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硬盘结构基础知识
编辑 : 微软surface回收 时间 : 2017-06-30 11:43 浏览量 : 120

     对于熟悉的硬盘,突然之间有好多疑问,电脑C、D、E、F盘在硬盘哪里呢?主分区、扩展分区分别对应的哪些扇区?主引导记录和系统分区表在哪里呢?为什么有些硬盘贵,有些便宜,参数之间的差距到底意味着什么?操作系统如何和硬盘打交道的?操作系统中的文件到底是怎么存储在硬盘里面的?什么是扇区、簇?硬盘到底是怎么存储数据的?。。

  。。这些问题的解决,也许只需要了解很少的硬盘内部知识,可是我仍然想打开硬盘内部,看看里面到底是些什么......下面成都笔记本电脑硬盘维修详细来说说

一、从硬盘外观入手


  在深入硬盘内部之前,我们有必要从整体的角度去审视一下硬盘,这里仅简单的说一说,下图一是一块硬盘图片:


  我们的笔记本硬盘、台式机硬盘、移动硬盘,基本上都是这样的“大”方块,接下来我们从多个角度来审视一下硬盘:


(1)大小:大小会有所不同,一般台式机的为3.5寸大小,笔记本和移动硬盘的为2.5寸大小,还有一些1.8寸、1.3寸、1.0寸、0.85寸等大小的。


(2)接口:我们平时的移动硬盘,就是usb接口的;对于台式机和笔记本,硬盘在里面安装着,就不是usb接口了,主要有IDE、SATA接口,


      IDE就是我们说的并口,台式机为40针的一个接口,笔记本为44针的一个接口,只有一个接口,直接插在电脑里面,不过现在这种接口很少见了;另外一种SATA接口,由两部分组成:一个7针的接口(数据接口)和一个15针接口(电源接口)。另外我们的移动硬盘是USB接口的,其实可以看成是台式机或笔记本电脑硬盘,里面有个SATA转USB的PCB板,你可能会说,我能不能把我的移动硬盘拆开,然后把那个SATA转USB的PCB板拆掉,然后当台式机或笔记本硬盘?不太好弄,因为目前很多原装的移动硬盘内部已经没有了SATA口,直接通过内部电路形式,以USB接口作为出口,供大家使用了,所以拆开移动硬盘也不好再利用了;你可能又问,那我的台式机或者笔记本硬盘是SATA接口的,能不能拆下来,当移动硬盘用呢?这个可以通过一个SATA转USB的线来实现,这种线网上就有卖的,如果哪天想折腾一下自己的电脑或者电脑硬盘有问题想拆下来恢复一下数据,那么可以买根这样的线试试,前段时间有个朋友的电脑启动不了,我就是这样把他的硬盘里面的数据给恢复了。


  (3)前后面:前后面都是铁皮包着,外面写点儿厂家信息,没有什么可说的。


  上面看了一下硬盘的整体外观,真正区分硬盘不同的以及内部的样子,还需要我们去打开硬盘,看看里面有什么。我们一面一面的打开,下图三给出了一个硬盘大卸八块图。


二、打开硬盘正面


   我们打开硬盘的一面,能看到一个绿色的电路板,这里就是对硬盘进行控制的电路,以及一些芯片,具体可以看下下面图四:


三、打开硬盘背面


  前面啰啰嗦嗦了那么多,真正要讲的其实才刚刚开始,我们打开硬盘的背面,才能看到数据到底存储在哪里?数据到底是怎么读写的等等。


  不同种类的硬盘,打开背面后,你看到的东西可能不同,这里的种类分为三种:(1)SSD硬盘,既固态硬盘。(2)HDD硬盘,即机械硬盘。(3)HHD混合硬盘。他们的区别先不讲,后面会慢慢提到。我们先打开我们目前最常用,也相对最便宜的硬盘HDD机械硬盘,看看它里面到底是什么样的,可以看看


  上图中可以看到各个组成部分,我们一部分一部分来讲解。


(1)盘面:箭头所指“磁盘”的地方,看着它是不是长的像光盘一样,这个盘就是来存储数据的,它不仅仅只有一张,而且是上下好几张在一起的。


(2)磁头(Head):我们知道盘面是存储数据的,那么它的数据怎么读写的呢,就是通过磁头来读写的。磁头有电感应式的,也有MR磁阻式的,这个磁头就是能够把盘面上存储的磁信息转换为电信号,进而能够读取信息了。这里注意,一个盘面有正反两面,因此也对应正反两个头,分别对着盘面的正反两面;盘面是多个上下叠放,因此也有多个磁头与之对应,所以一般情况下:盘面数量=磁头数量。(目前有些多磁头技术的应用,一个盘面可能对应多个磁头,这里先不考虑这种情况)。


(3)主轴马达:盘面和磁头如果是固定不动的,那么磁头是无法读到盘面其他地方的数据的,因此有一个主轴马达,带动着盘面高速旋转,这个就是转速,也就是我们平时看到的磁盘转速,或者硬盘转速,一般有5400,7200,10000以上的等等,速度越快,数据读写的越快,但是那么快转速,自然发热和功耗也多了。


(4)音圈马达和磁头臂:如果仅仅是盘面在主轴马达带动下转还不够,那样的话磁头仅仅能够读盘面的一圈数据,因此还需要磁头也能运动,就是在音圈马达和磁头臂共同作用下,沿着盘面半径方向运动,这样就能够读整个盘面的内容了。磁头在盘面高速旋转下,在空气流的作用下,会抬起很微小的高度,来读写数据。所以如果在硬盘正在读写数据的时候,去震动硬盘,那么很有可能使磁头和盘面相碰,进而损耗硬盘,因此,硬盘读写过程中要减少震动。


备注:这里的主轴马达和音圈马达为什么能够精确的定位到需要读取的数据的地方呢?就是通过硬盘正面电路板里面的控制电路来精确控制的,而寻址方式可以采用CHS(柱面,磁头,扇区)寻址方式或线性寻址。


(5)空气过滤片:进出空气来导出热量,同时他有一个滤片在上面,过滤空气中的灰尘。


备注:前面提到了SSD固态硬盘,它不像这里的一样采用磁性盘面来存储数据,而是采用闪存颗粒来存储,无旋转,而是由控制单元和存储单元组成的,因此读取速度更快,抗震动性更强。


  好了,大体上讲解了主要的组成部分,接下来,需要更加细致的去理解一下,往细致里面去看,自然也增加了一些新的名词。


(1)磁道(Track):我们让磁头固定住,然后让盘面旋转,那么磁头所划出的同心圆,就称为一个磁道,如果再加上磁头的运动,那么磁盘上就形成了从外到里的一圈圈的磁道。看下图:




那么多的磁道,为了好称呼,因此给他们取了名词,从外到里,分别叫做磁道0,磁道1,。。。,这里有三点需要说明的:一是磁道与磁道之间并不是之间相连的,而是有一段距离,要不然磁道和磁道之间磁性会相互干扰了;二是上图中磁道画的是一个“圆圈”,而实际上,磁道是有一定宽带的,所以应该叫做“圆环”才对。如下图:绿色的一个环就是一个磁道;三是磁道实际上是虚拟出来的,我们看到的就是一个像光盘一样盘子,那些磁道只是被磁化了,我们想象成一个一个的磁道


(2)扇区(Sector):前面说了一个“圆环”就叫做一个磁道,里面可以存储信息,如果再细分的话,这个磁道可以分成一截一截的,就叫做扇区,英文叫sector,上图中蓝色的部分;因此一个磁道由多个扇区组成的。每个扇区可以存储512个字节,差不多0.5KB。


(3)柱面(Cylinder):我们知道了磁道和扇区的概念,同时我们知道不是一个盘面存储信息,而是多个盘面上下叠放在一起存储信息,每个盘面都会有磁道,因此上下盘面中具有同一个编号的磁道就形成了一个圆柱,就称为柱面。通过概念我们知道,一个磁盘的柱面数=磁道数。


  再看下下面的图,对上面的概念再加深一下理解:


四、进一步理解


  前面把基础的知识都给讲了,这里总结一下:


(1)硬盘是由盘面来存储数据的,每个盘面有许多磁道,从外到内编号依次为0,1,2,3...,每个磁道又是由许多个扇区组成的。还可以看看这个视频增加些感性认识:探索电脑硬盘内部的秘密


(2)每个盘面对应一个磁头来读写数据。


(3)相同编号的磁道组成了柱面。


  因此:柱面数=磁道数,盘面数=磁头数。


  再来理解几个概念


(1)平均访问时间


  我们知道数据是存储在扇区里面的,我们要想读取数据,就需要磁头运动到指定的扇区,因此需要时间,这个时间就叫做“平均访问时间”,这个时间由两个部分组成,一个是磁头找到相应磁道的时间,即“平均寻道时间”,这是靠磁头运动来完成的;一个是找到相应的扇区,即“平均潜伏时间”,这是靠主轴带动盘面的运动来完成的。


(2)磁盘的容量


  磁盘容量=柱面数(或磁道数)*磁头数(盘面数)*扇区数*512B,其中扇区数表示一个磁道有多少个扇区;磁道数表示一个盘面(正反两面)有多少个磁道数;盘面数表示有多少个上下叠放的盘面。


  上面的公式我们假定磁道内的扇区数目是相同,以前的磁盘技术确实是这么安排的,但是这样有一个问题,那就是越往外,磁道的周长越长,但是扇区数一定,导致越往外圈,512B的数据量占用的空间越多,也即数据存储密度越少,因此现在磁盘技术往往各个磁道的扇区数目不同,越往外,扇区数目越多。


(3)主引导记录和系统分区表在哪里?


  硬盘的第一个扇区(0磁道0磁头1扇区)被保留为主引导扇区,里面保存了主引导记录(MBR,Main)和硬盘分区表(DPT)。主引导记录是一段程序代码,可以对硬盘上安装的操作系统进行引导;硬盘分区表存储了硬盘的分区信息。


(4)磁头复位节能技术


  通过闲时对磁头进行复位,来达到节能的目的。平时硬盘磁头是怎么动的,可以看看这个视频亲眼看看硬盘是如何工作的。


  就写到这里吧,心里又有了几个疑惑等待解决。


 (5)扇区交叉和磁头扭斜


  为了提高磁盘访问速度的,具体就不说了,太细节了。

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