Simone1.硬盘的磁头
一块硬盘存取数据的工作完全都是依靠 磁头来进行，换句话说 ，没有磁头 ，也就没 有实际意义上的硬盘。那么，究竟什么是磁 头呢？磁头就是硬盘进行读写的“笔尖”，通 过全封闭式的磁阻感应读写，将信息记录在 硬盘内部特殊的介质上。硬盘磁头的发展先 后经历了亚铁盐类磁头(Monolithic Head)、 MIG(Metal In Gap)磁头和薄膜磁头(Thin Film Head)、MR 磁头等几个阶段。前3 种传统的磁 头技术都是采取了读写合一的电磁感应式磁 头，在设计方面因为同时需要兼顾读/写两 种特性，因此也造成了硬盘在设计方面的局限性。
第4 种磁阻磁头在设计方面引入了全新的分离式磁头结构，写入磁头仍沿用传统的磁感应磁头，而读取磁头则应用了新型的MR 磁头，即所 谓的感应写、磁阻读，针对读写的不同特性分别进行优化，以达到最好的读写性能。
除上述几种磁头技术外，技术更为创新、采用多层结构、磁阻效应更好的材料制作的G MR 磁头 (Giant Magneto Resistive heads，巨磁阻磁头)，拍宽可以使目前硬盘的容量在此基础上再提高10 倍 以上。
2.硬盘的盘面
如果把硬盘磁头比喻作“笔”的形容成立，那么所谓硬盘的盘面自然就是这“笔”下的“纸”。如 果您曾经有幸打开过自己的硬盘，可以发现硬盘内部是由金属磁盘组成的 ，有单碟片的 ，有双碟片的，也有多碟片的。它们通过表面的磁物质结 合在一起。 与平时使用的那些普通软磁盘存储介 质的不连续颗粒相比，这种特殊物质的金 属磁盘具有更高的记录密度和更强的安全 性能。
目前市场上主流硬盘的盘片大都是采 用了金属薄膜磁盘构成，这种金属薄膜磁 盘较之普通的金属磁盘具有更高的剩磁 (Remanence:经消磁后，残留在磁介质上的磁感应)和高矫顽力(Coercive Force:作用于磁化材料以去除剩磁的反向磁通强度)，因此也被硬盘厂 商普遍采用。
与金属薄膜磁盘相比，用玻璃做为新的盘片，有利于把硬盘盘片做得更平滑，单位磁盘密度也会 更高。 同时由于玻璃的坚固特性，新一代的玻璃硬磁盘在性能方面也会更加稳定。不过也有一点问题，如 果一旦把玻璃材质作为硬盘基片此贺历，玻璃材质较之金属材质的脆弱性就会表现出来。
3.硬盘的马达
有了“笔”和“纸”，要让“笔”能够在“纸”上顺利地写字，当然还要有“手”的控制，而这双 控制磁头在磁片上高速工作的“手”就应该是硬盘主轴上的马达了。硬盘正因为有了马达，才可以带 动磁盘片在真空封闭的环境中高速旋转，马达高速运转时所产生的浮力使磁头飘浮在盘片上方进行工 作。硬盘在工作时，通过马达的连动将需要存取资料的扇区带到磁头下方，马达的转速越快，等待存 取记录的时间也就越短。从这个意义上讲，硬盘马达的转速在很大程度上决定了硬盘最终的速度。
在当今硬盘不断向着超大容量迈进的同时，硬盘的速度也在不断提高，这当然就要求硬盘的马达 也必须能够跟上技术时代飞速发展的步伐。进入2000 年后，5400rpm 的硬盘即将成为历史，7200rpm 势 必成为2000 年乃至今后一段时间的主流产品。速度方面的提升对于硬盘的马达而言，自然也是提出了 更高的要求。7200rpm 、10000rpm 甚至15000rpm 的硬盘马达自然不会再是传统意义上的普通滚珠轴承马达，因 为硬盘转速的不断提高会带来诸如磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列负面问题。传统的普通滚珠轴承马达自然无法妥善解决这些问题，于是曾广泛应用在精密机械工业上的液态轴承马达(F l u id dynamic bearing motors)被引入到硬盘技术中。 与传统的滚珠轴承马达不同，液态轴承马达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，一方面避免了与金属面的直接磨擦，将传统马达所带来的噪声及高温降至最低;另一方 面，油膜可以有效地吸收外来的震动 ，使硬盘的抗震能力由以往的150G 提高至1200G ;再一个方面，从 理论上讲，液态轴承马达无磨损，使用寿命可以达到无限长，虽然我们无法通过这一点就奢想自己的新硬盘能够“长生不老”，但最起码可以延长使用寿命。
4.硬盘的转速
硬盘的转速(Rotate Speed)，正像我们上文所述，硬盘的马达直接决定了硬盘的转速。理论上讲， 硬盘的转速越快越好，因为较高的硬盘转速可以极大地缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间。但 是，硬盘的高转速带给硬盘的负面影响就是转速越快，硬盘表面的发热量越大，如果再加上机箱散热 不佳和其他周边森搜散热过多的原因，很可能造成机器运行不稳定。也正是这个原因，目前市场上绝大多 数笔记本电脑中的专用硬盘，其转速一般都不会超过4500rpm 。
5.硬盘的平均寻道时间、平均访问时间和平均潜伏时间
所谓硬盘的平均寻道时间(Average Seek Time)，其实就是指硬盘在盘面上移动读写头至指定磁 道寻找相应目标数据所用的时间。我们在描述硬盘读取数据能力时，目前主要以毫秒为计算单位，而 硬盘读取数据一次大多在6 ～14ms 之间。当硬盘的单碟容量增大时，磁头的寻道动作和移动距离会相 应减少，这样也就导致硬盘本身的平均寻道时间减少，从而提高了硬盘传输数据的速度。
而平均访问时间(Average Access Time)，指的就是平均寻道时间与平均潜伏时间的总和。平均访问时间基本上也就能够代表硬盘找到某一数据所用的时间。平均访问时间越短越好，一般情况下应 该控制在11 ～18ms 之间，建议用户选择那些平均访问时间在15ms 以下的硬盘。
所谓平均潜伏时间(Average Latency Time) ，其准确的概念定位就是指相应磁道旋转到磁头下方 的时间，一般情况下在2 ～6ms 之间。
6.硬盘的外部传输率和内部传输率
所谓硬盘的外部数据传输率 (External Transfer Rate)就是指电脑通过接口将数据交给硬盘的传 输速度，而内部数据传输率(Internal Transfer Rate)就是指硬盘将这些数据记录在自身盘片上的速 度，也称最大或最小持续传输率(Sustained Transfer Rate)。从实际应用方面分析，硬盘的外部数 据传输率比其内部传输率速度要快很多，在它们之间有一块缓冲区可以缓解二者的速度差距。而从硬 盘缓冲区读取数据的速度又称之为突发数据传输率(Burst data Transfer Rate)。
普通的EIDE 硬盘理论上的传输速率，都已达到了17.5MB/s 左右，而采用Ultra DMA/33 、Ultra DMA/ 66 技术后，传输率瞬间速度便可以达到33.3MB/s 和66MB/s，至于Ultra DMA/100 和Ultra DMA/160， 也是指在这个速度上的提升。
7.硬盘的缓冲区
所谓硬盘的缓冲区(硬件缓冲)就是指硬盘本身的高速缓存(Cache)，它能够大幅度地提高硬盘整体 性能。高速缓存其实就是指硬盘控制器上的一块存取速度极快的DRAM 内存，分为写通式和回写式。所 谓写通式，就是指在读硬盘时系统先检查请求，寻找所要求的数据是否在高速缓存中。如果在则称为 被命中，缓存就会发送出相应的数据，磁头也就不必再向磁盘访问数据，从而大幅度改善硬盘的性能。
所谓回写式，指的是在内存中保留写数据，当硬盘空闲时再次写入。从这一点上而言，回写式具有高于写通式的系统性能。 较早期的硬盘大多带有128KB 、256KB 、512KB 等高速缓存，目前的高档硬盘高速缓存大多已经达到 1MB 、2MB 甚至更高，在高速缓存的取材上也采用了速度比DRAM 更快的同步内存SDRAM，确保硬盘性能 更为卓越。
硬盘技术
硬盘所采用的技术，目前主要包括3 个方面，一是磁头技术，二是防震技术，三是数据保护技术。 随着各大制造厂商的技术竞争，目前这3 个方面的技术要点也逐渐走向融合。
1.磁头技术
(1)磁阻磁头技术(Magneto-Resistive Head)
磁阻磁头技术是一种比较传统的硬盘磁头技术 ，是完全基于磁电阻效应工作的，其核心就是一片金属材料，其电阻随磁场的变化而 变化。应用这种磁阻磁头技术的原 理就是:通过磁阻元件连着的一个 十分敏感的放大器可以测出微小的 电阻变化。所以越先进的MR 技术可 以提高记录密度来记录数据，增加 单碟片容量即硬盘的最高容量，进 而提高数据传输率。
(2 )巨型磁阻磁头(G M R)
这是MR 磁阻磁头技术的换代技术，目前绝大多数的硬盘产品都应用了这种技术。采用了巨 型磁阻磁头技术的硬盘，其读、写工作是分别由不同的磁头来完成的，这种变化从而可以有效地 提高硬盘的工作效率，并使增大磁道密度成为可能。
(3 )O A W(光学辅助温式技术)
O AW 是美国希捷公司新研制技术代号，很可能是未来磁头技术的发展方向。应用这种O AW 技 术，未来的硬盘可以在1 英寸面积内写入1 0 5 0 00 以上的磁道，单碟容量更是有望突破3 6 GB 。
2.防震技术
(1)SPS 防震保护系统
这是昆腾公司在其火球7 代(EX)系列之后普遍采用的硬盘防震动保护系统。其设计思路就是分散外 来冲击能量，尽量避免硬盘磁头和盘片之间的意外撞击，使硬盘能够承受1000G 以上的意外冲击力。
(2)ShockBlock 防震保护系统
虽然这是Maxtor 公司的专利技术，但其设计思路与防护风格与昆腾公司的SPS 技术有着异曲同工 之妙，也是为了分散外来的冲击能量，尽量避免磁头和盘片相互撞击，但它能承受的最大冲击力却可 以达到1500G 甚至更高。
3.数据保护技术
(1)S.M.A.R.T 技术
S.M.A.R.T 技术是目前绝大多数硬盘已经普遍采用的通用安全技术，而应用S.M.A.R.T 技术，用户 们能够预先测量出某些硬盘的特性。举个例子，如监测硬盘磁头的飞行高度。因为一旦磁头开始出现 飞得太高或太低的情况，硬盘在运行中就极有可能报错，S.M.A.R.T 技术就是一种对硬盘故障预先发出 报警的廉价数据保护。
当然，利用S.M.A.R.T 技术可预测的硬盘故障一般是硬盘性能恶化的结果，其中约60%为机械性质 的，40%左右则是对软性故障的有效预测。应用S.M.A.R.T 技术可以有效地防止并减少硬盘数据丢失， 而预先报警系统更能够让电脑用户及时掌握自己硬盘的性能和实际使用状况。
(2)数据卫士
西部数据(WD)公司的数据卫士能够在硬盘工作的空余时间里，每8 个小时便自动执行硬盘扫描、检 测、修复盘片的各扇区等步骤。以上操作完全是自动运行，无需用户干预与控制，特别是对初级用户 与不懂硬盘维护的用户十分适用。
(3)DPS(数据保护系统)
昆腾公司在推出火球7 代硬盘以后，从8 代开始的所有硬盘中，都内建了所谓的DPS(数据保护系统)系统模式。D PS 系统模式的工作原理是在其硬盘的前3 0 0 MB 内，存放操作系统等重要信息，D PS可在系统出现问题后的9 0s 内自动检测恢复系统数据，如果不行，则启用随硬盘附送的D PS 软盘， 进入程序后D PS 系统模式会自动分析造成故障的原因，尽量保证用户硬盘上的数据不受损失。
(4)MaxSafe 技术
M a x S a fe 技术是迈拓公司在其金钻2 代以后普遍采用的技术。M a x S a fe 技术的核心就是将附加的E CC 校验位保存在硬盘上，使硬盘在读写过程中，每一步都要经过严格的校验，以此来保证硬 盘数据的完整性。
4.其他综合技术方面
(1)PRML(Partial Response Maximum Likelihood，硬盘最大相似性技术)读取技术 利用PRML 读取技术可以使单位硬盘盘片存储更大量的信息。在增加硬盘容量的同时，还可以有效 地提高硬盘数据的读取和传输率。
(2)Ultra DSP(超级数字信号处理器)技术及接口技术
应用Ultra DSP 进行数学运算，其速度较一般CPU 快10 ～50 倍。采用Ultra DSP 技术，单个的DSP 芯片可以同时提供处理器及驱动接口的双重功能，以减少其他电子元件的使用，可大幅度地提高硬盘 的速度和可靠性。
接口技术可以极大地提高硬盘的最大外部传输率，最大的益处在于，可以把数据从硬盘直接传输 到主内存而不占用更多的CPU 资源，提高系统性能。Maxtor 公司2000 年最新的钻石9 代和金钻4 代都 采用了双DSP 芯片技术，将硬盘的系统性能提升到极致。
(3)3D Defense System(3D 保护系统)
3D Defense System 是美国希捷公司独有的一种硬盘保护技术。3D Defense System 中主要包括了Drive Defense(磁盘保护)、Data Defense(数据保护)及Diagnostic Defense(诊断保护)等3 个方面 的内容。
Drive Defense(磁盘保护)。这里面又包括：G-Force 保护，可帮助希捷硬盘承受业界内最高的非 工作状态下的震动 ，即在2ms 内震动力即使达到350G，也不会使硬盘损坏;SeaShield 保护，提供ESD 及安全处理，特别是对PCBA(Printed Circuit Board Assembly，印刷电路集成板);SeaShell 保护， 这是一种可以替换原有ESD(Elestro-Static Discharge)的硬盘工具包，通过这一保护系统可为硬盘 提供更多的保护。
Data Defense(数据保护)。这里面又包括了希捷独创的Multidrive 系统(SAMS)。所谓S A MS 就是 通过减小硬盘的旋转振动来最大程度地减少对硬盘的损坏;ECC(Error Correction Code，错误检正代 码)，即为高性能硬盘提供on-the-fly 检正，还有就是对数据恢复提供最大限度Firmware(固件)检正， 因此可以正确完整地进行读、恢复数据;Safe Saring，当硬盘断电及重新来电后，利用Safe Saring 技术可以确保硬盘磁头回到同样的扇区，保证数据不丢失;End-to-End Path Protection，确保数据 在主机与磁盘之间传输的完整性。
Diagnostic Defense(诊断保护)。这里面也包括了SeaTools ——诊断工具软件，可以帮助用户诊 断系统是否存在问题，以及诊断错误是否由其他硬件及软件产生。另外，SeaTools 还可以在ATA 及SCSI 产品中工作，可以应用于所有老旧的希捷硬盘;增强型的S.M.A.R.T 功能，可以在硬盘发生错误与问题 之前作为预测并向用户发出警告 ;Web-Based Tools(基于Web 的工具)，允许用户标识及解决一些非硬 盘相关错误，如病毒等，也可以检正文件系统，解决硬件冲突以避免不必要的硬盘返修;D L D (D r i ve Logging Diagnostics)——捕获不可恢复性数据错误，实质上就是交互性的诊断工作。
硬盘的工作模式
从主板的支持度来看，目前硬盘的工作模式主要有3 种:NORMAL 、LBA 和LARGE 模式。
NORMAL 即我们平时讲的普通模式，也是最早的IDE 方式。在此方式下对硬盘访问时，BIOS 和IDE 控 制器对参数不作任何转换。该模式支持的最大柱面数为1 0 24，最大磁头数为16，最大扇区数为 63，每扇区字节数为5 1 2 KB 。因此支持最大硬盘容量为:5 1 2 KB ×63 ×16 ×1 0 2 4 =5 2 8 MB 。在此模 式下即使硬盘的实际物理容量很大，但可访问的硬盘空间也只能是5 2 8 MB 。
L B A (L o g i c a l B l o c k A d d r e s s i n g)即逻辑块寻址模式。应用这种模式所管理的硬盘空间突破 了5 2 8 MB 的瓶颈，可达8 .4 GB 。在L BA 模式下，设置的柱面、磁头、扇区等参数并不是实际硬盘 的物理参数。在访问硬盘时，由I DE 控制器把由柱面、磁头、扇区等参数确定的逻辑地址转换为 实际硬盘的物理地址。在L BA 模式下，可设置的最大磁头数为2 55，其余参数与普通模式相同。
由此可计算出可访问的硬盘容量为:5 1 2 KB ×63 ×2 55 ×1 0 2 4 =8 .4 GB 。 LARGE 又称为大硬盘管理模式。当硬盘的柱面超过1024 而又不为LBA 支持时可采用此种模式。LARGE 模式采取的方法是把柱面数除以2，把磁头数乘以2，其结果总容量不变。例如，在NORMAL 模式下柱面 数为1220，磁头数为16，进入LARGE 模式则柱面数为610，磁头数为32 。这样在DOS 中显示的柱面数 小于1024，即可正常工作。
