在信息化时代，数据就是一切。硬盘作为计算机存储数据的地方，重要性不言而喻。要避免硬盘数据不因各种误操作而丢失，用户就必须对硬盘结构及其工作原理有充分了解。在开篇的第一章节，我们将重点就硬盘结构及工作原理进行讲解。
一、硬盘结构
硬盘内部结构由固定面板、控制电路和板、磁头、盘片、主轴、电机、接口及其它附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部份。
图1 硬盘主要组件
图1是硬盘内部结构图，包括磁盘盘片、主轴、读写磁头、传动手臂、传动轴以及反力矩弹簧装置。下面先就这盘片、主轴、磁头做个简单的介绍。
1、盘片
盘片是硬盘存储数据的载体。盘片的基板由金属或玻璃材质制成，基板要求表面光滑而平整，基板表面被涂上一层不含杂质且及其细密的磁粉，每个磁性粒子存在N、S极，磁头通过改变这些磁性粒子的N、S极状态来达到存储数据的目的。通常一个硬盘内部包含有多张盘片。
2、磁头
盘片是存储数据的地方，而磁头是读取数据的工具。磁头是硬盘中最精密的部件之一。磁头组件主要由读写磁头、传动手臂和传动轴三个部分组成。磁头与盘片之间采用了非接触式读取方式，硬盘在加电后，主轴带动盘片高速旋转，气流将磁头托起，一般而言，盘片与磁头之间的距离保持在0.1～0.3um，这样磁头就不会划伤盘片，而且可以达到很好的信噪比。
3、主轴
主轴组件包括轴承和驱动电机等。随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机的速度也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电机技术。在关注硬盘的读写速度上，用户往往会关注转速，如5400rpm、7200rpm，这表示主轴转速。
图2 磁头及其驱动电路
图2是控制磁头读写数据的驱动电路，包括电磁线圈电机磁头驱动小车、前置控制电路、传动手臂、读写磁头，以及传动轴。
4、磁头驱动器
硬盘的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动器由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。
5、前置控制电路
前置控制电路控制着磁头感应的信号、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微弱，将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高操作指令的准确性。
图3 硬盘控制电路板
图3为硬盘控制电路板，位于硬盘背面，将背面电路板的安装螺丝拧下，翻开控制电路板即可见到控制电路。大多数的控制电路板都采用贴片式焊接，它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。在电路板上还有一块ROM芯片，里面固化的程序可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等，在电路板上还安装有容量不等的高速数据缓存芯片。
二、硬盘工作原理
通过前面的介绍，相信用户对硬盘的结构有了一定了解。硬盘的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。在磁盘盘片上有很多细小的带极性(N极和S极)的磁性粒子，磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。下面来讲讲硬盘从通电到断电的整个工作过程。
第一步：硬盘初始化
硬盘接通电源之后，图3控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，这一过程包括执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等。初始化工作完成后，主轴电机将启动并高速选择，装载磁头的小车机构移动(见图2)，将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待指令的启动状态。
第二步：指令接收与处理
当接口电路接收到微机系统传来的指令信号，通过前置放大控制电路，驱动音圈电机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。
接口电路接收指令?前置放大控制电路放大信号?驱动音圈发出磁信号?磁头对盘片数据定位?信号解码?放大控制电路放大信号并传输给接口电路?接口电路反馈给主机。
第三步：断电后状态处理
结束硬盘操作的断电状态，在反力矩弹簧的作用下浮动磁头驻留到盘面中心。
注意：相对处理器以及内存的性能提升速度，硬盘读写性能的提升相对较慢。因此，计算机的性能瓶颈往往集中于此。为解决这个问题，在硬盘中有一个存储缓冲区，目的是协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异。
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本文标题：硬盘结构及其工作原理
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