解剖硬碟的硬體結構

2021-03-03 23:03:55 字數 2597 閱讀 9596

總得來說,硬碟主要包括:碟片、磁頭、碟片主軸、控制電機、磁頭控制器、資料轉換器、介面、快取等幾個部份。所有的碟片都固定在乙個旋轉軸上,這個軸即碟片主軸。

而所有碟片之間是絕對平行得,在每個碟片的儲存面上都有乙個磁頭,磁頭與碟片之間的距離比頭髮絲的直徑還小。所有的磁頭連在乙個磁頭控制器上,由磁頭控制器負責各個磁頭的運動。磁頭可沿碟片的半徑方向動作,而碟片以每分鐘數千轉的速度在高速旋轉,這樣磁頭就能對碟片上的指定位置進行資料的讀寫操作。

硬碟是精密裝置,塵埃是其大敵,所以必須完全密封。

一、外部結構

在硬碟的正面都貼有硬碟的標籤,標籤上一般都標註著與硬碟相關的資訊,例如產品型號、產地、出廠日期、產品序列號等。在硬碟的一端有電源介面插座、主從設定跳線器和資料線介面插座,而硬碟的背面則是控制電路板。總得來說,硬碟外部結構可以分成如下幾個部份:

(一)介面

介面包括電源介面插座和資料介面插座兩部份,其中電源插座就是與主機電源相連線,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機板控制晶元之間進行資料傳輸交換的通道,使用時是用一根資料電纜將其與主機板ide介面或與其它控制介面卡的介面相連線,經常聽說的40針、80芯的介面電纜也就是指資料電纜,資料介面可以分成pata介面、sata介面、scsi介面。

(二)控制電路板

大多數的控制電路板都採用貼片式焊接,它包括主軸調速電路、磁頭驅動與伺服定位電路、讀寫電路、控制與介面電路等。在電路板上還有一塊rom晶元,裡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快取晶元。

1、主控制晶元

主控制晶元是整個電路板上引腳最多,體積最大的一塊積體電路。它主要負責硬碟資料讀寫指令和資料傳輸等工作,主要包括位址選擇、資料傳輸、中斷請求等功能。常見的硬碟主控晶元有:

wd70c22、wd80c24、88 i522、88i6522、agere c8-c1、 uab-m3059-t、sab-m3054等。

2、讀寫控制晶元

讀寫控制晶元的引腳數要比主控晶元的引腳數少些,晶元體積也要更小些。它的主要作用是依據主控晶元發出的讀寫指令,控制硬碟主軸電機和讀寫磁頭對碟片上的資料進行讀取和寫入操作。常見的讀寫控制晶元有:

ha13627、**ootn l7250e、s6950h、ibm47p1870等。

3、快取晶元

硬碟快取晶元是一塊記憶體顆粒,具有極快的訪問速度,它是硬碟內部儲存和外部介面之

間的緩衝器。由於硬碟的內部資料傳輸速度和外部傳輸速度不同,快取在其中起到乙個緩衝的作用。快取的大小與速度是直接關係到硬碟傳輸速度的重要因素,合理的快取容量能明顯提高硬碟的整體效能。

常見的快取晶元有:現代、華邦、三星等。

4、bios晶元硬碟與主機板一樣,也有自己的bios,它負責硬碟在啟動、工作和停止時的工作引數,可以稱為是硬碟的靈魂。它通常儲存在一塊flash rom晶元中。由於是flash rom,所以硬碟的firmware是可以公升級的,但考慮到風險較大,所以硬碟廠商並沒有向普通使用者開放這一功能。

5、sata橋接晶元對於非原生的sata硬碟來說,通常採用了一顆負責將並行資料轉換成序列資料的橋接晶元。由於多了乙個轉換過程,所以非原生sata硬碟的效能要遜於原生的sata硬碟。常見的橋接晶元有:

88i8030、282368pb、 sil3611。

(三)固定面板就是硬碟正面的面板,它與底板結合成乙個密封的整體,保證了硬碟碟片和機構的穩定執行。在面板上最顯眼的莫過於產品標籤,上面印著產品型號、產品序列號、產品、生產日期等資訊。除此,還有乙個透氣孔,它的作用就是使硬碟內部氣壓與大氣氣壓保持一致。

二、內部結構硬碟內部結構由磁頭、碟片、主軸、電機及其它附件組成,其中磁頭碟片組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份。

(1)磁頭元件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、傳動軸三部份組成。磁頭是硬碟技術中最重要和關鍵的一環,實際上是整合工藝製成的多個磁頭的組合,它採用了非接觸式頭、盤結構,加後電在高速旋轉的磁碟表面移動,與碟片之間的間隙只有0.1~0.

3um,這樣可以獲得很好的資料傳輸率。現在轉速為7200rpm的硬碟飛高一般都低於0.3um,以利於讀取較大的高訊雜比訊號,提供資料傳輸率的可靠性。

(2)磁頭驅動機構盤硬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)磁碟片碟片是硬碟儲存資料的載體,現在硬碟碟片大多採用金屬薄膜材料,這種金屬薄膜較軟盤的不連續顆粒載體具有更高的儲存密度、高剩磁及高矯頑力等優點。另外,ibm還有一種被稱為「玻璃碟片」的材料作為碟片基質,玻璃碟片比普通碟片在執行時具有更好的

穩定性。從圖中可以發現,硬碟碟片是完全平整的,簡直可以當鏡子使用。

(4)主軸元件主軸元件包括主軸部件如軸承和驅動電機等。隨著硬碟容量的擴大和速度的提高,主軸電機的速度也在不斷提公升,有廠商開始採用精密機械工業的液態軸承電機技術,這樣有利於降低硬碟工作噪音。

通過這次解剖硬碟,相信讀者對硬碟的內部結構有了一定的認識與了解,看到了磁頭長什麼樣,知道了磁碟片表面光滑如鏡,懂得了硬碟是如何初始化及完成尋道工作的等。當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、碟片、電機、主軸等,就需要更高的技術條件與裝置。

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