淺析硬盤的工做原理與注意事項

　　[摘要]  從1957 年IBM公司研製成功出第一臺真正意義上的硬盤存儲器到如今已經將近半個世紀的時間裏，人們對硬盤這種已經十分普及的外存儲器仍然帶着認識上的誤解。不少人認爲硬盤內是真空，硬盤內有16個磁頭。本人就這兩個問題從原理上來進行分析，使讀者走出誤區。

　　[關鍵字] 硬盤結構，硬盤工做原理；硬盤尋址；邏輯地址；物理地址

　　幾乎全部的電腦都要使用到硬盤，硬盤做爲電腦不可缺乏的重要部件而被你們普遍認識。短短十年時間從幾十M發展到如今的幾百G，容量成千上萬倍的增加。同時硬盤又具備天生的脆弱性，以致於你們平時對它都敬而遠之，由於就算一點點的撞擊都會對它形成致命的破壞。正由於這樣，硬盤批上了一曾神祕的面紗。而到如今爲止，不少人包括部分計算機專業人士都在認爲：「硬盤裏面是真空的」，「一個硬盤有16個磁頭」。爲何會有如此誤解呢？究其緣由是如今的各類教科書上都沒有將這個問題解釋清楚。本文將從硬盤的物理結構開始來解釋這兩個問題。

　　一。 硬盤的內部結構

　　拆開硬盤後，咱們能夠看到硬盤由主軸、磁盤、磁頭、磁頭臂、馬達等主要部件組成。

　　如今的硬盤，不管是IDE仍是SCSI,採用的都是「溫徹思特」技術，都有如下特色：

　　盤片是將磁粉附着在鋁合金（新材料也有用玻璃，如IBM騰龍二代）圓盤片的表面上。這些磁粉被劃分紅若干個同心圓，這些同心圓被稱爲「磁道」。盤體由多個盤片組成，這些盤片重疊在一塊兒放在一個密封的盒中，它們在主軸電機的帶動下以很高的速度旋轉，其每分鐘轉速達3600，4500，5400，7200甚至以上。

　　磁頭用來讀取或者修改盤片上磁性物質的狀態，通常說來，每個磁面都會有一個磁頭，從最上面開始，從0開始編號。磁頭在中止工做時，與磁盤是接觸的，可是在工做時呈飛行狀態。磁頭採起在盤片的着陸區接觸式啓停的方式，着陸區不存聽任何數據，磁頭在此區域啓停，不存在損傷任何數據的問題。讀取數據時，盤片高速旋轉，因爲對磁頭運動採起了精巧的空氣動力學設計，此時磁頭處於離盤面數據區0.2---0.5微米高度的「飛行狀態」。既不與盤面接觸形成磨損，又能很好的讀取數據。磁頭之因此可以飄浮起來，徹底是靠空氣的浮力。若是沒有空氣的話磁頭將與磁盤產生直接接觸，除非可以製造出零磨檫力的絕對平面，不然在一瞬間就會使整個磁盤表面和磁頭磨損。

　　硬盤內的電機都爲無刷電機，在高速軸承支撐下機械磨損很小，能夠長時間連續工做。

　　高速旋轉的盤體產生了明顯的陀螺效應，因此工做中的硬盤不宜運動，不然將加劇軸承的工做負荷。硬盤磁頭的尋道飼服電機多采用音圈式旋轉或者直線運動步進電機，在飼服跟蹤的調節下精確地跟蹤盤片的磁道。

　　二。硬盤使用時候的注意事項：

　　1.硬盤在工做時不能忽然關機

　　當硬盤開始工做時，通常都處於高速旋轉之中，若是咱們中途忽然關閉電源，可能會致使磁頭與盤片猛烈磨擦而損壞硬盤。所以最好不要忽然關機，關機時必定要注意面板上的硬盤指示燈是否還在閃爍，只有當硬盤指示燈中止閃爍、硬盤結束讀寫後方可關閉計算機的電源開關。突然斷電會讓磁頭在還來不及回到着陸區的狀況與盤片直接接觸，可能使磁盤表面產生壞扇區。

　　2.防止灰塵進入

　　灰塵對硬盤的損害是很是巨大的。這是由於在灰塵嚴重的環境下，硬盤很容易吸引空氣中的灰塵顆粒，被吸引的灰塵長期積累在硬盤的內部電路、元器件上，會影響電子元器件的熱量散發，使得電路板等元器件的溫度上升，產 生漏電而燒壞元件。雖然如此，但是卻沒必要擔憂灰塵會進入硬盤裏面，盤體是徹底密封的，惟一可與內部相通的就是伺服口。熟悉硬盤的讀者都知道，硬盤的側面上有一個孔，通常都是用鋁質貼紙封住，有的甚至還用金屬片包住封口的貼紙，防止它被破壞，這個就是伺服口。有一些銷售人員將硬盤內部誤認爲是真空的，管這個封口叫個是「真空封口」，這種說法是錯誤的。當封口破損了後灰塵便會進入盤體，首先是硬盤的讀寫速度變的很慢，其次是硬盤的噪音會變的很大。這種狀況下使用時間長了就會致使硬盤數據的丟失，更嚴重時可能致使盤片的損壞。因此咱們要特別注意不要破壞封口。

　　另外灰塵也可能吸取水分，腐蝕硬盤內部的電子線路，形成一些莫名其妙的問題。因此灰塵體積雖小，但對硬盤的危害是不可低估的。所以必須保持環境衛生，減小空氣中的潮溼度和含塵量。

　　3.要防止溫度太高

　　溫度對硬盤的壽命也是有影響的。硬盤工做時會產生必定的熱量，使用中存在散熱問題。溫度以20～25℃爲宜，溫度太高或太低都會形成硬盤電路元件失靈，磁介質也會因熱脹效應而形成記錄錯誤；溫度太低，空氣中的水分會被凝結在集成電路元件上，可能形成短路。

　　另外，儘可能不要使硬盤靠近強磁場，如音箱、喇叭、電機、電臺、手機等，以避免硬盤所記錄的數據因磁化而損壞。在硬盤工做時不要有衝擊碰撞，搬動時要當心輕放。

　　三。硬盤的物理磁頭數與邏輯磁頭數

　　在解釋物理磁頭和邏輯磁頭以前，先列舉這樣一組數據：

　　Cylinders          Heads           Sectors

　　2491              255               63

　　硬盤的容量=2491x255x63x512=19.08G

　　上面的參數是從一個金鑽20G硬盤上獲得的。很明顯它的柱面數是2491，磁頭數是255,每一個磁道上的扇區數爲63。誤會由此開始了，若是咱們對硬盤的物理結構不瞭解，咱們會認爲這個硬盤有255個磁頭。但是仔細想一下，便會發現它不成立。

　　一張單面的盤片須要一個磁頭，雙面的盤片則須要兩個磁頭，假如所有都是雙面盤片，255個磁頭至少擁有128張盤片，而128張盤片疊起來的厚度比一個硬盤要厚的多，這尚未考慮盤片之間的間隙。

　　其實咱們在BIOS中看到的硬盤的參數只是一個邏輯值，如今的硬盤大部分都是單碟，單磁頭。拿金鑽九代80G來講，就是單碟的。也就是說它只有一個磁頭，但是爲何咱們用測試軟件檢測的時候會顯示255個磁頭呢？答案要從不少年前提及了。

　　因爲早先的硬盤容量比較小，所以設計的BIOS的時候當把地址從Int 13的地址寄存器轉換爲IDE的地址寄存器時，僅僅把INT 13管理中低10位的柱面地址用來對應硬盤中的16位柱面寄存器，而且也僅把6位的扇區地址來對應硬盤中的8位扇區寄存器，其中沒有用到的位設置爲0。而且只用4位來表示磁頭。所以，此時的磁盤柱面最大數爲1024（2的10次方），磁頭的最大數是16（2的4 次方），扇區的最大數是63（2的6次方-1）。所以能尋址的扇區數就成了1,032,192（1,024x16x63）。一個扇區的容量是512字節，也就是說若是以CHS尋址方式，IDE硬盤的最大容量爲

　　528.4MB。這種尋址方式即是NORMAL方式。

　　使用LBA（Logical Block Addressing）邏輯塊尋址模式管理的硬盤空間可達 8.4GB。在 LBA 模式下，設置的柱面、磁頭、扇區等參數並非實際硬盤的物理參數。在訪問硬盤時，由 IDE 控制器把由柱面、磁頭、扇區等參數肯定的邏輯地址轉換爲實際硬盤的物理地址。在 LBA 模式下，可設置的最大磁頭數爲 255，其他參數與普通模式相同。

　　此時磁頭數只是一個虛擬數字，實際上的物理磁頭只有一個。可是硬盤生產商爲了讓BIOS系統可以正常識別和使用硬盤，將硬盤的物理地址轉換成一個虛擬的邏輯地址。而在這個地址裏面咱們看到了255個磁頭。其實幕後的工做倒是將柱面數除了一個255，而磁頭數乘了一個255，總共表示的尋址範圍仍然沒有變化。

　　四。兩個錯誤說法引發的思考

　　硬盤通過半個世紀的發展，容量、速度已經到了往日不可想象的地步。可是它的發展受到了老技術的制約，爲了往下兼容不得不犧牲一些好的方法和技術。如今SATA的硬盤大有取代PATA 硬盤之勢，並且性能值追SCSI硬盤。硬盤作爲電腦的不可缺乏的一部分，而走入千家萬戶。像「硬盤內部是真空」，把硬盤伺服口的封口稱爲「真空封口」這種現象在全國個大IT賣場和專業人士之間廣爲流傳實屬不應。在電腦十分普及的今天，咱們也要將其基礎知識普及好。

　　[參考文獻]

　　[1]  張鍾澍 .  大容量硬盤修復技術及數據管理  .  電子科技大學出版社

　　[2]  林俊豪 劉丹等改  .  DIY硬盤管理/數據備份/系統恢復  .  人民郵電出版社