硬盘物理结构和原理

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1、一、引言自1956年IBM推出第一台硬盘驱动器IBMRAMAC350至今已有四十多年了，其间虽没有CPU那种令人眼花缭乱的高速发展与技术飞跃，但我们也确实看到，在这几十年里，硬盘驱动器从控制技术、接口标准、机械结构等方面都进行了一系列改进。正是这一系列技术上的研究与突破，使我们今天终于用上了容量更大、体积更小、速度更快、性能更可靠、价格更便宜的硬盘。如今，虽然号称新一代驱动器的JAZ、DVD-ROM、DVD-RAM、CD-RW、MO、PD等纷纷登陆大容量驱动器市场，但硬盘以其容量大、体积小、速度快、价格便宜等优点，依然当之无愧地成为

2、桌面电脑最主要的外部存储器，也是我们每一台PC必不可少的配置之一。二、硬盘磁头技术1、磁头磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头，但是，硬盘的读、写却是两种截然不同的操作，为此，这种二合一磁头在设计时必须要同时兼顾到读/写两种特性，从而造成了硬盘设计上的局限。而MR磁头（Magnetoresistiveheads），即磁阻磁头，采用的是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设

3、计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以得到最好的读/写性能。另外，MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度，因而对信号变化相当敏感，读取数据的准确性也相应提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关，故磁道可以做得很窄，从而提高了盘片密度，达到200MB/英寸2，而使用传统的磁头只能达到20MB/英寸2，这也是MR磁头被广泛应用的最主要原因。目前，MR磁头已得到广泛应用，而采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头（GiantMagnetoresistiveheads）也逐渐普及。2、磁道当磁盘旋转时，磁头若保持

4、在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5英寸软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有成千上万个磁道。3、扇区磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取和

5、写入数据时，要以扇区为单位。1.44MB3.5英寸的软盘，每个磁道分为18个扇区。4、柱面硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS,即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的CHS的数目，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512B。三、硬盘接口技术硬盘接口是连

6、接硬盘驱动器和计算机的专用部件，它对计算机的性能以及在扩充系统时计算机连接其他设备的能力都有很大影响。硬盘驱动器接口的类型主要有：1、ST506/412接口与ESDI接口ST506/412是PC/XT、AT时代的标准接口标准。ST506/412最多可安装4个硬盘驱动器，允许最大硬盘空间为150MB。而ESDI（EnhancedSmallDeviceInterface，增强型小型设备接口）是ST506/412接口的改进版，但与ST506/412接口互不兼容。ESDI支持的硬盘容量上增加到300MB，最大数据传输率为2MB/sec。目前

7、这两种接口均已遭淘汰。2、SCSI接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）即“小型计算机系统接口”是一种系统级的接口，支持硬盘的容量突破了528MB的限制，可以同时挂接7个不同的设备。目前SCSI接口有二个标准：SCSI-2和SCSI-3。SCSI-2又称为FastSCSI，在8bit总线下能达到10M/s的数据传输率。而SCSI-3包括UltraSCSI（8bit）、UltrawideSCSI（含16bit和32bit）和Ultra2SCSI。其中Ultra2SCSI在8bit数据宽度下提供40M/

8、s的数据传输率，在16位总线下最高能达到80M/s。SCSI接口的硬盘被广泛应用于网络服务器、工作站和小型计算机系统上，但由于SCSI接口硬盘的价格要比IDE接口硬盘高，而且使用时还必须另外购买SCSI接口卡，因而在家用电脑上仍以ID