硬盘结构及原理课件

硬盘驱动器的原理及结构

培训目的了解硬盘的有关参数，基本结构及其工作原理硬盘驱动器的基本结构及原理一、有关磁记录的基本参数存储密度道密度道密度为磁盘径向单位长度的磁道数位密度位密度为单位长度上所记录的二进制数码的位数2.2存储容量能存储的数码总数称为存储容量平均存取时间磁头从起始位置到达所要求的某一位置，并完成写或读所需要的全部时间数据传输率单位时间内磁盘机向主机内存传送数码的位数或字节数称为数据传输率。分辨率以FM制记录为例，全0信号频率1F，全1信号频率2F，其分辨率为：分辨率=2F幅度/1F幅度×100%即分辨率=读1幅度/读0幅度×100%由于脉冲拥挤效应，读1幅度要小于读0幅度。误码率为磁盘机与主机连续传输数据中出现错误的比率。有关硬盘的基本规格CAP 540MB资料传输速度:10MB/S平均存取时间:12msCSS: 20000次MIN介面:IDE/SCSI工作环境温度:使用中5℃to55℃非使用中-40℃to60℃电压:5v+/-5%,12v+/-10%噪音:40dBmax.寿命:5年,150000小时min.Shock&vibration:Shock:Inuse5GS11mssinewaveVibration:Inuse5-22Hz0.010inchp-p湿度:8%to80%高度:使用中-200ftto10000ft非使用中-500ftto40000ft微处理器伺服系统主轴马达，音圈马达机构部分(headdiskassembly)主轴马达音圈马达头堆盘片底座和顶盖密封圈再循环过滤器三、各部分性能指标主轴马达速度非重复性马达振动量(Non-repeatablerun-out)噪音(acoustics)程度启动扭力(startingtorque)音圈马达一般而言，音圈马达的大小以越高越宽为最佳。其次，在线圈的运动区间密度(flexdensity)要保持固定，且越高越好。(F>=6500gauss)盘片表面粗度(surfaceroughness)以中心线平均粗糙度来表示，此值越大表示盘片表面越粗，相对地会增加磁头与盘片间的摩擦损耗，此值越小，会增加磁头与盘片间的粘滞摩擦力。表面平面度(surfaceflatness)Reference:20micrometer轴向偏摆度(axialrun-out)指盘片在旋转时,垂直于盘片表面方向的最大摆度。Reference:0.05mm滑行高度(glideheight)在这个高度以上,无任何凸起物来导致飞行状态下磁头与盘片接触.Reference:2microinch以下。可飞行范围(flyablearea)润滑层厚度(lubricantthickness)Reference:35+/-10A动摩擦系数(dynamicfrictioncoefficient)此系数是指磁头与盘片的相对速度在5+/-1mm/s时，所测到的Rc<=0.3。抗冲击值(impactresistance)指磁头与盘片之组合所能承受的冲击能力，100G/10nsCSS涉及磁头，盘片与主轴马达间的匹配。读写通道目前最为流行的读写通道IC，是将所有的读写功能(除了前置放大器)放在一个CHIP中，称之为COMBOCHIP?其功能如下:脉波侦测器与自动增益控制(pulsedetector&AGC)滤波器与等化器(filter&equalizer)编码器与解码器(ENDEC)时基产生锁相回路(timebasegenerator)资料同步锁相回路(datasynchronieer)四、各部分的结构及工作原理主轴马达结构：由三部分组成：电机本体、转子位置传感器和电子转换开关。电机本体包括主定子和转子两部分，主转子相当于磁极，电枢绕组放在定子铁芯槽内，并形成多项形式。传感器的转子与主轴同轴，传感器的定子通常装在电机定子上。（如图）为消除碳刷上电火花所带来的干扰，采用霍尔器件代替碳刷作为换向开关电路于无刷直流电机。无刷直流电机的位置传感器常用霍尔磁敏感式位置传感器，它是一种砷化镓或锑化铟半导体。工作原理图音圈马达如图所示,音圈马达位于磁场中,当线圈两端加上电压并产生电流时,据劳伦斯定律,会有力作用于线圈上： F=rILB其中 F为作用于线圈上的力N为线圈上的电流 A为线圈总长度，其方向为电流方向m为磁通密度T为线圈于磁场内的长度与总长度之比

此作用力之方向与磁通密度及电流方向互相垂直。盘片种类氧化物盘片电镀式金属薄膜盘片溅镀式金属薄膜盘片介面控制器介面控制电路的方框图:读写通道结构：前置放大器(preamplifier)脉波侦测器与自动增益控制(pulsedetector/AGC)滤波器与等化器(filter/equalizer)编码器与解码器(Endec)时基产生锁相回路(timebasegeneratorPLL)资料同步锁相回路(datasynchronizerPLL)原理：特制基体电路(applicationspecificintegratedcircuit)处理或辨别特殊信号，如磁轨信号(graycode)，磁区信号(sectorcode)，然后再将这些资料传给中央处理单元。伺服系统埋入式伺服控制将能够侦测出磁头目前所在位置的特殊定位信号和使用者的资料共同放在资料磁轨内，当盘片旋转时，硬盘电路将随时读取伺服码，利用伺服码的信号可精确地计算出磁头所在的位置，然后反馈给定位控制器做定位修正。工作原理框图五、硬盘的基本原理主轴稳速系统硬盘机大多采用锁相环伺服控制技术，锁相环稳速系统的稳定性，主要取决于基准输入信号的稳定度。根据输入信号是模拟量或数字量，锁相电路可分为模拟鉴相和数字鉴两种类型。模拟锁相电路一般采用RC电路产生基准信号，数字锁相电路一般用晶振产生基准信号。基准信号鉴频鉴相积分无刷直

电路

滤波器流电机

速度检测器读写系统写入电路硬盘接收到从主机送来的写命令控制写数据序列脉冲经过编码，再经写数据分频，最后送至此头的写驱动电路，使磁头线圈轮流导通；并利用恒流源电路向磁头线圈提供恒定的励磁电流，写在盘片上形成记录的位单元。磁头线圈分中心抽头，无中心抽头两种。中心抽头，有的接地，有的接电平，中心抽头的线圈可以减小负载的电感量，提高度出幅度，但两半线圈必须平衡，否则会降低读出分辩隆。读出电路前放主放大器自动增益回路低通滤波器鉴别电路数字滤波和整形电路均衡电路六、接口电路概述接口是硬盘的重要组成部分，硬盘档次的高低，与采用什么样的接口有很大的关系。另外，衡量硬盘性能的一个重要指标---数据传输率，也与接口有关。因此，对于计算机系统设计者来说，可以不关心硬盘的工作原理与电路结构，但必须熟悉接口和接口协议等。以下就简单讲述目前最为流行的四种接口：AT、SCSI、ESDI、ST506。AT接口AT接口是一种智能型的主机接口，它由40芯插头向外连接。SCSI接口SCSI接口是小型计算机系统接口(SMALLCOMPUTERSYSTEMINTERFACE)的缩写，它由8位双向数据总线，1位奇偶校验和9条控制信号线组成.最多可在SCSI接口上连接8台设备，具有异步和同步两种数据传输方式，异步式数据传输率为1.5MB/s，同步式可达4MB/s。ESDI接口ESDI接口(ENHANCEDSMALLDEVICEINTERFACE)是一种设备级接口，有串行，步行两种模式，串行模式在命令和状态的传输过程中使用串行命令传输方式.每次传输命令或状态时，利用传输请求和传输确认两个信号将16位命令字或状态字在接口之间传输，而同步方式则不同，其命令和状态均有相应的信号线来表示。ESDI接口在物理上采用34芯命令电缆及20芯的数据总线。ST506接口ST506接口是一种设备级接口，它是一种低级无智