硬盘物理结构及工作原理

1、从外部看，硬盘的结构主要包括金属固定面板、控制电路板和接口三部分。从外部看，硬盘的结构主要包括金属固定面板、控制电路板和接口三部分。1. 金属固定面板金属固定面板硬盘外部总会有一个金属的面板，用于保护整个硬盘，如图所示。一般在硬硬盘外部总会有一个金属的面板，用于保护整个硬盘，如图所示。一般在硬盘金属面板正面贴有产品标签，标签上多会标注产品的型号、产地、设置数盘金属面板正面贴有产品标签，标签上多会标注产品的型号、产地、设置数据等，这些信息是正确使用硬盘的基本依据。金属面板和底板结合成一个密据等，这些信息是正确使用硬盘的基本依据。金属面板和底板结合成一个密封的整体，保证硬盘盘片和机构的稳定运行。固

2、定面板和盘体侧面还设有螺封的整体，保证硬盘盘片和机构的稳定运行。固定面板和盘体侧面还设有螺纹孔，以方便硬盘的安装。纹孔，以方便硬盘的安装。金属固定板金属固定板缓存芯片主控芯片晶振电机驱动芯片数字信号处理芯片电源控制芯片电源接口SATA数据接口盘片电机接口2.磁头驱动组件磁头驱动组件磁头的移动是靠磁头驱动组件实现的，硬盘的寻道时间的长短与磁头驱动组件关系非磁头的移动是靠磁头驱动组件实现的，硬盘的寻道时间的长短与磁头驱动组件关系非常密切。磁头的驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度常密切。磁头的驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够

3、对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道，保证数据读写的可靠性。电磁线圈电机包含着一块永磁铁，位系统指令指定的磁道，保证数据读写的可靠性。电磁线圈电机包含着一块永磁铁，该磁铁的磁力很强，对于传动手臂的运动起着关键性的作用。防震装置是为了避免磁该磁铁的磁力很强，对于传动手臂的运动起着关键性的作用。防震装置是为了避免磁头将盘片刮伤等情况的发生而设计的。头将盘片刮伤等情况的发生而设计的。永磁铁电磁线圈磁盘片电磁线圈4.前置控制电路前置控制电路前置放大电路控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动

4、和伺服定位等，由前置放大电路控制磁头感应的信号、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微弱，将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高于磁头读取的信号微弱，将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高操作指令的准确性。操作指令的准确性。前置控制电路磁道磁道柱面柱面扇区扇区盘片盘片盘片盘片主轴主轴磁道磁道SCSI硬盘硬盘SATA硬盘硬盘4. 固态硬盘固态硬盘固态硬盘（固态硬盘（Solid State Disk）用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，如图所示为）用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，如图所示为固态硬盘，它主要由控制单元和存储单元（固态硬盘，它主要由控制单元和存

5、储单元（FLASH芯片）组成。固态硬盘的接口规芯片）组成。固态硬盘的接口规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上与普通范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上与普通硬盘几乎一致。固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（硬盘几乎一致。固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作芯片）作为存储介质，另外一种是采用为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质。广泛应用于军事、车载、工控、作为存储介质。广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。但是，由视频监控、网络监控、网络

6、终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。但是，由于固态硬盘的成本比较高，销售价格相对较高，所以还没有得到普及。于固态硬盘的成本比较高，销售价格相对较高，所以还没有得到普及。 随着计算机行业的不段发展，存储文件用的硬盘也在不断的发展，随着计算机行业的不段发展，存储文件用的硬盘也在不断的发展，1973年，年，IBM研制研制成功了一种新型的硬盘成功了一种新型的硬盘IBM3340。这种硬盘拥有几个同轴的金属盘片，盘片上涂着磁性材。这种硬盘拥有几个同轴的金属盘片，盘片上涂着磁性材料，盘片和移动的磁头共同密封在一个盒子里面，磁头能从旋转的盘片上读出磁信号的变料，盘片和移动的磁头共同密封在一个盒子里面，磁头

7、能从旋转的盘片上读出磁信号的变化。这就是第一块温彻斯特硬盘（化。这就是第一块温彻斯特硬盘（Winchester）。）。“温彻斯特温彻斯特”这个名字的来历是：这个名字的来历是：IBM3340硬盘拥有两个硬盘拥有两个30MB的存储单元，而当时一种很有名的的存储单元，而当时一种很有名的“温彻斯特来福枪温彻斯特来福枪”的口的口径和装药也恰好包含了两个数字径和装药也恰好包含了两个数字“30”。于是这种硬盘的内部代号就被定为。于是这种硬盘的内部代号就被定为“温彻斯特温彻斯特”。 现在的现在的IDE、SATA和和SCSI接口硬盘采用的都是接口硬盘采用的都是“温彻思特温彻思特”技术，简称为技术，简称为“温盘温

8、盘”。温彻斯特技术的主要内容是温彻斯特技术的主要内容是“头盘组合件（头盘组合件（HAD，Head Disk Assembly）”。将磁头、盘。将磁头、盘片、主轴等运动部分密封在一个壳体中，就形成一个头盘组合件（片、主轴等运动部分密封在一个壳体中，就形成一个头盘组合件（HAD），头盘组合件与），头盘组合件与外界环境隔绝，避免了灰尘的污染。其中，磁头浮动块采用小型化轻浮力设计，盘片表面外界环境隔绝，避免了灰尘的污染。其中，磁头浮动块采用小型化轻浮力设计，盘片表面涂润滑剂，实行接触起停。即平常盘片不转时，磁头停靠在盘片上，当盘片转速达一定值涂润滑剂，实行接触起停。即平常盘片不转时，磁头停靠在盘片上，

9、当盘片转速达一定值时，磁头浮起并保持一定的浮动间隙。这样简化了机械结构，缩短了起动时间。时，磁头浮起并保持一定的浮动间隙。这样简化了机械结构，缩短了起动时间。 温彻斯特硬盘的特点如下：温彻斯特硬盘的特点如下：（1）磁头、盘片、运动机构密封。）磁头、盘片、运动机构密封。 （2）固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑。）固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑。 （3）磁头沿盘片径向移动。）磁头沿盘片径向移动。 （4）磁头对盘片接触式启停，但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。）磁头对盘片接触式启停，但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。 计算机中的数据都是保存在硬盘中的，那么硬盘的工作原理到底是怎样的计算

10、机中的数据都是保存在硬盘中的，那么硬盘的工作原理到底是怎样的呢？简单的说，硬盘的工作原理就是利用盘片上的磁性粒子的极性来记录保存呢？简单的说，硬盘的工作原理就是利用盘片上的磁性粒子的极性来记录保存数据的，其实就是电磁转换的原理。数据的，其实就是电磁转换的原理。 硬盘存储数据的位置是在盘片的表面，但是盘片的材料一般为合金材料或硬盘存储数据的位置是在盘片的表面，但是盘片的材料一般为合金材料或者是玻璃材料，并非磁性材料，因此不具备记录数据的条件，需要在盘片上附者是玻璃材料，并非磁性材料，因此不具备记录数据的条件，需要在盘片上附着一层磁性粉，这些磁粉在硬盘工作过程中，通过磁头释放磁性信号将磁粉做着一层

11、磁性粉，这些磁粉在硬盘工作过程中，通过磁头释放磁性信号将磁粉做以不同的磁化从而记录数据，另外，硬盘在进行数字记录是，首先要将记录的以不同的磁化从而记录数据，另外，硬盘在进行数字记录是，首先要将记录的数据信息转为二进制数，然后将磁化状态记录在磁粉介质之上。数据信息转为二进制数，然后将磁化状态记录在磁粉介质之上。 硬盘驱动器加电后，磁盘片由主轴电机驱动进行高速旋转，设置在盘片硬盘驱动器加电后，磁盘片由主轴电机驱动进行高速旋转，设置在盘片表面的磁头会在电路控制下径向移动到指定位置然后将数据存储或读出来。当表面的磁头会在电路控制下径向移动到指定位置然后将数据存储或读出来。当系统向硬盘写入数据时，磁头中

12、写数据电流产生磁场使盘片表面磁性物质状态系统向硬盘写入数据时，磁头中写数据电流产生磁场使盘片表面磁性物质状态发生改变，并在写电流磁场消失后仍能保持，当系统从硬盘中读取数据时，磁发生改变，并在写电流磁场消失后仍能保持，当系统从硬盘中读取数据时，磁头经过盘片指定区域，盘片表面磁场使磁头产生感应电流或线圈阻抗产生变化，头经过盘片指定区域，盘片表面磁场使磁头产生感应电流或线圈阻抗产生变化，经过相关电路处理后还原成数据。经过相关电路处理后还原成数据。 硬盘驱动器加电后，硬盘电路板上的主控芯片中的硬盘驱动器加电后，硬盘电路板上的主控芯片中的DSP（数字信号处理器）开始（数字信号处理器）开始对硬盘进行初始化

13、；即对硬盘进行初始化；即DSP首先运行首先运行ROM中的程序，部分硬盘会检查各部件的完整中的程序，部分硬盘会检查各部件的完整性，然后盘片电机起转，当转速达到预定转速时，盘片转速引起一定的气流托起磁头，性，然后盘片电机起转，当转速达到预定转速时，盘片转速引起一定的气流托起磁头，磁头开始运动，并定位到盘片的固件区，读取硬盘的固件程序和坏道表（固件区在硬磁头开始运动，并定位到盘片的固件区，读取硬盘的固件程序和坏道表（固件区在硬盘上的物理位置并不是一定的，完全由硬盘的设计决定；同时，并不是所有的固件都盘上的物理位置并不是一定的，完全由硬盘的设计决定；同时，并不是所有的固件都一定要写在盘片上，在硬盘的所

14、有固件中，只有硬盘的密码是一定写在其固件区的），一定要写在盘片上，在硬盘的所有固件中，只有硬盘的密码是一定写在其固件区的），在固件被正常读出后，硬盘初始化完成。接着主轴电机将启动并带动磁盘高速旋转，在固件被正常读出后，硬盘初始化完成。接着主轴电机将启动并带动磁盘高速旋转，同时音圈电机启动，带动磁头移动到硬盘的同时音圈电机启动，带动磁头移动到硬盘的0柱面柱面0磁头磁头1扇区（也就是我们常说的扇区（也就是我们常说的0道），处于等待指令的启动状态。道），处于等待指令的启动状态。 接下来，电脑运行一个应用程序时，应用程序通过操作系统的接下来，电脑运行一个应用程序时，应用程序通过操作系统的API（App

15、lication Programming Interface，应用程序接口）发出调用数据请求到，应用程序接口）发出调用数据请求到CPU，然后，然后CPU发出指发出指令，当硬盘接口电路接收到电脑的令，当硬盘接口电路接收到电脑的CPU传来的指令信号后，通过硬盘微处理器向电机传来的指令信号后，通过硬盘微处理器向电机驱动芯片发出控制信号，接着电机驱动芯片将此信号翻译成电压驱动信号，驱动主轴驱动芯片发出控制信号，接着电机驱动芯片将此信号翻译成电压驱动信号，驱动主轴电机和音圈电机转动，进而带动盘片转动，并将磁头移动到数据所在的扇区；这时根电机和音圈电机转动，进而带动盘片转动，并将磁头移动到数据所在的扇区；

16、这时根据感应阻值变化的磁头会读取磁盘上的数据信息。同时将读取的数据信息传送到磁头据感应阻值变化的磁头会读取磁盘上的数据信息。同时将读取的数据信息传送到磁头信号放大芯片，磁头芯片将信号放大后，再传送到前置信号处理器，前置信号处理器信号放大芯片，磁头芯片将信号放大后，再传送到前置信号处理器，前置信号处理器将接收到的模拟信号解码后再传送到数字信号处理器，数字信号处理器再对数据信号将接收到的模拟信号解码后再传送到数字信号处理器，数字信号处理器再对数据信号进行进一步加工，转为数字信号，之后传送到接口电路；接口电路将数据转换成电脑进行进一步加工，转为数字信号，之后传送到接口电路；接口电路将数据转换成电脑能识别的接口数据信号后，反馈给电脑系统，完成指令操作。最后硬盘微处理器向磁能识别的接口数据信号后，反馈给电脑系统，完成指令操作。最后硬盘微处理器向磁头发出归位控制信号，使磁头归位。磁头又处于等待指令的启动状态，如下图所示为头发出归位控制信号，使磁头归位。磁头又处于等待指令的启动状态，如下图所示为硬盘工作过程图。硬盘工作过程图。电脑的CPU主板中的硬盘接口（IDE接口或