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解读硬盘的结构

  ●硬盘的磁头
  众所周知,一块硬盘存取数据的工作完全依靠磁头来进行的,换句话说,没有磁头,也就没有实际意义上的硬盘。那么究竟什么是磁头呢?最简单的理解,磁头就是硬盘进行读写的“笔尖”,通过全封闭式的磁阻感应读写,将信息记录在硬盘内部特殊的介质上。硬盘磁头的发展先后经历了“亚铁盐类磁头(Monolithic Head)”、“MIG(Metal In GAP)磁头”和“薄膜磁头(Thinfilm Head)”、MR磁头(Magneto Resistive Heads,即磁阻磁头)等几个阶段。前三种传统的磁头技术都是采取了读写合一的电磁感应式磁头,在设计方面因为同时需要兼顾读/写两种特性,因此也造成了硬盘在设计方面的局限性。第四种磁阻磁头在设计方面引入了全新的分离式磁头结构,写入磁头仍沿用传统的磁感应磁头,而读取磁头则应用了新型的MR磁头,即所谓的感应写、磁阻读,针对读写的不同特性分别进行优化,以达到最好的读/写性能。除上述几种磁头外,技术更为创新的采用多层结构,磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头(Giant Magneto Resistive Heads)也已经在2000年浮出水面,应用这种技术,可以使目前硬盘的容量在此基础上再提高10倍以上。
  ●硬盘的盘面
  如果我们把上述硬盘磁头比喻成笔的形容成立,那么所谓硬盘的盘面自然就是这“笔”下的纸。如果你曾经有幸打开过自己的硬盘(当然是已经宣布死亡了的报废产品哟,否则后果自负),可以发现硬盘内部是由金属磁盘组成的。有单碟、有双碟,自然也有多碟。它们通过表面的磁性物质结合在一起。与我们平时使用的那些普通软磁盘存储介质的不连续颗粒相比,这种特殊物质的金属磁盘具有更高的记录密度和更强的安全性能。目前市场上主流硬盘的盘片大都是由金属薄膜磁盘构成,这种金属薄膜磁盘较之普通的金属磁盘具有更高的剩磁和高矫顽力,因此也被大多数硬盘厂商所普遍采用。除金属薄膜磁盘以外,目前已经有一些硬盘厂商开始尝试使用玻璃作为磁盘基片。与金属薄膜磁盘相比,用玻璃作为盘片有利于把硬盘盘片做得更平滑,单位磁盘密度也会更高,同时由于玻璃的坚固特性,新一代的玻璃硬磁盘在性能方面也会更加稳定。不过,这也带来了新的问题,最主要的就是一旦用玻璃材质作为盘片,玻璃材质较之金属材质的脆性就会突出地体现出来,要解决这个问题肯定会大大提高成本,因此估计玻璃磁盘就算现在投入小量生产,一两年内也不会在大范围的商业应用中普遍流行。
   ●硬盘的马达
  有了“笔”和“纸”,要让“笔”能够在“纸”上顺利地写字,当然还要有“手”的控制,而这双控制磁头在盘片上高速工作的“手”就应该是硬盘主轴上的马达了。硬盘正因为有了马达才得以带动盘片在真空封闭的环境中高速旋转,马达高速运转时所产生的浮力使磁头飘浮在盘片上方进行工作。硬盘在工作时,通过马达的转动将用户需要存取的资料所在的扇区带到磁头下方,马达的转速越快,用户等待存取记录的时间也就越短。从这个意义上讲,硬盘马达的转速在很大程度上决定了硬盘最终的速度。在当今硬盘不断向着超大容量迈进的同时,硬盘的速度也在不断提高,这当然也就要求硬盘的马达必须能够跟上技术时代飞速发展的步伐。进入2000年,5400RPM(转/分)的硬盘即将成为历史,7200RPM势必成为今年乃至今后一段时间的主流产品。这种速度方面的提升对于硬盘的马达而言,自然也提出了更高的要求。7200RPM、10000RPM甚至15000RPM的硬盘马达肯定不会采用传统意义上的普通滚珠轴承马达,因为随着硬盘转速的不断提高,同时也会带来诸如磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列负面问题。传统的普通滚珠轴承马达无法妥善解决这些问题,于是先前曾广泛应用在精密机械工业上的液态轴承马达(Fluid Dynamic Bearing Motors)被引入到硬盘技术中。与传统的滚珠轴承马达不同,液态轴承马达使用的是黏膜液油轴承,这种特殊的轴承以油膜代替了原先的滚珠,一方面避免了与金属面的直接磨擦,将传统马达所带来的噪声及温度降至最低;另一方面,油膜可以有效地吸收外来的震动,使硬盘的抗震能力由以往的150G提高至1200G;再一个方面,从理论上讲,液态轴承马达无磨损,使用寿命可以达到无限长,虽然我们无法通过这一点就奢想自己的新硬盘能够“万寿无疆”,但最起码可以延长使用寿命倒是真切的事实。
   ●硬盘的接口类型
  硬盘的接口类型主要分为EIDE和SCSI两种。
  早期的EIDE接口硬盘采用了PIO Mode 4模式,其传输速率可以达到16.6MB/s,后来由于采用了UltraDMA/33(或称ATA-4)技术,传输速率一下子提高到了33.3MB/s。如今主流的新一代Ultra DMA/66接口硬盘,其接口界面已经获得了Intel与世界八大主要个人电脑制造商以及全部硬盘制造商的支持,数据传输率比UltraDMA/33翻了一倍,达66MB/s。而更高的Ultra DMA/100和Ultra DMA/166目前也已经在酝酿之中。
  SCSI接口硬盘的基本数据传输率是20MB/s(8bit,50线)。在应用了Ultra WIDE标准后,其传输速率可以达到40MB/s;采用Ultra2 WIDE SCSI标准后,其传输速率还可以升至80MB/s(16bit,68线);而采用Ultra 160/m SCSI标准接口后,其传输速度更可以飙升到160MB/s。另外,目前还有一种采用FC-AL光纤通道接口的硬盘,其传输速率可以达到100MB/s的数据传输率。
  如果要比较EIDE与SCSI这两种不同接口模式硬盘的优劣,从价格方面分析,EIDE的价格比较便宜,SCSI价格很高。如果从性能方面分析,EIDE接口的硬盘虽然安装容易,但其允许用户连接的设备较少,且CPU占用率较高。而SCSI接口的硬盘在这方面却表现突出:速度更快、允许增加足够的外设(EIDE提供两个通道,每个通道可挂两个EIDE设备,而SCSI却允许用户连接7个SCSI设备)、CPU占用率较低。

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