【硬盘篇】
硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被{yj}性地密封固定在硬盘驱动器中。
一、硬盘基础知识
在计算机的组成结构中，有一个很重要的部分，就是存储器。存储器是用来存储程序和数据的部件，对于计算机来说，有了存储器，才有记忆功能，才能保证正常工作。存储器的种类很多，按其用途可分为主存储器和辅助存储器，主存储器又称内存储器（简称内存），辅助存储器又称外存储器（简称外存）。外存通常是磁性介质或光盘，像硬盘，软盘，磁带，CD等，能长期保存信息，并且不依赖于电来保存信息，但是由机械部件带动，速度与CPU相比就显得慢的多。
硬盘就是一种最为常见的外存储器，它好比是数据的外部仓库一样。电脑除了要有“工作间”，还要有专门存储东西的仓库。硬盘又叫固定盘，由金属材料涂上磁性物质的盘片与盘片读写装置组成。这些盘片与读写装置（驱动器）是密封在一起的。硬盘的尺寸有5.25英寸、3.5英寸和1.8英寸等。有一类硬盘还可以通过并行口连接，作为一种方便移动的硬盘.
硬盘的存储速度比起内存来说要慢，但存储量要大得多，存储容量可用兆（MB）或吉（GB）来表示，1GB＝1024MB。现在家用电脑的硬盘的大小有80GB、120GB、160GB、250GB、320GB等。和内存不同的是，硬盘对计算机性能的影响则小许多，相同接口的硬盘，容量不同则决定的只是用户储存数据大小，两者性能是一样的。
普通家庭电脑的硬盘接口主要有两类，如下图所示，A方式为S-ATA接口；B方式为IDE方式。硬盘的安装也非常简单，无论是S-ATA或者IDE接口都分正反面，只有将硬盘连接线的正反面正确放置到主板上的硬盘接口上其才可安装进去，否则的话则会因为针脚的不对称而无法将硬盘安装进去。
硬盘是系统中极为重要的设备，存储着大量的用户资料和信息。如果说内存只是数据的中转站的话，硬盘就是存放数据的仓库。现在的硬盘越来越大，上面通常存放了许多珍贵的东西，所以一定要爱护好你的硬盘，否则一旦数据丢失就真的可以体会到欲哭无泪的感觉了。
主要性能参数
在介绍硬盘结构之前，我们有必要先了解一下硬盘的主要性能参数。
1.硬盘容量
硬盘内部往往有多个叠起来的磁盘片，所以说硬盘容量=单碟容量×碟片数，单位为GB，硬盘容量当然是越大越好了，可以装下更多的数据。要特别说明的是，单碟容量对硬盘的性能也有一定的影响：单碟容量越大，硬盘的密度越高，磁头在相同时间内可以读取到更多的信息，这就意味着读取速度得以提高。目前市场上主流硬盘的容量为80GB—120GB。
2.转速
硬盘转速（Rotationspeed）对硬盘的数据传输率有直接的影响，从理论上说，转速越快越好，因为较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间，从而提高在硬盘上的读写速度；可任何事物都有两面性，在转速提高的同时，硬盘的发热量也会增加，它的稳定性就会
有一定程度的降低。所以说我们应该在技术成熟的情况下，尽量选用高转速的硬盘。
3.缓存
一般硬盘的平均访问时间为十几毫秒，但RAM（内存）的速度要比硬盘快几百倍。所以RAM通常会花大量的时间去等待硬盘读出数据，从而也使CPU效率下降。于是，人们采用了高速缓冲存储器（又叫高速缓存）技术来解决这个矛盾。
简单地说，硬盘上的缓存容量是越大越好，大容量的缓存对提高硬盘速度很有好处，不过提高缓存容量就意味着成本上升。目前市面上的硬盘缓存容量通常为2MB—8MB。
4.平均寻道时间（averageseektime）
意思是硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间，单位为毫秒（ms）。平均访问时间越短硬盘速度越快。
5.硬盘的数据传输率（Datatransferrate）
也称吞吐率，它表示在磁头定位后，硬盘读或写数据的速度。硬盘的数据传输率有两个指标：
6.突发数据传输率（burstdatatransferrate）
也称为外部传输率（externaltransferrate）或接口传输率，即微机系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率。突发数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓冲区容量大小有关。目前的支持ATA/100的硬盘最快的传输速率能达到100MB/s。
7.持续传输率（sustainedtransferrate）
也称为内部传输率（Internaltransferrate），它反映硬盘缓冲区未用时的性能。内部传输率主要依赖硬盘的转速。
8.控制电路板
上面主要集成了用于调节硬盘盘片转速的主轴调速电路、控制磁头的磁头驱动与伺服电路和读写电路以及控制与接口电路等。除了这些保证硬盘基本功能的基础电路以外，新式的硬盘上大多都还有自己的专用电路，主要是提供S.M.A.R.T（Self-Monitoring，AnalysisandReportingTechnology自我监测、分析和报告系统）的支持和各厂商自己开发的提高硬盘可靠性的技术的硬件上的支持。
此外，电路板上还有一块类似于BIOS芯片作用的ROM。其中固化的程序可以在硬盘加电以后自动执行启动主轴电机、初始化寻道、定位和自检等一系列初始化动作。另外，硬盘上也自带了一定数量的缓存，其作用我们前面已经介绍过。硬盘的控制芯片负责数据的交换和处理，是硬盘的核心部件之一。
接口
包括电源接口、数据接口和跳线三部分。
电源接口与主机电源相连，为硬盘工作提供动力。接口的形状呈梯形，可以防止插反。
数据接口由两列并列的针组成，是硬盘和主板控制器之间传输数据的接口。根据连接方式的不同，分成EIDE和SCSI两大类。EIDE接口成本较低，速度也能满足普通用户的需求，为大多数硬盘所使用，主板上也都集成了相应的EIDE的控制器和两个IDE接口。SCSI接口价格较高，但在传输速度和CPU占用率上有不小的优势，通常在网络服务器、图形工作站上使用。但是除了少数集成了SCSI控制器和接口的xx主板以外，通常都要另外接一块SCSI卡才能使用。数据线连接硬盘和主板或SCSI卡的中介，根据接口的不同，数据线的种类也不同，但是看起来都是由许多细线并排组成的一根灰色的带子。数据线的一边都有一根红色的线，那是标志着这根线是1线，把数据线插入数据接口时把这根红线对准电源接口的方向，就不会插反。不过现在的数据接口和数据线上都有防反插的设计，如果没有把数据线接头上的突起对准数据接口上的缺口，是插不进去的。普通的IDE数据线是40根，和IDE接口的40针一一对应，而支持ATA/66或者ATA/100的数据线有80根，多出来的40根作为地线使用，以屏蔽高速传输时相互间的干扰，不过整根线的宽度并没有增加，所以看起来每根线都细了不少。SCSI接口的针数较IDE接口多，所以数据线也要宽上不少。
跳线是用来对硬盘的状态进行设置的。IDE接口的硬盘分为主盘或从盘两种状态，一条数据线上能同时接一主一从两个设备，必须通过跳线进行正确的设置，否则这条数据线上的两个设备都不能正常工作。
面板
也就是硬盘的固定盖板。它和底板结合，连接成一个整体，保证了中间的盘片和其他部分的正常运作。同时上面标注了硬盘的厂商、产地、转速、容量和跳线的设置方法等重要信息。
内部结构
硬盘的内部主要指密封腔以内的部分，由盘头组件、固定面板、接口和其他附件组成。
盘头组件
盘头组件（HAD，HardDiskAssembly）是硬盘的核心部分，数据的最终存取就由它直接负责。盘头组件包括盘片、主轴驱动机构、浮动磁头组件、磁头驱动机构和前驱控制电路等。
这些部分全部都密封在一个密封腔内。
硬盘在没有工作时，磁头停放在盘片最内圈的起停区内，当硬盘通电，开始工作后，先在那块固化ROM的指挥下进行一系列初始化工作，完成以后再启动主轴电机高速旋转，磁头驱动机构则将悬浮的磁头置于盘片表面的0道处，等到接收到主机的指令后再进行定位、读取数据、解码等一系列工作，{zh1}通过接口线路反馈给主机。遇到因正常关机或突发事件断电时，反力矩弹簧会将磁头自动移回起停区内，防止划伤盘片。
盘片和主轴组件
盘片和主轴组件是两个紧密相连的部分。盘片是一个圆形的薄片，上面涂了一层磁性材料以记录数据。除了IBM{zx1}的75GXP系列采用了玻璃盘片以外，大多数硬盘都是采用金属盘片。各大硬盘生产厂家都致力于使用新技术来提高盘片上数据记录的密度，使磁头在盘片上移动相同的距离时能读取更多的数据。
一个硬盘内通常放有几张盘片，它们共同连接在主轴上。主轴由主轴电机驱动，带动盘片高速旋转。旋转速度越快，磁头在相同时间内相对盘片移动的距离就越多，相应的也就能读取到更多的信息。但是，随着转速的提高，传统滚珠轴承电机磨损加剧、发热过高、噪声加大等种种弊病暴露无遗，各大硬盘厂商纷纷改用以油膜代替滚珠的液体轴承电机，不但可以减小发热和噪声，而且增加了主轴组件的抗震能力，延长其使用寿命。所以，液体轴承电机得以大行其道，现在的高速硬盘几乎全部用它做主轴驱动电机。
浮动磁头组件
浮动磁头组件由读写磁头、传动手臂和传动轴三部分组成。在盘片高速旋转时，传动手臂以传动轴为圆心带动前端的读写磁头在盘片旋转的垂直反向上移动，磁头感应盘片上的磁信号来读取数据或改变磁性涂料的磁性以达到写入信息的目的。读写磁头实际上是由集成的多个磁头组成的，和盘片并没有直接的接触，不过与盘片之间的距离只有0.1μm～0.3μm，一旦受到震荡就会和盘片相撞，产生悲剧性的后果。所以运转中的硬盘非常脆弱，{jd1}不能受到任何碰撞。
磁头驱动机构
由磁头驱动小车、电机和防震机构组成。其作用是对磁头进行驱动和高精度的定位，使磁头能迅速、准确地在指定的磁道上进行读写工作。现在的硬盘所使用的磁头驱动机构中已经淘汰了老式的步进电机和力矩电机，用速度更快，安全性更高的音圈电机取而代之，以获得更高的平均无故障时间和更低的寻道时间。
前驱控制电路
是密封在屏蔽腔体以内的放大线路。主要作用是控制磁头的感应信号、主轴电机调速、驱动磁头和伺服定位等。
尽管在外部结构方面，各种硬盘之间有着一定的区别，但是其内部结构还是xx相同的，毕竟硬盘的本质工作方式不会改变。虽说我们一直认为温彻斯特结构阻碍了硬盘技术发展，但是硬盘要提高综合表现并非彻底xx温彻斯特结构，而是在这一基础上进行改进。在了解硬盘技术发展趋势之前，我们不妨先来看看温彻斯特结构的硬盘到底是如何的。
经典的温彻斯特结构硬盘
打开硬盘外壳之后，我们也就能够看到神秘的内部世界，其核心部分包括盘体、主轴电机、读写磁头、电机马达等主要部件。不过需要提醒大家的是，千万不要随意打开硬盘的外壳，这将100％地使整个硬盘报废，因为硬盘的内部盘面不能沾染上一滴汇成，否则立即报废。一般硬盘内部结构维修甚至需要在要求极为严格的超净间中进行。
1．盘体
盘体从物理的角度分为磁面（Side）、磁道（Track）、柱面（Cylinder）与扇区（Sector）等4个结构。磁面也就是组成盘体各盘片的上下两个盘面，{dy}个盘片的{dy}面为0磁面，下一个为1磁面；第二个盘片的{dy}面为2磁面，以此类推……。磁道也就是在格式化磁盘时盘片上被划分出来的许多同心圆。最外层的磁道为0道，并向着磁面中心增长。事实上，硬盘的盘体结构与大家熟悉的软盘非常类似。只不过其盘片是由多个重叠在一起并由垫圈隔开的盘片组成，而且盘片采用金属圆片（IBM曾经采用玻璃作为材料），表面极为平整光滑，并涂有磁性物质。
盘体
2．读写磁头组件
读写磁头组件由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。在具体工作时，磁头通过传动手臂和传动轴以固定半径扫描盘片，以此来读写数据。磁头是集成工艺制成的多个磁头的组合，采用非接触式结构。硬盘加电后，读写磁头在高速旋转的磁盘表面飞行，飞高间隙只有0.1～0.3μm，可以获得极高的数据传输率。新型MR（Magnetoresistiveheads）磁阻磁头采用读写分离的磁头结构，写操作时使用传统的磁感应磁头，读操作则采用MR磁头。
读写磁头组件
3．磁头驱动机构
对于硬盘而言，磁头驱动机构就好比是一个指挥官，它控制磁头的读写，直接为传动手臂与传动轴传送指令。磁头驱动机构主要由音圈电机、磁头驱动小车和防震动机构组成。磁头驱动机构对磁头进行正确的驱动，在很短的时间内xx定位到系统指令指定的磁道上，保证数据读写的可靠性。一般而言，磁头机构的电机有步进电机、力矩电机和音圈电机三种，现在硬盘多采用音圈电机驱动。音圈是中间插有与磁头相连的磁棒的的线圈，当电流通过线圈时，磁棒就会发生位移，进而驱动装载磁头的小车，并根据控制器在盘面上磁头位置的信息编码来得到磁头移动的距离，达到准确定位的目的。
但是，正是这个基于这个由50个24英寸金属此片组成的庞然大物，才开启了硬盘领域的发展史。当然IBM也就当之无愧的坐上了硬盘鼻祖的宝座。
笔记本真正开始配备硬盘，是将近奔腾时代的事情了。在当时能配备上500MB的硬盘空间可谓是高级享受，大多数的本本电脑的硬盘只有200多兆而已。不难想象当初本本硬盘的转速以及各类相关指标的低下。然而科技进步的脚步是没有人能阻挡的，随着与硬盘密切相关的各门相关学科的进步，笔记本硬盘开始进入了一个高速
发展的时期。
容量更大，能耗更小，速度更快的硬盘不断问世。不过本本硬盘由于其厚度以及尺寸的限制，肯定不可能跟台式机硬盘相提并论。以下，笔者将从多方面介绍笔记本电脑硬盘的相关参数以及随着时代的改进。
我们知道，硬盘技术的飞速发展乃至更新换代主要取决于不断扩容的单碟容量，而与这项参数直接挂钩的就是硬盘磁头。先进的磁头技术除了能够提供更高的单碟容量，还可有效提升盘片的数据密度。90年代运用在2.5寸硬盘的磁头是MR磁头，然而很快它就被GMR(GaintMagnetoResistive，巨磁阻)，所代替了。目前巨阻磁头还处在全盛期，几乎所有的硬盘都在使用该磁头。
碟片容量是以单碟容量的大小来描述的。磁盘单碟容量是指一张盘片双面容量的总和。单碟容量也能对笔记本硬盘的制造产生至关重要的影响。因为笔记本硬盘特殊的厚度要求，所以在盘体内不可能通过容纳较多的盘片来达到容量的上升。因此更大的单碟容量就意味着海量硬盘的可能性。同时相对面积储存密度的上升也能加快硬盘的读取速度并相应的减少寻道时间。
目前市场上的主流本本硬盘单碟容量都达到了20G，当然也有10G单碟与高达60G的单碟容量。这里大家要注意的是，盘片并不是越多越好，相反，在等容的情况下单碟容量大的硬盘必定表现更优秀。所以有可能出现5400rpm的性能优于7200rpm硬盘的情况。目前市场上所能够见到的{zg}容量的本本硬盘容量已经达到了100G，东芝MK1031GAS就是高容量的典范。
硬盘的接口技术已经进入了一个即将洗牌完成的局面，我们一晃眼已经看到了SATA时代的到来。
然而我们以前所熟悉的ATA/IDE接口也将永远的成为历史，INTEL在2000年IDF会上提出了SATA，一改以前IDE接口(并行ATA),而是使用连续串行的方式传送资料，在同一时间点内只会有1位数据传输，此做法能减小接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作。
从那以后大家的目光也都慢慢朝着SATA方向望去，伴随着INTEL一步步的走过来SATA终于逐步实现了他继位的梦想。
尽管硬盘不能那摩尔定律来给他定义发展历程，但是更新换代是肯定必不可少的，不管是自身的发展需要也好，还是其它设备给硬盘行业的间接施压也好我们总是需要看到发展看到进步。
硬盘是一个半导体与机械的集合体所以他的发展并不能如半导体那样迅猛，时间过了将近10年，盘片技术，电机技术等等都有了质的飞跃。然而这些所能改进的地方往往是很有限的，现在终于轮到接口进行革命性的发展了。虽然我们仍然看到的是一个技术稳步前进的局面，但是这场革命已经预示着硬盘技术又开始前进了，并且加大了步伐。
因为太多的周边发展已经将硬盘推到了一个不得不进行革命的悬崖边上，不光是接口速度，还有硬盘的容量。我们的宽带的发展相信不过几年就可以普及光纤的速度，甚至千兆网卡平民化应用。DVD影音文件，刻录机的兴起也都很快可以将我们的现有硬盘蚕食待尽，难说等HD-TV普及的时候又会是一个什么样的格局。
换环相扣硬盘要走的路还任重而道远，他并没有像显卡“兔子”那样跑的那么快，还有的时间坐下来休息，尽管如此相信伴随着我们生活质量的提高硬盘也不会辜负我们对她的期望。言归正转。我们常说叶落归根，不能忘本。没错就在50年前的今天我们的硬盘雏形就这么诞生了，不管我们今天看到他是多么的可笑，幼稚。但总会有一种难以形容的心情吧？这就是我们说的忆苦思甜了。这篇文章将带着读者回顾我们硬盘的发展历程，让大家重新认识一下我们今天得到的美好是多么来之不易。
硬盘整体发展回顾
如同其它电脑配件一样，技术的进步发展都有一个过程，然而往往原始阶段的技术，也都容易随着时间的过去而让人们淡忘，恐怕我现在我们对硬盘多少都有些不懈，确实我们得到的容量确实已经超过了我们日常随需要的。有些供大于求的局面，但是在50年前的这个月，人们的心情是如何呢？
1956年9月xx的IBM的公司的一个工程小组将世界上{sg}“硬盘”展示给了大家，它并不是我们现在所说的完整意义上的硬盘，它仅仅是一个磁盘储存系统，现在来看较为落后的机械组件，庞大的占地面积，不由让人胆寒。他的名字叫做IBM350RAMAC（RandomAccessMethodofAccountingandControl）。
我们可以看到图中左边的那个机轨，中间的一个圆柱体容器，就是我们现在硬盘盘片的雏形。
他的磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，大家别看他个子比较大，以为容量就吓人，其实他不过才有5M的空间。
一共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，并且堆叠在一起，通过一个传动轴承是他可以顺利的工作（真想看看那个时候的电机有多大。）盘片由一台电动机带动，只有一个磁头，磁头上下前后运动寻找要读写的磁道。盘片上每平方英寸的数据密度只有2000bit，数据处理能力为1.1KB/s。
此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内，推出之后便让人大为震惊，不光是因为他的技术理念，因为有了他才有了后来的温彻斯特，还有他的价格，当时推出的售价是35，000美元，平均每M要有7000美元的成本，想想现在我们真实太幸福了，每M连7分的成本都用不了。就是由此开始硬盘的发展之路。
时间过去了十几年在1968年，IBM颠覆了之前自己的设计，重新提出了“温彻斯特”（Winchester）技术的可行性，这次的提出的技术则奠定了以后硬盘所发展的方向，。“温彻斯特”技术的精隋在于提出了：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也同样是我们现在硬盘所走的道路。
温彻斯特技术的主要内容还有是：头盘组合件，磁头、盘片、主轴等运动部分密封在一个壳体中，形成一个头盘组合件(HDA)，与外界环境隔绝，避免了灰尘的污染。磁头浮动块，采用小型化轻浮力的磁头浮动块，盘片表面涂润滑剂，实行接触起停。即平常盘片不转时，磁头停靠在盘片上，当盘片转速达一定值时，磁头浮起并保持一定的浮动间隙。
这样简化了机械结构，缩短了起动时间。而这种设计的磁头与磁盘是一一对应的，磁头读出的就是它本身写入的，信噪比等等都比从前好很多，因此存储密度得到了提高，存储容量同样也随之增加了。“温彻斯特(Winchester)”技术的发明，无疑是为现在的硬盘发展打下了一个很好的契机。就是现在的上百G的硬盘仍然在使用这种“技术”，在5年之后也就是1973年IBM终于推出了使用温彻斯特技术的{dy}块硬盘，型号为3340，它采用14英寸的规格，由两个分离的盘片构成(一个固定的和一个可移动的)，每张盘片容量为30MB。并且硬盘首次使用了封闭的内部环境，并进一步发展了气动学磁头技术，将磁头与盘片之间的距离缩短到了17微英寸。
