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1．硬盤的結構和功能 硬盤從外觀上看，是一個全密封的金屬盒，如圖1所示，它安裝在主機箱的支架上，通過軟排線與主板相連。硬盤是用硬磁盤記錄數據內容的。盤片、驅動機構、磁頭和信號放大器等都封裝在完全淨化的密封盒內，在盒的外部還有數據信號處理電路，它是計算機中的大容量存儲器。
圖1 硬盤的外部結構
我們使用的系統軟件、應用軟件以及創建軟件和數據等，一般都是存儲在硬盤上。硬盤的容量通常都用字節數（Bytes）來表示，容量越大，所能存儲的數據量也就越多。例如，圖1中的硬盤在正面的左上角標有120GBytes，表明該硬盤的存儲容量爲120GB。 2．硬盤的工作原理 硬盤是採用磁記錄的方式記錄（存入）數據和重放（讀出）數據的裝置，記錄媒體是硬磁盤，記錄和重放信號採用磁頭、磁盤是在高速旋轉的狀態下進行記錄和重放，根據空氣動力學原理，磁頭相對於磁盤時呈懸浮狀態，兩者之間保持微小的距離而不接觸，因而不存在磨損的問題。 打開硬盤的上蓋就可以看到硬盤的內部結構，如圖2所示。
圖2 硬盤的內部結構圖
硬盤的盤片是由硬磁性材料製成的，它被磁化後會以剩磁的形式保持所磁化的狀態，因而可以將信號記錄到磁盤上。磁盤在旋轉時，磁盤上所記錄的磁信號的磁場會感應磁頭，磁頭也可以將磁盤上的信號讀取出來輸出。硬盤的盤片是由好幾個盤片同軸安裝在電機的法蘭盤上，電機旋轉的時候所有的硬盤盤片同軸、同步旋轉。在旋轉的時候，盤片與磁頭相對運動，進行記錄和播放。 硬盤的多個磁頭安裝在多個同步擺動的磁頭擺杆端部。擺杆擺動時磁頭可以在硬盤的同心圓磁跡上讀寫數據信號。因爲每一個盤片上面都有錄放磁頭和盤片相接，所以在擺杆擺動的時候，所有磁頭的擺杆也是同步運動的。那麼，在某一個瞬時，各個盤片上的磁頭和盤片相對應形成的是一個圓柱面，如圖3所示。從而可以多個磁頭同時讀取盤片上的信號。所以，它的讀取速度和存取速度，也都是非常快的。
圖3 硬盤的磁跡
每個磁頭的引線順擺杆臂連接到擺杆軸承部，經磁頭放大器集成電路後，再經軟排線送到硬盤的數據信號處理電路，經處理後再送到硬盤後部的數據信號處理電路，經處理後再送到硬盤後部的數據接口插座上。數據線再和主板相連，可以從主板上通過這些軟排線，給硬盤輸入需要記錄的信號。從硬盤上讀取信號的時候，磁頭的輸出通過軟排線、數據處理電路和數據接口，將數據信號送到主板上。 磁頭的多個擺杆安裝在擺杆軸上，擺杆是在這個軸上同步擺動的，以便能迅速的找到數據所要存取的磁跡位置。它的精度要求很高，磁頭在記錄的時候，在磁盤上所形成的磁跡是一個同心圓。所以圍繞着中心，在磁盤上有很多個同心圓磁跡。所有的數據都是記錄到這些同心圓上。 如果硬盤當中磁頭、盤片、引線、軟排線等任何一個部位出現異常，都會使硬盤工作失常。所以，硬盤出現故障往往是偶然的。比如，某一個磁頭破裂、盤片損壞、擺杆不靈、軟排線傳輸故障，都會引起硬盤失常，這種情況一般需要更換硬盤。 下面我們介紹一下，硬盤的工作原理。圖4是硬盤的解剖示意圖，圖中示出了硬盤盤片、磁頭、擺杆、磁頭放大器和軟排線的位置關係。多個盤片安裝在一個同軸的法蘭盤上，法蘭 盤由電機驅動旋轉。
圖4 硬盤的解剖示意圖
磁頭安裝在以擺杆軸爲中心的擺杆上，擺杆端部沿着盤片做徑向擺動。在每個盤片的上面和下面，都有一個磁頭，進行信號的錄放。圖4中有三個硬磁盤的盤片，這個盤片是雙面帶磁的，所以每一個面都有一個磁頭（三個盤就有六個面，就有六個磁頭），可以同時進行信號的記錄和讀出。這樣，在硬盤的盤片上就有很多的同心圓，在這些圓上可以記錄很多的信息內容。在某一時刻，這六個磁頭所處的位置是在六個圓的圓周上，它形成一個圓柱的柱面。在這個柱面上可以同時進行信號的讀取，這樣，六個磁頭可以同時輸入、輸出信號，就可以大大提高信號的寫入或者是讀出的速度。 在工作的時候，盤片在電機的驅動下高速旋轉。比如，它可以每分鐘旋轉7200轉。這樣，磁頭和盤片之間，在高速相對運動的情況下進行信號的讀取，磁頭的引線送到磁頭放大器。磁頭放大器的輸入、輸出是和多個磁頭相連的。經過磁頭放大器這個集成電路，再經過軟排線，將多個磁頭的輸入、輸出接到接線柱上，通過接線柱送到數據信號處理電路，經處理後再送到硬盤的數據接口。 在計算機裏，硬盤的數據接口再和主板相連，進行數據的存取。所以在工作的時候，磁頭是在活動的擺杆上，擺杆擺動的時候，可以在不同的直徑上，進行信號的錄放。磁頭的記錄過程和錄音、錄像的過程是相同的。只不過磁頭和磁盤之間，是那種似接非接的懸浮狀態。所以，它要求磁盤的盤面非常的平整，磁頭和盤面之間有很小的一個空隙，相當於浮動在磁盤上進行錄放。因此，如果磁頭和磁盤碰撞，或者是中間有灰塵、污物，都會造成硬盤或者是磁頭的損壞。 下面我們看一下，數據在硬盤上的部位，如圖5所示。圖5也是磁跡在硬盤上的示意圖，實際上，它的磁跡數要比這多的多，這是我們將它簡化來示意的。數據信息是記錄在磁盤上的一個同心的圓周上，將圓周上的這些信息內容，分成一段一段的。各種數據的記錄的磁跡位置按圖示的格式確定，這樣也便於尋找數據所存的位置。在外圓有一個文件管理信息區。它通過這個管理信息區，就可以瞭解到整個盤面上所記錄的信息內容。裏面可以分成文件A、文件B、文件C等很多的區域。在每一個信息段上，叫做1組信息。那麼，1組信息又可以分成64個扇區。每一個扇區裏，可以存入一定格式的信息內容，這樣是爲了方便信息的讀取和位置的尋找
圖5 數據在硬盤上的部位
下面我們介紹一下，硬盤的工作過程，如圖6所示。硬盤的容量很大，但它的存取速度相對於CPU中的處理速度比較慢，爲了適應CPU高速工作的需要，在工作的時候，硬盤的信息或者是硬盤裏面的軟件、程序等，需要在CPU的控制下先調入內存之中，然後再由CPU進行處理。這樣就滿足了CPU高速運行的需要
圖6 硬盤的工作過程示意圖
CPU和內存之間，也存在着數據處理的速度之差。爲了適應這個關係，在CPU中或者是CPU外部還設有高速緩存（也就是高速緩衝存儲器）。這樣，使得急待處理的數據和指令，先調入緩衝存儲器，然後再由CPU進行處理。高速緩衝存儲器，又分爲1級緩存，2級緩存和3級緩存。 在整個計算機的處理過程中，需要進行某項處理的時候，CPU會通過控制總線將硬盤中所需要的程序或數據調入內存。所以，內存也需要有一定的容量，就是有足夠的空間存儲CPU要處理的數據和程序。也就是在工作的時候暫存的數據。CPU的裏面高速緩衝存儲器，其速度比內存高，將正要處理的內存中的數據調入等待，由CPU隨時的進行處理，這樣可以滿足CPU高速工作的需要。當計算機斷電以後，這些存儲器裏面存儲的信息內容，就會全部消失了，而硬盤中的內容是不會消失的，它可以永久保存信息內容。 |
