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硬碟的物理結構和原理

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 1、磁頭 

磁頭是硬碟中最昂貴的零件,也是硬碟技術中最重要和最關鍵的一環。傳統的磁頭是讀寫合一的電磁感應式磁頭,但是,硬碟的讀、寫卻是兩種截然不同的操作,為此,這種二合一磁頭在設計時必頇要同時兼顧到讀/寫兩種特性,從而造成了硬碟設計上的局限。

而MR磁頭(Magnetoresistive heads),即磁阻磁頭,採用的是分離式的磁頭結構:寫入磁頭仍採用傳統的磁感應磁頭(MR磁頭不能進行寫入操作),讀取磁頭則採用新型的MR磁頭,即所謂的感應寫、磁阻讀。這樣,在設計時就可以針對兩者的不同特性分別進行優化,以得到最好的讀/寫性能。另外,MR磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應信號幅度,因而對信號變化相當敏感,讀取資料的準確性也相應提高。

而且由於讀取的信號幅度與磁軌寬度無關,故磁軌可以做得很窄,從而提高了碟片密度,達到200MB/英寸2,而使用傳統的磁頭只能達到20MB/英寸2,這也是MR磁頭被廣泛應用的最主要原因。目前,MR磁頭已得到廣泛應用,而採用多層結構和磁阻效應更好的材料製作的GMR磁頭(Giant Magnetoresistive heads)也逐漸普及。

 

2、磁軌

當盤片旋轉時,磁頭若保持在一個位置上,則每個磁頭都會在盤片表面劃出一個圓形軌跡,這些圓形軌跡就叫做磁軌。這些磁軌用肉眼是根本看不到的,因為它們僅是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區,磁片上的資訊便是沿著這樣的軌道存放的。

相鄰磁軌之間並不是緊貼著的,這是因為磁化單元相隔太近時磁性會相互產生影響,同時也為磁頭的讀寫帶來困難。一張1.44MB的3.5英寸軟碟,一面有80個磁軌,而硬碟上的磁軌密度則遠遠大於此值,通常一面有成千上萬個磁軌。

 

3、磁區

磁片上的每個磁軌被等分為若干個弧段,這些弧段便是磁片的磁區,每個磁區可以存放512個位元組的資訊,磁碟機在向磁片讀取和寫入資料時,要以磁區為單位。1.44MB3.5英寸的軟碟,每個磁軌分為18個磁區。

 

4、柱面

硬碟通常由重疊的一組碟片構成,每個盤面都被劃分為數目相等的磁軌,並從外緣的“0”開始編號,具有相同編號的磁軌形成一個圓柱,稱之為磁片的柱面。磁片的柱面數與一個盤面上的磁軌數是相等的。由於每個盤面都有自己的磁頭,因此,盤面數等於總的磁頭數。所謂硬碟的CHS,即Cylinder(柱面)、Head(磁頭)、Sector(磁區),只要知道了硬碟的CHS的數目,即可確定硬碟的容量,硬碟的容量=柱面數×磁頭數×磁區數×512B。

 

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