在信息化時代，數據就是一切。硬盤作為計算機存儲數據的地方，重要性不言而喻。要避免硬盤數據不因各種誤操作而丟失，用戶就必須對硬盤結構及其工作原理有充分了解。在開篇的第一章節，我們將重點就硬盤結構及工作原理進行講解。
一、硬盤結構
硬盤內部結構由固定面板、控制電路和板、磁頭、盤片、主軸、電機、接口及其它附件組成，其中磁頭盤片組件是構成硬盤的核心，它封裝在硬盤的凈化腔體內，包括有浮動磁頭組件、磁頭驅動機構、盤片、主軸驅動裝置及前置讀寫控制電路這幾個部份。
圖1 硬盤主要組件
圖1是硬盤內部結構圖，包括磁盤盤片、主軸、讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸以及反力矩彈簧裝置。下面先就這盤片、主軸、磁頭做個簡單的介紹。
1、盤片
盤片是硬盤存儲數據的載體。盤片的基板由金屬或玻璃材質制成，基板要求表面光滑而平整，基板表面被涂上一層不含雜質且及其細密的磁粉，每個磁性粒子存在N、S極，磁頭通過改變這些磁性粒子的N、S極狀態來達到存儲數據的目的。通常一個硬盤內部包含有多張盤片。
2、磁頭
盤片是存儲數據的地方，而磁頭是讀取數據的工具。磁頭是硬盤中最精密的部件之一。磁頭組件主要由讀寫磁頭、傳動手臂和傳動軸三個部分組成。磁頭與盤片之間采用了非接觸式讀取方式，硬盤在加電后，主軸帶動盤片高速旋轉，氣流將磁頭托起，一般而言，盤片與磁頭之間的距離保持在0.1～0.3um，這樣磁頭就不會劃傷盤片，而且可以達到很好的信噪比。
3、主軸
主軸組件包括軸承和驅動電機等。隨著硬盤容量的擴大和速度的提高，主軸電機的速度也在不斷提升，有廠商開始采用精密機械工業的液態軸承電機技術。在關注硬盤的讀寫速度上，用戶往往會關注轉速，如5400rpm、7200rpm，這表示主軸轉速。
圖2 磁頭及其驅動電路
圖2是控制磁頭讀寫數據的驅動電路，包括電磁線圈電機磁頭驅動小車、前置控制電路、傳動手臂、讀寫磁頭，以及傳動軸。
4、磁頭驅動器
硬盤的尋道是靠移動磁頭，而移動磁頭則需要該機構驅動才能實現。磁頭驅動器由電磁線圈電機、磁頭驅動小車、防震動裝置構成，高精度的輕型磁頭驅動機構能夠對磁頭進行正確的驅動和定位，并能在很短的時間內精確定位系統指令指定的磁道。
5、前置控制電路
前置控制電路控制著磁頭感應的信號、主軸電機調速、磁頭驅動和伺服定位等，由于磁頭讀取的信號微弱，將放大電路密封在腔體內可減少外來信號的干擾，提高操作指令的準確性。
圖3 硬盤控制電路板
圖3為硬盤控制電路板，位于硬盤背面，將背面電路板的安裝螺絲擰下，翻開控制電路板即可見到控制電路。大多數的控制電路板都采用貼片式焊接，它包括主軸調速電路、磁頭驅動與伺服定位電路、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行硬盤的初始化，執行加電和啟動主軸電機，加電初始尋道、定位以及故障檢測等，在電路板上還安裝有容量不等的高速數據緩存芯片。
二、硬盤工作原理
通過前面的介紹，相信用戶對硬盤的結構有了一定了解。硬盤的工作原理是利用特定的磁粒子的極性來記錄數據。在磁盤盤片上有很多細小的帶極性(N極和S極)的磁性粒子，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，再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。下面來講講硬盤從通電到斷電的整個工作過程。
第一步：硬盤初始化
硬盤接通電源之后，圖3控制電路中的單片機初始化模塊進行初始化工作，這一過程包括執行加電和啟動主軸電機，加電初始尋道、定位以及故障檢測等。初始化工作完成后，主軸電機將啟動并高速選擇，裝載磁頭的小車機構移動(見圖2)，將浮動磁頭置于盤片表面的00道，處于等待指令的啟動狀態。
第二步：指令接收與處理
當接口電路接收到微機系統傳來的指令信號，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對盤片數據信息進行正確定位，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指令操作。
接口電路接收指令?前置放大控制電路放大信號?驅動音圈發出磁信號?磁頭對盤片數據定位?信號解碼?放大控制電路放大信號并傳輸給接口電路?接口電路反饋給主機。
第三步：斷電后狀態處理
結束硬盤操作的斷電狀態，在反力矩彈簧的作用下浮動磁頭駐留到盤面中心。
注意：相對處理器以及內存的性能提升速度，硬盤讀寫性能的提升相對較慢。因此，計算機的性能瓶頸往往集中于此。為解決這個問題，在硬盤中有一個存儲緩沖區，目的是協調硬盤與主機在數據處理速度上的差異。
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本文標題：硬盤結構及其工作原理
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