硬盤的工作原理

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　　1 .筆記本電腦硬盤的工作原理

　　硬盤利用特定磁粒子的極性記錄數據。磁頭在讀取數據時，將磁粒子的不同極性轉換成不同的電脈沖信號，然后利用數據轉換器將這些原始信號變成電腦可以使用的數據;寫的操作正好與此相反。

　　另外，硬盤中還有一個存儲緩沖區，是為協調硬盤與主機在數據處理速度上的差異而設。由于硬盤的結構比軟盤復雜，所以其格式化也比軟盤復雜，分為低級格式化、硬盤分區、高級格式化及建立文件系統?！　∮脖P驅動器加電正常工作后，利用控制電路中的單片機初始化模塊完成初始化，此時磁頭置于盤片中心位置。初始化后，主軸電機將啟動并以高速旋轉，裝載磁頭的小車機構移動將浮動磁頭置于盤片表面的00 道，處于等待命令的啟動狀態。

　　當接口電路接收到電腦系統傳來的命令信號后通過前置放大控制電路驅動音圈電機發出磁信號。根據感應阻值變化的磁頭正確定位盤片數據信息，并將接收后的數據信息解碼通過放大控制電路傳輸到接口電路，反饋給主機系統完成命令操作。結束硬盤操作的斷電狀態在反力矩彈簧的作用下將浮動磁頭駐留到盤面中心。

　　2 .筆記本電腦硬盤結構

　　由于受到筆記本電腦尺寸的限制，筆記本電腦硬盤也不能做得很大。第一代產品面世之時，筆記本電腦硬盤的 17mm的厚度幾乎沒有什么機型可以裝配，還有過高的發熱量和噪聲等。在第二代產品中，硬盤廠商將這個厚度降到了 12.5mm 。12.5mm 可以使 4200r/min 硬盤順利地裝入普通筆記本電腦，但是對筆記本電腦不斷向超輕薄方向發展的趨勢，它卻難有作為。

　　在過去的兩年中，筆記本硬盤 12.5mm 產品已經逐漸被 9.5mm產品所替代。這樣就為輕薄筆記本電腦的發展奠定了基礎。但這還只是厚度的改變，其外形并沒有發生改變，它們仍然都是 2.5英寸的硬盤。也就是說，它們的盤片大小都是一樣的。

　　就在 2.5 英寸 9.5mm 的硬盤正在大行其道時， 1.8 英寸的硬盤悄然走入了人們的視野?？梢哉f，目前 1.8英寸筆記本硬盤技術已經成熟。它對超輕薄筆記本電腦的發 展提供了必要的條件。

　　3 .筆記本電腦硬盤接口

　　硬盤接口一直是人們關心的技術，隨著筆記本電腦其他配件(如 CPU、內存、顯示等子系統)性能的大步邁進，硬盤的接口傳輸率越來越體現出它在整個電腦系統的瓶頸效應，硬盤接口問題越來越受到人們的關注。硬盤接口有電源接口與數據接口，其中電源插口與主機電源相連，為硬盤提供電力。數據接口則是硬盤數據和主板控制器之間傳輸交換的紐帶，根據連接方式的差異分為IDE ( Integrated Drive EleCTRonICs )與 EIDE 接口等。

　　現在的筆記本硬盤采用的都是 IDE 接口技術，實際上是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅動器，我們常說的 IDE 接口，也叫 ATA (Advanced Technology Attachment )接口。把盤體與控制器集成在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數目與長度，數據傳輸的可靠性得到了增強，硬盤制造起來變得相對簡單，廠商不需要再擔心自己生產的硬盤控制器的兼容性，對用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。

　　隨著技術的不斷更新， IDE 接口不斷推出各種新的技術指標 ATA-1 ～ ATA-4 直到最新的 Serial ATA 接口(即串行 ATA)， ATA-4 (包含 Ultra ATA 、 Ultra DMA 、 Ultra DMA/33 、 Ultra DMA/66四種技術標準)接口這個新標準將 PIO-4 下的最大數據傳輸率提高了一倍，達到 33Mb/s ，或更高的 66Mb/s 。它還在總線占用上引入了新的技術，使用 PC 的 DMA 通道減少了 CPU 的處理負荷。要使用 Ultra-ATA ，需要一個空閑的 PCI擴展槽，其中的 Ultra ATA/66 (即 Ultra DMA/66 )是目前主流筆記本硬盤采用的接口類型，其支持最大外部數據傳輸率為66.7Mb/s 。

　　新的 Serial — ATA (即串行 ATA )是 Intel公司采用的接口類型，就如其名所示，它以連續串行的方式傳送資料，在同一時間點內只會有 1位數據傳輸，此做法能減小接口的針腳數目，用四個針就完成了所有的工作(第 1 針發出、第 2 針接收、第 3 針供電、第 4針地線)。這樣的做法能降低電力消耗，減小發熱量。最新的硬盤接口類型 ATA-100 就是 Serial ATA 的初始規格，它支持的最大外部數據傳輸率達 100Mb/s 。

　　4 .筆記本電腦硬盤磁頭

　　硬盤技術的更新換代，其中一個非常重要的技術就是磁頭技術。磁頭是硬盤技術中最重要和最關鍵的一環，實際上是集成工藝制成的多個磁頭的組合。采用磁頭和盤非接觸式結構，加電后磁頭好像在高速旋轉的磁盤表面飛行，飛高間隙只有 0.1 m m ～ 0.3 m m，可以獲得極高的數據傳輸率?，F在轉速 5400r/min 的硬盤飛高都低于 0.3 m m ，以利于讀取較大的高信噪比信號，提供數據傳輸存儲能力?，F在的硬盤單碟容量一般都在 10GB 以上，最高的單碟容量已經達到了 20GB，以后硬盤的單碟容量還將繼續增大，對于單碟容量，與它直接聯系的技術就是磁頭技術，磁頭技術越先進，硬盤的單碟容量就可以做得越高。由于筆記本硬盤密度太小，就連轉軸中心附近也寫進了數據，所以它就要在盤片的附近安裝一個裝置，用來放置磁頭。所以筆記本硬盤在讀盤的時候會產生“咯嗒、咯嗒”的聲音，其實是它在“靠岸”。這種設計也帶來了一些好處，在硬盤不工作的時候，由于磁頭遠離盤片，就不會出現因震動而劃傷盤片的現象。

　　最早的磁頭是應用鐵磁性物質，它不論在磁頭的感應敏感程度還是在精密度上都不理想，因此早期的硬盤單碟容量均非常低。1979 年發明了薄膜磁頭，使進一步縮小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度成為可能。接著，在 20 世紀 80 年代末期， IBM公司對硬盤發展做出了一個非常重要的貢獻，即研發了 MR 磁阻磁頭技術。磁阻磁頭是基于磁致電阻效應工作的，其核心是一片金屬材料，電阻隨磁場的變化而變化。磁阻元件連接著一個對電阻變化十分敏感的放大器，可以測出微小的電阻變化。所以，后來的MR 技術可以通過提高記錄密度來記錄更多的數據，增加單碟片容量即硬盤的最高容量，提高數據傳輸率。PRML 讀取技術能使盤片存儲更多的信息，即增加了盤片的容量，同時可以有效地提高數據的讀取和傳輸速率。 GMR 是 IBM 公司在 MR技術基礎上研發成功的新一代磁頭技術，它是最新的磁頭技術，現在生產的硬盤全都應用了 GMR 磁頭技術。GMR 巨磁阻磁頭與 MR 磁頭一樣，其原理是利用特殊材料的電阻阻值隨磁場變化讀取盤片上的數據，但是 GMR磁頭使用了磁阻效應更好的材料和多層薄膜結構，因而比 MR 磁頭更為敏感，相同的磁場變化能引起更大的電阻值變化，實現更高的存儲密度?，F有的 MR 磁頭能夠達到盤片密度為 3Gb ～ 5Gb 每平方英寸( Gb 每平方英寸)，而 GMR 磁頭每平方英寸可以達到 10Gb ～40Gb 以上。

　　目前 GMR 磁頭已經處于成熟推廣期，在今后的數年內，它將會逐步取代 MR 磁頭，成為最流行的磁頭技術。 GMR 比 MR具有更高的信號變化靈敏度，從而使硬盤的單碟容量做得更大，目前最新的磁頭技術為 第四代 GMR 磁頭技術。此外，磁頭的驅動機構由音圈電機和磁頭驅動小車組成，新型大容量硬盤還具有高效的防震動機構。高精度的輕型磁頭驅動機構，能夠正確驅動和定位磁頭，并在很短的時間內精確定位系統命令指定的磁道，保證數據讀寫的可靠性。

　　5 .筆記本電腦硬盤電機

　　在硬盤中，與磁頭技術一樣重要的另一項技術就是電機技術，它直接影響著硬盤轉速的大小及傳輸速率的大小。FDB ( Fluid Dynamic Bearing ，流體動態軸承電機)技術是在 1996年第一次推出的，目前已經到了第三代，流體動態軸承電機使用的是黏膜液油軸承，以油膜代替滾珠。這樣可以避免金屬面的直接磨擦，將噪聲及溫度降至最低;同時油膜可有效吸收震動，使抗震能力得到提高，可減少磨損，提高壽命。FDB 有效地減少了震動，降低了噪音，增強了對震動的抵抗能力，延長了硬盤的使用壽命。

　　目前筆記本硬盤的速度最快為 7200r/min ，而主流轉速為 4200r/min 。目前主軸轉速較快的硬盤是希捷公司推出的 CheetahX15 (捷豹 X15 系列)，它的主軸電機轉速高達 15000r/min ?，F在主流的 IDE 硬盤轉速為 7200r/min ，而主流的SCSI 硬盤轉速則為 10000r/min 。

　　可見，筆記本硬盤受其先天影響速度不可能太快。電機技術發展了，直接帶動的就是硬盤主軸轉速的提高，而轉速決定著硬盤的尋道時間。當然，在提高硬盤主軸轉速的同時，需要考慮的是硬盤的發熱量及振動問題，還有硬盤的工作噪聲問題。所以，電機技術直接決定著硬盤的快慢、工作溫度及工作噪聲等。

　　6 .筆記本電腦硬盤材料

　　( 1 )盤片材料。

　　一般而言，早期硬盤的盤片都是使用塑料材料作為盤片基質，然后再在塑料基質上涂上磁性材料構成的。

　　隨后推出采用鋁質材料作為硬盤盤片基質，目前市場上的 IDE硬盤幾乎都是使用鋁硬盤盤片基質，而采用玻璃材料作為盤片基質則是最新的硬盤盤片技術。玻璃材料能使硬盤具有平滑性及更高的堅固性，此外玻璃材料在硬盤高轉速時具有更高的穩定性。IBM 公司是采用玻璃材料作為硬盤盤片基質的先鋒，富士通筆記本硬盤也有相應的玻璃材料產品。

　　( 2 )筆記本電腦硬盤外殼。

　　筆記本硬盤外殼只是一層很薄的鐵片，很容易彎曲變型，而臺式電腦硬盤則采用很厚的金屬材質，不易變型。之所以采用很薄的材質制作硬盤，是為了使筆記本硬盤做得更輕，所以，在筆記本使用過程中不要用力按或者在表面放重物，這樣會使磁頭過于接近盤片而導致盤片劃傷。