(转载)硬盘内部世界

硬盘作为数据的载体，是电脑用户们最熟悉不过的PC配件了。不过大多数用户平时都是看到硬盘的外表，对于其精密的内部了解可能就不多了。其实硬盘的内部结构也没有想象中的那么复杂，下面的这篇文章将为初级读者展示硬盘内部结构，通过拆解让大家对硬盘内部有一定的认识。　　这次为大家介绍的，是老一代用户比较熟悉的曾经风靡一时的腾龙3代60GXP硬盘。虽然经历了风光无限美的玻璃硬盘最后因为翻修极高而退出了历史舞台，但是60GXP作为硬盘技术的革新突破点，还是能作为硬盘发展史上的聚焦点而载入史册。注意：笔者要郑重地提醒大家，像本文所介绍这样拆解硬盘会给其保存的数据带来不可挽回的损坏，请大家一定要慎重！本次拆解的硬盘虽属旧产品，不过现在新旧产品的内部构造是大同小异的。

　　这次给大家介绍硬盘的MODEL号为：IC35L040AVER07-0，从编号我们可以看出，这是“IBM Corporation”公司、3.5英寸、高度1英寸、40GB、ATA接口、60 GXP系列、7200转/分的硬盘。除了硬盘表面上七颗螺丝外，还有三颗螺丝需要揭开贴纸才可以取下（如上图红圈所示）。在图示右侧虚线所圈的位置，可以在一个小孔旁看见“DO NOT COVER THIS HOLE”的提示。我们知道硬盘工作的时候盘片因高速旋转而与空气发生剧烈摩擦导致盘腔内部温度急剧上升，特别是在炎热的夏天。此小孔的作用就是让盘腔内部的热气可以顺利排除，使腔内压力与大气压保持一致。由于硬盘内部相对来说是密封的，所以透气孔经过了一个高效的尘埃过滤器和内部相通，用以保证盘腔内部无尘的洁净环境。

　　在电路板的正面，我们可以清晰地看到主轴驱动芯片、读/写通道芯片和数据处理芯片。

　　在电路板的背面还有一颗HY 2M的缓存芯片。

　　揭开60GXP神秘的面纱，其内部的秘密也就展现在大家眼前。上图是打开了磁头驱动电机上半部分的俯视图。
　　在上图中最抢眼的就是光滑、洁净的盘片——没错，那就是硬盘中承载数据存储的介质、也是60GXP的技术闪亮点：玻璃盘片。我们知道，一般制作硬盘盘片都是以铝合金材料作为盘基的，而IBM的硬盘工程师则采用了石英玻璃作为盘基。石英玻璃是一种较铝合金更为坚固耐磨的盘片材质，生产成本较为低廉、磁盘的存储密度大，在盘片高速旋转时的稳定性和可靠性也有不同程度地提高，而且玻璃盘片的表面更为平滑、磁头在盘片上的飞行高度降得更低、数据读取动作更为迅速，使得其性能方面更是遥遥领先。但是，正因为磁头飞行高度的降低致使玻璃盘片的硬盘对震动更为敏感，而IBM的工程师在当时也没有意识到需要研发相应的磁盘抗震技术来弥补这一缺陷，最终导致玻璃硬盘出现大规模故障，IBM往日与日同辉的硬盘事业部也因此难逃瓦解的命运。

　　为了可以完好地把各个部件拆卸下来，我们先要把磁头传动臂转到盘片上，拆下磁头载入/载出轨道，再把传动臂转出来并小心地取下。松开盘片上轴毂的螺丝，我们可以看见此硬盘内封装了两张用垫圈隔开的玻璃盘片。

　　60GXP还采用了以陶瓷为材料制作的主轴和轴承（仍是滚珠轴承），它比金属的主轴、轴承更为光滑坚固，可以极大减少工作时发出的噪音。上图为硬盘的电机，中间圆柱形的是主轴。

　　此块硬盘的磁头驱动电机采用了音圈式旋转的步进电机，它的结构非常简单，就是在磁头传动臂末端套上一组电磁线圈，线圈的上下两面各装一个磁性非常强的永磁体。当有电流通过线圈，根据电磁感应原理，传动臂会以传动轴为中心发生偏转，而磁头移动的距离是根据控制器在盘面上磁头位置的信息编码来得到的。我们知道，硬盘寻道需要磁头来回地移动，一个高精度的磁头驱动电机可以快速地驱动磁头按照系统指令指向的磁道进行精准的定位和跟踪，保证数据读写的可靠性和完整性。

　　在硬盘中侧部靠4PIN电源插口的方向，大家可以看见一个方形的凹面。这个是硬盘的伺服口，一般这个可以从外界直接连接入盘腔内部的口都是用铝质贴纸封住的，有些硬盘甚至还采用了金属片来保护这层贴纸。我们知道，硬盘内的工作环境必须是无尘的，但为什么硬盘厂商还要“多此一举”，设置这个“危险”的通道呢？原来，硬盘盘片的磁道一般都不是在装配之前构造的。大家可以看到，要在如此小的盘片上存储数百G的数据，其精细程度可想而知，如果要在装配前先构造好磁道，那么在装配的过程中一个非常非常轻微的碰撞都有可能使硬盘产生不可预知的故障或者坏道。而伺服口的作用正是为了解决这个问题：在装配好硬盘后，机械臂能够通过这个小口伸进盘腔内部对硬盘进行扫描和伺服信息的写入、构造磁道，这样不仅能最大限度地保证伺服信息的正确写入，还可以提高硬盘最后成品的可靠性。

　　在硬盘中非常重要的磁头组件由三个部分组成：读写磁头、传动臂和传动轴）。磁头是硬盘核心技术所在的组件之一，它主要是让电信号和磁信息进行相互转换从而实现硬盘存储、读取数据的操作，他的工作原理就是利用某些特殊材料的阻值会随着磁场的变化而改变的原理来存取磁盘片上数据的。磁头技术的发展是直接决定磁盘盘片存储密度大小的重要因素之一，薄膜感应（TEI）磁头、各向异性磁阻（AMR，Anisotropic Magneto Resistive）磁头和巨磁阻（GMR，Giant Magneto Resistive）磁头，是磁头技术发展的三个标志性阶段。磁头不仅需要通过悬挂装置固定在传动臂上，还需要通过悬挂装置把电子连接线牵引到传动臂上。磁头组件就是靠传动臂和传动轴来固定磁头移动半径对盘片进行扫描，以此来读写数据的。数据线则提供从传动臂到前端控制电路芯片的电子连接。前置控制电路芯片主要负责控制磁头感应信号、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非常微弱，所以将此集合放大电路的芯片密封在硬盘腔体内，可以大幅度减少其他信号的干扰，提高操作指令的准确性。

　　下面再给大家放出几张用不同角度拍摄磁头的照片。

　　在下图中，小圈和大圈标识出来的分别是内圈急停（Inner-Diameter Crash Stop）装置和外圈急停（Outer-Diameter Crash Stop）装置，他们主要的作用就是防止磁头偏离最内磁道而撞到轴毂上或者因为磁头在往载入/载出轨道停靠的时候因为惯性继续向外运动，最大限度地保护磁头不受损伤。在外圈急停装置上有一个小磁块，在磁头停在载入/载出轨道上的时候会吸住传动臂，防止传动臂因轻微震动而随处摆动。磁头载入/载出轨道也可以在硬盘停止运行的时候给予磁头最大限度地保护。

　　最后，给大家看一张IBM 60GXP拆解后所有部件的全家福，如下图。

　　IBM硬盘王朝的覆灭让我回想起了当年昆腾也因硬盘频频故障而惨遭被迈拓收购的命运。硬盘作为计算机产业中技术发展最为缓慢的部分，但是仅从“98年全球共有12家硬盘制造厂商，到06年缩至屈指可数的几家”这一数据就可以看出，其中的竞争是非常惨烈的。我们希望今后硬盘能在激烈的竞争中能有较快的进步，为PC中的一大瓶颈作出贡献！

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