機械硬碟是由哪些元件組成的

　　學習計算機硬體的朋友們應該都瞭解過機械硬碟，不過可能只是知道概念，並不知道內部的具體結構，下面就講解機械硬碟從外部結構到內部結構的組成，閱讀下文了解機械硬碟的結構組成。

　　?硬碟外/內部結構解剖

　　總得來說，硬碟主要包括：碟片、磁頭、碟片主軸、控制電機、磁頭控制器、資料轉換器、介面、快取等幾個部份。所有的碟片都固定在一個旋轉軸上，這個軸即碟片主軸。而所有碟片之間是絕對平行得，在每個碟片的儲存面上都有一個磁頭，磁頭與碟片之間的距離比頭髮絲的直徑還小。所有的磁頭連在一個磁頭控制器上，由磁頭控制器負責各個磁頭的運動。磁頭可沿碟片的半徑方向動作，而碟片以每分鐘數千轉的速度在高速旋轉，這樣磁頭就能對碟片上的指定位置進行資料的讀寫操作。硬碟是精密裝置，塵埃是其大敵，所以必須完全密封。

　　一、外部結構

　　在硬碟的正面都貼有硬碟的標籤，標籤上一般都標註著與硬碟相關的資訊，例如產品型號、產地、出廠日期、產品序列號等。在硬碟的一端有電源介面插座、主從設定跳線器和資料線介面插座，而硬碟的背面則是控制電路板。總得來說，硬碟外部結構可以分成如下幾個部份：

　　***一***介面

　　介面包括電源介面插座和資料介面插座兩部份，其中電源插座就是與主機電源相連線，為硬碟正常工作提供電力保證。資料介面插座則是硬碟資料與主機板控制晶片之間進行資料傳輸交換的通道，使用時是用一根資料電纜將其與主機板IDE介面或與其它控制介面卡的介面相連線，經常聽說的40針、80芯的介面電纜也就是指資料電纜，資料介面可以分成PATA介面、SATA介面、SCSI介面。

　　***二***控制電路板

　　大多數的控制電路板都採用貼片式焊接，它包括主軸調速電路、磁頭驅動與伺服定位電路、讀寫電路、控制與介面電路等。在電路板上還有一塊ROM晶片，裡面固化的程式可以進行硬碟的初始化，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資料快取晶片。

　　1、主控制晶片

　　主控制晶片是整個電路板上引腳最多，體積最大的一塊積體電路。它主要負責硬碟資料讀寫指令和資料傳輸等工作，主要包括地址選擇、資料傳輸、中斷請求等功能。常見的硬碟主控晶片有：WD70C22、WD80C24、88 I522、88I6522、Agere c8-c1、 UAB-M3059-T、SAB-M3054等。

　　2、讀寫控制晶片

　　讀寫控制晶片的引腳數要比主控晶片的引腳數少些，晶片體積也要更小些。它的主要作用是依據主控晶片發出的讀寫指令，控制硬碟主軸電機和讀寫磁頭對碟片上的資料進行讀取和寫入操作。常見的讀寫控制晶片有：HA13627、SMOOTN L7250E、S6950H、IBM47P1870等。

　　3、快取晶片

　　硬碟快取晶片是一塊記憶體顆粒，具有極快的存取速度，它是硬碟內部儲存和外部介面之間的緩衝器。由於硬碟的內部資料傳輸速度和外部傳輸速度不同，快取在其中起到一個緩衝的作用。快取的大小與速度是直接關係到硬碟傳輸速度的重要因素，合理的快取容量能明顯提高硬碟的整體效能。常見的快取晶片有：現代、華邦、三星等。

　　4、BIOS晶片

　　硬碟與主機板一樣，也有自己的BIOS，它負責硬碟在啟動、工作和停止時的工作引數，可以稱為是硬碟的靈魂。它通常儲存在一塊FLASH ROM晶片中。由於是FLASH ROM，所以硬碟的Firmware是可以升級的，但考慮到風險較大，所以硬碟廠商並沒有向普通使用者開放這一功能。

　　5、SATA橋接晶片

　　對於非原生的SATA硬碟來說，通常採用了一顆負責將並行資料轉換成序列資料的橋接晶片。由於多了一個轉換過程，所以非原生SATA硬碟的效能要遜於原生的SATA硬碟。常見的橋接晶片有：88i8030、282368pb、 sil3611。

　　***三***固定面板

　　就是硬碟正面的面板，它與底板結合成一個密封的整體，保證了硬碟碟片和機構的穩定執行。在面板上最顯眼的莫過於產品標籤，上面印著產品型號、產品序列號、產品、生產日期等資訊。除此，還有一個透氣孔，它的作用就是使硬碟內部氣壓與大氣氣壓保持一致。

　　二、內部結構

　　硬碟內部結構由磁頭、碟片、主軸、電機及其它附件組成，其中磁頭碟片元件是構成硬碟的核心，它封裝在硬碟的淨化腔體內，包括有浮動磁頭元件、磁頭驅動機構、碟片、主軸驅動裝置及前置讀寫控制電路這幾個部份。

　　1、磁頭元件

　　這個元件是硬碟中最精密的部位之一，它由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三部份組成。磁頭是硬碟技術中最重要和關鍵的一環，實際上是整合工藝製成的多個磁頭的組合，它採用了非接觸式頭、盤結構，加後電在高速旋轉的磁碟表面移動，與碟片之間的間隙只有0.1～0.3um，這樣可以獲得很好的資料傳輸率。現在轉速為7200RPM的硬碟飛高一般都低於0.3um，以利於讀取較大的高信噪比訊號，提供資料傳輸率的可靠性。

　　2、磁頭驅動機構

　　盤硬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。磁頭驅動機構由電磁線圈電機、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，並能在很短的時間內精確定位系統指令指定的磁軌。

　　3、磁碟片

　　碟片是硬碟儲存資料的載體，現在硬碟碟片大多采用金屬薄膜材料，這種金屬薄膜較軟盤的不連續顆粒載體具有更高的儲存密度、高剩磁及高矯頑力等優點。另外，IBM還有一種被稱為“玻璃碟片”的材料作為碟片基質，玻璃碟片比普通碟片在執行時具有更好的穩定性。從圖中可以發現，硬碟碟片是完全平整的，簡直可以當鏡子使用。

　　4、主軸元件

　　主軸元件包括主軸部件如軸承和驅動電機等。隨著硬碟容量的擴大和速度的提高，主軸電機的速度也在不斷提升，有廠商開始採用精密機械工業的液態軸承電機技術，這樣有利於降低硬碟工作噪音。

　　通過這次解剖硬碟，相信讀者對硬碟的內部結構有了一定的認識與瞭解，看到了磁頭長什麼樣，知道了磁碟片表面光滑如鏡，懂得了硬碟是如何初始化及完成尋道工作的等。當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、碟片、電機、主軸等，就需要更高的技術條件與裝置。

　　補充：硬碟常見故障：

　　一、系統不認硬碟

　　二、硬碟無法讀寫或不能辨認

　　三、系統無法啟動 。

　　系統無法啟動基於以下四種原因：

　　1. 主載入程式損壞

　　2. 分割槽表損壞

　　3. 分割槽有效位錯誤

　　4. DOS引導檔案損壞

　　正確使用方法：

　　一、保持電腦工作環境清潔

　　二、養成正確關機的習慣

　　三、正確行動硬碟，注意防震

　　開機時硬碟無法自舉，系統不認硬碟

　　相關閱讀：固態硬碟保養技巧

　　一、不要使用碎片整理

　　碎片整理是對付機械硬碟變慢的一個好方法，但對於固態硬碟來說這完全就是一種“折磨”。

　　消費級固態硬碟的擦寫次數是有限制，碎片整理會大大減少固態硬碟的使用壽命。其實，固態硬碟的垃圾回收機制就已經是一種很好的“磁碟整理”，再多的整理完全沒必要。Windows的“磁碟整理”功能是機械硬碟時代的產物，並不適用於SSD。

　　除此之外，使用固態硬碟最好禁用win7的預讀***Superfetch***和快速搜尋***Windows Search***功能。這兩個功能的實用意義不大，而禁用可以降低硬碟讀寫頻率。

　　二、小分割槽 少分割槽

　　還是由於固態硬碟的“垃圾回收機制”。在固態硬碟上徹底刪除檔案，是將無效資料所在的整個區域摧毀，過程是這樣的：先把區域內有效資料集中起來，轉移到空閒的位置，然後把“問題區域”整個清除。

　　這一機制意味著，分割槽時不要把SSD的容量都分滿。例如一塊128G的固態硬碟，廠商一般會標稱120G，預留了一部分空間。但如果在分割槽的時候只分100G，留出更多空間，固態硬碟的效能表現會更好。這些保留空間會被自動用於固態硬碟內部的優化操作，如磨損平衡、垃圾回收和壞塊對映。這種做法被稱之為“小分割槽”。

　　“少分割槽”則是另外一種概念，關係到“4k對齊”對固態硬碟的影響。一方面主流SSD容量都不是很大，分割槽越多意味著浪費的空間越多，另一方面分割槽太多容易導致分割槽錯位，在分割槽邊界的磁碟區域效能可能受到影響。最簡單地保持“4k對齊”的方法就是用Win7自帶的分割槽工具進行分割槽，這樣能保證分出來的區域都是4K對齊的。

　　三、保留足夠剩餘空間

　　固態硬碟儲存越多效能越慢。而如果某個分割槽長期處於使用量超過90%的狀態，固態硬碟崩潰的可能性將大大增加。

　　所以及時清理無用的檔案，設定合適的虛擬記憶體大小，將電影音樂等大檔案存放到機械硬碟非常重要，必須讓固態硬碟分割槽保留足夠的剩餘空間。

　　四、及時重新整理韌體

　　“韌體”好比主機板上的BIOS，控制固態硬碟一切內部操作，不僅直接影響固態硬碟的效能、穩定性，也會影響到壽命。優秀的韌體包含先進的演算法能減少固態硬碟不必要的寫入，從而減少快閃記憶體晶片的磨損，維持效能的同時也延長了固態硬碟的壽命。因此及時更新官方釋出的最新韌體顯得十分重要。不僅能提升效能和穩定性，還可以修復之前出現的bug。

　　五、學會使用恢復指令

　　固態硬碟的Trim重置指令可以把效能完全恢復到出廠狀態。但不建議過多使用，因為對固態硬碟來說，每做一次Trim重置就相當於完成了一次完整的擦寫操作，對磁碟壽命會有影響。

　　隨著網際網路的飛速發展，人們對資料資訊的儲存需求也在不斷提升，現在多家儲存廠商推出了自己的行動式固態硬碟，更有支援Type-C介面的移動固態硬碟和支援指紋識別的固態硬碟推出。