在這一系列的專題文章中我講重點(diǎn)講解硬盤固件構(gòu)造以及自測試方面的若干內(nèi)容,。

從生產(chǎn),、物理到邏輯層面去講述硬盤不為人知的一面。我相信只要讀者看完這些內(nèi)容,，對硬盤的認(rèn)知產(chǎn)生巨大變化,，也為自己日后購買提供強(qiáng)力的知識保障。

硬盤基本構(gòu)造

其中最核心的部件是一磁盤,、 磁頭,、音圈馬達(dá)、主軸電機(jī),。

主軸電機(jī)帶動磁盤,，音圈馬達(dá)推動磁頭。在這四個部件的共同作用下,，硬盤得以準(zhǔn)確快速的保存來自計算機(jī)傳送的數(shù)據(jù),。

當(dāng)然別的部件，電路板,、磁頭架,、這些也是保障硬盤工作的必要部件。

但在硬盤當(dāng)中只有這四個部件才可以活動,，所以在工廠執(zhí)行自測試的項(xiàng)目中,，90%以上的流程都是調(diào)校這四個部件互相的配合度，是機(jī)械硬盤核心部件,。

這里我就將重點(diǎn)的幾個部件進(jìn)行詳細(xì)講解,。

磁頭技術(shù)發(fā)展非常迅猛，從最初的薄膜感應(yīng)磁頭(TFI) 到磁阻磁頭(MR) 到巨磁阻磁頭(GMR)

再到隧穿磁阻磁頭(TMR)直至當(dāng)今的二維記錄磁頭(TDMR) ,。

對于已經(jīng)淘汰的磁頭技術(shù)了解的意義不大,，畢竟本文不是專門研究磁頭的，我只重點(diǎn)講一講時下最流行的TDMR磁頭,。

不過,，在談及TDMR磁頭之前，我們必須要先了解下當(dāng)今磁頭結(jié)構(gòu)的鼻祖一一-MR磁頭,。

在MR磁頭出現(xiàn)之前,，傳統(tǒng)的TEI磁頭是讀寫功能合一-的薄膜式感應(yīng)磁頭。但磁頭的讀和寫的工作性質(zhì)有著天壤之別,。

所以這種磁頭在設(shè)計時必須同時兼顧讀和寫二種功能,，正是因?yàn)門EI磁頭的局限性，硬盤容量遲遲無法得到提升,。

上世紀(jì)八十年代,，IBM公司發(fā)明了MR磁頭。

MR磁頭另辟蹊徑將磁頭設(shè)計為讀寫分離的工作形式,。寫入仍采用傳統(tǒng)的TEI磁頭進(jìn)行寫操作,，讀磁頭則采用MR磁頭，即感應(yīng)寫,、磁阻讀,，完全解決了TEI磁頭的弊端。并且,，針對兩種磁頭的物理特性進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,，以達(dá)到最佳性能。

MR磁頭特點(diǎn)是通過電阻變化感應(yīng)信號幅度,，對信號強(qiáng)度更加敏銳,，準(zhǔn)確性也大幅提高。

MR磁頭之所以可以有效提升存儲密度,，是因?yàn)镸R磁頭讀數(shù)據(jù)不受磁道寬度限制,，那么就能大幅度縮小磁道寬度，從而提升存儲密度,。

因此,，MR磁頭走上了歷史的舞臺。

磁頭組件

對MR磁頭有了大致了解之后,，回過頭講- -講 目前應(yīng)用最廣泛的TDMR磁頭,。

這種磁頭實(shí)際上也基于MR磁頭的原理。

大家都知道,，如果想要進(jìn)一步提升存儲密度,， 那么就要不斷縮小磁道的寬度，增加磁道的數(shù)量,，讓碟片有限的面積上劃分出更多的磁道,。

如進(jìn)一步的縮小碟片上磁道的間距，并對磁道寬度進(jìn)行削減,，那么讀磁頭在獲取磁道信號時,，就會被鄰近磁道信號所干擾，這就會產(chǎn)生信噪,。

為解決鄰近磁道所帶來的干擾,通過尋求更高的信噪比來保證數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確性和完整性,。

磁頭研發(fā)人員腦洞大開，在現(xiàn)有讀磁頭后方再增加一個磁頭組成雙磁頭串聯(lián)結(jié)構(gòu),，甚至采用三磁頭結(jié)構(gòu),，其中一個磁頭用于磁道定位、另外兩個則同時負(fù)責(zé)界定磁道的兩側(cè)邊緣。

這兩個側(cè)向定位磁頭能夠被用于削減鄰道所帶來的干擾,，從而凸顯出目標(biāo)磁道的真實(shí)信號,。

這一技術(shù)，完全能夠突破當(dāng)前讀取點(diǎn)位區(qū)無法進(jìn)一步縮小的瓶頸,，從而有效提升磁道密度,提供更大的存儲容量,。

當(dāng)今大容量尤其是氦氣硬盤，無-例外采用TDMR磁頭技術(shù),，包括疊瓦式硬盤,。

這就是硬盤廠家客服提到的TDMR技術(shù)，小伙伴可明白了?

硬盤碟片

硬盤碟片多數(shù)都采用薄膜復(fù)合技術(shù),。硬盤的介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)大致為:潤滑層,、碳覆層、磁性層,、軟磁層,、緩沖層、基板,。

潤滑層和碳覆層主要保護(hù)下面的磁性層;磁性層通常為一層或多層膜結(jié)構(gòu),，常用材料有CrCoTa,

CoNiPt, CrCoPtTa; 軟底層能顯著提高磁性層的磁性能。

為進(jìn)一步 提升存儲密度,，可以通過降低磁頭飛行高度,、增加碟片的數(shù)量、磁道密度來實(shí)現(xiàn),。由于硬盤體積的原因,，碟片數(shù)目增加存在很大限制。因此只能降低磁頭的飛行高度和增加磁道密度,。

那么基板材料的表面平整度越好,碟片上的各膜層就越光滑,磁頭的飛行高度和噪聲也可以相應(yīng)降低,。

硬盤所采用的基板，主要使用鋁合金和玻璃兩種材質(zhì),。其中,，鋁合金基板與玻璃基板相比具有韌性較高且容易制造的優(yōu)點(diǎn)。

3.5英寸硬盤所使用的鋁合金基板的板厚為1.27mm. 近年來為了增加硬盤內(nèi)部碟片的數(shù)量,硬盤廠家對鋁合金基板厚度進(jìn)行了削減,。鋁合金基板相對玻璃基板更容易產(chǎn)生振抖,。

振抖是指碟片高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的邊緣顫動，如果振抖較大,，磁頭難以精準(zhǔn)進(jìn)行讀寫操作,。

因?yàn)檎穸兜漠a(chǎn)生，嚴(yán)重阻礙進(jìn)一步降低磁頭飛行高度的可行性,。

為抑制振抖,，硬盤廠家改用玻璃基板并對硬盤內(nèi)部注入氦氣，使得硬盤旋轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)阻力更小，從而有效解決多碟片大容量硬盤讀寫的穩(wěn)定性難題,。

主軸電機(jī)

民用硬盤的轉(zhuǎn)速從早期3.6K RPM進(jìn)化到5.4K RPM,，再到7.2K RPM。而服務(wù)器高速硬盤則達(dá)到10KRPM或15K RPM,。

自1995年希捷公司推出大灰熊硬盤,，標(biāo)志著民用級硬盤正式邁入了7.2K的時代,。

硬盤轉(zhuǎn)速以每分鐘多少轉(zhuǎn)來表示,，單位表示為RPM，RPM是Revolutions per minute的縮寫,，是轉(zhuǎn)/每分鐘,。RPM值越大，內(nèi)部傳輸率就越快,，磁頭尋道就越短,，硬盤的性能就更強(qiáng)。

硬盤的主軸馬達(dá)芾動碟片高速旋轉(zhuǎn),，將所要存取資料的扇區(qū)芾到磁頭下方,，轉(zhuǎn)速越快，則等待時間也就越短,。因此轉(zhuǎn)速在很大程度上決定了硬盤的傳輸速度,。

硬盤的主軸電機(jī)還分為滾珠軸承和液態(tài)軸承。

早期硬盤一律采用滾珠軸承,，這種電機(jī)噪音大磨損嚴(yán)重,，運(yùn)行穩(wěn)定性差。為解決這一痛點(diǎn),， 希捷公司率先在酷魚四代運(yùn)用了液態(tài)軸承馬達(dá)技術(shù),，徹底解決硬盤電機(jī)運(yùn)行噪音的問題。

液態(tài)軸承.與滾珠軸承馬達(dá)相比,，液態(tài)軸承的優(yōu)勢非常明顯,。

1、減噪降溫,。避免了滾珠與軸承金屬面的直接磨擦,，使設(shè)備噪音及其發(fā)熱量降至最低。

2,、減震降噪,。油膜可有效地吸收震動，使設(shè)備的抗震能力得到提高,。

3,、減少磨損，提高設(shè)備的工作可靠性和使用壽命。

4,、有效的降低因金屬磨擦而產(chǎn)生的噪聲和發(fā)熱問題,。

音圈電機(jī)

音圈電機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動的原理與揚(yáng)聲器相同，通電導(dǎo)線在磁場中受力作動力的來源,。

磁頭與磁頭臂及伺服定位系統(tǒng)是一-個整體,。

伺服定位系統(tǒng)由磁頭臂后的線圈和電路板上的控制芯片構(gòu)成。磁頭只能在碟片上方做有限的徑向運(yùn)動,。

磁頭移動時靠伺服系統(tǒng)來控制音圈電機(jī)的動作,，使磁頭準(zhǔn)確尋道，音圈電機(jī)主要是由磁體和線圈構(gòu)成,。

磁體呈閉合形態(tài),，固定在硬盤底座上，磁頭臂有轉(zhuǎn)動軸承,，線圈位于磁體中央,，當(dāng)有電流通過線圈時，線圈可以按某個方向靈活擺動,，帶動磁頭臂的動作,，磁頭臂裝有前置換向放大芯片，通過柔性排線與.硬盤電路板通訊,。

最后放一-個當(dāng)前最新磁頭技術(shù)的科普視頻,，本期到此結(jié)束，下期再會!

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