基础知识-硬盘的读写原理(lǐ)

L3777 · 发表于 2017-11-20 13:25:44

本帖最后由 L3777 于 2017-11-20 13:27 编辑

基础知识-硬盘的读写原理(lǐ)

硬盘的种类主要是SCSI 、IDE 、以及现在流行的SATA等；任何一种硬盘的生产都要一定的标准；随着相应的标准的升级，硬盘生产技术也在升级；比如 SCSI标准已经经历了SCSI-1 、SCSI-2、SCSI-3；其中目前咱们经常在服務(wù)器网站看到的 Ultral-160就是基于SCSI-3标准的；IDE 遵循的是ATA标准，而目前流行的SATA，是ATA标准的升级版本；IDE是并口设备，而SATA是串口，SATA的发展目的是替换IDE；

我们知道信息存储在硬盘里，把它拆开也看不见里面有(yǒu)任何东西，只有(yǒu)些盘片。假设，你用(yòng)显微镜把盘片放大，会看见盘片表面凹凸不平，凸起的地方被磁化，凹的地方是没有(yǒu)被磁化；

凸起的地方代表数字1（磁化為(wèi)1），凹的地方代表数字0。因此硬盘可(kě)以以二进制来存储表示文(wén)字、图片等信息。

1、硬盘的组成

一般说来，无论哪种机械硬盘，都是由盘片、磁头、盘片主轴、控制電(diàn)机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份组成。

平面图：

立體(tǐ)图：

所有(yǒu)的盘片都固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。而所有(yǒu)盘片之间是绝对平行的，在每个盘片的存储面上都有(yǒu)一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小(xiǎo)。所有(yǒu)的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可(kě)沿盘片的半径方向动作，（实际是斜切向运动），每个磁头同一时刻也必须是同轴的，即从正上方向下看，所有(yǒu)磁头任何时候都是重叠的（不过目前已经有(yǒu)多(duō)磁头独立技术，可(kě)不受此限制）。而盘片以每分(fēn)钟数千转到上万转的速度在高速旋转，这样磁头就能(néng)对盘片上的指定位置进行数据的读写操作。

2、硬盘的工作原理(lǐ)

想要學(xué)习数据恢复的知识除了需要掌握硬盘的物(wù)理(lǐ)结构，也需要了解硬盘的逻辑结构。

当我们通过操作系统访问文(wén)件时，操作系统需要读取硬盘相对应的位置来调用(yòng)我们访问的文(wén)件，那么这些文(wén)件是在盘片上如何分(fēn)布的呢(ne)？这就是由盘片上相关的一些逻辑参数所决定的。

硬盘的盘片都具有(yǒu)类型的格式，划分(fēn)為(wèi)几个區(qū)域，这些區(qū)域称為(wèi)磁道、扇區(qū)、柱面，硬盘就是利用(yòng)这几个参数对数据进行寻址的。

硬盘的每个盘片的每个面都有(yǒu)一个读写磁头。
磁头靠近主轴接触的表面，即線(xiàn)速度最小(xiǎo)的地方，是一个特殊的區(qū)域，它不存放任何数据，称為(wèi)启停區(qū)或着陆區(qū)（LandingZone），启停區(qū)外就是数据區(qū)。在最外圈，离主轴最遠(yuǎn)的地方是“0”磁道，硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。那么，磁头是如何找到“0”磁道的位置的呢(ne)？在硬盘中还有(yǒu)一个叫“0”磁道检测器的构件，它是用(yòng)来完成硬盘的初始定位。“0”磁道是如此的重要，以致很(hěn)多(duō)硬盘仅仅因為(wèi)“0”磁道损坏就报废，这是非常可(kě)惜的。
      早期的硬盘在每次关机之前需要运行一个被称為(wèi)Parking的程序，其作用(yòng)是让磁头回到启停區(qū)。现代硬盘在设计上已摒弃了这个虽不复杂却很(hěn)让人不愉快的小(xiǎo)缺陷。硬盘不工作时，磁头停留在启停區(qū)，当需要从硬盘读写数据时，磁盘开始旋转。旋转速度达到额定的高速时，磁头就会因盘片旋转产生的气流而抬起，这时磁头才向盘片存放数据的區(qū)域移动。
   盘片旋转产生的气流相当强，足以使磁头托起，并与盘面保持一个微小(xiǎo)的距离。这个距离越小(xiǎo)，磁头读写数据的灵敏度就越高，当然对硬盘各部件的要求也越高。早期设计的磁盘驱动器使磁头保持在盘面上方几微米处飞行。稍后一些设计使磁头在盘面上的飞行高度降到约0.1μm～0.5μm，现在的水平已经达到 0.005μm～0.01μm，这只是人类头发直径的千分(fēn)之一。
      气流既能(néng)使磁头脱离开盘面，又(yòu)能(néng)使它保持在离盘面足够近的地方，非常紧密地跟随着磁盘表面呈起伏运动，使磁头飞行处于严格受控状态。磁头必须飞行在盘面上方，而不是接触盘面，这种位置可(kě)避免擦伤磁性涂层，而更重要的是不让磁性涂层损伤磁头。
但是，磁头也不能(néng)离盘面太遠(yuǎn)，否则，就不能(néng)使盘面达到足够强的磁化，难以读出盘上的磁化翻转（磁极转换形式，是磁盘上实际记录数据的方式）。

盘驱动器磁头的飞行悬浮高度低、速度快，一旦有(yǒu)小(xiǎo)的尘埃进入硬盘密封腔内，或者一旦磁头与盘體(tǐ)发生碰撞，就可(kě)能(néng)造成数据丢失，形成坏块，甚至造成磁头和盘體(tǐ)的损坏。所以，硬盘系统的密封一定要可(kě)靠，在非专业条件下绝对不能(néng)开启硬盘密封腔，否则，灰尘进入后会加速硬盘的损坏。另外，硬盘驱动器磁头的寻道伺服電(diàn)机多(duō)采用(yòng)音圈式旋转或直線(xiàn)运动步进電(diàn)机，在伺服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道，所以，硬盘工作时不要有(yǒu)冲击碰撞，搬动时要小(xiǎo)心轻放。

硬盘的逻辑磁道