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硬盘的工作原理??(能多详细就多详细)!!

归档日期:07-03       文本归类:读写控制电路      文章编辑:爱尚语录

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  展开全部现在的硬盘,无论是IDE还是SCSI,采用的都是温彻思特“技术,都有以下特点:

  盘片:硬盘盘片是将磁粉附着在铝合金(新材料也有用玻璃)圆盘片的表面上.这些磁粉

  被划分成称为磁道的若干个同心圆,在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小

  磁铁,它们分别代表着0和1的状态。当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时,其排列的

  方向会随之改变。利用磁头的磁力控制指定的一些小磁铁方向,使每个小磁铁都可以用来

  盘体:硬盘的盘体由多个盘片组成,这些盘片重叠在一起放在一个密封的盒中,它们在主

  轴电机的带动下以很高的速度旋转,其每分钟转速达3600,4500,5400,7200甚至以上。

  磁头:硬盘的磁头用来读取或者修改盘片上磁性物质的状态,一般说来,每一个磁面都会

  有一个磁头,从最上面开始,从0开始编号。磁头在停止工作时,与磁盘是接触的,但是

  在工作时呈飞行状态。磁头采取在盘片的着陆区接触式启停的方式,着陆区不存放任何数

  据,磁头在此区域启停,不存在损伤任何数据的问题。读取数据时,盘片高速旋转,由于

  对磁头运动采取了精巧的空气动力学设计,此时磁头处于离盘面数据区0.2---0.5微米高

  电机:硬盘内的电机都为无刷电机,在高速轴承支撑下机械磨损很小,可以长时间连续工

  作。高速旋转的盘体产生了明显的陀螺效应,所以工作中的硬盘不宜运动,否则将加重轴

  承的工作负荷。硬盘磁头的寻道饲服电机多采用音圈式旋转或者直线运动步进电机,在饲

  服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道,所以在硬盘工作时不要有冲击碰撞,搬动时要小

  其次,一开机硬盘就处于旋转状态,主轴电机的旋转可以达到4500或者7200转每分钟,这

  和你是否使用FLASHGET或者ED都没有关系,只要一通电,它们就在转.它们的磨损也和软

  再次,寻道电机控制下的磁头的运动,是左右来回移动的,而且幅度很小,从盘片的最内

  层(着陆区)启动,慢慢移动到最外层,再慢慢移动回来,一个磁道再到另一个磁道来寻

  找数据。不会有什么大规模跳跃的(又不是青蛙)。所以它的磨损也是可以忽略不记的。

  硬盘的读操作,是盘片上磁场的变化影响到磁头的电阻值,这个过程中盘片不会发热,磁

  头倒是因为电流发生变化,所以会有一点热量产生。写操作呢?正好反过来,通过磁头的

  电流强度不断发生变化,影响到盘片上的磁场,这一过程因为用到电磁感应,所以磁头发

  热量较大。但是盘片本身是不会发热的,因为盘片上的永磁体是冷性的,不会因为磁场变

  热量是可以辐射传导的,那么高热量对盘片上的永磁体会不会有伤害呢?其实伤害是很小

  的,永磁体消磁的温度,远远高于硬盘正常情况下产生的温度。当然,要是你的机箱散热

  一。高温是影响到磁头的电阻感应灵敏度,所以才会产生读写错误,和永磁体没有关系。

  二。所谓的热膨胀,不会拉近盘体和磁头的距离,因为磁头的飞行是空气动力学原理,在

  正常情况下始终和盘片保持一定距离。当然要是你大力打击硬盘,那么这个震动......

  三。所谓寻道是指硬盘从初使位置移动到指定磁道。所谓的复位动作,并不是经常发生的

  。因为磁道的物理位置是存放在CMOS里面,硬盘并不需要移动回0磁道再重新出发。只要

  磁头一启动,所谓的复位动作就完成了,除非你重新启动电脑,不然复位动作就不会再发

  四。IDE硬盘和SCSI硬盘的盘体结构是差不多的。只是SCSI硬盘的接口带宽比同时代的ID

  E硬盘要大,而且往往SCSI卡往往都会有一个类似CPU的东西来减缓主CPU的占用率。仅此

  五。硬盘的读写是以柱面的扇区为单位的。柱面也就是整个盘体中所有磁面的半径相同的

  同心磁道,而把每个磁道划分为若干个区就是所谓的扇区了。硬盘的写操作,是先写满一

  个扇区,再写同一柱面的下一个扇区的,在一个柱面完全写满前,磁头是不会移动到别的

  磁道上的。所以文件在硬盘上的存储,并不是像一般人的认为,是连续存放在一起的(从

  使用者来看是一起,但是从操作系统底层来看,其存放不是连续的)。所以FLASHGET或者

  ED开了再多的线程,磁头的寻道一般都不会比你一边玩游戏一边听歌大。当然,这种情况

  只是单纯的下载或者上传而已,但是其实在这个过程中,谁能保证自己不会启动其它需要

  读写硬盘的软件?可能很多人都喜欢一边下载一边玩游戏或者听歌吧?更不用说WINDOWS

  本身就需要频繁读写虚拟内存文件了。所以,用FG下载也好,ED也好,对硬盘的折磨和平

  六。再说说FLASHGET为什么开太多线程会不好和ED为什么硬盘读写频繁。首先,线程一多

  ,cpu的占用率就高,换页动作也就频繁,从而虚拟内存读写频繁,至于为什么,学过操

  作系统原理的应该都知道,我这里就不说了。ED呢?同时从几个人那里下载一个文件,还

  有几个人同时在下载你的文件,这和FG开多线程是类似的。所以硬盘灯猛闪。但是,现在

  的硬盘是有缓存的,数据不是马上就写到硬盘上,而是先存放在缓存里面,,然后到一定

  量了再一次性写入硬盘。在FG里面再怎么设置都好,其实是先写到缓存里面的。但是这个

  过程也是需要CPU干预的,所以设置时间太短,CPU占用率也高,所以硬盘灯也还是猛闪的

  七。硬盘读写频繁,磁头臂在寻道伺服电机的驱动下移动频繁,但是对机械来说这点耗损

  虽有,其实不大。除非你的硬盘本身就有机械故障比如力臂变形之类的(水货最常见的故

  障)。真正耗损在于磁头,不断变化的电流会造成它的老化,但是和它的寿命相比.....

  八。受高温影响的最严重的是机械的电路,特别是硬盘外面的那块电路板,上面的集成块

  在高温下会加速老化的。所以IBM的某款玻璃硬盘,虽然有坏道,但是一用某个软件,马

  FLASHGET也好,ED也好,FTP也好,它们虽然对硬盘的读写频繁,但是还不至于比你一般玩游

  戏一般听歌对硬盘伤害大.说得更加明白的话,它们对硬盘的所谓耗损,其实可以忽略不记

  .不要因为看见硬盘灯猛闪,就在那里瞎担心.不然那些提供WEB服务和FTP服务的服务器,

  硬盘有一个参数叫做连续无故障时间。它是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间,单

  位是小时,英文简写是MTBF。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。具体情况可以看

  硬盘厂商的参数说明。这个连续无故障时间,大家可以自己除一下,看看是多少年。然而

  目前我使用的机器,已经连续开机1年了,除了中途有几次关机十几分钟来清理灰尘外,

  从来没有停过(使用金转6代40G)。另外还有三台使用SCSI硬盘的服务器,是连续两年没

  一。硬盘最好不要买水货或者返修货。水货在运输过程中是非常不安全的,虽然从表面上

  看来似乎无损伤,但是有可能在运输过程中因为各种因素而对机械体造成损伤。返修货就

  更加不用说了。老实说,那些埋怨硬盘容易损坏的人,你们应该自己先看看,自己的硬盘

  二。硬盘的工作环境是需要整洁的,特别是注意不要在频繁断电和灰尘很多的环境下使用

  三。硬盘的机械最怕震动和高温。所以环境要好,特别是机箱要牢固,以免共震太大。电

  四。要经常整理硬盘碎片。这里有一个大多数人的误解,一般人都以为硬盘碎片会加大硬

  盘耗损,其实不是这样的。硬盘碎片的增多本身只是会让硬盘读写所花时间比碎片少的时

  候多而已,对硬盘的耗损是可以忽略的(我在这里只说一个事实,目前网络上的服务器,

  它们用得最多的操作系统是UNIX,但是在UNIX下面是没有磁盘碎片整理软件的。就连微软

  的NT4,本身也是没有的)。不过,因为磁头频繁的移动,造成读写时间的加大,所以CPU

  的换页动作也就频繁了,而造成虚拟文件(在这里其实准确的说法是换页文件)读写频繁

  五。在硬盘读写时尽量避免忽然断电,冷启动和做其他加重CPU负荷的事情(比如在玩游

  戏时听歌,或者在下载时玩大型3D游戏),这些对硬盘的伤害比一般人想象中还要大。原

  总之,只要平常注意使用硬盘,硬盘是不会那么快就和我们说BYEBYE的。当然,如果是硬

  硬盘的工作原理可分为读(从硬盘读取数据)与写(将数据写入硬盘)两个方面来进行。对硬盘而言,不管是读或写都需要下达存取数据的命令,所以,只要CPU接受到来自系统程序发出的读写指令,CPU便开始向内存与硬盘发出命令。

  在读的部分,CPU会先下达写入数据的命令,此时内存会经由总线将数据送往硬盘,通过主板I/0芯片(负责传输数字数据的控制芯片,也就是南桥芯片)的居中协调后,数据便会循序送入硬盘的缓冲区中(也就是硬盘的高速缓存),最后再由硬盘控制电路将缓)中区内的数据记录 I至盘片上(这时在硬盘内的机械部分便会进行一连串的读写操作)。

  在写的部分,同样也是由CPU先下达读取数据的命令,主板上的 I/O芯片便又开始居中协调,然后硬盘控制芯片便会开始将数据读至缓冲区内,最后才通过主板上的总线将硬盘缓冲区内的数据送至内存,并完成读取硬盘数据的操作。

  因此,数据的两个储存地点分别是硬盘与内存;其中,数据会经过缓冲区的暂存,与总线的传输;当然,所有的操作除了CPU的下达命令外,也要经过主板上的I/0芯片与硬盘控制电路的命令才能达成。

  硬盘是使用硬式的盘片作为记录媒介体,通过磁头的微小电流而中磁盘片磁化成无数磁场,来储存数据。最常用的材料包括有铝合金、铬合金等材料,IBM还曾经推出玻璃为材料的硬盘。现在的IDE、SATA和SCSI接口硬盘采用的都是“温彻思特”技术,都有以下特点:1.磁头、盘片及运动机构密封:2.固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑;3.磁头沿盘片径向移动:4.磁头对盘片接触式启停,但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。

  硬盘盘片是将磁粉附着在圆盘片的表面上,这些磁粉被划分成称为磁道的若干个同心圆,在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁,它们分别代表着0和l的状态。当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时,其排列的方向会随之改变。利用磁头的磁力控制指定的一些小磁铁方向,使每个小磁铁都可以用来储存信息。

  硬盘的盘体由多个盘片组成,这些盘片重叠在一起放在一个密封的盒中,它们在主轴电机的带动下以很高的速度旋转,其每分钟转速达3600转、4500转、5400转、7200转、10000转或15000转。

  硬盘的磁头用来读取或者修改盘片上磁性物质的状态,一般说来,每一个磁面都会有一个磁头,从最上面开始,从0开始编号。磁头在停止工作时,与磁盘是接触的,但是在工作时呈飞行状态。磁头采取在盘片的着陆区接触式启停的方式,着陆区不存放任何数据,磁头在此区域启停,不存在损伤任何数据的问题。读取数据时,盘片高速旋转,由于对磁头运动采取了精巧的空气动力学设计,此时磁头处于离盘面数据区0.2—0.5微米高度的“飞行状态”。既不与盘面接触造成磨损,又能可靠地读取数据。

  硬盘内的电机都为无刷电机,在高速轴承支撑下机械磨损很小,可以长时间连续工作。高速旋转的盘体产生了明显的陀螺效应,所以工作中的硬盘不宜运动,否则将加重轴承的工作负荷。硬盘磁头的寻道伺服电机多采用音圈式旋转或者直线运动步进电机,在伺服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道,所以在硬盘工作时不要有冲击碰撞,搬动时要小心轻放。

  展开全部硬盘基本上由控制电路板和盘体两大部分组成:控制电路板由接口、DSP处理器、ROM、缓存、磁头驱动电路和盘片电机驱动电路等组成;接口有电源接口和数据接口及硬盘内部的盘片电机接口、磁头接口,电源接口提供硬盘工作所需要的电流,数据接口提供与计算机交换数据的通道,盘片电机接口提供盘片电机转动所需的电流,磁头接口用于提供电路板到磁头和音圈电机的信号连接;DSP处理器用于控制信号和数据的转换、编码等操作;ROM中存储了硬盘初始化操作的部分程序,有的ROM为独立的芯片(可能是EPROM、Flash等),有的集成到了DSP中;缓存用于暂存盘体和接换的数据,以解决接口速度和硬盘内部读写速度的差别,缓存的大小对硬盘的数据传输率有一定的影响,随着硬盘的不断发展,缓存的容量也在不断增大;磁头驱动电路负责驱动磁头准确定位和对磁头信号进行整形放大等;电机驱动电路负责精确控制盘片的转速。

  展开全部1956年IBM的一个工程小组向世界展示第一台磁盘存贮系统Ramac,1968年Winchester技术被提出,硬盘走过了50年的历程,虽然硬盘技术上有很多的进步,衍生出了SCSI、IDE、SATA等多种不同的形式,那只是为了适应新的应用需要开发的不同接口而已,硬盘的结构依然没有超越Wenchester技术的定义:密封、固定并高速旋转的镀磁盘片,磁头延盘片向径移动,磁头悬浮在高速旋转的盘片上方而不与盘片接触。硬盘基本上由控制电路板和盘体两大部分组成:

  控制电路板由接口、DSP处理器、ROM、缓存、磁头驱动电路和盘片电机驱动电路等组成;接口有电源接口和数据接口及硬盘内部的盘片电机接口、磁头接口,电源接口提供硬盘工作所需要的电流,数据接口提供与计算机交换数据的通道,盘片电机接口提供盘片电机转动所需的电流,磁头接口用于提供电路板到磁头和音圈电机的信号连接;DSP处理器用于控制信号和数据的转换、编码等操作;ROM中存储了硬盘初始化操作的部分程序,有的ROM为独立的芯片(可能是EPROM、Flash等),有的集成到了DSP中;缓存用于暂存盘体和接换的数据,以解决接口速度和硬盘内部读写速度的差别,缓存的大小对硬盘的数据传输率有一定的影响,随着硬盘的不断发展,缓存的容量也在不断增大;磁头驱动电路负责驱动磁头准确定位和对磁头信号进行整形放大等;电机驱动电路负责精确控制盘片的转速。

  盘体由盘腔、上盖、盘片电机、盘片、磁头、音圈电机和其它的辅助组件组成。为保证硬盘正常工作,盘体内的洁净度很高,为防止灰尘进入,盘体处于相对密封的状态,由于硬盘工作的过程中发热,为了保证盘腔的空气压力与外界平衡,在盘体上有呼吸孔,呼吸孔的内侧安装有一个小的空气过滤器,硬盘的设计不同,呼吸孔的位置和结构也有所差别;同时由于盘体在装配完成后,要写入伺服信息,所以盘体上有伺服信息的写入口,在工厂无尘车间里将专用的写入设备从这个孔伸入盘体内写入伺服信息,写入完成后,会用铝箔将其封闭。

  盘腔一般由铝合金铸造后机加工而成,盘体的其它组件都直接或间接安装在盘腔上面,盘腔上还有将硬盘安装到其它设备上的螺丝孔。

  上盖一般由铝合金或软磁金属材料加工而成,有的是单层的,有的是由多层材料粘合而成;它的主要作用是与盘腔一起构成一个相对密封的整体,基本上都是用螺钉与盘腔连接,为了保证密封,上盖与盘腔的结合面一般都有密封垫圈。

  盘片电机的主要作用就是带动盘片旋转,在控制电路板上的盘片电机驱动芯片的控制下,盘片电机带动盘片以设定的速度转动,盘片电机的转速由原来低于4000转/分,发展到现在的10000转/分,甚至15000转/分;盘片转速的提高直接决定着硬盘的寻道时间;当然,在提高转速的同时,硬盘的发热量、振动、噪声等也会对硬盘的稳定工作产生影响,所以一些新的技术也不断应用到盘片电机上,由最初的滚珠轴承电机发展到现在的液态轴承电机。

  硬盘的盘片是硬盘的核心的组件之一,不同的硬盘可能有不同的盘片数量;所有的数据都是存储在盘片上的,盘片是在铝合金或玻璃基底上涂敷很薄的磁性材料、保护材料和润滑材料等多种不同功能的材料层加工而成,其中磁性材料的物理性能和磁层结构直接影响着数据的存储密度和所存储数据的稳定性;为了提高存储密度,防止超顺磁效应的发生,各相关机构进行了大量的研究工作,不断改进磁层的物理性能和磁层结构;磁记录层的记录方式也由以前的纵向磁记录发展到现在的垂直磁记录。在硬盘出厂前,会在盘片上写入伺服信息,将硬盘的盘面划分成一个一个的同心圆,称为磁道,多个盘片的相同位置的磁道形成了一个同心圆柱,这就是硬盘的柱面,在每个磁道上又划分出相同存储容量的扇区作为存储数据的最小单位。要让硬盘正常工作,硬盘必须有相应的初始化和管理程序,其中有部分写在盘片的特定区域,这就是我们常说的固件区,对于不同的硬盘,这个区域的物理位置是不同的,所记录的程序的数量和功能也有差别。由于生产过程中不可能保证整个盘片完全一致,必然有少部分扇区无法稳定读写数据,这就是我们所说的坏道,在每个硬盘出厂前都要进行老化试验,将坏道的位置写入硬盘固件区的工厂坏道表(p-List)中;同时在硬盘使用过程中,有少量的扇区由于种种原因可能也无法正确读写数据,这些坏道的位置也可以写入到硬盘固件区的增长坏道表(G-List)中。

  磁头也是硬盘的核心组件,磁头的性能对硬盘的数据存储密度和内部传输率有很大的影响,磁头最早应用的是铁磁物质,1979年发明了薄膜磁头,使硬盘进一步减小体积、增大容量、提高读写速度成为了可能,80年代末期IBM研发了MR磁阻磁头,后来又研发了GMR巨磁阻磁头,现在的硬盘都是采用GMR磁头,是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据;磁头在工作的过程中并不与盘片接触,而是在盘片高速旋转带动的空气动力的作用下以很低的高度在盘片上面飞行,为了提高磁头的灵敏度,磁头的飞行高度在不断降低;磁头一般跟金属磁头臂、音圈电机线圈和预放电路等组成一个组件,磁头在音圈电机的带动下根据读写数据的需要做往复运动来定位数据所在的磁道。

  由于磁头需要靠盘片旋转带动的空气动力来飞行,那么在硬盘不工作或盘片电机的转速还没有达到预定值时,磁头无法飞行,而磁头的读写面和盘片都很光滑,如果他们直接接触必然导致粘连而妨碍盘片起转或导致磁头和盘片损伤,为此磁头在不工作时需要停泊在数据区以外的区域;硬盘有两种方式来满足这个要求:第一种方式是在盘片内侧开辟一个环形的磁头停泊区,磁头不工作时停泊在这个地方,为了防止粘连,停泊区被有意加工成带有一定粗糙度的区域,以便磁头停泊在这里时磁头和盘片之间有一定的空气,但这样必然导致硬盘启停时磁头和盘片要发生较严重的摩擦而损伤磁头,所以硬盘还有一个启停次数的指标;第二种方式是在盘片的外面安装一个磁头停泊架,当磁头不工作时停泊在停泊架上,这样正常情况下磁头永远也不会和盘片表面接触,也就不存在启停次数的问题。

  为了防止硬盘不工作时发生意外,不同的硬盘还设计了不同的磁头锁定机构,当硬盘不工作或盘片没有达到预定转速时,磁头锁定机构将磁头锁定在停泊位置,有些网友反映晃动硬盘时硬盘里有响声,就是由磁头锁定机构发出的;为了防止磁头工作时出现意外而导致磁头撞击盘片电机的主轴或移动到盘片或停泊架以外,还设计有磁头限位装置。

  音圈电机由一到两个高磁场强度的磁体及外围的磁钢组成封闭磁场和音圈电机线圈组成,在磁头驱动电路的控制下,依读写数据的要求带动磁头在盘片上方作往复运动使磁头定位在需要的数据磁道上。

  硬盘通电以后,DSP首先运行ROM中的程序,部分硬盘会检查各部件的完整性,然后盘片电机起转,当转速达到预定转速时,磁头开始动作定位到盘片的固件区,读取硬盘的固件程序和坏道表,固件区在硬盘上的物理位置并不是一定的,完全由硬盘的设计决定;同时,并不是所有的固件都一定要写在盘片上,在硬盘的所有固件中,只有硬盘的密码是一定写在其固件区的;部分硬盘会先将ROM中记忆的系列号与盘片上的进行比较,如果不一致,硬盘会终止初始化工作,如果固件的关键扇区或文件损坏,硬盘可能出现敲盘、不能被BIOS识别或识别错误等故障;当所有必须的固件正常读出后,磁头会定位到硬盘的0柱面、0磁头、1扇区,也就是我们常说的0道,一般来说,硬盘的0磁头位于靠近盘片电机也就是硬盘的底部,而0道靠近盘片的边缘,然后我们才能对硬盘进行操作。

  平常没啥事拷贝了人家整篇文章啊。。貌似我很早以前就看过。。不过那文章写的还是很好。。值得一看。。

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