硬盘物理结构及工作原理.
硬盘物理结构
硬盘物理结构先看下硬盘物理结构1 硬盘物理结构硬盘物理上主要是盘片、机械手臂、磁头、和主轴等组成. 在盘片逻辑划分上又分为磁道、扇区, 例如下图:2 盘片磁道、扇区磁道:当硬盘盘片旋转时, 磁头若保持在一个位置上, 则磁头会在盘片表面划出一个圆形轨迹, 这些圆形轨迹就叫做磁道. 以盘片中心为圆心, 由此可以划分出很多磁道来, 这些磁道用肉眼是根本看不到的, 因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区, 硬盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的, 盘片上的磁道由外向内依次从“0”开始进行编号.柱面:由于硬盘可以由很多盘片组成, 不同盘片的相同磁道就组成了柱面(cylinder), 如图1所示.磁头:假设有N个盘片组成的硬盘, 那么有2N个盘面(一个盘片有2面), 那么磁头也就有2N个, 即每个盘面有一个磁头.扇区:早期的硬盘盘片的盘面以圆心开始向外放射状将磁道分割成等分的弧段, 这些弧段便是硬盘的扇区(如图2). 每个扇区一般规定大小为512byte, 这里大家应该比较疑惑, 外圈周长很明显比内圈要长, 怎么可能每个扇区都是512byte?其实答案早期硬盘外圈存储比内圈存储密度低一些, 所以外圈很长但是仍然只能存储512byte, 因此如果我们知道了柱面数(磁道数) Cylinders、磁头数Heads、扇区数Sectors, 基本上硬盘的容量我们能够计算出来硬盘总容量= Cylinders * Heads * Sectors * 512byte. 但是由于早期硬盘外圈密度低, 导致盘片利用率不高, 现在的硬盘盘片则采用内外存储密度一致的方式, 每个磁道都划分成以512byte大小的弧段, 这样也造成了内外磁道上扇区数量会不一样, 外圈上的扇区数要多于内圈扇区数.硬盘寻址方式硬盘存取、读取数据, 首先要做的就是寻址, 即定位到数据所在的物理地址, 在硬盘上就要找到对应的柱面、磁头以及对应的扇区, 那么怎么寻址呢？有两种方式: CHS和LBACHS模式:CHS（Cylinder/Head/Sector）寻址模式也称为3D模式, 是硬盘最早采用的寻址模式, 它是在硬盘容量较小的前提下产生的.硬盘的C/H/S 3D参数既可以计算出硬盘的容量, 也可以确定数据所在的具体位置. 这是因为扇区的三维物理地址与硬盘上的物理扇区一一对应, 即三维物理地址可完全确定硬盘上的物理扇区. 三维物理地址通常以C/H/S的次序来书写, 如C/H/S为0/1/1, 则第一个数字0指0柱面, 第二个数字1指1磁头（盘面）, 第三个数字1指1扇区, 表示该数据位于硬盘1盘面上的0磁道1扇区. 现在定位已完成, 硬盘内部的参数和主板BIOS之间进行协议, 正确发出寻址信号, 从而正确定位数据位置.早期硬盘一个磁道上分63个扇区, 物理磁头最多16个（8个盘片, 盘片多了硬盘那就真要加厚了）. 采用8位寻址方式, 8位二进制位的最大值是256（0-255）, 可以表示磁头数, 而扇区只有63个（1-63）, 只需要其中6个二进制位即可表示, 剩下2位拿去表示柱面, 柱面数用10(8+2)位来表达, 达到1024个柱面（0-1023）, 因此总扇区数（1024×16×63）. 前面说一个扇区大小为512byte, 这也就是说, 如果以C/H/S寻址模式寻址, 则IDE硬盘的最大容量只能为1024×16×63×512B= 500MB左右.可以思考下, 在8位寻址模式下, 其实可以寻址的硬盘最大容量为1024×256×63×512B =8G,那为啥CHS模式硬盘只支持到500MB呢？原因很简单, 我们的硬盘盘片不可能让128片盘片重叠起来吧, 那会是多厚？？如果采用28位寻址方式, 那么可以寻址137G, 盘片也不可能一直堆叠下去.LBA(Logical Block Addressing)经常去买硬盘的人都知道, 目前硬盘经常都说单碟、双碟, 其实意思就是说硬盘盘片只有1个或者2个, 而且都只是用一面, 单碟一个磁头而已, 但是硬盘容量确是几百G, 而且硬盘柱面往往都大于1024个柱面, CHS是无法寻址利用完这些硬盘容量的.另外由于老硬盘的扇区划分方式对硬盘利用率不高, 因此出现了现在的等密度盘, 外圈的扇区数要比内圈多, 原来的3D寻址方式也就不能适应这种方式, 因此也就出现了新的寻址方式LBA, 这是以扇区为单位进行的线性寻址方式, 即从最外圈柱面0开始, 依次将扇区号编为0、1….等等, 举个例子, 假设硬盘有1024个柱面, 由于是等密度硬盘, 柱面0(最外圈)假设有128个扇区, 依次编号为0-127, 柱面1有120个扇区, 则依次编号为127-246, …..依次最内圈柱面127只有扇区64个, 则编号到最后.因此要定位到硬盘某个位置, 只需要给出LBA 数即可, 这个就是逻辑数.在LBA 模式下, 为了保留原来CHS时的概念, 也可以设置柱面、磁头、扇区等参数, 但是他们并不是实际硬盘的物理参数, 只是为了计算方便而出的一个概念, 1023之前的柱面号都一一物理对应, 而1023以后的所有柱面号都记录成1023磁头最大数可以设置为255, 而扇区数一般是每磁道63个, 硬盘控制器会把由柱面、磁头、扇区等参数确定的地址转换为LBA 数. 这里我们再此明确两个概念:物理扇区号:一般我们称CHS模式下的扇区号为物理扇区号, 扇区编号开始位置是1逻辑扇区号:LBA下的编号, 扇区编号是从0开始.CHS模式转换到逻辑扇区号LBA计算公式LBA(逻辑扇区号)=磁头数×每磁道扇区数×当前所在柱面号+ 每磁道扇区数×当前所在磁头号+ 当前所在扇区号–1例如: CHS=0/0/1, 则根据公式LBA=255 ×63 ×0 + 63 ×0 + 1 –1= 0也就是说物理0柱面0磁头1扇区, 是逻辑0扇区.硬盘分区我们知道, 一般使用硬盘, 我们首先会对硬盘进行分区, 然后对分区使用某个文件系统格式(NTFS、FAT、ext2/ext3)进行分区格式化, 然后才能正常使用. 那么分区是怎么回事呢？我们常见的windows中说到的c、d、e盘是怎么划分出来的呢？其实, 在装windows系统过程中, 一般我们只需要填写每个分区的大小, 看不出来分区过程的实际工作情况, 我们可以从linux系统分区过程反而能反应底层实际分区情况.柱面是分区的最小单位, 即分区是以某个某个柱面号开始到某个柱面号结束的.如图, 柱面1~200我们可以分为一个区, 柱面201~500再划分为一个区, 501~1000再划分为一个区, 以此类推. 大家可以看到, 柱面0没有在任何分区里面, 为何？这里说说, 前面说到硬盘从外圈(柱面0)到内圈扇区是依次编号, 看似各个扇区没有什么区别, 但是这里硬盘的柱面0的第一个扇区(逻辑扇区0, CHS表示应该是0/0/1)却是最重要的, 因为硬盘的第一个扇区记录了整个硬盘的重要信息, 第一个扇区(512个字节)主要记录了两部分:①MBR(Master Boot Record): 主引导程序就放在这里, 主引导程序是引导操作系统的一个程序, 但是这部分只占446字节.②DPT(Disk Partition table): 硬盘分区表也在这里, 分区表就是用来记录硬盘的分区情况的, 例如c盘是1~200柱面, d盘是201~500柱面, 分区表总共只占64字节, 可以看出, 分区其实很简单, 就是在这个表里面修改一下记录就重新分区了, 但是由于只有64字节, 而一条记录就要占用16字节, 这个分区表最多只能记录4个分区信息, 为了继续分出更多分区来, 引入了扩展分区的概念, 也就是说, 在这4个分区中, 可以使用其中一条记录来记录扩展分区的信息, 然后在扩展分区中再继续划分逻辑分区, 而逻辑分区的分区记录则记录在扩展分区的第一个扇区中, 如此则可以像链表一样划分出很多分区来. 但是请注意, 一个分区表中可以有1~4条主分区, 但是最多只能有1个扩展分区.举例, 主分区可以是P1:1~200, 扩展分区P2: 2~1400, 扩展分区开始的第一个扇区可以用来记录扩展分区中划分出来的逻辑分区.分区表链分区表之间是如何关联的, 详细讲一下, 分区表是一个单向链表, 第一个分区表, 也就是位于硬盘第一个扇区中的DPT, 可以有一项记录扩展分区的起始位置柱面, 类似于指针的概念, 指向扩展分区(图3), 根据这项记录我们可以找到扩展分区的某柱面0磁头1扇区(CHS), 而这个扇区中又存放了第二个分区表, 第二个分区表第一项记录一般表述了当前所在的逻辑分区的起始/终止柱面, 第二项记录表述了下一个逻辑分区所在的0磁头1扇区(CHS),第三、第四项记录不存任何信息(图4).请看下图, 主引导记录/分区表所在的是硬盘第一个分区, 基本分区1、基本分2、基本分区3都是主分区、扩展分区内有2个逻辑分区, 每个逻辑分区的第一个扇区都是分区表, 至于引导扇区(DBR), 在系统启动一节中会提及.系统启动:之前提到MBR中安装的引导加载程序, 他的作用是什么？①提供开机菜单选项: 可以供用户选择启动哪个操作系统, 这是多重引导功能.②加载操作系统内核: 每个操作系统都有自己的内核, 需要引导程序来加载③转交给其他引导程序: 可以将工作移交给其他引导程序来进行上述操作.其实引导加载程序除了可以安装在MBR中, 还可以直接安装在每个分区的引导扇区(DBR)中, 注意下, 每个分区(主分区、逻辑分区)都有一个自己的启动扇区, 专门用来安装引导加载程序, 如上图标3结构图.系统启动过程:①首先,BIOS启动后, 读取硬盘第一个扇区MBR中的引导加载程序(可能是windows或者linux 的grub)②MBR中的引导程序提供开机菜单, 你可以选择1)直接加载windows 内核2)将工作转交给windows 分区内的引导扇区中的加载程序, 让他自己去加载内核3)转交给linux分区内引导扇区, 让他去加载linux.③根据用户选择的选项和引导加载程序中记录的分区, 到分区表找对应的分区柱面号等分区信息, 启动内核或者分区加载程序.Window安装时默认会自动将MBR和windows所在分区的引导扇区都装上引导程序, 而不会提供任何选项给用户选择, 因此如果之前装过其他操作系统, 然后再另外装一个windows时, 会把公用的MBR覆盖掉, 如此, 原来的操作系统就无法启动了. 如果先装windows, 然后装linux, linux会覆盖MBR, 然后让用户选择是否将windows等其他操作系统的启动项添加进来, 如果你选择了添加进来, 那么你在开机时就会有两个选项让用户进行选择了.后记l 这里讨论的全部是硬盘相关的东西, 光盘不在此列, 而且光盘的磁道并不是从外圈到内圈编号, 而是从内圈开始编号, 这点注意.l 硬盘第一个扇区是由MBR和分区表占据, 因此0柱面0磁头上剩下的62个扇区一般会空出来保留（这部分保留称为隐藏扇区, 因为操作系统读取不到这部分扇区, 这部分扇区是提供给BIOS读取的）, 而系统分区则从0柱面1磁头1扇区开始, 折算成LBA=255 ×63 ×0 + 63 ×1 + 1 –1= 63, 即从LBA 63号扇区开始分区. 不过查阅有的资料提及到另外一种说法, 那就是有的硬盘可能0柱面全部空下来, 如果真是这样, 那浪费可就真的大了.l 对于扩展分区的分区表我们知道也是由扩展分区的第一个扇区开始写, 而且是写到每个逻辑驱动器的第一个扇区, 同样, 扩展分区内的第一个扇区所在的磁道剩余的扇区也会全部空余出来, 这些保留的扇区操作系统也是无法读取的, 注意在扩展分区的第一个扇区里面是没有引导加载记录的. 引导加载记录都是放在隐藏扇区后面的. 可以看图3, 图4。
硬盘的结构
硬盘的结构1、硬盘的外部物理结构硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件组成。
盘体是一个密封的腔体。
(后续将介绍硬盘的内部物理结构即是指盘体的内部结构)。
控制电路板上主要有硬盘BIOS、硬盘缓存（Cache）和主控制芯片等单元。
硬盘接口包括插座、数据接口和主、从跳线等。
2、硬盘的内部物理结构硬盘盘体是完全密封的，里面主要有磁头、盘片等部件。
硬盘的盘片材料硬度和耐磨性要求很高，所以一般采用合金材料，多数为铝合金。
(早期有塑料，陶瓷的，现在也出现了玻璃材料的)。
盘基上涂上磁性材料。
硬盘盘片厚一般在0.5mm左右，盘片的转速与盘片大小有关，考虑到惯性及盘片稳定性，盘片越大转速越低。
有些硬盘只装一张盘片，有此则有多张。
硬盘盘片安装在主轴电机的转轴上，在主轴电机的带动下作高速旋转。
每张盘片的容量称为单碟容量，而一块硬盘的总容量就是所有盘片容量的总和。
早期硬盘由于单碟容量低，所以盘片较多。
现代的硬盘盘片一般只有少数几片。
一块硬盘内的所有盘片都是完全一样的，否则控制部分就太复杂了。
盘片上的记录密度很大，而且盘片工作时会高速旋转，为保证其工作的稳定，数据保存的长久，所以硬片都是密封在硬盘内部的，内部并非真空。
不可自行拆卸硬盘，在普通环境下空气中的灰尘，都会对硬盘造成永久损害。
以上介绍的是盘片，一张单面的盘片需要一个磁头，双面的盘片则需要两个磁头。
硬盘采用高精度、轻型磁头驱动和定位系统。
这种系统能使磁头在盘面上快速移动，读写硬盘时，磁头依靠磁盘的高速旋转引起的空气动力效应悬浮在盘面上，与盘面的距离不到1微米(约为头发直径的百分之一)，可以在极短的时间内精确定位到计算机指令指定的磁道上。
注意：由于磁盘是旋转的，则连续写入的数据是排列在一个圆周上的。
我们称这样的圆周为一个磁道(Track)。
由于定位系统限制，磁头臂只能在盘片的内外磁道之间移动。
因此，不管开机还是关机，磁头总在盘片上。
所不同的是，关机时磁头停留在盘片启停区，开机时磁头“飞行”在磁盘片上方。
MBR、EBR、DBR是什么非常有用的基本概念[1]
![MBR、EBR、DBR是什么非常有用的基本概念[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/27c50547a8956bec0975e344.png)
通常情况下可以这样描述这几个概念：MBR：为计算机启动后从可启动介质上首先装入内存并且执行的代码，通常用来解释分区结构。
以硬盘为例，通常为LBA的0扇区。
EBR:自MICROSOFT推出扩展分区的概念后，扩展分区就沿用了基本分区所采用的DPT结构，为了加以区别，人们通常把扩展分区的分区表所在的扇区称为EBR、E MBR、扩展MBR或虚拟MBR.DBR：为操作系统进入文件系统以后可以访问的第一个扇区，通常用来解释文件系统，在UNIX类文件系统中，等同于SUPERBLOCK。
FAT文件系统原理一、硬盘的物理结构：硬盘存储数据是根据电、磁转换原理实现的。
硬盘由一个或几个表面镀有磁性物质的金属或玻璃等物质盘片以及盘片两面所安装的磁头和相应的控制电路组成(图1)，其中盘片和磁头密封在无尘的金属壳中。
硬盘工作时，盘片以设计转速高速旋转，设置在盘片表面的磁头则在电路控制下径向移动到指定位置然后将数据存储或读取出来。
当系统向硬盘写入数据时，磁头中“写数据”电流产生磁场使盘片表面磁性物质状态发生改变，并在写电流磁场消失后仍能保持，这样数据就存储下来了；当系统从硬盘中读数据时，磁头经过盘片指定区域，盘片表面磁场使磁头产生感应电流或线圈阻抗产生变化，经相关电路处理后还原成数据。
因此只要能将盘片表面处理得更平滑、磁头设计得更精密以及尽量提高盘片旋转速度，就能造出容量更大、读写数据速度更快的硬盘。
这是因为盘片表面处理越平、转速越快就能越使磁头离盘片表面越近，提高读、写灵敏度和速度；磁头设计越小越精密就能使磁头在盘片上占用空间越小，使磁头在一张盘片上建立更多的磁道以存储更多的数据。
二、硬盘的逻辑结构。
硬盘由很多盘片(platter)组成，每个盘片的每个面都有一个读写磁头。
如果有N个盘片。
就有2N个面，对应2N个磁头(Heads)，从0、1、2开始编号。
每个盘片被划分成若干个同心圆磁道(逻辑上的，是不可见的。
)每个盘片的划分规则通常是一样的。
硬盘的工作原理
硬盘的工作原理一、从硬盘的工作原理说起先说一下现代硬盘的工作原理,现在的硬盘,无论是IDE还是SCSI,采用的都是“温彻思特”技术,都有以下特点:1、磁头,盘片及运动机构密封.2、固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑.3、磁头沿盘片径向移动.4、磁头对盘片接触式启停,但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触.盘片:硬盘盘片是将磁粉附着在铝合金(新材料也有用玻璃)圆盘片的表面上.这些磁粉被划分成称为磁道的若干个同心圆,在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁,它们分别代表着0和1的状态.当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时,其排列的方向会随之改变.利用磁头的磁力控制指定的一些小磁铁方向,使每个小磁铁都可以用来储存信息.盘体:硬盘的盘体由多个盘片组成,这些盘片重叠在一起放在一个密封的盒中,它们在主轴电机的带动下以很高的速度旋转,其每分钟转速达3600,4500,5400,7200甚至以上.磁头:硬盘的磁头用来读取或者修改盘片上磁性物质的状态,一般说来,每一个磁面都会有一个磁头,从最上面开始,从0开始编号.磁头在停止工作时,与磁盘是接触的,但是在工作时呈飞行状态.磁头采取在盘片的着陆区接触式启停的方式,着陆区不存放任何数据,磁头在此区域启停,不存在损伤任何数据的问题.读取数据时,盘片高速旋转,由于对磁头运动采取了精巧的空气动力学设计,此时磁头处于离盘面数据区0.2---0.5微米高度的”飞行状态“.既不与盘面接触造成磨损,又能可靠的读取数据.电机:硬盘内的电机都为无刷电机,在高速轴承支撑下机械磨损很小,可以长时间连续工作.高速旋转的盘体产生了明显的陀螺效应,所以工作中的硬盘不宜运动,否则将加重轴承的工作负荷.硬盘磁头的寻道饲服电机多采用音圈式旋转或者直线运动步进电机,在饲服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道,所以在硬盘工作时不要有冲击碰撞,搬动时要小心轻放.图1 硬盘结构图原理说到这里,大家都明白了吧?首先,磁头和数据区是不会有接触的,所以不存在磨损的问题.其次,一开机硬盘就处于旋转状态,主轴电机的旋转可以达到5400或者7200转每分钟,这和你是否使用FLASHGET或者ED都没有关系,只要一通电,它们就在转.它们的磨损也和软件无关.再次,寻道电机控制下的磁头的运动,是左右来回移动的,而且幅度很小,从盘片的最内层(着陆区)启动,慢慢移动到最外层,再慢慢移动回来,一个磁道再到另一个磁道来寻找数据.不会有什么大规模跳跃的(又不是青蛙).所以它的磨损也是可以忽略不记的.那么,热量是怎么来的呢?首先,是主轴电机和寻道饲服电机的旋转,硬盘的温度主要是因为这个.其次,高速旋转的盘体和空气之间的摩擦.这个也是主要因素.而硬盘的读写?很遗憾,它的发热量可以忽略不记!硬盘的读操作,是盘片上磁场的变化影响到磁头的电阻值,这个过程中盘片不会发热,磁头倒是因为电流发生变化,所以会有一点热量产生.写操作呢?正好反过来, 通过磁头的电流强度不断发生变化,影响到盘片上的磁场,这一过程因为用到电磁感应,所以磁头发热量较大.但是盘片本身是不会发热的,因为盘片上的永磁体是冷性的,不会因为磁场变化而发热.但是总的来说,磁头的发热量和前面两个比起来,是小巫见大巫了.热量是可以辐射传导的,那么高热量对盘片上的永磁体会不会有伤害呢?其实伤害是很小的,永磁体消磁的温度,远远高于硬盘正常情况下产生的温度.当然,要是你的机箱散热不好,那可就怪不了别人了.二、几个相关知识解释1、高温是影响到磁头的电阻感应灵敏度,所以才会产生读写错误,和永磁体没有关系.2、所谓的热膨胀,不会拉近盘体和磁头的距离,因为磁头的飞行是空气动力学原理,在正常情况下始终和盘片保持一定距离.当然要是你大力打击硬盘,那么这个震动……3、所谓寻道是指硬盘从初使位置移动到指定磁道.所谓的复位动作,并不是经常发生的.因为磁道的物理位置是存放在CMOS里面,硬盘并不需要移动回0磁道再重新出发.只要磁头一启动,所谓的复位动作就完成了,除非你重新启动电脑,不然复位动作就不会再发生.4、IDE硬盘和SCSI硬盘的盘体结构是差不多的.只是SCSI硬盘的接口带宽比同时代的IDE硬盘要大,而且往往SCSI卡往往都会有一个类似CPU的东西来减缓主CPU的占用率.仅此而已,所以希捷才会把它的SCSI硬盘的技术用在IDE硬盘上.5、硬盘的读写是以柱面的扇区为单位的.柱面也就是整个盘体中所有磁面的半径相同的同心磁道,而把每个磁道划分为若干个区就是所谓的扇区了.硬盘的写操作,是先写满一个扇区,再写同一柱面的下一个扇区的,在一个柱面完全写满前,磁头是不会移动到别的磁道上的.所以文件在硬盘上的存储,并不是像一般人的认为,是连续存放在一起的(从使用者来看是一起,但是从操作系统底层来看,其存放不是连续的).所以FLASHGET或者ED开了再多的线程,磁头的寻道一般都不会比你一边玩游戏一边听歌大.当然,这种情况只是单纯的下载或者上传而已,但是其实在这个过程中,谁能保证自己不会启动其它需要读写硬盘的软件?可能很多人都喜欢一边下载一边玩游戏或者听歌吧?更不用说WINDOWS本身就需要频繁读写虚拟内存文件了.所以,用FG下载也好,ED也好,对硬盘的折磨和平时相比不会太厉害的.6、再说说FLASHGET为什么开太多线程会不好和ED为什么硬盘读写频繁.首先,线程一多,cpu的占用率就高, 换页动作也就频繁,从而虚拟内存读写频繁,至于为什么,学过操作系统原理的应该都知道,我这里就不说了.ED呢?同时从几个人那里下载一个文件,还有几个人同时在下载你的文件,这和FG开多线程是类似的.所以硬盘灯猛闪.但是,现在的硬盘是有缓存的,数据不是马上就写到硬盘上,而是先存放在缓存里面,,然后到一定量了再一次性写入硬盘.在FG里面再怎么设置都好,其实是先写到缓存里面的.但是这个过程也是需要CPU干预的,所以设置时间太短,CPU占用率也高,所以硬盘灯也还是猛闪的,因为虚拟文件在读写.7、硬盘读写频繁,磁头臂在寻道伺服电机的驱动下移动频繁,但是对机械来说这点耗损虽有,其实不大.除非你的硬盘本身就有机械故障比如力臂变形之类的(水货最常见的故障).真正耗损在于磁头,不断变化的电流会造成它的老化,但是和它的寿命相比……应该也是在合理范围内的.除非因为震动,磁头撞击到了盘体.8、受高温影响的最严重的是机械的电路,特别是硬盘外面的那块电路板,上面的集成块在高温下会加速老化的.所以IBM的某款玻璃硬盘,虽然有坏道,但是一用某个软件,马上就不见了.再严重点的,换块线路板,也就正常了.就是这个原因.三、大致结论总之,硬盘会因为环境不好和保养不当而影响寿命,但是这绝对不是软件的错.FLASHGET也好,ED也好,FTP也好,它们虽然对硬盘的读写频繁,但是还不至于比你一般玩游戏一般听歌对硬盘伤害大.说得更加明白的话,它们对硬盘的所谓耗损,其实可以忽略不记.不要因为看见硬盘灯猛闪,就在那里瞎担心.不然那些提供WEB服务和FTP服务的服务器,它们的硬盘读写之大,可绝非平常玩游戏,下软件的硬盘可比的.硬盘有一个参数叫做连续无故障时间.它是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间,单位是小时,英文简写是MTBF.一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时.具体情况可以看硬盘厂商的参数说明.这个连续无故障时间,大家可以自己除一下,看看是多少年.然后大家自己想想,自己的硬盘平时连续工作最久是多长时间.目前我使用的机器,已经连续开机1年了,除了中途有几次关机十几分钟来清理灰尘外,从来没有停过(使用金转6代40G).另外还有三台使用SCSI硬盘的服务器,是连续两年没有停过了,硬盘的发热量绝非平常IDE硬盘可比(1万转的硬盘啊).在这方面,我想我是有发言权的.四、补充一下若干点意见1、硬盘最好不要买水货或者返修货.水货在运输过程中是非常不安全的,虽然从表面上看来似乎无损伤,但是有可能在运输过程中因为各种因素而对机械体造成损伤.返修货就更加不用说了.老实说,那些埋怨硬盘容易损坏的人,你们应该自己先看看,自己的硬盘是否就是这些货色.2、硬盘的工作环境是需要整洁的,特别是注意不要在频繁断电和灰尘很多的环境下使用硬盘.机箱要每隔一两个月清理一下灰尘.3、硬盘的机械最怕震动和高温.所以环境要好,特别是机箱要牢固,以免共震太大.电脑桌也不要摇摇晃晃的.4、要经常整理硬盘碎片.这里有一个大多数人的误解,一般人都以为硬盘碎片会加大硬盘耗损,其实不是这样的.硬盘碎片的增多本身只是会让硬盘读写所花时间比碎片少的时候多而已,对硬盘的耗损是可以忽略的(我在这里只说一个事实,目前网络上的服务器,它们用得最多的操作系统是UNIX,但是在UNIX下面是没有磁盘碎片整理软件的.就连微软的NT4,本身也是没有的).不过,因为磁头频繁的移动,造成读写时间的加大,所以CPU的换页动作也就频繁了,而造成虚拟文件(在这里其实准确的说法是换页文件)读写频繁,从而加重硬盘磁头寻道的负荷.这才是硬盘碎片的坏处.5、在硬盘读写时尽量避免忽然断电,冷启动和做其他加重CPU负荷的事情(比如在玩游戏时听歌,或者在下载时玩大型3D游戏),这些对硬盘的伤害比一般人想象中还要大.总之,只要平常注意使用硬盘,硬盘是不会那么快就和我们说BYEBYE的.当然,如果是硬盘本身的质量就不行,那我就无话可说了.。
硬盘结构
硬盘1、硬盘的物理结构（1）磁头硬盘磁头，是硬盘读取数据的关键部件，它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输，而它的工作原理则是利用特殊材料的电阻值会随着磁场变化的原理来读写盘片上的数据，磁头的好坏在很大程度上决定着硬盘盘片的存储密度。
目前比较常用的是GMR（Giant Magneto Resisive）巨磁阻磁头。
磁头靠近主轴接触的表面，即线速度最小的地方，是一个特殊的区域，它不存放任何数据，称为启停区或着陆区（Landing Zone），启停区外就是数据区。
在最外圈，离主轴最远的地方是“0”磁道，硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。
那么，磁头是如何找到“0”磁道的位置的呢？在硬盘中还有一个叫“0”磁道检测器的构件，它是用来完成硬盘的初始定位。
“0”磁道是如此的重要，以致很多硬盘仅仅因为“0”磁道损坏就报废，这是非常可惜的。
（2）磁头驱动机构一些设计使磁头在盘面上的飞行高度降到约0.1μm～0.5μm，现在的水平已经达到0.005μm～0.01μm，这只是人类头发直径的千分之一。
音圈电机和磁头驱动小车组成，新型大容量硬盘还具有高效的防震动机构。
高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道，保证数据读写的可靠性。
（3）盘片和主轴组件盘片是硬盘存储数据的载体，现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘，这种金属薄膜较之软磁盘的不连续颗粒载体具有更高的记录密度，同时还具有高剩磁和高矫顽力的特点。
主轴组件包括主轴部件如轴瓦和驱动电机等。
随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机的速度也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电机技术。
所有的盘片都固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。
而所有盘片之间是绝对平行的，在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小。
所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。
硬盘的性能指标和工作原理
1、主轴转速：硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一，它在很大程度上决定了硬盘的速度，同时也是区别硬盘档次的重要标志。
2、寻道时间：该指标是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用的时间，单位为毫秒(ms)。
3、硬盘表面温度：该指标表示硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升的情况。
4、道至道时间：该指标表示磁头从一个磁道转移至另一磁道的时间，单位为毫秒(ms)。
5、高速缓存：该指标指在硬盘内部的高速存储器。
目前硬盘的高速缓存一般为512KB～2MB，SCSI硬盘的更大。
购买时应尽量选取缓存为2MB的硬盘。
6、全程访问时间：该指标指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的全部时间，单位为毫秒。
7、最大内部数据传输率：该指标名称也叫持续数据传输率(sustained transfer rate)，单位为MB/s。
它是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片线密度(指同一磁道上的数据容量)。
8、连续无故障时间（MTBF）：该指标是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。
一般硬盘的MTBF至少在30000小时以上。
这项指标在一般的产品广告或常见的技术特性表中并不提供，需要时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中查询。
9、外部数据传输率：该指标也称为突发数据传输率，它是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。
在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，单位为MB/s。
目前主流的硬盘已经全部采用UDMA/ 100技术，外部数据传输率可达100MB/s。
硬盘的物理结构硬盘存储数据是根据电、磁转换原理实现的。
硬盘由一个或几个表面镀有磁性物质的金属或玻璃等物质盘片以及盘片两面所安装的磁头和相应的控制电路组成(图1)，其中盘片和磁头密封在无尘的金属壳中。
硬盘工作时，盘片以设计转速高速旋转，设置在盘片表面的磁头则在电路控制下径向移动到指定位置然后将数据存储或读取出来。
当系统向硬盘写入数据时，磁头中“写数据”电流产生磁场使盘片表面磁性物质状态发生改变，并在写电流磁场消失后仍能保持，这样数据就存储下来了；当系统从硬盘中读数据时，磁头经过盘片指定区域，盘片表面磁场使磁头产生感应电流或线圈阻抗产生变化，经相关电路处理后还原成数据。
《硬盘知识详细介绍》课件
缓存
总结词
缓存是指硬盘内部用于存储数据的临时存储器，可以提高数据读取和写入的效率。
详细描述
缓存的大小也是硬盘性能的指标之一。较大的缓存可以存储更多的数据，减少数据读取和写入的次数 ，提高硬盘的整体性能。常见的缓存大小有64MB、128MB和256MB等。
接口类型
总结词
接口类型是指硬盘与计算机之间的连接 方式，常见的接口类型有SATA、SAS和 SSD等。
当我们要从硬盘中读取数据时，控制电路 会控制磁头读取盘片上的数据，然后通过 控制电路将数据传输到计算机中。
寻道操作
转速和缓存
当我们要访问硬盘中的某个数据时，控制 电路会控制磁头移动到相应的位置上，这 个过程叫做寻道操作。
硬盘的转速和缓存大小也会影响其性能， 转速越快，缓存越大，硬盘的性能就越好 。
硬盘的数据存储方式
SSHD混合硬盘可以在不同工 作负载下自动调整工作模式， 以达到更好的性能和能耗表现 。
HHD三维硬盘
HHD三维硬盘是一种基于垂直存储技术的硬盘，可以在有限空间内提供更高的存储 密度。
HHD三维硬盘采用了先进的磁头和介质技术，可以实现更高的数据传输速度和稳定 性。
HHD三维硬盘在需要高存储密度和高可靠性的应用场景中具有广泛的应用前景，如 数据中心、云计算和大数据等领域。
THANKS.
VS
详细描述
不同的接口类型对硬盘的性能也有影响。 较新的接口类型可以提供更高的数据传输 速度和更稳定的数据传输质量。选择合适 的接口类型可以根据实际需求来提高硬盘 的性能。
数据传输率
总结词
数据传输率是指硬盘在单位时间内可 以读取和写入的数据量，通常以 MB/s为单位。
详细描述
数据传输率是衡量硬盘性能的重要指 标之一。较高的数据传输率可以更快 地完成数据读取和写入操作，提高整 体系统性能。
硬盘基本构成及工作原理
主轴组件
❖ 硬盘的主轴组件主要是轴承和马达，我们可以笼统地认为轴承 决分为三个阶段：1、滚珠轴承。2、油浸轴承。3、液 态轴承(FDB，Fluid Dynamic Bearing Motors)。目前液态 轴承已经成为绝对的主流市场。
❖ 在整个轴承的发展阶段贯穿着一个非常重要的概念：Nonerepeatable runout，不可重复偏离，简称NRRO。它是描述 电机运转时轴承偏离主轴中心的随机偏移量的参数。为什么要 突出这个概念呢？
❖ 基板材料，目前大多2.5英寸HDD使用的是玻璃，3.5英寸使用的是铝 合金。虽然玻璃单就表面平整性而言，远比铝合金要好。但为何不在 3.5英寸上大规模使用玻璃基板呢？其实厂家主要是为了成本考虑，就 目前而言玻璃基板的成本比铝基板的成本要高。而在2.5英寸的硬盘上， 盘片较小较薄，需要较强的刚性，这种情况下如果铝合金做的较薄的话， 就无法满足要求。而且盘片体积较小，相对而言成本上升不大，所以硬 盘厂家在生产2.5英寸硬盘时，一般选用玻璃基板。
❖ 垂直磁化记录从微观上看，磁记录单元的排列方式有了变化，从原来的 “首尾相接”的水平排列，变为了“肩并肩”的垂直排列。磁头的构造 也有了改进，并且增加了软磁底层。这一改变直接解决了“超顺磁效 应”，并且可以将硬盘的单碟容量提高到500GB左右。
❖ 垂直记录的另一个好处是：相邻的磁单元磁路方向平行，磁极的两端都 挨在一起，虽然不像前述的夹层结构那样上下两层间形成反向耦合，但 与纵向记录相邻的磁单元只在磁极一端相接的情况比起来，互相稳定的 效果还是较为明显的
硬盘基本构成及工作原理原理
一、 硬盘的组成
❖ 硬盘大家一定不会陌生，我们可以把它比喻成是我们电脑储存数据和信息的大仓库。一般 说来，无论哪种硬盘，都是由盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换 器、接口、缓存等几个部份组成。所有的盘片都固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。 而所有盘片之间是绝对平行的，在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的 距离比头发丝的直径还小。所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁 头的运动。磁头可沿盘片的半径方向动作，而盘片以每分钟数千转到上万转的速度在高速 旋转，这样磁头就能对盘片上的指定位置进行数据的读写操作.
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硬盘的外部结构
硬盘的物理结构可以分为外部结构和内部结构两个部分，其逻辑结构 主要涉及硬盘盘片的数据存储。
从外部看，硬盘的结构主要包括金属固定面板、控制电路板和接口三部分。 1. 金属固定面板 硬盘外部总会有一个金属的面板，用于保护整个硬盘，如图所示。一般在硬 盘金属面板正面贴有产品标签，标签上多会标注产品的型号、产地、设置数 据等，这些信息是正确使用硬盘的基本依据。金属面板和底板结合成一个密 封的整体，保证硬盘盘片和机构的稳定运行。固定面板和盘体侧面还设有螺 纹孔，以方便硬盘的安装。
主轴 磁道 扇区
盘片
柱面
盘片
硬盘逻辑结构
1.磁道
当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这 些圆形轨迹就叫做磁道。磁盘上的磁道是一组记录密度不同的同心圆，如图所示。磁表面存储 器是在不同形状(如盘状、带状等)的载体上，涂有磁性材料层，工作时，靠载磁体高速运动， 由磁头在磁层上进行读写操作，信息被记录在磁层上，这些信息的轨迹就是磁道。这些磁道用 肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便 是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性 会产生相互影响，同时也为磁头的读写带来困难，通常盘片的一面有成千上万个磁道。
磁道
硬盘逻辑结构
2.扇区
分区格式化磁盘时，每个盘片的每一面都会划分很多同心圆的磁道，而且还会将 每个同心圆进一步的分割为多个相等的圆弧，这些圆弧就是扇区。为什么要进行 扇区的划分呢？因为，读取和写入数据的时候，磁盘会以扇区为单位进行读取和 写入数据，即使计算机只需要某个扇区内的几个字节的文件，也必须一次把这几 个字节的数据所在的扇区中的全部512字节的数据全部读入内存，然后再进行筛选 所需数据，所以为了提高计算机的运行速度，就需要对硬盘进行扇区划分。另外 ，每个扇区的前后两端都会有一些特定的数据，这些数据用来构成扇区之间的界 限标志，磁头通过这些界限标志来识别众多的扇区。 硬盘通常由一个或多个盘片构成，而且每个面都被划分为数目相等的磁道，并从 外缘开始编号（即最边缘的磁道为0磁道，往里依次累加）。如此磁盘中具有相同 编号的磁道会形成一个圆柱，此圆柱称为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面 上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有一个磁头，因此，盘面数等于总的磁头 数。
缓存芯片 主控芯片 盘片电机接口
晶振
电机Байду номын сангаас动芯片 数字信号处理芯片 电源控制芯片 SATA数据接口 电源接口
硬盘的外部结构
3. 接口
在硬盘的顶端会有几个不同的硬盘接口，如图所示，这些接口主要包括电源插座 接口、数据接口和主、从跳线接口，其中电源插口与主机电源相联，为硬盘工作 提供电力保证。数据接口则是硬盘数据和主板控制器之间进行传输交换的纽带。 中间的主、从盘跳线接口，用以设置主、从硬盘，即设置硬盘驱动器的访问顺序 。其设置方法一般标注在盘体外的标签上，也有一些标注在接口处，早期的硬盘 还可能印在电路板上。
金属固定板
硬盘的外部结构
2. 控制电路板
在硬盘的金属盖板上会固定有一个电路板，这个电路板就是硬盘的控制电路板， 如图所示。为了节省空间，该电路板上的电子元器件大多采用贴片式元件焊接， 这些电子元器件组成了功能不同的电子电路，这些电路包括主轴调速电路、磁头 驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。在电路板上有几个主要的 芯片：主控芯片、BIOS芯片、缓存芯片、电机驱动芯片。对于不同的硬盘，其 电路板上的主要芯片种类也是不同的。
电磁线圈 磁盘片
硬盘的内部结构
4.前置控制电路 前置放大电路控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等，由 于磁头读取的信号微弱，将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高 操作指令的准确性。
前置控制电路
硬盘逻辑结构
新买来的硬盘是不能直接使用的，必须对它进行分区并进行格式化才能储存数据。经过格式化 分区之后，逻辑上每个盘片的每一面都会被分为磁道、扇区、柱面这几个虚拟的概念，并非像 切豆腐一样真的进行切割。如所示为硬盘划分的逻辑结构图。另外，不同的硬盘中的盘片数不 同，一个盘片有两面，这两面都能存储数据，每一面都会对应一个磁头，习惯上将盘面数计为 磁头数，用来计算硬盘容量。 扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本参数，用这些参数计算硬盘的容量，基 计算公式为： 存储容量=磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数
永磁铁
电磁线圈
硬盘的内部结构
3.盘片与主轴组件
盘片是硬盘存储数据的载体，盘片是在铝合金或玻璃基底上涂敷很薄的磁性材 料、保护材料和润滑材料等多种不同作用的材料层加工而成，其中磁性材料的 物理性能和磁层结构直接影响着数据的存储密度和所存储数据的稳定性。金属 盘片具有很高的存储密度、高剩磁及高矫顽力；玻璃盘片比普通金属盘片在运 行时具有更好的稳定性。如图所示，为硬盘的盘片和主轴组件。 主轴组件包括主轴部件轴瓦和驱动电机等。随着硬盘容量的扩大和速度的提高 ，主轴电机的速度也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电 机技术，这种技术的应用有效的降低了硬盘工作噪音。
硬盘的内部结构
2.磁头驱动组件 磁头的移动是靠磁头驱动组件实现的，硬盘的寻道时间的长短与磁头驱动组件关系非 常密切。磁头的驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度 的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定 位系统指令指定的磁道，保证数据读写的可靠性。电磁线圈电机包含着一块永磁铁， 该磁铁的磁力很强，对于传动手臂的运动起着关键性的作用。防震装置是为了避免磁 头将盘片刮伤等情况的发生而设计的。
硬盘的内部结构
打开硬盘的外壳，硬盘的内部结构一览无遗。仔细观察和了解后，总结出硬盘的 内部主要包括磁头组件、磁头驱动组件、盘片、主轴组件、前置控制电路等。
1. 磁头组件 磁头组件包括读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。磁头组件中最主要的部 分是磁头，另外的两个部分可以看作是磁头的辅助装置。传动轴带动传动臂，使 磁头到达指定的位置。 磁头是硬盘中对盘片进行读写工作的工具，是硬盘中最精密的部位之一。磁头是 用线圈缠绕在磁芯上制成的，工作原理则是利用特殊材料的电阻值会随着磁场变 化的原理来读写盘片上的数据。硬盘在工作时，磁头通过感应旋转的盘片上磁场 的变化来读取数据；通过改变盘片上的磁场来写入数据。为避免磁头和盘片的磨 损，在工作状态时，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，间隙只有0.1～0.3um，而 不与盘片直接接触，在电源关闭之后，磁头会自动回到盘片上的着陆区，此处盘 片并不存储数据，是盘片的起始位置。如图所示为磁头组件及磁头驱动组件。