| 硬碟的誕生與經過 1957 年IBM公司研製成功出第一台真正意義上的硬碟存儲器到現在已經將近半個世紀的時間裡，人們對硬碟這種已經十分普及的外存儲器仍然帶著認識上的誤解。很多人認為硬碟內是真空，硬碟內有16個磁頭。本人就這兩個問題從原理上來進行分析，使讀者走出誤區。 幾乎所有的電腦都要使用到硬碟，硬碟作為電腦不可缺少的重要部件而被大家廣泛認識。短短十年時間從幾十M發展到現在的幾百G，容量成千上萬倍的增長。同時硬碟又具有天生的脆弱性，以至於大家平時對它都敬而遠之，因為就算一點點的撞擊都會對它造成致命的破壞。正因為這樣，硬碟批上了一曾神秘的面紗。而到現在為止，很多人包括部分計算機專業人士都在認為：「硬碟裡面是真空的」，「一個硬碟有16個磁頭」。為什麼會有如此誤解呢？究其原因是現在的各種教科書上都沒有將這個問題解釋清楚。本文將從硬碟的物理結構開始來解釋這兩個問題。 一. 硬碟的內部結構 拆開硬碟後，我們可以看到硬碟由主軸、碟碟、磁頭、磁頭臂、馬達等主要部件組成。 現在的硬碟,無論是IDE還是SCSI,採用的都是"溫徹思特"技術,都有以下特點： 盤片是將磁粉附著在鋁合金（新材料也有用玻璃，如IBM騰龍二代）圓盤片的表面上。這些磁粉被劃分成若干個同心圓，這些同心圓被稱為「磁道」。盤體由多個盤片組成，這些盤片重疊在一起放在一個密封的盒中，它們在主軸電機的帶動下以很高的速度旋轉，其每分鐘轉速達3600，4500，5400，7200甚至以上。 磁頭用來讀取或者修改盤片上磁性物質的狀態，一般說來，每一個磁面都會有一個磁頭，從最上面開始，從0開始編號。磁頭在停止工作時，與碟碟是接觸的，但是在工作時呈飛行狀態。磁頭採取在盤片的著陸區接觸式啟停的方式，著陸區不存放任何數據，磁頭在此區域啟停，不存在損傷任何數據的問題。讀取數據時，盤片高速旋轉，由於對磁頭運動採取了精巧的空氣動力學設計，此時磁頭處於離盤面數據區0.2---0.5微米高度的"飛行狀態"。既不與盤面接觸造成磨損，又能很好的讀取數據。磁頭之所以能夠飄浮起來，完全是靠空氣的浮力。如果沒有空氣的話磁頭將與碟碟產生直接接觸，除非能夠製造出零磨檫力的絕對平面，否則在一瞬間就會使整個碟碟表面和磁頭磨損。 硬碟內的電機都為無刷電機，在高速軸承支撐下機械磨損很小，可以長時間連續工作。 高速旋轉的盤體產生了明顯的陀螺效應，所以工作中的硬碟不宜運動，否則將加重軸承的工作負荷。硬碟磁頭的尋道飼服電機多採用音圈式旋轉或者直線運動步進電機，在飼服跟蹤的調節下精確地跟蹤盤片的磁道。 二．硬碟使用時候的注意事項： 1.硬碟在工作時不能突然關機 當硬碟開始工作時，一般都處於高速旋轉之中，如果我們中途突然關閉電源，可能會導致磁頭與盤片猛烈磨擦而損壞硬碟。因此最好不要突然關機，關機時一定要注意面板上的硬碟指示燈是否還在閃爍，只有當硬碟指示燈停止閃爍、硬碟結束讀寫後方可關閉計算機的電源開關。忽然斷電會讓磁頭在還來不及回到著陸區的情況與盤片直接接觸，可能使碟碟表面產生壞扇區。 2.防止灰塵進入 灰塵對硬碟的損害是非常巨大的。這是因為在灰塵嚴重的環境下，硬碟很容易吸引空氣中的灰塵顆粒，被吸引的灰塵長期積累在硬碟的內部電路、元器件上，會影響電子元器件的熱量散發，使得電路板等元器件的溫度上升，產 生漏電而燒壞元件。雖然如此，可是卻不必擔心灰塵會進入硬碟裡面，盤體是完全密封的，唯一可與內部相通的就是伺服口。熟悉硬碟的讀者都知道，硬碟的側面上有一個孔，一般都是用鋁質貼紙封住，有的甚至還用金屬片包住封口的貼紙，防止它被破壞，這個就是伺服口。有一些銷售人員將硬碟內部誤認為是真空的，管這個封口叫個是「真空封口」，這種說法是錯誤的。當封口破損了後灰塵便會進入盤體，首先是硬碟的讀寫速度變的很慢，其次是硬碟的噪音會變的很大。這種情況下使用時間長了就會導致硬碟數據的丟失，更嚴重時可能導致盤片的損壞。所以我們要特別注意不要破壞封口。 另外灰塵也可能吸收水分，腐蝕硬碟內部的電子線路，造成一些莫名其妙的問題。所以灰塵體積雖小，但對硬碟的危害是不可低估的。因此必須保持環境衛生，減少空氣中的潮濕度和含塵量。 3.要防止溫度過高 溫度對硬碟的壽命也是有影響的。硬碟工作時會產生一定的熱量，使用中存在散熱問題。溫度以20～25℃為宜，溫度過高或過低都會造成硬碟電路元件失靈，磁介質也會因熱脹效應而造成記錄錯誤；溫度過低，空氣中的水分會被凝結在集成電路元件上，可能造成短路。 另外，盡量不要使硬碟靠近強磁場，如音箱、喇叭、電機、電台、手機等，以免硬碟所記錄的數據因磁化而損壞。在硬碟工作時不要有衝擊碰撞，搬動時要小心輕放。 三.硬碟的物理磁頭數與邏輯磁頭數 在解釋物理磁頭和邏輯磁頭之前，先列舉這樣一組數據： Cylinders Heads Sectors 2491 255 63 硬碟的容量=2491x255x63x512=19.08G 上面的參數是從一個金鑽20G硬碟上得到的。很明顯它的柱面數是2491，磁頭數是255,每個磁道上的扇區數為63。誤會由此開始了，如果我們對硬碟的物理結構不瞭解，我們會認為這個硬碟有255個磁頭。可是仔細想一下，便會發現它不成立。 一張單面的盤片需要一個磁頭，雙面的盤片則需要兩個磁頭，假如全部都是雙面盤片，255個磁頭至少擁有128張盤片，而128張盤片疊起來的厚度比一個硬碟要厚的多，這還沒有考慮盤片之間的間隙。 其實我們在BIOS中看到的硬碟的參數只是一個邏輯值，現在的硬碟大部分都是單碟，單磁頭。拿金鑽九代80G來說，就是單碟的。也就是說它只有一個磁頭，可是為什麼我們用測試軟件檢測的時候會顯示255個磁頭呢？答案要從很多年前說起了。 由於早先的硬碟容量比較小，因此設計的BIOS的時候當把地址從Int 13的地址寄存器轉換為IDE的地址寄存器時，僅僅把INT 13管理中低10位的柱面地址用來對應硬碟中的16位柱面寄存器，並且也僅把6位的扇區地址來對應硬碟中的8位扇區寄存器，其中沒有用到的位設置為0。並且只用4位來表示磁頭。因此，此時的碟碟柱面最大數為1024（2的10次方），磁頭的最大數是16（2的4 次方），扇區的最大數是63（2的6次方-1)。因此能尋址的扇區數就成了1,032,192(1,024x16x63)。一個扇區的容量是512字節，也就是說如果以CHS尋址方式，IDE硬碟的最大容量為 528.4MB。這種尋址方式便是NORMAL方式。 使用LBA(Logical Block Addressing)邏輯塊尋址模式管理的硬碟空間可達 8.4GB。在 LBA 模式下，設置的柱面、磁頭、扇區等參數並不是實際硬碟的物理參數。在訪問硬碟時，由 IDE 控制器把由柱面、磁頭、扇區等參數確定的邏輯地址轉換為實際硬碟的物理地址。在 LBA 模式下，可設置的最大磁頭數為 255，其餘參數與普通模式相同。 此時磁頭數只是一個虛擬數字，實際上的物理磁頭只有一個。但是硬碟生產商為了讓BIOS系統能夠正常識別和使用硬碟，將硬碟的物理地址轉換成一個虛擬的邏輯地址。而在這個地址裡面我們看到了255個磁頭。其實幕後的工作卻是將柱面數除了一個255，而磁頭數乘了一個255，總共表示的尋址範圍仍然沒有變化。 四.兩個錯誤說法引起的思考 硬碟經過半個世紀的發展，容量、速度已經到了往日不可想像的地步。但是它的發展受到了老技術的制約，為了往下兼容不得不犧牲一些好的方法和技術。現在SATA的硬碟大有取代PATA 硬碟之勢，而且性能值追SCSI硬碟。硬碟做為電腦的不可缺少的一部分，而走入千家萬戶。像「硬碟內部是真空」，把硬碟伺服口的封口稱為「真空封口」這種現象在全國個大IT賣場和專業人士之間廣為流傳實屬不該。在電腦十分普及的今天，我們也要將其基礎知識普及好。 |
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