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硬碟工作原理

想必大家都知道硬碟[HDD]的用途與重要性吧! 大家都知道,只要一開電腦,HDD就在不停的工作著,如啟動開啟文件/軟體,用Flashget/BT等工具下載文件等等.但硬碟的工作原理到底如何,知道的人又有多少? 大家不妨看看以下的文章,希望能給大家帶來一些說明 ! 看完後,覺得還好/過得去的請支持以下,謝謝!

硬碟工作原理:
現在的硬碟,無論是IDE還是SCSI,採用的都是"溫徹思特「技術,都有以下特點:1。磁頭,碟片及運動機構密封。2。



固定並高速旋轉的鍍磁牒片表面平整光滑。3。磁頭沿碟片徑向移動。4。磁頭對碟片接觸式啟停,但工作時呈飛行狀態不與碟片直接接觸。

碟片:硬碟碟片是將磁粉附著在鋁合金(新材料也有用玻璃)圓碟片的表面上.這些磁粉被劃分成稱為磁軌的若干個同心圓,在每個同心圓的磁軌上就好像有無數的任意排列的小磁鐵,它們分別代表著0和1的狀態。

當這些小磁鐵受到來自磁頭的磁力影響時,其排列的方向會隨之改變。利用磁頭的磁力控制指定的一些小磁鐵方向,使每個小磁鐵都可以用來儲存訊息。

盤體:硬碟的盤體由多個碟片組成,這些碟片重疊在一起放在一個密封的盒中,它們在主軸電機的帶動下以很高的速度旋轉,其每分鍾轉速達3600,4500,5400,7200甚至以上。

磁頭:硬碟的磁頭用來讀取或者修改碟片上磁性物質的狀態,一般說來,每一個磁面都會有一個磁頭,從最上面開始,從0開始編號。磁頭在停止工作時,與磁牒是接觸的,但是在工作時呈飛行狀態。磁頭採取在碟片的著陸區接觸式啟停的方式,著陸區不存放任何資料,磁頭在此區域啟停,不存在損傷任何資料的問題。讀取資料時,碟片高速旋轉,由於對磁頭運動採取了精巧的空氣動力學設計,此時磁頭處於離盤面資料區0.2---0.5微米高度的」飛行狀態「。既不與盤面接觸造成磨損,又能可靠的讀取資料。

電機:硬碟內的電機都為無刷電機,在高速軸承支撐下機械磨損很小,可以長時間連續工作。高速旋轉的盤體產生了明顯的陀螺效應,所以工作中的硬碟不宜運動,否則將加重軸承的工作負荷。硬碟磁頭的尋道飼服電機多採用音圈式旋轉或者直線運動步進電機,在飼服跟蹤的調節下精確地跟蹤碟片的磁軌,所以在硬碟工作時不要有衝擊碰撞,搬動時要小心輕放。

原理說到這裡,大家都明白了吧?

首先,磁頭和資料區是不會有接觸的,所以不存在磨損的問題。

其次,一開機硬碟就處於旋轉狀態,主軸電機的旋轉可以達到4500或者7200轉每分鍾,這和你是否使用FLASHGET或者ED都沒有關係,只要一通電,它們就在轉.它們的磨損也和軟體無關。
再次,尋道電機控制下的磁頭的運動,是左右來回移動的,而且幅度很小,從硬碟片的最內層(著陸區)啟動,慢慢移動到最外層,再慢慢移動回來,一個磁軌再到另一個磁軌來尋找資料。不會有什麼大規模跳躍的(又不是青蛙)。所以它的磨損也是可以忽略不記的。

那麼,熱量是怎麼來的呢?

首先是主軸電機和尋道飼服電機的旋轉,硬碟的溫度主要是因為這個。

其次,高速旋轉的盤體和空氣之間的摩擦。這個也是主要因素。而硬碟的讀寫?很遺憾,它的發熱量可以忽略不記!
硬碟的讀操作,是碟片上磁場的變化影響到磁頭的電阻值,這個程序中碟片不會發熱,磁頭倒是因為電流發生變化,所以會有一點熱量產生。


寫操作呢?正好反過來,通過磁頭的電流強度不斷發生變化,影響到碟片上的磁場,這一程序因為用到電磁感應,所以磁頭發熱量較大。


但是碟片本身是不會發熱的,因為碟片上的永磁體是冷性的,不會因為磁場變化而發熱。

但是總的來說,磁頭的發熱量和前面兩個比起來,是小巫見大巫了。熱量是可以輻射傳導的,那麼高熱量對碟片上的永磁體會不會有傷害呢?

其實傷害是很小的,永磁體消磁的溫度,遠遠高於硬碟正常情況下產生的溫度。當然,要是你的機箱散熱不好,那可就怪不了別人了。

我這裡不得不說一下某人的幾個錯誤:

一、高溫是影響到磁頭的電阻感應靈敏度,所以才會產生讀寫錯誤,和永磁體沒有關係。

二、所謂的熱膨脹,不會拉近盤體和磁頭的距離,因為磁頭的飛行是空氣動力學原理,在正常情況下始終和碟片保持一定距離。當然要是你大力打擊硬碟,那麼這個震動。。。。。

三、所謂尋道是指硬碟從初使位置移動到指定磁軌。所謂的復位動作,並不是經常發生的。因為磁軌的物理位置是存放在CMOS裡面,硬碟並不需要移動回0磁軌再重新出發。只要磁頭一啟動,所謂的復位動作就完成了,除非你重新啟動電腦,不然復位動作就不會再發生。

四、IDE硬碟和SCSI硬碟的盤體結構是差不多的。只是SCSI硬碟的接頭帶寬比同時代的IDE硬碟要大,而且往往SCSI卡往往都會有一個類似CPU的東西來減緩主CPU的佔用率。僅此而已,所以希捷才會把它的SCSI硬碟的技術用在IDE硬碟上。

五、硬碟的讀寫是以磁柱的扇區為服務機構的。磁柱也就是整個盤體中所有磁面的半徑相同的同心磁軌,而把每個磁軌劃分為若干個區就是所謂的扇區了。


硬碟的寫操作,是先寫滿一個扇區,再寫同一磁柱的下一個扇區的,在一個磁柱完全寫滿前,磁頭是不會移動到別的磁軌上的。所以文件在硬碟上的儲存於,並不是像一般人的認為,是連續存放在一起的(從使用者來看是一起,但是從作業系統底層來看,其存放不是連續的)。



所以FLASHGET或者ED開了再多的執行緒,磁頭的尋道一般都不會比你一邊玩遊戲一邊聽歌大。當然,這種情況只是單純的下載或者上傳而已,但是其實在這個程序中,誰能保證自己不會啟動其它需要讀寫硬碟的軟體?可能很多人都喜歡一邊下載一邊玩遊戲或者聽歌吧?更不用說WINDOWS本身就需要頻繁讀寫虛擬記憶體文件了。所以,用FG下載也好,ED也好,對硬碟的折磨和平時相比不會太厲害的。

六、再說說FLASHGET為什麼開太多執行緒會不好和ED為什麼硬碟讀寫頻繁。



首先,執行緒一多,cpu的佔用率就高,換頁動作也就頻繁,從而虛擬記憶體讀寫頻繁,至於為什麼,學過作業系統原理的應該都知道,我這裡就不說了。ED呢?同時從幾個人那裡下載一個文件,還有幾個人同時在下載你的文件,這和FG開多執行緒是類似的。所以硬碟燈猛閃。




但是,現在的硬碟是有快取的,資料不是馬上就寫到硬碟上,而是先存放在快取裡面,,然後到一定量了再一次性寫入硬碟。在FG裡面再怎麼設定都好,其實是先寫到快取裡面的。但是這個程序也是需要CPU干預的,所以設定時間太短,CPU佔用率也高,所以硬碟燈也還是猛閃的,因為虛擬文件在讀寫。

七、硬碟讀寫頻繁,磁頭臂在尋道伺服電機的驅動下移動頻繁,但是對機械來說這點耗損雖有,其實不大。除非你的硬碟本身就有機械故障比如力臂變形之類的(水貨最一般的故障)。



真正耗損在於磁頭,不斷變化的電流會造成它的老化,但是和它的壽命相比。。。。。應該也是在合理範圍內的。除非因為震動,磁頭撞擊到了盤體。

八、受高溫影響的最嚴重的是機械的電路,特別是硬碟外面的那塊電路板,上面的整合塊在高溫下會加速老化的。所以IBM的某款玻璃硬碟,雖然有壞道,但是一用某個軟體,馬上就不見了。再嚴重點的,換張線路板,也就正常了。就是這個原因.

總之,硬碟會因為環境不好和保養不當而影響壽命,但是這絕對不是軟體的錯。FLASHGET也好,ED也好,FTP也好,它們雖然對硬碟的讀寫頻繁,但是還不至於比你一般玩遊戲一般聽歌對硬碟傷害大.說得更加明白的話,它們對硬碟的所謂耗損,其實可以忽略不記.不要因為看見硬碟燈猛閃,就在那裡瞎擔心.不然那些提供WEB服務和FTP服務的伺服器,它們的硬碟讀寫之大,可絕非平常玩遊戲,下軟體的硬碟可比的。

硬碟有一個參數叫做連續無故障時間。它是指硬碟從開始執行到出現故障的最長時間,服務機構是小時,英文簡寫是MTBF。



一般硬碟的MTBF至少在30000或40000小時。具體情況可以看硬碟廠商的參數說明。

這個連續無故障時間,大家可以自己除一下,看看是多少年。然後大家自己想想,自己的硬碟平時連續工作最久是多長時間。

目前我使用的機器,已經連續開機1年了,除了中途有幾次關機十幾分鍾來清理灰塵外,從來沒有停過(使用金轉6代40G)。


另外還有三台使用SCSI硬碟的伺服器,是連續兩年沒有停過了,硬碟的發熱量絕非平常IDE硬碟可比(1萬轉的硬碟啊)。在這方面,我想我是有發言權的。

最後補充一下若幹點:

一、硬碟最好不要買水貨或者返修貨。水貨在運輸程序中是非常不安全的,雖然從表面上看來似乎無損傷,但是有可能在運輸程序中因為各種因素而對機械體造成損傷。



返修貨就更加不用說了。老實說,那些埋怨硬碟容易損壞的人,你們應該自己先看看,自己的硬碟是否就是這些貨色。

二、硬碟的工作環境是需要整潔的,特別是注意不要在頻繁斷電和灰塵很多的環境下使用硬碟。機箱要每隔一兩個月清理一下灰塵。

三、硬碟的機械最怕震動和高溫。所以環境要好,特別是機箱要牢固,以免共震太大。電腦桌也不要搖搖晃晃的。
四、要經常整理硬碟碎片。


這裡有一個大多數人的誤解,一般人都以為硬碟碎片會加大硬碟耗損,其實不是這樣的。


硬碟碎片的增多本身只是會讓硬碟讀寫所花時間比碎片少的時候多而已,對硬碟的耗損是可以忽略的(我在這裡只說一個事實,目前網路上的伺服器,它們用得最多的作業系統是UNIX,但是在UNIX下面是沒有磁牒磁碟重整軟體的。就連微軟的NT4,本身也是沒有的)。


不過,因為磁頭頻繁的移動,造成讀寫時間的加大,所以CPU的換頁動作也就頻繁了,而造成虛擬文件(在這裡其實準確的說法是換頁文件)讀寫頻繁,從而加重硬碟磁頭尋道的負荷。這才是硬碟碎片的壞處。

五、在硬碟讀寫時盡量避免忽然斷電,冷啟動和做其他加重CPU負荷的事情(比如在玩遊戲時聽歌,或者在下載時玩大型3D遊戲),這些對硬碟的傷害比一般人想像中還要大。

總之,只要平常注意使用硬碟,硬碟是不會那麼快就和我們說BYEBYE的。當然,如果是硬碟本身的品質就不行,那我就無話可說了。
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