從零開始學電腦(10)

小知識:硬盤的組成
答: 從物理角度來說，硬盤主要由硬盤的盤片、磁頭、傳動部件、主軸、PCB底層電路板以及接口等組成。
1)
硬盤盤片
硬盤在電腦系統(tǒng)中的作用主要是用來存儲數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)最終是存放在硬盤的盤片上，而硬盤的其他部分都是為其服務(wù)的。硬盤盤片一般采用硬質(zhì)合金制造，表面上被涂上了磁性物質(zhì)，通過磁頭的讀寫，將數(shù)據(jù)記錄在其中。由于盤片在硬盤中要高速旋轉(zhuǎn)，所以硬盤的盤片表面都十分光滑，而且耐磨度都很高，多為鋁合金制作，IBM等公司也使用過其他的材料來制作盤片，如玻璃質(zhì)材等。通常一個硬盤由若干張盤片疊加而成，目前一張盤片的單碟容量已經(jīng)達到驚人的133GB，而總?cè)萘扛哌_400GB。
　　硬盤盤片由于需要高速運轉(zhuǎn)，通常都是密封在硬盤中的，此時如果有灰塵或細小的雜物沾在盤片上，將會對硬盤造成巨大的傷害，所以我們絕對不要私自拆卸完好的硬盤。
2)
硬盤磁頭
　　如果我們把硬盤的盤片比喻成記錄內(nèi)容的紙張，那么磁頭就相當于寫字的筆。硬盤磁頭是用線圈纏繞在磁芯上制成的，當硬盤盤片高速運轉(zhuǎn)的時候，磁頭能夠通過電流的變化去感應(yīng)盤片上記錄的內(nèi)容。最早的硬盤磁頭是讀寫合一的，但是對于讀寫兩種不同的速度無法取得一個平衡點，于是IBM提出將讀寫操作分開，這就是之后的各項異性磁阻技術(shù)（AMR）。
　　和我們用手寫字不一樣，我們寫字的時候筆尖是要接觸到紙張的。而磁頭在讀寫的時候雖然和盤片的距離相當近（0.1～0.3μm），但是不能靠在盤片上，這就要求盤片旋轉(zhuǎn)的時候要非常平穩(wěn)，磁頭和盤片的相對距離要保持得當。當硬盤在工作的時候，要盡量不去劇烈晃動它，否則很可能會造成磁頭碰撞盤片從而縮短硬盤的壽命。
3)
傳動部件
　　硬盤的傳動部件包括傳動手臂以及傳動軸，在傳動手臂的末端安放了硬盤磁頭，進行對數(shù)據(jù)的讀寫。當硬盤沒有工作時，傳動部件將磁頭停放在硬盤盤片的最內(nèi)圈的起停區(qū)內(nèi)。開始工作時，硬盤中固化在ROM芯片中的程序開始對硬盤進行初始化，工作完成后，主軸開始高速旋轉(zhuǎn)，由傳動部件將磁頭懸浮在盤片0磁道處待命，當有讀寫命令時，傳動手臂以傳動軸為圓心擺動，將磁頭帶到需要讀寫數(shù)據(jù)的地方去。如果出現(xiàn)突然斷電的情況，硬盤的反力矩彈簧會自動將磁頭帶回起停區(qū)，防止盤片刮傷。
4)
硬盤主軸
　　目前硬盤的眾多參數(shù)中，硬盤轉(zhuǎn)速是一項重要的指標，而轉(zhuǎn)速的高低則由硬盤的主軸決定。目前臺式機硬盤的主流轉(zhuǎn)速是7200轉(zhuǎn)/分鐘，筆記本硬盤主流轉(zhuǎn)數(shù)是5400轉(zhuǎn)/分鐘，轉(zhuǎn)速越高的硬盤讀寫速度也就會越快。但是隨著硬盤轉(zhuǎn)速的提升，帶來的則是硬盤穩(wěn)定性下降和巨大的噪聲。目前硬盤的主軸都采用了“液態(tài)軸承馬達”，這種馬達使用的是黏膜液油軸承，以油膜代替滾珠，有效避免了由于滾珠摩擦而帶來的高溫和噪音。同時，這種技術(shù)對于硬盤防震也有很大的幫助，對于突如其來的震動，油膜能夠很好地吸收。因此，采用該技術(shù)的硬盤在運轉(zhuǎn)中能夠承受幾十至幾百G的外力。由此一來，硬盤的壽命也有了進一步的提升。
5)
PCB電路底板
　　在硬盤的反面，是一塊PCB電路板，上面有很多的芯片和分立元件，通過這些元器件，我們才能控制盤片轉(zhuǎn)動、控制磁頭讀寫我們需要的數(shù)據(jù)并通過接口傳遞出去。在硬盤的底板上，我們需要注意其中三個比較重要的芯片，它們分別是：
　　硬盤的主控制芯片。這個芯片在整個底板上塊頭最大，正方形身材，主要負責數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理。
　　緩存芯片。在主控制芯片附近，會有一個長方形的芯片，這種芯片和內(nèi)存使用的芯片差不多，在這里主要負責的是給數(shù)據(jù)提供暫存空間，提高硬盤的讀寫效率。目前主流硬盤的緩存芯片容量有2MB和8MB，最大的達到16MB，緩存容量越大，硬盤性能越好。
　　硬盤驅(qū)動芯片。這個芯片也是正方形模樣，比主控芯片要小很多，主要負責硬盤的馬達以及主軸馬達的轉(zhuǎn)動。
6)
硬盤接口
　　硬盤的接口是指硬盤和外界的聯(lián)系方式，這里包括電源接口和數(shù)據(jù)傳輸接口。硬盤的工作需要外接電源，IDE硬盤普遍采用的是4Pin的電源接口，接口截面類梯形，有效地防止了接口的反插。另外一種是SATA電源接口，這種接口使用在SATA硬盤上。
　　目前最常見的數(shù)據(jù)傳輸接口有PATA（IDE）、SATA、SCSI三種，前兩種接口方式主要應(yīng)用在個人PC上，而SCSI接口則主要使用在服務(wù)器領(lǐng)域。
　　PATA（Parallel ATA）接口采用的是并行傳輸模式，該標準由Intel和Quantum（昆騰）公司提出，利用40Pin 80芯的排線連接主板和硬盤，速率從最早的DMA33，DMA66到目前的DMA100、DMA133，并口的速率基本上走到了極限。
SATA（Serial ATA）接口采用的是串行傳輸模式，Intel放棄了對DMA133的支持，而提出了SATA接口標準，這種模式能夠在較少的位寬下獲得高帶寬，因為帶寬＝位寬×頻率，所以SATA在頻率上下功夫，照樣能夠獲得較高的帶寬。目前SATA1.0已經(jīng)達到了150MB/s的速率，今后還有300MB/s的速率出現(xiàn)。由于SATA信號線少，之間的干擾少，所以硬盤在傳輸過程中出現(xiàn)錯誤率也會較少，提高了硬盤的工作效率。
SCSI接口的硬盤價格較高，主要使用在服務(wù)器和工作站中，部分高端主板也集成了SCSI控制器，目前主流的主板要支持SCSI設(shè)備必須購買SCSI卡才行，所以其使用的范圍受到了一定的制約。