硬盘的结构(说明硬盘的物理结构)

硬盘结构可分为外部结构和内部结构。

下面我们就以500G硬盘为例来解释一下硬盘的结构。

硬盘外部结构

硬盘的外部结构主要包括三个部分:金属固定面板、控制电路板和接口。以下图片均为实物拍摄:(用美图秀秀，不仅脸好看，硬盘也好看，好好看。)

金属固定面板

硬盘外面会有一块金属面板保护整个硬盘。

金属面板和地板结合成一个密封的整体，保证硬盘本体和机构的稳定运行。

控制电路板

这个电路板是硬盘的控制电路板。电路板上的大部分电子元件都焊接有贴片元件，这些电子元件组成了不同功能的电子电路，包括主轴转速控制电路、磁头驱动和伺服定位电路、读写电路、控制和接口电路等。电路板上主要有几个芯片:主控芯片、BIOS芯片、缓存芯片、电机驱动芯片。

啮合/界面

在硬盘的顶部，有几个不同的硬盘接口。这些接口主要包括电源插座接口、数据接口和主从跳线接口。其中，电源插座与主机电源相连，为硬盘提供电源保障。中间用主、从盘的跳线接口来设置主、从硬盘，也就是设置硬盘驱动器的访问顺序。

硬盘内部结构

硬盘主要包括磁头组件、磁头驱动组件、盘体、主轴组件、前端控制电路等。

(1)磁头组件

磁头组件由读写磁头、传动臂和传动轴组成。

磁头组件最重要的部分是磁头，另外两部分可以看作是磁头的辅助装置。驱动传动轴的传动臂，使磁头到达指定位置。

磁头是硬盘中读写磁盘的工具，是硬盘中最精密的部件之一。磁头由缠绕在磁芯上的线圈制成，其工作原理是利用特殊材料的电阻值会随磁场而变化的原理来读写磁盘上的数据。硬盘工作时，磁头通过感应旋转磁盘上磁场的变化来读取数据；通过改变磁盘上的磁场来写入数据。为了避免磁头和磁盘的磨损，在工作状态下，磁头悬浮在高速旋转的磁盘上方，间隙仅为0.1 ~ 0.3um，而不是与磁盘直接接触。断电后，磁头会自动回到磁盘上的降落区，这里磁盘不存储数据，而是磁盘的起始位置，如图，是磁头组件和磁头驱动组件。

(2)磁头驱动组件

磁头的移动是由磁头驱动组件实现的，硬盘的寻道时间与磁头驱动组件密切相关。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车和防振装置组成。本发明的高精度轻型磁头驱动机构能够正确驱动和定位磁头，能够在短时间内准确定位系统指令指定的轨道，从而保证数据读写的可靠性。电磁电机内含永磁体，具有强大的磁力，对传动臂的运动起关键作用。防震装置是为了避免磁头划伤磁盘的情况而设计的。图为磁头驱动组件。

(3)阀盘和主轴组件

磁盘是硬盘存储数据的载体。磁盘是在铝合金或玻璃基片上涂上磁性材料、防护材料、润滑材料等不同功能的薄层材料制成的。磁性材料的物理性质和磁层机制直接影响存储数据的存储密度和稳定性。金属盘具有高存储密度、高剩磁和高矫顽力。玻璃盘在操作中比普通金属盘具有更好的稳定性。如图所示。它是硬盘的盘片和主轴组件。

主轴组件包括主轴轴瓦和驱动电机等。随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机的速度也在不断提高。一些厂商已经开始采用精密机械行业的液体轴承机电技术，该技术的应用有效降低了硬盘的工作噪音。

(4)预控电路

前置放大电路控制磁头感应信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等。由于磁头读取的信号较弱，将放大电路密封在腔体中可以减少外界信号的干扰。

提高操作指令的准确性，如硬盘前端控制电路如图所示。

硬盘逻辑结构

新买的硬盘不能直接使用，必须分区格式化存储数据。格式化分区后，逻辑上每个磁盘的每一面都会被划分成几个虚拟的概念，比如磁道、扇区、柱面，并不是真的像豆腐一样切开。图为硬盘分区的逻辑结构图。另外，不同硬盘的磁盘数量也不一样。磁盘有两面，两面都可以存储数据，每一面都会对应一个磁头。习惯上把磁盘数算作磁头数，用来计算硬盘的容量。

扇区、磁道(或柱面)和磁头数量构成了硬盘结构的基本参数。用这些参数来计算硬盘的容量，计算公式是:

存储容量=磁头数量x磁道(柱面)数量x每个磁道的扇区数x每个扇区的字节数

1)轨道

当磁盘旋转时，如果磁头停留在一个位置，每个磁头会在磁盘表面画一个圆形轨迹，这些圆形轨迹称为磁道。一个磁道上的磁道是一组记录密度不同的同心圆，如图。磁表面存储器是一种不同形状的载体(如盘状或带状)上涂有一层磁性材料。工作时靠载体磁铁高速移动，磁头在磁性层上读写。信息记录在磁性层上，这些信息的轨迹就是磁道。这些磁道是肉眼看不到的，因为它们只是磁盘表面以特殊方式磁化的区域，磁盘上的信息是沿着这样的磁道存储的。相邻磁道之间并不靠近，因为当磁化单元靠得太近时，磁性会相互影响，也会给磁头的读写带来困难。通常，磁盘的一面有数千个磁道。

(2)部门

在对一个磁盘进行分区时，每个磁盘的每一面都会被划分成许多同心圆轨迹，每个同心圆又会被进一步划分成多个相等的圆弧，这些圆弧就是扇区。为什么要分扇区？因为，读写数据时，磁盘会以扇区为单位读写数据。即使计算机一个扇区只需要几个字节的文件，也必须将这些字节数据所在扇区的512个字节数据全部一次性读入内存，然后筛选出需要的数据。因此，为了提高计算机的运行速度，有必要对硬盘进行扇区化。另外，每个扇区的前端和后端都有一些特定的数据，用来形成扇区之间的边界标记，磁头可以通过这些边界标记识别很多扇区。

(3)气缸

一个硬盘通常由一个或多个磁盘组成，每一面被划分成相等数量的磁道，从外缘开始编号(即最外面的磁道为0磁道，依次累加)。这样，磁盘中编号相同的磁道就会形成一个柱面，称为磁盘的柱面。磁盘的列数等于磁盘表面的磁道数。因为每个磁盘表面都有一个磁头，所以磁盘表面的数量等于磁头的总数。

首先，不同种类的硬盘

硬盘的种类很多，根据硬盘接口类型的不同，大致可以分为IDE硬盘、SATA硬盘、SCSI硬盘、移动硬盘和固态硬盘。

硬盘按照工作形式可以分为两种，一种是机械硬盘，一种是固态硬盘。常见的机械硬盘按接口形式可分为IDE硬盘、SATA硬盘和SCSI硬盘。

1.ide硬盘

IDE(集成驱动电子)硬盘是指带有IDE接口的硬盘。如图，它是一个IDE硬盘。IDE是所有现有并行ATA接口规范的统称。这种硬盘相对便宜，兼容，稳定，容量大，噪音低，应用广泛。但这种硬盘采用并行数据传输方式，传输速度的不断提高使得信号干扰逐渐变强，不利于数据传输。

2.SATA硬盘

SATA(串行高级技术附件)硬盘是指带有SATA接口的硬盘，如图。SATA接口采用串行数据传输方式，理论上传输速度比IDE接口快很多，解决了IDE硬盘数据传输信号干扰限制传输速度的问题。而且使用这个接口的硬盘支持热插拔，执行率也很高。

3.SCSI硬盘

SCSI(小型计算机系统接口)硬盘是带有SCSI接口的硬盘，带有该接口的硬盘主要用于服务器，如图，SCIS硬盘。这个接口总共有50个管脚，外观和常见的硬盘接口有些相似。SCSI硬盘相比普通IDE硬盘有很多优点:接口速度快，而且由于主要用于服务器，硬盘本身性能比较高，速度快，缓存容量大，CPU利用率低，扩展性远超IDE硬盘，还支持热插拔。

4.固态驱动器

固态硬盘(SSD)由固态电子存储芯片阵列构成的硬盘，如图所示，就是SSD，主要由控制单元和存储单元(闪存芯片)组成。固态硬盘的接口规格、定义、功能、用法与普通硬盘完全一样，产品外观、尺寸与普通硬盘几乎一样。SSD的存储介质有两种，一种是闪存(闪存芯片)，一种是DRAM。广泛应用于军事、车载、工业控制、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空空、导航设备等领域。但由于SSD成本高，售价高，一直没有普及。