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名师带你搞定硬盘技术原理!

已经学习过计算机内部IO的原理,那CPU是怎么样把硬盘上的数据读取出来的,硬盘是如何寻找到数据的,请看本篇文章,硬盘技术原理,我们来一层一层解开硬盘的工作原理。

硬盘结构

1.1结构图

      硬盘大致是用盘片、磁头、电机、电路等几个大部件组成,其中还包含了许多小部件。图1-1和图1-2所示:

1.2盘片

       盘片的材料可以由玻璃或者金属做成,硬度高,表面要非常光滑,不能用有任何瑕疵,然后在光滑的盘片上喷洒磁性粉末,之后在涂上润滑层作为保护。盘片在制作的时候不能有任何污染,全程必须要在CLASS100高洁净的无尘室内制作,而且拆卸维修也必须在这个环境里面,因为磁头和盘片的距离很近,而且磁头是利用气流悬浮在盘片上面的,再加上如果磁头里盘片很远信号就会很弱,太低又会伤害到盘片,所以盘片和磁头之间不能有任何杂质,如果有就会永久损坏盘片。

1.3磁头

       硬盘存储数据的原理是通过磁头来改变盘片上面的磁性粒子,N极代表1,S极代表0。磁盘为了存储更多数据,势必要把磁性粉末碾磨的更加细腻,再经过均匀的喷洒,这样磁盘的存储的数据就可以更多。但是密度过高,当出现划伤的时候也是会丢失很多数据的,但是磁头距离盘片的距离越远,数据读取就越发困难,保持一个合适的距离是非常有必要的。所以可以把磁头到盘片的距离比喻成一架宇宙飞船距离地面1米的位置保持飞行。

       如图1-3所示实现这种技术,完全是靠磁盘旋转时产生的气流,磁头利用气流悬浮在盘片上面。

图1-3

       那盘片在不旋转的时候,磁头落在哪里呢,如果落在盘片上,当开始旋转的时候就会损伤盘片,所以在早期设计的时候磁盘会设计一个Parking的程序,让磁头回到一个没有磁性粒子的地方,一般设计在盘片上的内圈,这个称为启停区。当需要读取数据的时候,磁盘就开始旋转,当达到额定速度的时候磁头悬浮起来,然后开始工作。

下图1-4中黑色的圈就是启停区。

     早期设计磁头到盘片的距离0.1μm~0.5μm,现在的技术可以达到0.005μm~0.01μm,这个是人类头发的直径的千分之一。

1.4步进电机

       为了磁头精确到盘片上的磁道(这个后面会介绍),用普通的电机是无法达到的,这个可以这样理解,你用手写字,就算给你一根笔头非常细的笔,你也无法完成一个0.5微米小大的字,是因为你的手无法控制如此精细。那么磁头就像笔头,你的手就像电机,我们就要用到步进电机,来精细控制磁头的移动。

     有了这些硬件设备,我们如果将数据组织到盘片上进行存储,敬请关注下篇文章。

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