硬盘的工作原理及其维护
摘要：首先介绍硬盘的结构以及一些技术指标和接口标准。再谈谈硬盘的工作原理，如何读取数据？数据存储方式？最后了解下硬盘的维护，如：硬盘常见故障，使用中应注意哪些方面。
关键词：结构、技术指标、接口标准、工作原理、数据、维护、故障。
硬盘存储器简称硬盘，是计算机中最广泛使用的外部存储设备。硬盘具有速度快、容量大、可靠性高几乎不存在磨损问题的特点。目前，硬盘技术发展日新月异，使新的存储容量、访问速度都有明显的增加和增快，其新技术也是层出不穷。
一、硬盘结构、技术指标和接口标准
1. 硬盘结构分为物理结构和逻辑结构. [1]
1.1物理结构：
硬盘在物理结构上由头盘组件和控制电路板两大部分组成。
头盘组件：头盘就是磁头和盘片的意思。头盘组件包括盘体、电机、磁头等部件。
控制电路板：控制电路板表面焊接了许多芯片，包括主控制芯片、数据传输芯片、高速数据缓存芯片等。
1.2 逻辑结构：
硬盘从逻辑结构上划分是针对存储在盘片上的数据如何进行编制的划分。根据其不同的作用可分为五个部分。
分为：MBR主引导区、DBR操作系统引导区、FAT文件分配表 (File Allocation Table)、DIR根目录区、DATA数据区。
2. 技术指标主要有：容量、平均存取时间、主轴转速、数据传输速率、高速缓存等 [2]
2.1 容量
容量的单位为兆字节（MB）或千兆字节（GB）。目前的主流硬盘容量为80GB、100GB或120GB。
2.2 平均存取时间
指磁盘读取数据时，磁头从起始位置到过目标磁道位置并稳定下来，并从目标磁道位置上找到要读写数据的扇区所需要的全部时间。
A、磁头寻道时间：磁头移动时间。
B、等待时间:目标扇区旋转到磁头下方所需时间.
2.3 主轴转速
它是指硬盘内主轴的转动速度，目前IDE接口的硬盘主轴转速一般为5400到7200转之间。 7200转硬盘的速度较5400转的产品大多提高了10-20%，综合性能也有所提升，但是转速越快的硬盘发热量和噪音相对也越大。
2.4 数据传输速率
D=位密度（位/英寸）× 转速（转/秒）× 2πR（英寸/转）
（R为最内圈磁道半径）
2.5 高速缓存
也称为数据缓存，是指硬盘内部的高速缓冲存储器。
3 接口标准 [3]
主要有IDE接口、EIDE接口、SCSI接口、USB接口、FC-AL串行接口等
硬盘的接口标准可以说是影响速度的决定性因素之一。如果按硬盘与计算机之间的数据接口，主要可以分为两大类：IDE接口及SCSI接口硬盘两大阵营。台式计算机硬盘一般采用IDE接口，SISC接口通常用于高端服务器或工作站硬盘中。
二、硬盘工作原理 [4]
现在的硬盘,无论是IDE还是SCSI,采用的都是"温彻思特“技术,都有以下特点：1。磁头，盘片及运动机构密封。2。固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑。3。磁头沿盘片径向移动。4。磁头对盘片接触式启停，但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。
概括地说，硬盘的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。另外，硬盘中还有一个存储缓冲区，这是为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设的。由于硬盘的结构比软盘复杂得多，所以它的格式化工作也比软盘要复杂，分为低级格式化，硬盘分区，高级格式化并建立文件管理系统。
硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心位置，初始化完成后主轴电机将启动并以高速旋转，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待指令的启动状态。当接口电路接收到微机系统传来的指令信号，通过前置放大控制电路，驱动音圈电机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。结束硬盘操作的断电状态，在反力矩弹簧的作用下浮动磁头驻留到盘面中心。
三、硬盘的维护 [5]
微机系统的故障几乎30%都是由于硬盘损坏所引起的，你说怎能不好好地维护硬盘？一般来说，使用中应注意以下问题：
(1) 0磁道的保护
硬盘的0磁道是盘面最外沿的磁道，上面记录着最重要的系统信息。一旦破坏，硬盘就无法使用。因此必须保护好0磁道。
(2) 硬盘正在读写文件时不能关掉电源。
(3) 注意防尘，保持使用环境的清洁卫生。用户不能自行拆开硬盘盖，否则空气中的灰尘便进入盘内，磁头读/写操作时将划伤盘片或磁头。因此硬盘出现故障时决不允许在普通环境下拆开盘体。
(4) 防止硬盘受震动。在工作时严禁搬运硬盘，以免磁头与盘片产生撞击而擦伤盘片表面的磁层。在硬盘的安装、拆卸过程中更要加倍小心，严禁摇晃、磕碰。
(5) 硬盘的整理。注意定期进行硬盘整理，以提高硬盘的读写速度。
(6) 防止计算机病毒对硬盘的破坏。计算机病毒对硬盘中存贮的信息是一个很大的威胁，所以应利用版本较新的抗病毒软件对硬盘进行定期的病毒检测。尽量避免对硬盘进行格式化，因为硬盘格式化会丢失全部数据并减少硬盘的使用寿命。
参考文献：
[1] https://www.ccfans.net/Article_Show.asp?ArticleID=899
[2] https://www.blog.edu.cn/user1/15784/archives/2005/186820.shtml
[3] 最新计算机硬件原理与组装教程（课本）PS：102頁
[4] https://www.bast.net.cn/wnfw/wljy/2004/7/13/22967.shtml
[5] https://www.icom.com.cn/Club/ShareInfo/Files/0122215332.DOC
