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追溯歷史
從2023年9月，ibm的乙個工程小組向世界展示了第一台磁碟儲存系統ibm 350 ramac（random access method of accounting and control）至今，磁碟儲存系統已經歷了近半個世紀的發展。經歷了這45年，磁碟的變化可以說是非常巨大得，最早的那台ramac容量只有5mb，然而卻需要使用50個直徑為24英吋的磁碟。但現在一塊容量高達100gb的硬碟只需要3張磁碟片即可。
當然，ibm 350 ramac與現在的硬碟有很大的差距，它只能算是硬碟的開山鼻祖。現代硬碟的真正原形，可以追溯到2023年，那時ibm公司推出的winchester（溫氏）硬碟，它的特點是：「工作時，磁頭懸浮在高速轉動的碟片上方，而不與碟片直接接觸。
使用時，磁頭沿高速旋轉的碟片上做徑向移動」，這便是現在所有硬碟的雛形。今天高階硬碟容量雖然高達上百gb，但它卻仍然沒有脫離「溫徹斯特」的動作模式。
下面是兩張ibm公司於2023年在ibm-xt上的一塊10m的硬碟圖，可以看出，除了外型略大，無論外觀還是內部結構和現在最先進的硬碟並無大的差別。
圖1：ibm 10mb硬碟的內部結構圖
圖2：ibm 10mb硬碟的外觀圖
技術的前進，總是將電腦系統朝人們喜歡的方面發展，而體積更小、速度更快、容量更大、使用更安全就是廣大使用者對硬碟的最大期望。出於這樣的目的，硬碟工程師們為其做出了許多努力，例如研究讀寫更靈敏的磁頭、更先進的介面型別、儲存密度更高的磁碟碟片及更有效的資料保持技術等。這些技術上的突破使得硬碟不僅越來越先進，而且也更加穩定，這些也就是現在的硬碟與圖1 中所示硬碟的最大區別。
深入了解硬碟之外部結構
二、深入了解硬碟
平時我們了解硬碟，多是從產品外觀、產品特徵及磁碟效能等方面去認識，而硬碟的內部到底是什麼呢？相信許多使用者都不是很清楚，因為了解硬碟內部結構的機會實在太少了。我們經常聽說磁頭、碟片、介面等，但它們都長怎麼樣我們卻不是很清楚？
還有所謂的玻璃碟片，主軸電機等又是什麼呢？帶著這些問題，接下來筆者將對硬碟進行一次大解剖，使大家能更深入地了解硬碟。
在實際動手之前，還是先了解一些硬碟結構理論知識。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。
此次，筆者非常有幸從威騰電子（westerndigital）公司哪拿到了一塊最新硬碟，產品型號為wd200bb，如圖3、4 所示。從型號上可以判斷，它是一款容量為20gb的7200rpm高速硬碟，產品序列號為 wma9l1203351，產地為馬來西亞，出廠日期是2023年8月15日。在接下來的說明中，筆者就以此塊硬碟為例進行深入解剖及說明。
圖3：待拆的西數wd200bb硬碟
圖4：硬碟的具體產品資訊
1、外部結構
圖3 所示的wd200bb硬碟是3.5英吋的普通ide硬碟，它是屬於比較常見的產品，也是使用者最經常接觸的。除此，硬碟還有許多種類，例如老式的普通ide硬碟是5.
25英吋，高度有半高型和全高型。除此，還有體積小巧玲瓏的膝上型電腦，塊頭巨大的高階scsi硬碟及非常特殊的微型硬碟。
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，圖4 所示的就是wd200bb的產品標籤。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。從圖5 中可以清楚地看出各部件的位置。
總得來說，硬碟外部結構可以分成如下幾個部份：
圖5：硬碟背面及各部件名稱
硬碟介面、控制電路板及固定面板
(1)、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ide介面和scsi介面兩大派系。
(2)、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，在此塊硬碟內結合有2mb的快取記憶體。
(3)、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，這在上面已提到了。
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。
圖6：硬碟面板介紹
深入了解硬碟之內部結構
2、內部結構
硬碟內部結構由固定面板、控制電路和板、磁頭、碟片、主軸、電機、介面及其它附件組成，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。
將硬碟面板揭開後，內部結構即可一目了然，圖7、8所示。
圖7：揭開硬碟面板
圖8：細看西數硬碟內部結構
磁頭元件及磁頭驅動機構
(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。
至於硬碟的工作原理，它是利用特定的磁粒子的極性來記錄資料。磁頭在讀取資料時，將磁粒子的不同極性轉換成不同的電脈衝訊號，再利用資料轉換器將這些原始訊號變成電腦可以使用的資料，寫的操作正好與此相反。從圖9 中我們也可以看出，西數wd200bb硬碟採用單碟雙磁頭設計，但該磁頭元件卻能支援四個磁頭，注意其中有兩個磁頭傳動手臂沒有安裝磁頭。
圖9：西數硬碟磁頭及附屬元件
(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。
其中電磁線圈電機包含著一塊永久磁鐵，這是磁頭驅動機構對傳動手臂起作用的關鍵，如圖10所示，磁鐵的吸引力足起吸住並吊起拆硬碟使用的螺絲刀。防震動裝置在老硬碟中沒有，它的作用是當硬碟受動強裂震動時，對磁頭及碟片起到一定的保護使用，以避免磁頭將碟片刮傷等情況的發生。這也是為什麼舊硬碟的防震能力比現在新硬秀盤差多的緣故。
圖10：永久磁鐵足以吸住並磁碟片、主軸元件及前置控制電路
(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11中可以發現，硬碟碟片是完全平整的，簡直可以當鏡子使用。
圖11：磁碟片是不是很像」鏡子」
(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。
例如希捷公司的酷魚ata iv就是採用此電機技術，這樣有利於降低硬碟工作噪音。
圖12：西數硬碟主軸元件
(5)、前置控制電路。前置電路控制磁頭感應的訊號、主軸電機調速、磁頭驅動和伺服定位等，由於磁頭讀取的訊號微弱，將放大電路密封在腔體內可減少外來訊號的干擾，提高操作指令的準確性。
吊起螺絲刀
深入了解硬碟之控制電路
3、控制電路
硬碟的控制電路位於硬碟背面，將背面電路板的安裝螺絲擰下，翻開控制電路板即可見到控制電路。具體如圖13、14所示。
圖13：拆下硬碟控制電路後
圖14：西數硬碟控制電路近照
硬碟控制電路總得來說可以分為如下幾個部份：主控制晶元、資料傳輸晶元、高速資料快取晶元等，其中主控制晶元負責硬碟資料讀寫指令等工作，如圖14可知，wd200bb的主控制晶元為wd70c23-gp，這是一塊中國台灣產的晶元。資料傳輸晶元則是將硬碟磁頭前置控制電路讀取出資料經過校正及變換後，經過資料介面傳輸到主機系統，至於高速資料快取晶元是為了協調硬碟與主機在資料處理速度上的差異而設的，該款西數wd200bb的快取容量大小為2mb，據最新訊息，威騰電子公司推出的wd1000bb-se（特殊版本）結合有8mb的快取記憶體，這是全球首款整合如此高快取的高速ide硬碟。
快取對磁碟效能所帶來的作用是無須置疑的，在讀取零碎檔案資料時，大快取能帶來非常大的優勢，這也是為什麼在高階scsi硬碟中早就有結合16mb甚至32mb快取的產品。
硬碟解剖過程之準備工作
4、解剖過程
上面筆者對硬碟內外部結構及控制電路進行了簡單介紹，至於如磁頭的解剖及分析、磁碟片的工作原理、控制電路各晶元之間是如何協同工作等內容，筆者沒有拿到相關資料，所以也就不能向大家一一說明。上面的西數wd200bb硬碟已經被大解八塊了，但這個拆解過程是如何進行的呢？在解剖硬碟的過程中需要注意那些事項呢？
下面筆者再對這些內容進行簡單介紹。
在開始解剖過程敘述之前，需要提醒使用者注意：硬碟內部是絕對無塵的，在普通環境下將硬碟拆開，即意味著你的硬碟將報廢，所以不要輕易將你的硬碟按筆者這樣解剖。
(1)、準備工作。要解剖硬碟，工具是必不可少的，由於硬碟的安裝螺絲是使用非常特殊的內六角螺絲，而且螺絲中心呈凹形，所以使用普通螺絲刀是沒法擰開的。這樣的螺絲刀在一些比較大的五金店或大商場的五金專櫃有賣，**不菲，筆者買的這把螺絲刀花了￥45。
硬碟內部結構及原理圖
讓們簡單的了解一下硬碟的外部和內部結構及邏輯結構。1 硬碟的外部結構 硬碟是乙個集機 電 磁於一體的高精密系統。圖 一 對上圖 一 的解釋 1 快取這就是我們經常說的快取，快取的作用主要是和硬碟內部交換資料，我們平時所說的內部傳輸率其實也就是快取和硬碟內部之間的資料傳輸速率。2 電源介面和光碟機一樣...
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