硬盘的结构(说明硬盘的物理结构)

硬盘的结构可以分为外部结构和内部结构。

我们以西部数字500G硬盘为例，说明一下硬盘的结构。

硬盘外部结构

硬盘的外部结构主要包括三部分:金属固定面板、控制电路板和接口。下面的图片是这样拍的:(有了美图秀秀，不仅脸美了，硬盘也变得很美了，刘碧！)

固定金属板

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

这个电路板就是硬盘的控制电路板。电路板上的大多数电子元件都与芯片元件焊接在一起。这些电子元件构成了具有不同功能的电子电路，包括主轴调速电路、磁头驱动和伺服定位电路、读写电、控制和接口电路等。电路板上有几个主要芯片:主控芯片、BIOS芯片、缓存芯片和电机驱动芯片。

港口

硬盘顶部会有几个不同的硬盘接口，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，为硬盘工作提供电源保障。中间主从盘的跳线接口用于设置主从硬盘，即设置硬盘驱动器的访问顺序。

硬盘内部结构

硬盘内部主要包括磁头组件、磁头驱动组件、盘体、主轴组件、前控制电路等。

(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。用传动轴驱动传动臂，使磁头到达指定位置。

它是磁头硬盘中读写磁盘的工具，是硬盘中最精密的零件之一。磁头是由绕在磁芯上的线圈构成，其工作原理是利用特殊材料的电阻值会随磁场变化的原理，在磁盘上读写数据。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，磁头以仅0.1 ~ 0.3um的间隙悬浮在高速旋转的磁盘上方，而不是与磁盘直接接触。关闭电源后，磁头会自动回到磁盘上的着陆区，在那里磁盘不存储数据，这是磁盘的初始位置，如图所示，这是磁头组件和磁头驱动组件。

(2)磁头驱动组件

磁头的运动是由磁头驱动组件实现的，硬盘寻道时间的长短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，并在短时间内准确定位系统指令指定的磁道，保证了数据读写的可靠性。电磁线圈电机包含一个永磁体，它具有很强的磁力，在传动臂的运动中起着关键作用。防震装置的设计是为了防止磁头划伤磁盘。图为磁头驱动组件。

(3)圆盘和主轴组件

磁盘是硬盘存储数据的载体。磁盘是通过在铝合金或玻璃基板上涂覆磁性材料、防护材料和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。玻璃盘比普通金属盘具有更好的工作稳定性。图。是硬盘的磁盘和主轴组件。

主轴总成包括主轴部件的轴瓦和驱动电机等。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。部分厂商开始在精密机械行业采用液体轴承机电技术，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，如图，硬盘的前置控制电路。

硬盘逻辑结构

新买的硬盘不能直接使用，必须分区格式化才能存储数据。格式化分区后，从逻辑上来说，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。图为硬盘分区逻辑结构图。此外，不同硬盘的磁盘数量也不同。磁盘有两面，可以存储数据，每一面对应一个磁头。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。这些参数用于计算硬盘的容量，计算公式为:

存储容量=磁头数量x磁道(柱面)数量x每个通道的扇区数量x每个扇区的字节数量

(1)轨道

当磁盘旋转时，如果磁头保持在一个位置，每个磁头将在磁盘表面画一个圆形轨迹。这些圆形轨道被称为轨道。磁道上的磁道是一组记录密度不同的同心圆。如图所示。磁性表面存储器是一种涂覆在不同形状载体(如磁盘、磁带等)上的磁性材料层。).工作时，磁头通过载体磁铁的高速运动在磁性层上读写，信息记录在磁性层上，信息的轨迹就是磁道。这些磁道根本无法用肉眼看到，因为它们只是磁盘上以特殊方式磁化的区域，磁盘上的信息是沿着这些磁道存储的。相邻的轨道彼此不靠近。这是因为当磁化单元相距太近时，磁性会相互影响，也会给磁头的读写带来困难。通常，磁盘的一侧有成千上万个磁道。

(2)部门

在划分磁盘时，每个磁盘的每一侧会被分成许多同心圆轨迹，每个同心圆会进一步被分成几个相等的弧，这些弧就是扇区。为什么要划分部门？因为在读写数据时，磁盘会以扇区读写数据。即使计算机只需要某个扇区中的几个字节的文件，它也必须一次将这些字节数据所在扇区中的所有512字节数据读入内存，然后过滤所需的数据。因此，为了提高计算机的运行速度，有必要将硬盘分成扇区。此外，每个扇区的前端和后端都有一些特定的数据，用于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许多扇区。

(3)气缸

硬盘通常由一个或多个磁盘组成，每个面被划分为数量相等的磁道，从外沿开始编号(即最外层磁道为磁道0，依次累加)。这样，磁盘中数量相同的磁道将形成一个柱面，称为磁盘的柱面。磁盘上的列数等于磁盘上的磁道数。因为每个磁盘都有一个磁头，所以磁盘的数量等于磁头的总数。

一、不同种类的硬盘

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

硬盘根据工作形式可以分为两种，一种是机械硬盘，另一种是固态硬盘。常见的机械硬盘根据接口形式的不同，可以分为IDE硬盘、SATA硬盘和SCSI硬盘。

1.ide硬盘

集成驱动电子硬盘是指具有集成驱动电子接口的硬盘。如图，是IDE硬盘。IDE是所有现有并行ATA接口规范的通用术语。这种硬盘相对便宜，兼容，运行稳定，容量大，噪音低，应用广泛。但这类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，如图所示，它就是SATA硬盘。SATA接口采用串行数据传输方式，理论上传输速度要比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，而且有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，主要用于服务器，如图为SCIS硬盘。这个接口一共50针，外观和普通硬盘接口有些相似。SCSI硬盘相比普通IDE硬盘有很多优势:接口速度快，而且由于主要用于服务器，硬盘本身性能相对较高，硬盘速度快，缓存容量大，CPU利用率低，扩展性远优于IDE硬盘，并且还支持热插拔。

4.固态驱动器

固态硬盘是由固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。如图，是固态硬盘，主要由控制单元和存储单元(FLASH芯片)组成。固态硬盘的接口规格、定义、功能和用途与普通硬盘完全相同，产品形状和尺寸几乎与普通硬盘相同。固态硬盘有两种存储介质。一种是用闪存(FLASH芯片)作为存储介质，另一种是用DRAM作为存储介质。广泛应用于军事、车辆、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。但是由于SSD的成本比较高，售价也比较高，所以一直没有普及。