本文目录
硬盘 基本结构是什么
平时大家在论坛上对硬盘的认识和选购，大都是通过产品的外型、性能指标特征和网站公布的性能评测报告等方面去了解，但是硬盘的内部结构究竟是怎么样的呢，所谓的磁头、盘片、主轴电机又是长什么样子呢，硬盘的读写原理是什么，估计就不是那么多人清楚了。本文以一块西数硬盘WD200BB为例向大家讲解一下硬盘的内部结构，让硬件初学者们能够对硬盘有一个更深的认识。硬盘的结构与组成 首先要说明的是，本文示例的用的西数WD200BB硬盘，是容量为20G的7200转的3.5寸桌面级IDE硬盘。除此之外，硬盘还有许多种类，例如老式的普通IDE硬盘是5.25英寸，高度有半高型和全高型，还有体积小巧玲珑的笔记本电脑，块头巨大的高端SCSI硬盘及非常特殊的微型硬盘等，不过，这些名目繁多的硬盘在结构与组成方面大同小异。一般说来，无论哪种硬盘，都是由盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份组成。所有的盘片都固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。而所有盘片之间是绝对平行的，在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小。所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向动作，而盘片以每分钟数千转到上万转的速度在高速旋转，这样磁头就能对盘片上的指定位置进行数据的读写操作。由于硬盘是精密设备，尘埃是其大敌，所以必须完全密封。 在硬盘的正面都贴有硬盘的标签，标签上一般都标注着与硬盘相关的信息，例如产品型号、产地、出厂日期、产品序列号等，上图所示的就是WD200BB 的产品标签。在硬盘的一端有电源接口插座、主从设置跳线器和数据线接口插座，而硬盘的背面则是控制电路板。从下图中可以清楚地看出各部件的位置。 接口部分 : 接口包括电源接口插座和数据接口插座两部份，其中电源插座就是与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。数据接口插座则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，使用时是用一根数据电缆将其与主板IDE接口或与其它控制适配器的接口相连接，经常听说的40针、80芯的接口电缆也就是指数据电缆，数据接口主要分成IDE接口、SATA接口和SCSI接口三大派系。控制电路板 : 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，在此块硬盘内结合有2MB的高速缓存。 固定面板 : 就是硬盘正面的面板，它与底板结合成一个密封的整体，保证了硬盘盘片和机构的稳定运行。在面板上最显眼的莫过于产品标签，上面印着产品型号、产品序列号、产品、生产日期等信息，这在上面已提到了。除此，还有一个透气孔，它的作用就是使硬盘内部气压与大气气压保持一致。硬盘的内部结构 硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、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。将硬盘面板揭开后，内部结构即可一目了然。磁头盘片组件 磁头组件 : 这个组件是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部份组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，它采用了非接触式头、盘结构，加后电在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间的间隙只有0.1～0.3um，这样可以获得很好的数据传输率。现在转速为7200RPM的硬盘飞高一般都低于0.3um，以利于读取较大的高信噪比信号，提供数据传输率的可靠性。 至于硬盘的工作原理，它是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。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。从下图中我们也可以看出，西数WD200BB硬盘采用单碟双磁头设计，但该磁头组件却能支持四个磁头，注意其中有两个磁头传动手臂没有安装磁头。 磁头驱动机构 : 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。磁头驱动机构由电磁线圈电机、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。其中电磁线圈电机包含着一块永久磁铁，这是磁头驱动机构对传动手臂起作用的关键，磁铁的吸引力足起吸住并吊起拆硬盘使用的螺丝刀。防震动装置在老硬盘中没有，它的作用是当硬盘受动强裂震动时，对磁头及盘片起到一定的保护使用，以避免磁头将盘片刮伤等情况的发生。这也是为什么旧硬盘的防震能力比现在新硬秀盘差得多的缘故。硬盘的内部结构(续) 磁盘盘片 : 盘片是硬盘存储数据的载体，现在硬盘盘片大多采用铝金属薄膜材料，这种金属薄膜较软盘的不连续颗粒载体具有更高的存储密度、高剩磁及高矫顽力等优点。从下图中可以发现，硬盘盘片是完全平整的，简直可以当镜子使用。主轴组件 : 主轴组件包括主轴部件如轴承和驱动电机等。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，于是有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电机技术，现在已经被所有主流硬盘厂商所普遍采用了，它有利于降低硬盘工作噪音。前置控制电路 : 前置电路控制磁头感应的信号、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。硬盘的控制电路 硬盘的控制电路位于硬盘背面，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。总得来说,硬盘控制电路可以分为如下几个部份：主控制芯片、数据传输芯片、高速数据缓存芯片等。具体见下图。在硬盘控制电路中，主控制芯片负责硬盘数据读写指令等工作，WD200BB的主控制芯片为WD70C23-GP，这是一块中国台湾产的芯片；而数据传输芯片则是将硬盘磁头前置控制电路读取出数据经过校正及变换后，经过数据接口传输到主机系统，至于高速数据缓存芯片是为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设的，该款西数WD200BB的缓存容量大小为2MB。缓存对磁盘性能所带来的作用是无须置疑的，在读取零碎文件数据时，大缓存能带来非常大的优势，这也是为什么在高端SCSI硬盘中早就有结合16MB甚至 32MB缓存的产品。衡量硬盘性能的技术参数 通过以上的介绍，相信朋友们对硬盘的结构与组成有了大致的概念了。下面接着介绍常见的与硬盘性能指标有关的参数，以助朋友们了解那些参数各意味着什么。 主轴转速 : 硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一，它在很大程度上决定了硬盘的速度，同时也是区别硬盘档次的重要标志。从目前的情况来看，7200RPM的硬盘具有性价比高的优势，是国内市场上的主流产品，而SCSI硬盘的主轴转速已经达到10000rpm甚至15000rpm了，但由于价格原因让普通用户难以接受。 寻道时间 : 该指标是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用的时间，单位为毫秒(ms)。平均寻道时间则为磁头移动到正中间的磁道需要的时间。注意它与平均访问时间的差别。硬盘的平均寻道时间越小性能则越高，现在一般选用平均寻道时间在10ms以下的硬盘。 单碟容量 : 单碟容量是硬盘相当重要的参数之一，一定程度上决定着硬盘的档次高低。硬盘是由多个存储碟片组合而成的，而单碟容量就是一个存储碟所能存储的最大数据量。硬盘厂商在增加硬盘容量时，可以通过两种手段：一个是增加存储碟片的数量，但受到硬盘整体体积和生产成本的限制，碟片数量都受到限制，一般都在5片以内；而另一个办法就是增加单碟容量。目前的IDE和SATA硬盘最多只有四张碟片，靠增加碟片来扩充容量满足不断增长的存储容量的需求是不可行的。只有提高每张碟片的容量才能从根本上解决这个问题。现在的大容量硬盘都采用的是新型GMR巨阻型磁头，磁碟的记录密度大大提高，硬盘的单碟容量也相应提高了。目前主流硬盘的单碟容量大都在80GB以上，而最新的希捷酷鱼7200.9系列硬盘的最高单碟容量更是达到160GB，使硬盘总容量可以达到 500GB以上。 单碟容量的一个重要意义在于提升硬盘的数据传输速度，而且也有利于生产成本的控制。硬盘单碟容量的提高得益于数据记录密度的提高，而记录密度同数据传输率是成正比的，并且新一代GMR磁头技术则确保了这个增长不会因为磁头的灵敏度的限制而放慢速度。在下面的测试中，你将会发现单碟容量越高，它的数据传输率也将会越高，其中希捷酷鱼7200.9系列硬盘就是一个明显的例证。 潜伏期 : 该指标表示当磁头移动到数据所在的磁道后，等待所要的数据块继续转动(半圈或多些、少些)到磁头下的时间，其单位为毫秒(ms)。平均潜伏期就是盘片转半圈的时间。 硬盘表面温度 : 该指标表示硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升的情况。这项指标厂家并不提供，一般只能在各种媒体的测试数据中看到。硬盘工作时产生的温度过高将影响薄膜式磁头的数据读取灵敏度，因此硬盘工作表面温度较低的硬盘有更稳定的数据读、写性能。 道至道时间 : 该指标表示磁头从一个磁道转移至另一磁道的时间，单位为毫秒(ms)。 高速缓存 : 该指标指在硬盘内部的高速存储器。目前硬盘的高速缓存一般为2MB～8MB，SCSI硬盘的更大。购买时最好选用缓存为8M以上的硬盘。 全程访问时间 : 该指标指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的全部时间，单位为毫秒(ms)。而平均访问时间指磁头找到指定数据的平均时间，单位为毫秒。通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。现在不少硬盘广告之中所说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时间所代替的。 最大内部数据传输率 : 该指标名称也叫持续数据传输率(sustained transfer rate)，单位为Mb/s。它是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片线密度(指同一磁道上的数据容量)。注意，在这项指标中常常使用Mb/s或Mbps为单位，这是兆位/秒的意思，如果需要转换成MB/s(兆字节/秒)，就必须将Mbps数据除以8(一字节8位数)。例如，某硬盘给出的最大内部数据传输率为683Mbps，如果按MB/s计算就只有85.37MB/s左右。 连续无故障时间(MTBF) : 该指标是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。目前大部分硬盘的MTBF都在300000小时以上。不过，对于该项指标要客观地看待，具体可参看BT下载是否伤硬盘的深度分析中对MTBF的详细阐述和MTBF概念的误导可以休矣！中不良厂商使用该参数对消费者的误导。 外部数据传输率 : 该指标也称为突发数据传输率，它是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，单位为MB/s。目前主流的硬盘已经全部采用SATA150接口技术，外部数据传输率可达150MB/s。 S.M.A.R.T : 该指标的英文全称是Self－Monitoring Analysis＆Reporting Technology，中文含义是自动监测分析报告技术。这项技术指标使得硬盘可以监测和分析自己的工作状态和性能，并将其显示出来。用户可以随时了解硬盘的运行状况，遇到紧急情况时，可以采取适当措施，确保硬盘中的数据不受损失。采用这种技术以后，硬盘的可靠性得到了很大的提高。
电脑硬盘在什么位置 图解
台式机的ATX机箱的硬盘位置都在光驱位置的正下方，会有硬盘的安装轨道和固定孔。有的台式机箱则是将硬盘的位置都安置在机箱的下方区域，与电源平行的位置。
打开机箱侧盖，靠前面点的位置。大小有手掌那么大小左右。硬盘架就是一个大铁盒子，长方体，正面贴有参数，分3.5和2.5寸两种尺寸，3.5寸的是普通的机械硬盘，2.5寸的是固态硬盘或笔记本硬盘。
笔记本的硬盘一般都可以通过拆除底部盖板来进行更换，如果是有多个盖板则会在硬盘的盖板上有相应的硬盘标识。
扩展资料
绝大多数台式电脑使用的硬盘要么采用IDE接口，要么采用SCSI接口。SCSI 接口硬盘的优势在于，最多可以有七种不同的设备可以连接在同一个控制器面板上。
由于硬盘以每秒3000—10000转的恒定高速度旋转，因此，从硬盘上读取数据只需要很短的时间。在笔记本电脑中，硬盘可以在空闲的时候停止旋转，以便延长电池的使用时间。
老式硬盘的存储容量最小只有 5MB，而且，使用的是直径达12英寸的碟片。现在的硬盘，存储容量高达数十 GB，台式电脑硬盘使用的碟片直径一般为3.5英寸，笔记本电脑硬盘使用的碟片直径一般为2.5英寸。
新硬盘一般都在装配工厂中经过低级格式化，目的在于把一些原始的扇区鉴别信息存储在硬盘上。
硬盘内部硬件结构和工作原理
硬盘内部硬件结构和工作原理详解 一般硬盘正面贴有产品标签，主要包括厂家信息和产品信息，如商标、型号、序列号、生产日期、容量、参数和主从设置方法等。这些信息是正确使用硬盘的 基本依据，下面将逐步介绍它们的含义。硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件等组成，盘体是一个密封的腔体。硬盘的内部结构通常是指盘体的内部结构；控制电路板上主要有 硬盘BIOS、硬盘缓存（即CACHE）和主控制芯片等单元，如图1-2所示；硬盘接口包括电源插座、数据接口和主、从跳线， 电源插座连接电源，为硬盘工作提供电力保证。数据接口是硬盘与主板、内存之间进行数据交换的通道，使用一根40针40线（早期）或40针80线（当 前）的IDE接口电缆进行连接。新增加的40线是信号屏蔽线，用于屏蔽高速高频数据传输过程中的串扰。中间的主、从盘跳线插座，用以设置主、从硬盘，即设 置硬盘驱动器的访问顺序。其设置方法一般标注在盘体外的标签上，也有一些标注在接口处，早期的硬盘还可能印在电路板上。此外，在硬盘表面有一个透气孔,它的作用是使硬盘内部气压与外部大气压保持一致。由于盘体是密封的，所以，这个透气孔不直接和内部相 通，而是经由一个高效过滤器和盘体相通，用以保证盘体内部的洁净无尘，使用中注意不要将它盖住。1.2 硬盘的内部结构硬盘的内部结构通常专指盘体的内部结构。盘体是一个密封的腔体，里面密封着磁头、盘片（磁片、碟片）等部件， 硬盘内部结构硬盘的盘片是硬质磁性合金盘片，片厚一般在0.5mm左右，直径主要有1.8in（1in=25.4mm）、2.5in、3.5in和5.25in 4种，其中2.5in和3.5in盘片应用最广。盘片的转速与盘片大小有关，考虑到惯性及盘片的稳定性，盘片越大转速越低。一般来讲，2.5in硬盘的转 速在5 400 r/min～7 200 r/ min之间；3.5in硬盘的转速在4 500 r/min～5 400 r/min之间；而5.25in硬盘转速则在3 600 r/min～4 500 r/min之间。随着技术的进步，现在2.5in硬盘的转速最高已达15 000 r/min，3.5in硬盘的转速最高已达12 000 r/min。有的硬盘只装一张盘片，有的硬盘则有多张盘片。这些盘片安装在主轴电机的转轴上，在主轴电机的带动下高速旋转。每张盘片的容量称为单碟容量，而硬盘 的容量就是所有盘片容量的总和。早期硬盘由于单碟容量低，所以，盘片较多，有的甚至多达10余片，现代硬盘的盘片一般只有少数几片。一块硬盘内的所有盘片 都是完全一样的，不然控制部分就太复杂了。一个牌子的一个系列一般都用同一种盘片，使用不同数量的盘片，就出现了一个系列不同容量的硬盘产品。硬盘驱动器采用高精度、轻型磁头驱动/定位系统。这种系统能使磁头在盘面上快速移动，可在极短的时间内精确地定位在由计算机指令指定的磁道上。目 前，磁道密度已高达5 400Tpi（每英寸磁道数）或更高；人们还在研究各种新方法，如在盘上挤压（或刻蚀）图形、凹槽和斑点等作为定位和跟踪标记，以提高到和光盘相等的道密 度，从而在保持磁盘机高速度、高位密度和高可靠性的优势下，大幅度提高存储容量。硬盘驱动器内的电机都是无刷电机，在高速轴承支持下机械磨损很小，可以长时间连续工作。高速旋转的盘体产生明显的陀螺效应，所以，在硬盘工作时不宜 搬动，否则，将增加轴承的工作负荷。为了高速存储和读取信息，硬盘驱动器的磁头质量小，惯性也小，所以，硬盘驱动器的寻道速度明显快于软驱和光驱。硬盘驱动器磁头与磁头臂及伺服定位系统是一个整体。伺服定位系统由磁头臂后的线圈和固定在底板上的电磁控制系统组成。由于定位系统限制，磁头臂只能 在盘片的内外磁道之间移动。因此，不管开机还是关机，磁头总在盘片上；所不同的是，关机时磁头停留在盘片启停区，开机时磁头“飞行”在磁盘片上方。 硬盘上的数据是如何组织与管理的呢？硬盘首先在逻辑上被划分为磁道、柱面以及扇区，其结构 每个盘片的每个面都有一个读写磁头，磁头靠近主轴接触的表面，即线速度最小的地方， 是一个特殊的区域，它不存放任何数据，称为启停区或着陆区（Landing Zone），启停区外就是数据区。在最外圈，离主轴最远的地方是“0”磁道，硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。那么，磁头是如何找到“0”磁道的位置的 呢？有一个“0”磁道检测器，由它来完成硬盘的初始定位。“0”磁道是如此的重要，以致很多硬盘仅仅因为“0”磁道损坏就报废，这 是非常可惜的。这种故障的修复技术在后面的章节中有详细的介绍。 早期的硬盘在每次关机之前需要运行一个被称为Parking的程序，其作用是让磁头回到启停区。现代硬盘在设计上已摒弃了这个虽不复杂却很让人不愉 快的小缺陷。硬盘不工作时，磁头停留在启停区，当需要从硬盘读写数据时，磁盘开始旋转。旋转速度达到额定的高速时，磁头就会因盘片旋转产生的气流而抬起， 这时磁头才向盘片存放数据的区域移动。盘片旋转产生的气流相当强，足以使磁头托起，并与盘面保持一个微小的距离。这个距离越小，磁头读写数据的灵敏度就越 高，当然对硬盘各部件的要求也越高。早期设计的磁盘驱动器使磁头保持在盘面上方几微米处飞行。稍后一些设计使磁头在盘面上的飞行高度降到约 0.1μm～0.5μm，现在的水平已经达到0.005μm～0.01μm，这只是人类头发直径的千分之一。气流既能使磁头脱离开盘面，又能使它保持在离 盘面足够近的地方，非常紧密地跟随着磁盘表面呈起伏运动，使磁头飞行处于严格受控状态。磁头必须飞行在盘面上方，而不是接触盘面，这种位置可避免擦伤磁性 涂层，而更重要的是不让磁性涂层损伤磁头。但是，磁头也不能离盘面太远，否则，就不能使盘面达到足够强的磁化，难以读出盘上的磁化翻转（磁极转换形式，是 磁盘上实际记录数据的方式）。硬盘驱动器磁头的飞行悬浮高度低、速度快，一旦有小的尘埃进入硬盘密封腔内，或者一旦磁头与盘体发生碰撞，就可能造成数据丢失，形成坏块，甚至造成 磁头和盘体的损坏。所以，硬盘系统的密封一定要可靠，在非专业条件下绝对不能开启硬盘密封腔，否则，灰尘进入后会加速硬盘的损坏。另外，硬盘驱动器磁头的 寻道伺服电机多采用音圈式旋转或直线运动步进电机，在伺服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道，所以，硬盘工作时不要有冲击碰撞，搬动时要小心轻放。这种硬盘就是采用温彻斯特（Winchester）技术制造的硬盘，所以也被称为温盘。其结构特点如下。①磁头、盘片及运动机构密封在盘体内。②磁头在启动、停止时与盘片接触，在工作时因盘片高速旋转，带动磁头“悬浮”在盘片上面呈飞行状态（空气动力学原理），“悬浮”的高度约为 0.1μm～0.3μm，这个高度非常小，图1-8标出了这个高度与头发、烟尘和手指印的大小比较关系，从这里可以直观地“看”出这个高度有多“高”。 ③磁头工作时与盘片不直接接触，所以，磁头的加载较小，磁头可以做得很精致，检测磁道的能力很强，可大大提高位密度。④磁盘表面非常平整光滑，可以做镜面使用。下面对“盘面”、“磁道”、“柱面”和“扇区”的含义逐一进行介绍。1. 盘面号硬盘的盘片一般用铝合金材料做基片，高速硬盘也可能用玻璃做基片。玻璃基片更容易达到所需的平面度和光洁度，且有很高的硬度。磁头传动装置是使磁头 部件作径向移动的部件，通常有两种类型的传动装置。一种是齿条传动的步进电机传动装置；另一种是音圈电机传动装置。前者是固定推算的传动定位器，而后者则 采用伺服反馈返回到正确的位置上。磁头传动装置以很小的等距离使磁头部件做径向移动，用以变换磁道。硬盘的每一个盘片都有两个盘面（Side），即上、下盘面，一般每个盘面都会利用，都可以存储数据，成为有效盘片，也有极个别的硬盘盘面数为单数。 每一个这样的有效盘面都有一个盘面号，按顺序从上至下从“0”开始依次编号。在硬盘系统中，盘面号又叫磁头号，因为每一个有效盘面都有一个对应的读写磁 头。硬盘的盘片组在2～14片不等，通常有2～3个盘片，故盘面号（磁头号）为0～3或0～5。2. 磁道磁盘在格式化时被划分成许多同心圆，这些同心圆轨迹叫做磁道（Track）。磁道从外向内从0开始顺序编号。硬盘的每一个盘面有300～1 024个磁道，新式大容量硬盘每面的磁道数更多。信息以脉冲串的形式记录在这些轨迹中，这些同心圆不是连续记录数据，而是被划分成一段段的圆弧，这些圆弧 的角速度一样。由于径向长度不一样，所以，线速度也不一样，外圈的线速度较内圈的线速度大，即同样的转速下，外圈在同样时间段里，划过的圆弧长度要比内圈 划过的圆弧长度大。每段圆弧叫做一个扇区，扇区从“1”开始编号，每个扇区中的数据作为一个单元同时读出或写入。一个标准的3.5in硬盘盘面通常有几百 到几千条磁道。磁道是“看”不见的，只是盘面上以特殊形式磁化了的一些磁化区，在磁盘格式化时就已规划完毕。 3. 柱面所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱，通常称做柱面（Cylinder），每个圆柱上的磁头由上而下从“0”开始编号。数据的读/写按柱面进行，即磁 头读/写数据时首先在同一柱面内从“0”磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘面即磁头上进行操作，只在同一柱面所有的磁头全部读/写完毕后磁头 才转移到下一柱面，因为选取磁头只需通过电子切换即可，而选取柱面则必须通过机械切换。电子切换相当快，比在机械上磁头向邻近磁道移动快得多，所以，数据 的读/写按柱面进行，而不按盘面进行。也就是说，一个磁道写满数据后，就在同一柱面的下一个盘面来写，一个柱面写满后，才移到下一个扇区开始写数据。读数 据也按照这种方式进行，这样就提高了硬盘的读/写效率。一块硬盘驱动器的圆柱数（或每个盘面的磁道数）既取决于每条磁道的宽窄（同样，也与磁头的大小有关），也取决于定位机构所决定的磁道间步距的大小。 更深层的内容请参考其他书籍，限于篇幅，这里不再深入介绍。4. 扇区操作系统以扇区（Sector）形式将信息存储在硬盘上，每个扇区包括512个字节的数据和一些其他信息。一个扇区有两个主要部分：存储数据地点的 标识符和存储数据的数据段，如图1-9所示。 硬盘扇区的构成标识符就是扇区头标，包括组成扇区三维地址的三个数字：扇区所在的磁头（或盘面）、磁道（或柱面号）以及扇区在磁道上的位置即扇区号。头标中还包括 一个字段，其中有显示扇区是否能可靠存储数据，或者是否已发现某个故障因而不宜使用的标记。有些硬盘控制器在扇区头标中还记录有指示字，可在原扇区出错时 指引磁盘转到替换扇区或磁道。最后，扇区头标以循环冗余校验（CRC）值作为结束，以供控制器检验扇区头标的读出情况，确保准确无误。扇区的第二个主要部分是存储数据的数据段，可分为数据和保护数据的纠错码（ECC）。在初始准备期间，计算机用512个虚拟信息字节（实际数据的存 放地）和与这些虚拟信息字节相应的ECC数字填入这个部分。扇区头标包含一个可识别磁道上该扇区的扇区号。有趣的是，这些扇区号物理上并不连续编号，它们不必用任何特定的顺序指定。扇区头标的设计允许扇区号 可以从1到某个最大值，某些情况下可达255。磁盘控制器并不关心上述范围中什么编号安排在哪一个扇区头标中。在很特殊的情况下，扇区还可以共用相同的编 号。磁盘控制器甚至根本就不管数据区有多大，只管读出它所找到的数据，或者写入要求它写的数据。给扇区编号的最简单方法是l，2，3，4，5，6等顺序编号。如果扇区按顺序绕着磁道依次编号，那么，控制器在处理一个扇区的数据期间，磁盘旋转太 远，超过扇区间的间隔（这个间隔很小），控制器要读出或写入的下一扇区已经通过磁头，也许是相当大的一段距离。在这种情况下，磁盘控制器就只能等待磁盘再 次旋转几乎一周，才能使得需要的扇区到达磁头下面。显然，要解决这个问题，靠加大扇区间的间隔是不现实的，那会浪费许多磁盘空间。许多年前，IBM的一位杰出工程师想出了一个绝妙的办法，即对扇区不 使用顺序编号，而是使用一个交叉因子（interleave）进行编号。交叉因子用比值的方法来表示，如3﹕1表示磁道上的第1个扇区为1号扇区，跳过两 个扇区即第4个扇区为2号扇区，这个过程持续下去直到给每个物理扇区编上逻辑号为止。例如，每磁道有17个扇区的磁盘按2﹕1的交叉因子编号就 是：l，10，2，11，3，12，4，13，5，14，6，15，7，16，8，17，9，而按3﹕1的交叉因子编号就 是：l，7，13，2，8，14，3，9，15，4，10，16，5，11，17，6，12。当设置1﹕l的交叉因子时，如果硬盘控制器处理信息足够快， 那么，读出磁道上的全部扇区只需要旋转一周；但如果硬盘控制器的后处理动作没有这么快，磁盘所转的圈数就等于一个磁道上的扇区数，才能读出每个磁道上的全 部数据。将交叉因子设定为2﹕1时，磁头要读出磁道上的全部数据，磁盘只需转两周。如果2﹕1的交叉因子仍不够慢，磁盘旋转的周数约为磁道的扇区数，这 时，可将交叉因子调整为3﹕1，典型的MFM（Modified Frequency Modulation，改进型调频制编码）硬盘，每磁道有17个扇区，画出了用三种不同的扇区交叉因子编号的情况。最外圈的磁道（0号柱面）上的扇区用简 单的顺序连续编号，相当于扇区交叉因子是1﹕1。1号磁道（柱面）的扇区按2﹕1的交叉因子编号，而2号磁道按3﹕1的扇区交叉因子编号。早期的硬盘管理工作中，设置交叉因子需要用户自己完成。用BIOS中的低级格式化程序对硬盘进行低级格式化时，就需要指定交叉因子，有时还需要设置 几种不同的值来比较其性能，而后确定一个比较好的值，以期硬盘的性能较好。现在的硬盘BIOS已经自己解决这个问题，所以，一般低级格式化程序不再提供这 一选项设置。系统将文件存储到磁盘上时，按柱面、磁头、扇区的方式进行，即最先是第1磁道的第一磁头下（也就是第1盘面的第一磁道）的所有扇区，然后，是同一柱 面的下一磁头，……，一个柱面存储满后就推进到下一个柱面，直到把文件内容全部写入磁盘。系统也以相同的顺序读出数据。读出数据时通过告诉磁盘控制器要读 出扇区所在的柱面号、磁头号和扇区号（物理地址的三个组成部分）进行。磁盘控制器则直接使磁头部件步进到相应的柱面，选通相应的磁头，等待要求的扇区移动 到磁头下。在扇区到来时，磁盘控制器读出每个扇区的头标，把这些头标中的地址信息与期待检出的磁头和柱面号做比较（即寻道），然后，寻找要求的扇区号。待 磁盘控制器找到该扇区头标时，根据其任务是写扇区还是读扇区，来决定是转换写电路，还是读出数据和尾部记录。找到扇区后，磁盘控制器必须在继续寻找下一个 扇区之前对该扇区的信息进行后处理。如果是读数据，控制器计算此数据的ECC码，然后，把ECC码与已记录的ECC码相比较。如果是写数据，控制器计算出 此数据的ECC码，与数据一起存储。在控制器对此扇区中的数据进行必要处理期间，磁盘继续旋转。由于对信息的后处理需要耗费一定的时间，在这段时间内，磁 盘已转了相当的角度。交叉因子的确定是一个系统级的问题。一个特定硬盘驱动器的交叉因子取决于：磁盘控制器的速度、主板的时钟速度、与控制器相连的输出总线的操作速度 等。如果磁盘的交叉因子值太高，就需多花一些时间等待数据在磁盘上存入和读出。如果交叉因子值太低，就会大大降低磁盘性能。前面已经述及，系统在磁盘上写入信息时，写满一个磁道后转到同一柱面的下一个磁头，当柱面写满时，再转向下一柱面。从同一柱面的一个磁道到另一个磁 道，从一个柱面转到下一个柱面，每一个转换都需要时间，在此期间磁盘始终保持旋转，这就会带来一个问题：假定系统刚刚结束对一个磁道前一个扇区的写入，并 且已经设置了最佳交叉因子比值，现在准备在下一磁道的第一扇区写入，这时，必须等到磁头转换好，让磁头部件重新准备定位在下一道上。如果这种操作占用的时 间超过了一点，尽管是交叉存取，磁头仍会延迟到达。这个问题的解决办法是以原先磁道所在位置为基准，把新的磁道上全部扇区号移动约一个或几个扇区位置，这 就是磁头扭斜。磁头扭斜可以理解为柱面与柱面之间的交叉因子，已由生产厂设置好，用户一般不用去改变它。磁头扭斜的更改比较困难，但是，它们只在文件很 长、超过磁道结尾进行读出和写入时才发挥作用，所以，扭斜设置不正确所带来的时间损失比采用不正确的扇区交叉因子值带来的损失要小得多。交叉因子和磁头扭 斜可用专用工具软件来测试和更改。更具体的内容这里就不再详述，毕竟现在很多用户都没有见过这些参数。扇区号存储在扇区头标中，扇区交叉因子和磁头扭斜的信息也存放在这里。最初，硬盘低级格式化程序只是行使有关磁盘控制器的专门职能来完成设置任务。 由于这个过程可能破坏低级格式化的磁道上的全部数据，也极少采用。扇区交叉因子由写入到扇区头标中的数字设定，所以，每个磁道可以有自己的交叉因子。在大多数驱动器中，所有磁道都有相同的交叉因子。但有时因为操作 上的原因，也可能导致各磁道有不同的扇区交叉因子。如在交叉因子重置程序工作时，由于断电或人为中断，就会造成一些磁道的交叉因子发生了改变，而另一些磁 道的交叉因子没有改变。这种不一致性对计算机不会产生不利影响，只是有最佳交叉因子的磁道要比其他磁道的工作速度更快。
我以前见过硬盘，但这次看到一张图，硬盘上面有光盘，请问那是硬盘的内部结构吗难道与光盘的原理相似
你看到的应该是硬盘的结构图，硬盘是由磁道 (Tracks)、扇区(Sectors)、柱面 (Cylinders)和磁头(Heads)组成的。硬盘通常由重叠的一组盘片构成，拿一个盘片来讲，它和软盘类似，上面被分成若干个同心圆磁道，每个磁道被分成若干个扇区，估计你看着像光盘。和光盘的工作原理是不一样的。硬盘作为一种磁表面存储器，是在非磁性的合金材料表面涂上一层很薄的磁性材料，通过磁层的磁化来存储信息。光盘是用极薄的铝质或金质音膜加上聚氯乙烯塑料保护层制作而成的。 要在光盘上存储数据，首先必须借助电脑将数据转换成二进制，然后用激光将数据模式灼刻在扁平的、具有反射能力的盘片上。激光在盘片上刻出的小坑代表“1”，空白处代表“0”。因此光盘是烧出来的。
