江西工业工程职业技术学院 丁强华
项目6 硬盘驱动器的维护与维修
任务1 硬盘的基本结构与原理
任务2 硬盘常见故障的分析与处理
任务3 硬盘信息的保护与恢复
任务1 硬盘的基本结构与原理
随着操作系统和应用软件功能的不断增加,软件的"体积"也不断的增大,使得大多数的应用系统没有大硬盘就不能运行,因此硬盘已是计算机不可缺少的外部存储设备.保证硬盘良好的运行状态,对整个计算机系统来说具有重要意义.
任务1 硬盘的基本结构与原理
一,硬盘子系统
1.硬盘子系统组成
硬盘子系统是由硬盘控制器(适配器)和硬盘组成.硬盘控制器(HDC)是主板和硬盘(HDD)之间的接口电路,主要功能是完成对硬盘的控制,数据的转换和传输.
任务1 硬盘的基本结构与原理
2.硬盘的结构
硬盘是一种精密电子,机械结构的高技术产品,要求严格的加工和安装技术工艺,并要求在超净化环境下组装.硬盘有一套复杂的控制系统,控制磁盘的读写等操作.使用了由IBM公司推出的温彻斯特(Winchester)结构.该结构由盘片,主轴系统,磁头定位系统,读/写系统和控制电路五大部分
组成,盘片及磁头均密封在金属盒中.工作时,高速旋转的盘片带动空气流动,根据空气动力学原理,传动臂前端产生一定的上升力,使磁头悬浮在盘片的上方,而不与盘片接触,磁头和盘片之间的距离仅为0.1～0.3μm.
任务1 硬盘的基本结构与原理
1)盘片
盘片是储存数据的载体.盘片采用铝合金或玻璃片为盘基,表面用电镀或溅射工艺镀一层0.15μm厚的连续性,高磁性能的金属磁性材料,使用金属磁性材料可以提高记录密度和剩磁.盘片的两面均可记录数据,每面对应一个磁头(实际磁头).每个盘面上的磁道划分是完全一样的,各盘面上所有磁道号相同的磁道所对应的圆柱面称为柱面,其柱面号与磁道号一致.每一个磁道又可以分为若干个扇区,每个扇区的大小为512字节.故可按以下方法计算硬盘的容量:
硬盘容量=磁头数×柱面数×每柱扇区数×每扇区字节数/10243 (GB)
注:硬盘参数中的磁头数,柱面数,扇区数并非实际值,而是逻辑值.这些值均由低级格式化产生.
任务1 硬盘的基本结构与原理
2)磁头
磁头是直接读写数据的电磁转换部件.读数据时将磁信号转换成电信号,写数据时将电信号转换成磁信号.硬盘磁头的发展经历了亚铁盐磁头(Monolithic),薄膜磁头(Thin film),磁阻磁头(MR)和巨磁阻磁头(GMR)几个阶段.MR磁阻磁头和GMR巨磁阻磁头是一种半导体磁头,体积相当小,工作原理类似于霍尔元件,可以使硬盘的容量大大提高.
3)伺服控制电机
伺服控制电机用来驱动主轴带动盘片高速旋转.电机转速越快,读写速度也越快.如今硬盘容量不断增大,速度也不断提高,对硬盘电机提出了更高的要求,7200rpm,10000rpm,15000rpm的硬盘电机采用液态轴承电机.液态轴承电机使用的是黏膜液油轴承,这种特殊的轴承以油膜代替了原先的滚珠,避免了与金属面的直接磨擦,将传统电机所带来的噪声及温度降至最低;另外油膜可以有效地吸收外来的震动,使硬盘的抗震能力大大提高,由于液态轴承电机几乎无磨损,从而大大提高了硬盘的使用寿命.
任务1 硬盘的基本结构与原理
4)磁头组件
磁头组件是硬盘中最复杂,最精密的部件.它由读写磁头,传动臂,转轴,音圈电机几个部分组成.磁头被安装在传动臂的末端,使其只能在传动臂的带动下沿盘片的半径方向运动.磁头的径向移动是由控制电路和音圈电机来控制的,通过盘片的旋转和磁头的径向运动,使磁头可以定位到盘片的任何位置去读写数据.控制电路和音圈电机的精密配合可以使磁头的移动精确到0.1μm以下,从而可得到极高的磁道密度.
任务1 硬盘的基本结构与原理
5)电路板
硬盘电路可分为主控电路,接口电路和前置电路.前置电路与机械结构一起被密封在盘体内,负责磁头读写小信号放大和处理;主控电路与接口电路一起做在主电路板上,主电路板被固定在硬盘的背面.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.
二,硬盘接口
主机与硬盘之间的数据交换必须在某种规定或协议的约束下有机协调地进行,这就形成了主机与硬盘通信的接口定义.
1.ATA接口
ATA接口包括IDE接口,EIDE接口,ATA-33(Ultra DMA/33) 接口,ATA-66(Ultra DMA/66)接口,ATA-100(Ultra DMA/100)接口,ATA-133(Ultra DMA/133)接口,S-ATA接口等.

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