學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)硬件的朋友們應(yīng)該都了解過機(jī)械硬盤，不過可能只是知道概念，并不知道內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)，下面就講解機(jī)械硬盤從外部結(jié)構(gòu)到內(nèi)部結(jié)構(gòu)的組成，閱讀下文了解機(jī)械硬盤的結(jié)構(gòu)組成。

　　機(jī)械硬盤是由哪些元件組成的?硬盤外/內(nèi)部結(jié)構(gòu)解剖

　　總得來說，硬盤主要包括：盤片、磁頭、盤片主軸、控制電機(jī)、磁頭控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、緩存等幾個(gè)部份。所有的盤片都固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，這個(gè)軸即盤片主軸。而所有盤片之間是絕對(duì)平行得，在每個(gè)盤片的存儲(chǔ)面上都有一個(gè)磁頭，磁頭與盤片之間的距離比頭發(fā)絲的直徑還小。所有的磁頭連在一個(gè)磁頭控制器上，由磁頭控制器負(fù)責(zé)各個(gè)磁頭的運(yùn)動(dòng)。磁頭可沿盤片的半徑方向動(dòng)作，而盤片以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的速度在高速旋轉(zhuǎn)，這樣磁頭就能對(duì)盤片上的指定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作。硬盤是精密設(shè)備，塵埃是其大敵，所以必須完全密封。

　　一、外部結(jié)構(gòu)

　　在硬盤的正面都貼有硬盤的標(biāo)簽，標(biāo)簽上一般都標(biāo)注著與硬盤相關(guān)的信息，例如產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)地、出廠日期、產(chǎn)品序列號(hào)等。在硬盤的一端有電源接口插座、主從設(shè)置跳線器和數(shù)據(jù)線接口插座，而硬盤的背面則是控制電路板。總得來說，硬盤外部結(jié)構(gòu)可以分成如下幾個(gè)部份：

　　(一)接口

　　接口包括電源接口插座和數(shù)據(jù)接口插座兩部份，其中電源插座就是與主機(jī)電源相連接，為硬盤正常工作提供電力保證。數(shù)據(jù)接口插座則是硬盤數(shù)據(jù)與主板控制芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換的通道，使用時(shí)是用一根數(shù)據(jù)電纜將其與主板IDE接口或與其它控制適配器的接口相連接，經(jīng)常聽說的40針、80芯的接口電纜也就是指數(shù)據(jù)電纜，數(shù)據(jù)接口可以分成PATA接口、SATA接口、SCSI接口。

　　(二)控制電路板

　　大多數(shù)的控制電路板都采用貼片式焊接，它包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動(dòng)與伺服定位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在電路板上還有一塊ROM芯片，里面固化的程序可以進(jìn)行硬盤的初始化，執(zhí)行加電和啟動(dòng)主軸電機(jī)，加電初始尋道、定位以及故障檢測(cè)等。在電路板上還安裝有容量不等的高速數(shù)據(jù)緩存芯片。

　　1、主控制芯片

　　主控制芯片是整個(gè)電路板上引腳最多，體積最大的一塊集成電路。它主要負(fù)責(zé)硬盤數(shù)據(jù)讀寫指令和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ?，主要包括地址選擇、數(shù)據(jù)傳輸、中斷請(qǐng)求等功能。常見的硬盤主控芯片有：WD70C22、WD80C24、88 I522、88I6522、Agere c8-c1、 UAB-M3059-T、SAB-M3054等。

　　2、讀寫控制芯片

　　讀寫控制芯片的引腳數(shù)要比主控芯片的引腳數(shù)少些，芯片體積也要更小些。它的主要作用是依據(jù)主控芯片發(fā)出的讀寫指令，控制硬盤主軸電機(jī)和讀寫磁頭對(duì)盤片上的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和寫入操作。常見的讀寫控制芯片有：HA13627、SMOOTN L7250E、S6950H、IBM47P1870等。

　　3、緩存芯片

　　硬盤緩存芯片是一塊內(nèi)存顆粒，具有極快的存取速度，它是硬盤內(nèi)部存儲(chǔ)和外部接口之間的緩沖器。由于硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外部傳輸速度不同，緩存在其中起到一個(gè)緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤傳輸速度的重要因素，合理的緩存容量能明顯提高硬盤的整體性能。常見的緩存芯片有：現(xiàn)代、華邦、三星等。

　　4、BIOS芯片

　　硬盤與主板一樣，也有自己的BIOS，它負(fù)責(zé)硬盤在啟動(dòng)、工作和停止時(shí)的工作參數(shù)，可以稱為是硬盤的靈魂。它通常保存在一塊FLASH ROM芯片中。由于是FLASH ROM，所以硬盤的Firmware是可以升級(jí)的，但考慮到風(fēng)險(xiǎn)較大，所以硬盤廠商并沒有向普通用戶開放這一功能。

　　5、SATA橋接芯片

　　對(duì)于非原生的SATA硬盤來說，通常采用了一顆負(fù)責(zé)將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)的橋接芯片。由于多了一個(gè)轉(zhuǎn)換過程，所以非原生SATA硬盤的性能要遜于原生的SATA硬盤。常見的橋接芯片有：88i8030、282368pb、 sil3611。

　　(三)固定面板

　　就是硬盤正面的面板，它與底板結(jié)合成一個(gè)密封的整體，保證了硬盤盤片和機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行。在面板上最顯眼的莫過于產(chǎn)品標(biāo)簽，上面印著產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品序列號(hào)、產(chǎn)品、生產(chǎn)日期等信息。除此，還有一個(gè)透氣孔，它的作用就是使硬盤內(nèi)部氣壓與大氣氣壓保持一致。

　　二、內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)由磁頭、盤片、主軸、電機(jī)及其它附件組成，其中磁頭盤片組件是構(gòu)成硬盤的核心，它封裝在硬盤的凈化腔體內(nèi)，包括有浮動(dòng)磁頭組件、磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、盤片、主軸驅(qū)動(dòng)裝置及前置讀寫控制電路這幾個(gè)部份。

　　1、磁頭組件

　　這個(gè)組件是硬盤中最精密的部位之一，它由讀寫磁頭、傳動(dòng)手臂、傳動(dòng)軸三部份組成。磁頭是硬盤技術(shù)中最重要和關(guān)鍵的一環(huán)，實(shí)際上是集成工藝制成的多個(gè)磁頭的組合，它采用了非接觸式頭、盤結(jié)構(gòu)，加后電在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面移動(dòng)，與盤片之間的間隙只有0.1～0.3um，這樣可以獲得很好的數(shù)據(jù)傳輸率?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)速為7200RPM的硬盤飛高一般都低于0.3um，以利于讀取較大的高信噪比信號(hào)，提供數(shù)據(jù)傳輸率的可靠性。

　　2、磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

　　盤硬的尋道是靠移動(dòng)磁頭，而移動(dòng)磁頭則需要該機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)。磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由電磁線圈電機(jī)、磁頭驅(qū)動(dòng)小車、防震動(dòng)裝置構(gòu)成，高精度的輕型磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠?qū)Υ蓬^進(jìn)行正確的驅(qū)動(dòng)和定位，并能在很短的時(shí)間內(nèi)精確定位系統(tǒng)指令指定的磁道。

　　3、磁盤片

　　盤片是硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在硬盤盤片大多采用金屬薄膜材料，這種金屬薄膜較軟盤的不連續(xù)顆粒載體具有更高的存儲(chǔ)密度、高剩磁及高矯頑力等優(yōu)點(diǎn)。另外，IBM還有一種被稱為“玻璃盤片”的材料作為盤片基質(zhì)，玻璃盤片比普通盤片在運(yùn)行時(shí)具有更好的穩(wěn)定性。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，硬盤盤片是完全平整的，簡(jiǎn)直可以當(dāng)鏡子使用。

　　4、主軸組件

　　主軸組件包括主軸部件如軸承和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。隨著硬盤容量的擴(kuò)大和速度的提高，主軸電機(jī)的速度也在不斷提升，有廠商開始采用精密機(jī)械工業(yè)的液態(tài)軸承電機(jī)技術(shù)，這樣有利于降低硬盤工作噪音。

　　通過這次解剖硬盤，相信讀者對(duì)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有了一定的認(rèn)識(shí)與了解，看到了磁頭長(zhǎng)什么樣，知道了磁盤片表面光滑如鏡，懂得了硬盤是如何初始化及完成尋道工作的等。當(dāng)然這次解剖工作只是淺層次的拆解，如果想更深層次地解剖及研究磁頭、盤片、電機(jī)、主軸等，就需要更高的技術(shù)條件與設(shè)備。

　　補(bǔ)充：硬盤常見故障：

　　一、系統(tǒng)不認(rèn)硬盤

　　二、硬盤無法讀寫或不能辨認(rèn)

　　三、系統(tǒng)無法啟動(dòng) 。

　　系統(tǒng)無法啟動(dòng)基于以下四種原因：

　　1. 主引導(dǎo)程序損壞

　　2. 分區(qū)表損壞

　　3. 分區(qū)有效位錯(cuò)誤

　　4. DOS引導(dǎo)文件損壞

　　正確使用方法：

　　一、保持電腦工作環(huán)境清潔

　　二、養(yǎng)成正確關(guān)機(jī)的習(xí)慣

　　三、正確移動(dòng)硬盤，注意防震

　　開機(jī)時(shí)硬盤無法自舉，系統(tǒng)不認(rèn)硬盤

　　相關(guān)閱讀：固態(tài)硬盤保養(yǎng)技巧

　　一、不要使用碎片整理

　　碎片整理是對(duì)付機(jī)械硬盤變慢的一個(gè)好方法，但對(duì)于固態(tài)硬盤來說這完全就是一種“折磨”。

　　消費(fèi)級(jí)固態(tài)硬盤的擦寫次數(shù)是有限制，碎片整理會(huì)大大減少固態(tài)硬盤的使用壽命。其實(shí)，固態(tài)硬盤的垃圾回收機(jī)制就已經(jīng)是一種很好的“磁盤整理”，再多的整理完全沒必要。Windows的“磁盤整理”功能是機(jī)械硬盤時(shí)代的產(chǎn)物，并不適用于SSD。

　　除此之外，使用固態(tài)硬盤最好禁用win7的預(yù)讀(Superfetch)和快速搜索(Windows Search)功能。這兩個(gè)功能的實(shí)用意義不大，而禁用可以降低硬盤讀寫頻率。

　　二、小分區(qū) 少分區(qū)

　　還是由于固態(tài)硬盤的“垃圾回收機(jī)制”。在固態(tài)硬盤上徹底刪除文件，是將無效數(shù)據(jù)所在的整個(gè)區(qū)域摧毀，過程是這樣的：先把區(qū)域內(nèi)有效數(shù)據(jù)集中起來，轉(zhuǎn)移到空閑的位置，然后把“問題區(qū)域”整個(gè)清除。

　　這一機(jī)制意味著，分區(qū)時(shí)不要把SSD的容量都分滿。例如一塊128G的固態(tài)硬盤，廠商一般會(huì)標(biāo)稱120G，預(yù)留了一部分空間。但如果在分區(qū)的時(shí)候只分100G，留出更多空間，固態(tài)硬盤的性能表現(xiàn)會(huì)更好。這些保留空間會(huì)被自動(dòng)用于固態(tài)硬盤內(nèi)部的優(yōu)化操作，如磨損平衡、垃圾回收和壞塊映射。這種做法被稱之為“小分區(qū)”。

　　“少分區(qū)”則是另外一種概念，關(guān)系到“4k對(duì)齊”對(duì)固態(tài)硬盤的影響。一方面主流SSD容量都不是很大，分區(qū)越多意味著浪費(fèi)的空間越多，另一方面分區(qū)太多容易導(dǎo)致分區(qū)錯(cuò)位，在分區(qū)邊界的磁盤區(qū)域性能可能受到影響。最簡(jiǎn)單地保持“4k對(duì)齊”的方法就是用Win7自帶的分區(qū)工具進(jìn)行分區(qū)，這樣能保證分出來的區(qū)域都是4K對(duì)齊的。

　　三、保留足夠剩余空間

　　固態(tài)硬盤存儲(chǔ)越多性能越慢。而如果某個(gè)分區(qū)長(zhǎng)期處于使用量超過90%的狀態(tài)，固態(tài)硬盤崩潰的可能性將大大增加。

　　所以及時(shí)清理無用的文件，設(shè)置合適的虛擬內(nèi)存大小，將電影音樂等大文件存放到機(jī)械硬盤非常重要，必須讓固態(tài)硬盤分區(qū)保留足夠的剩余空間。

　　四、及時(shí)刷新固件

　　“固件”好比主板上的BIOS，控制固態(tài)硬盤一切內(nèi)部操作，不僅直接影響固態(tài)硬盤的性能、穩(wěn)定性，也會(huì)影響到壽命。優(yōu)秀的固件包含先進(jìn)的算法能減少固態(tài)硬盤不必要的寫入，從而減少閃存芯片的磨損，維持性能的同時(shí)也延長(zhǎng)了固態(tài)硬盤的壽命。因此及時(shí)更新官方發(fā)布的最新固件顯得十分重要。不僅能提升性能和穩(wěn)定性，還可以修復(fù)之前出現(xiàn)的bug。

　　五、學(xué)會(huì)使用恢復(fù)指令

　　固態(tài)硬盤的Trim重置指令可以把性能完全恢復(fù)到出廠狀態(tài)。但不建議過多使用，因?yàn)閷?duì)固態(tài)硬盤來說，每做一次Trim重置就相當(dāng)于完成了一次完整的擦寫操作，對(duì)磁盤壽命會(huì)有影響。

　　隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)需求也在不斷提升，現(xiàn)在多家存儲(chǔ)廠商推出了自己的便攜式固態(tài)硬盤，更有支持Type-C接口的移動(dòng)固態(tài)硬盤和支持指紋識(shí)別的固態(tài)硬盤推出。