機(jī)械硬盤(pán)是由哪些元件組成的？硬盤(pán)外/內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖

　　市場(chǎng)上流通著各種各樣的硬盤(pán)，有固態(tài)硬盤(pán)，有機(jī)械硬盤(pán)，還有閃存盤(pán)等這些計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)硬件承載著操作系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，本文就以機(jī)械硬盤(pán)為主，講解機(jī)械硬盤(pán)從外部結(jié)構(gòu)到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成，閱讀下文了解機(jī)械硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)組成。

　　總得來(lái)說(shuō)，硬盤(pán)主要包括：盤(pán)片、磁頭、盤(pán)片主軸、控制電機(jī)、磁頭控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、緩存等幾個(gè)部份。所有的盤(pán)片都固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，這個(gè)軸即盤(pán)片主軸。而所有盤(pán)片之間是絕對(duì)平行得，在每個(gè)盤(pán)片的存儲(chǔ)面上都有一個(gè)磁頭，磁頭與盤(pán)片之間的距離比頭發(fā)絲的直徑還小。所有的磁頭連在一個(gè)磁頭控制器上，由磁頭控制器負(fù)責(zé)各個(gè)磁頭的運(yùn)動(dòng)。磁頭可沿盤(pán)片的半徑方向動(dòng)作，而盤(pán)片以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的速度在高速旋轉(zhuǎn)，這樣磁頭就能對(duì)盤(pán)片上的指定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。硬盤(pán)是精密設(shè)備，塵埃是其大敵，所以必須完全密封。

　　一、外部結(jié)構(gòu)

　　在硬盤(pán)的正面都貼有硬盤(pán)的標(biāo)簽，標(biāo)簽上一般都標(biāo)注著與硬盤(pán)相關(guān)的信息，例如產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)地、出廠日期、產(chǎn)品序列號(hào)等。在硬盤(pán)的一端有電源接口插座、主從設(shè)置跳線器和數(shù)據(jù)線接口插座，而硬盤(pán)的背面則是控制電路板�？偟脕�(lái)說(shuō)，硬盤(pán)外部結(jié)構(gòu)可以分成如下幾個(gè)部份：

　�。ㄒ唬┙涌�

　　接口包括電源接口插座和數(shù)據(jù)接口插座兩部份，其中電源插座就是與主機(jī)電源相連接，為硬盤(pán)正常工作提供電力保證。數(shù)據(jù)接口插座則是硬盤(pán)數(shù)據(jù)與主板控制芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換的通道，使用時(shí)是用一根數(shù)據(jù)電纜將其與主板IDE接口或與其它控制適配器的接口相連接，經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)的40針、80芯的接口電纜也就是指數(shù)據(jù)電纜，數(shù)據(jù)接口可以分成PATA接口、SATA接口、SCSI接口。

　　（二）控制電路板

　　大多數(shù)的控制電路板都采用貼片式焊接，它包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動(dòng)與伺服定位電路、讀寫(xiě)電路、控制與接口電路等。在電路板上還有一塊ROM芯片，里面固化的程序可以進(jìn)行硬盤(pán)的初始化，執(zhí)行加電和啟動(dòng)主軸電機(jī)，加電初始尋道、定位以及故障檢測(cè)等。在電路板上還安裝有容量不等的高速數(shù)據(jù)緩存芯片。

　　1、主控制芯片

　　主控制芯片是整個(gè)電路板上引腳最多，體積最大的一塊集成電路。它主要負(fù)責(zé)硬盤(pán)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ�，主要包括地址選擇、數(shù)據(jù)傳輸、中斷請(qǐng)求等功能。常見(jiàn)的硬盤(pán)主控芯片有：WD70C22、WD80C24、88 I522、88I6522、Agere c8-c1、 UAB-M3059-T、SAB-M3054等。

　　2、讀寫(xiě)控制芯片

　　讀寫(xiě)控制芯片的引腳數(shù)要比主控芯片的引腳數(shù)少些，芯片體積也要更小些。它的主要作用是依據(jù)主控芯片發(fā)出的讀寫(xiě)指令，控制硬盤(pán)主軸電機(jī)和讀寫(xiě)磁頭對(duì)盤(pán)片上的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和寫(xiě)入操作。常見(jiàn)的讀寫(xiě)控制芯片有：HA13627、SMOOTN L7250E、S6950H、IBM47P1870等。

　　3、緩存芯片

　　硬盤(pán)緩存芯片是一塊內(nèi)存顆粒，具有極快的存取速度，它是硬盤(pán)內(nèi)部存儲(chǔ)和外部接口之間的緩沖器。由于硬盤(pán)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外部傳輸速度不同，緩存在其中起到一個(gè)緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤(pán)傳輸速度的重要因素，合理的緩存容量能明顯提高硬盤(pán)的整體性能。常見(jiàn)的緩存芯片有：現(xiàn)代、華邦、三星等。

　　4、BIOS芯片

　　硬盤(pán)與主板一樣，也有自己的BIOS，它負(fù)責(zé)硬盤(pán)在啟動(dòng)、工作和停止時(shí)的工作參數(shù)，可以稱為是硬盤(pán)的靈魂。它通常保存在一塊FLASH ROM芯片中。由于是FLASH ROM，所以硬盤(pán)的Firmware是可以升級(jí)的，但考慮到風(fēng)險(xiǎn)較大，所以硬盤(pán)廠商并沒(méi)有向普通用戶開(kāi)放這一功能。

　　5、SATA橋接芯片

　　對(duì)于非原生的SATA硬盤(pán)來(lái)說(shuō)，通常采用了一顆負(fù)責(zé)將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)的橋接芯片。由于多了一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，所以非原生SATA硬盤(pán)的性能要遜于原生的SATA硬盤(pán)。常見(jiàn)的橋接芯片有：88i8030、282368pb、 sil3611。

　　（三）固定面板

　　就是硬盤(pán)正面的面板，它與底板結(jié)合成一個(gè)密封的整體，保證了硬盤(pán)盤(pán)片和機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行。在面板上最顯眼的莫過(guò)于產(chǎn)品標(biāo)簽，上面印著產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品序列號(hào)、產(chǎn)品、生產(chǎn)日期等信息。除此，還有一個(gè)透氣孔，它的作用就是使硬盤(pán)內(nèi)部氣壓與大氣氣壓保持一致。

　　二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　硬盤(pán)內(nèi)部結(jié)構(gòu)由磁頭、盤(pán)片、主軸、電機(jī)及其它附件組成，其中磁頭盤(pán)片組件是構(gòu)成硬盤(pán)的核心，它封裝在硬盤(pán)的凈化腔體內(nèi)，包括有浮動(dòng)磁頭組件、磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、盤(pán)片、主軸驅(qū)動(dòng)裝置及前置讀寫(xiě)控制電路這幾個(gè)部份。

　　1、磁頭組件

　　這個(gè)組件是硬盤(pán)中最精密的部位之一，它由讀寫(xiě)磁頭、傳動(dòng)手臂、傳動(dòng)軸三部份組成。磁頭是硬盤(pán)技術(shù)中最重要和關(guān)鍵的一環(huán)，實(shí)際上是集成工藝制成的多個(gè)磁頭的組合，它采用了非接觸式頭、盤(pán)結(jié)構(gòu)，加后電在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤(pán)表面移動(dòng)，與盤(pán)片之間的間隙只有0.1～0.3um，這樣可以獲得很好的數(shù)據(jù)傳輸率�，F(xiàn)在轉(zhuǎn)速為7200RPM的硬盤(pán)飛高一般都低于0.3um，以利于讀取較大的高信噪比信號(hào)，提供數(shù)據(jù)傳輸率的可靠性。

　　2、磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

　　盤(pán)硬的尋道是靠移動(dòng)磁頭，而移動(dòng)磁頭則需要該機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)。磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由電磁線圈電機(jī)、磁頭驅(qū)動(dòng)小車(chē)、防震動(dòng)裝置構(gòu)成，高精度的輕型磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠?qū)Υ蓬^進(jìn)行正確的驅(qū)動(dòng)和定位，并能在很短的時(shí)間內(nèi)精確定位系統(tǒng)指令指定的磁道。

　　3、磁盤(pán)片

　　盤(pán)片是硬盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在硬盤(pán)盤(pán)片大多采用金屬薄膜材料，這種金屬薄膜較軟盤(pán)的不連續(xù)顆粒載體具有更高的存儲(chǔ)密度、高剩磁及高矯頑力等優(yōu)點(diǎn)。另外，IBM還有一種被稱為“玻璃盤(pán)片”的材料作為盤(pán)片基質(zhì)，玻璃盤(pán)片比普通盤(pán)片在運(yùn)行時(shí)具有更好的穩(wěn)定性。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，硬盤(pán)盤(pán)片是完全平整的，簡(jiǎn)直可以當(dāng)鏡子使用。

　　4、主軸組件

　　主軸組件包括主軸部件如軸承和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。隨著硬盤(pán)容量的擴(kuò)大和速度的提高，主軸電機(jī)的速度也在不斷提升，有廠商開(kāi)始采用精密機(jī)械工業(yè)的液態(tài)軸承電機(jī)技術(shù)，這樣有利于降低硬盤(pán)工作噪音。

　　通過(guò)這次解剖硬盤(pán)，相信讀者對(duì)硬盤(pán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了一定的認(rèn)識(shí)與了解，看到了磁頭長(zhǎng)什么樣，知道了磁盤(pán)片表面光滑如鏡，懂得了硬盤(pán)是如何初始化及完成尋道工作的等。當(dāng)然這次解剖工作只是淺層次的拆解，如果想更深層次地解剖及研究磁頭、盤(pán)片、電機(jī)、主軸等，就需要更高的技術(shù)條件與設(shè)備。

　　以上便是關(guān)于機(jī)械硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)組成，硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)其實(shí)挺復(fù)雜的，對(duì)于研究這一塊的用戶可能比較有幫助。