术了解的意义不大，毕竟本文不是专门研究磁头的，我只重点讲一讲时下最流行的TDMR磁头。 不过，在谈及TDMR磁头之前，我们必须要先了解下当今磁头结构的鼻祖一一-MR磁头。

5、 在MR磁头出现之前，传统的TEI磁头是读写功能合一-的薄膜式感应磁头。但磁头的读和写的工作性质有着天壤之别。 所以这种磁头在设计时必须同时兼顾读和写二种功能，正是因为TEI磁头的局限性，硬盘容量迟迟无法得到提升。 上世纪八十年代，IBM公司发明了MR磁头。 MR磁头另辟蹊径将磁头设计为读写分离的工作形式。写入仍采用传统的TEI磁头进行写操作，读磁头则采用MR磁头，即感应写、磁阻读，完全解决了TEI磁头的弊端。并且，针对两种磁头的物理特性进行参数优化，以达到最佳性能。 MR磁头特点是通过电阻变化感应 _幅度，对 _强度更加敏锐，准确性也大幅提高。 MR磁头之所以可以有效提升存储密度，是因为MR

6、磁头读数据不受磁道宽度限制，那么就能大幅度缩小磁道宽度，从而提升存储密度。 因此，MR磁头走上了 _舞台。 磁头组件 对MR磁头有了大致了解之后，回过头讲- -讲 目前应用最广泛的TDMR磁头。 这种磁头实际上也基于MR磁头的原理。 大家都知道，如果想要进一步提升存储密度， 那么就要不断缩小磁道的宽度，增加磁道的数量，让碟片有限的 _上划分出更多的磁道。 如进一步的缩小碟片上磁道的间距，并对磁道宽度进行削减，那么读磁头在获取磁道 _时，就会被邻近磁道 _所干扰，这就会产生信噪。 为解决邻近磁道所带来的干扰,通过寻求更高的信噪比来保证数据读取的准确性和完整性。 磁头研发人员脑洞大开，在现有读磁头

7、后方再增加一个磁头组成双磁头串联结构，甚至采用三磁头结构，其中一个磁头用于磁道定位、另外两个则同时负责界定磁道的两侧边缘。 这两个侧向定位磁头能够被用于削减邻道所带来的干扰，从而凸显出目标磁道的真实 _。 这一技术，完全能够突破当前读取点位区无法进一步缩小的瓶颈，从而有效提升磁道密度,提供更大的存储容量。 当今大容量尤其是氦气硬盘，无-例外采用TDMR磁头技术，包括叠瓦式硬盘。 这就是硬盘厂家客服提到的TDMR技术，小伙伴可明白了? 硬盘碟片 硬盘碟片多数都采用薄膜复合技术。硬盘的介质膜结构大致为:润滑层、碳覆层、磁性层、软磁层、缓冲层、基板。 润滑层和碳覆层主要保护下面的磁性层;磁性层通常为

8、一层或多层膜结构，常用材料有CrCoTa, CoNiPt, CrCoPtTa; 软底层能显著提高磁性层的磁性能。 为进一步提升存储密度，可以通过降低磁头飞行高度、增加碟片的数量、磁道密度来实现。由于硬盘体积的原因，碟片数目增加存在很大限制。因此只能降低磁头的飞行高度和增加磁道密度。 那么基板材料的表面平整度越好,碟片上的各膜层就越光滑,磁头的飞行高度和噪声也可以相应降低。 硬盘所采用的基板，主要使用铝合金和玻璃两种材质。其中，铝合金基板与玻璃基板相比具有韧性较高且容易制造的优点。 振抖是指碟片高速旋转时所产生的边缘颤动，如果振抖较大，磁头难以精准进行读写操作。 因为振抖的产生，严重阻碍进一步降

9、低磁头飞行高度的可行性。 为抑制振抖，硬盘厂家改用玻璃基板并对硬盘内部注入氦气，使得硬盘旋转更加平稳阻力更小，从而有效解决多碟片大容量硬盘读写的稳定性难题。 主轴电机 民用硬盘的转速从早期3.6K RPM进化到5.4K RPM，再到7.2K RPM。而服务器高速硬盘则达到10KRPM或15K RPM。 自1995年希捷公司推出大灰熊硬盘，标志着民用级硬盘正式迈入了7.2K的时代。 硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions perminute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输率就越快，磁头寻道就越短，硬盘的性能就更强。 硬盘的主轴马达芾动碟片高速旋

10、转，将所要存取资料的扇区芾到磁头 _，转速越快，则等待时间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的传输速度。 硬盘的主轴电机还分为滚珠轴承和液态轴承。 早期硬盘一律采用滚珠轴承，这种电机噪音大磨损严重，运行稳定性差。为解决这一痛点，希捷公司率先在酷鱼四代运用了液态轴承马达技术， _解决硬盘电机运行噪音的问题。 液态轴承.与滚珠轴承马达相比，液态轴承的优势非常明显。 音圈电机 音圈电机产生运动的原理与扬声器相同，通电导线在磁场中受力作动力的。 磁头与磁头臂及伺服定位系统是一-个整体。 伺服定位系统由磁头臂后的线圈和电路板上的控制芯片构成。磁头只能在碟片上方做有限的径向运动。 磁头 _时靠伺服系

11、统来控制音圈电机的动作，使磁头准确寻道，音圈电机主要是由磁体和线圈构成。 磁体呈闭合形态，固定在硬盘底座上，磁头臂有转动轴承，线圈位于磁体 _，当有电流通过线圈时，线圈可以按某个方向灵活摆动，带动磁头臂的动作，磁头臂装有前置换向放大芯片，通过柔性排线与.硬盘电路板通讯。 电脑硬盘的接口形式有IDE接口，SCSI接口和串行接口(SATA接口)，我们家用电脑通常是IDE或SATA接口居多，SCSI接口服务器上用得较多。 硬盘容量 一块硬盘的参数，最直观的我们都是用容量来衡量的，比如说1T硬盘，2T硬盘，或者500G硬盘，那么这些容量单位是如何计算和怎么计量的呢? 硬盘的容量大小是由：盘面数、柱面数

12、、扇区数决定的，具体计算公式： 容量=盘面数柱面数扇区数512字节 电脑中存储容量的计量基本单位是字节(Byte。简称B)，8个二进制位称为1个字节，此外还有KB、MB、GB、TB等，它们之间的换算关系是1Byte=8bit，1KB=1024B，1MB=1024KB，1GB=1024MB，1TB=1024GB。 李哥提醒：注意的是，针对硬盘U盘等存储设备，厂商是按1000进制算的。即1G=1000M=1000_1000KB=1000_1000B，所以才会出现40GB的实际容量大概37GB左右。 硬盘分类 现在市面上硬盘有机械硬盘和固态硬盘。 机械硬盘(HHD)：就是一直在使用的普通硬盘，由内部构成而得名，通过硬盘磁头改变极性方式进行读写操作。硬盘作为精密设