3D動畫演示機械硬盤工作原理，教你如何選購高性能硬盤

這絕對是你見過最詳細的機械硬盤講解視頻。 在本期視頻中,你將會了解機械硬盤的類型,工作原理, 以及如何選購一塊高性能機械硬盤。 熱愛數碼科技的你,一定要耐心看完。 注意哈,這就是硬盤拆散的樣子, 中間的圓盤就是用來存儲數據的磁盤, 容量越大,盤片就越多。 磁盤由鋁銘合金製成,表面有多種合金塗層。 磁性功能層是由厚約120納米的谷歌坦合金組成, 上面有很多小的磁性區域, 磁性方向可以通過外部磁場控制。 磁盤安裝在主軸上,主軸使用無刷直流電機驅動, 以每分鐘7200轉的速度旋轉。 這個是磁頭組件,每個盤片上方和下方各有一個搖臂, 搖臂末端有一個滑塊和一個讀寫磁頭。 滑塊可以利用盤片高速旋轉產生的氣流, 使磁頭懸浮起來。 距離盤片表面僅約15納米, 相當於頭髮絲的兩萬五千分之一。 當磁盤不旋轉時,搖臂會停放在這個塑料片上。 搖臂由線圈和兩個強大的鋁磁鐵組成的電機驅動。 當線圈通電時,通過改變電流方向, 產生與鋁磁鐵磁力相同或相反的磁力, 從而精確控制讀寫磁頭的位置。 這個強大的音圈電機, 可以使得搖臂快速來回移動到盤片上的不同磁道, 最高達每秒20次,並且能夠進行非常快速的微小調整。 讀寫磁頭由一根軟排線沿着搖臂一側佈置, 並延伸到下面的連接器。 連接器將信號傳輸到硬盤外部的印刷電路板PCB。 PCB上有微處理器, 以及一個輸入輸出數據緩衝的緩存芯片。 這個是電機驅動芯片, 控制前面提到的兩個電機, 最外層的是硬盤接口。 此處示例的是SATA接口, 右側的連接主板傳輸數據, 左側連接電源。 還有一些重要的組件, 包括密封硬盤的電片, 以及兩個用於捕獲灰塵顆粒的過濾器。 過濾器非常重要, 因爲讀寫頭距離盤片只有15納米, 而單個灰塵顆粒可達1萬納米, 如果與高速旋轉的磁盤相撞, 可能造成嚴重損壞。 瞭解完硬盤的組成, 我們來看看它是如何工作的。 首先,磁盤被分成無數條同心圓磁道, 最新的磁盤僅僅一個面就有超過50萬條磁道。 每個磁道又被劃分爲若干個扇區, 扇區最前面這個是扇區頭標, 它告訴讀寫頭旋轉磁盤的轉速和每個數據位的長度。 下一部分是地址, 幫助讀寫頭知道它當前位於哪個軌道和扇區。 接下來是存儲數據的數據段, 分爲數據和保護數據的糾錯碼。 數據可以存儲4KB信息, 糾錯碼用於驗證存儲在該扇區的數據 是否被準確寫入和正確讀取。 扇區與下一個扇區之間都有一小塊間隔, 這使得寫詞頭在寫入內容時具有一定的容錯能力。 現在我們把讀寫詞頭和磁盤放大, 看看數據是如何寫入和讀取的。 將數據寫入磁盤是通過控制磁盤中磁性區域的磁化方向, 使該區域磁化向上或向下來實現的。 這個微小的磁性區域約90乘以100乘以125納米, 當磁化時,所有原子都指向同一個方向。 爲了磁化單個區域, 也就是寫入一位數據, 會在寫詞頭後部的一根線圈上加電流, 從而產生強磁場。 磁場經過寫詞頭並聚焦到尖端處, 然後越過15納米的空氣間隙進入磁盤。 當聚焦的磁場傳導到單個磁性區域時, 所有原子都被強制使其微小的原子磁場 與來自寫詞頭的磁場方向一致, 從而將這塊區域變成永磁體。 即使寫詞頭一開後, 磁盤中的這些磁性區域方向也會保持數年不變, 並帶有永久磁場, 每次讀取時,讀詞頭都可以重複感應到該磁場。 接下來是讀取數據的過程。 數據存儲不是N級再上就代表1, S級再上就代表0。 讀取頭的設計實際上是檢測相鄰區域的磁性變化, 每次相鄰的兩個磁區磁性改變時, 即爲1,不變時,即爲0。 仔細看,我們用一組數據來演示一遍。 磁場變化代表1,不變代表0。 你看懂了嗎? 讀詞頭是怎樣檢測這些磁場的呢? 它的內部是一種多層導電材料。 這種多層材料有一種被稱爲聚磁電阻效應, 或GM2的特性。 簡單來說, 它是一種電阻率隨磁場強度變化而變化的材料。 當電阻率較高且無變化時,表示爲0。 當電阻率較低時,讀取頭下方磁場強烈, 表示爲1。 但這樣會帶來一個新的問題, 數十個不變的磁場會讓讀詞頭不知道讀取了多少個0。 爲了解決這個問題, 在每個扇區中, 頭標部分只是一組交替的磁區, 用於設定每個扇區的大小, 然後在扇區的末尾使用糾錯碼, 以確保不會丟失任何數據。 好了,硬盤的工作原理想必你已經看懂了, 重點來了哈兄弟們, 如何挑選一塊高性能機械硬盤呢? 硬盤技術最早期, 使用的是LM2水平磁積錄技術, 可以看到磁區的方向是平行於盤面的, 但是隨着顆粒密度提升, 兩端磁積互斥會導致一系列問題, 失去穩定性。 後來聰明的工程師把磁區方向從水平轉變爲垂直, 不但減小磁區面積, 同時也提高存儲密度,一舉兩得。 這種技術叫做PM2垂直記錄, PM2已經把磁盤利用率發揮到極致, 很難再提升容量, 於是更加聰明的工程師抖了個機靈, 他把PM2分爲兩類, 傳統的一類改名叫做CMR, 新的一類叫做SMR, 中文名碟瓦適應盤。 顧名思義, 碟瓦就是把磁道像瓦片一樣進行重疊, 這樣同等面積下就可以塞入更多的磁道, 提高硬盤容量。 但是問題也來了, 由於磁道寬窄不一, SMR的讀磁頭會比寫磁頭小很多, 寫入數據時, 寫磁頭太大會影響兩個磁道, 兩個磁道都會被寫入相同數據, 所以,新數據寫入前, 硬盤必須先把被影響磁道的數據進行讀取, 並把這個數據存儲在緩存中, 在等待寫磁頭寫入新數據完成後, 把受影響的數據重新寫入回去。 所以, SMR有一個非常顯著的特點, 那就是緩存非常大。 而日常使用中, 硬盤肯定涉及到讀和寫, 一旦開始寫入數據, 讀磁頭就會去幫寫磁頭, 讀取有效數據的能力會大大降低, 讀寫能力都差。 如果看到這還不清楚, 可以看一下這個總結。 目前市面上的機械硬盤只有CMR和SMR兩種, 都屬於PMR垂直記錄。 SMR犧牲了很大的性能, 僅提升了一點容量, 完全不夠看。 SMR疊瓦式硬盤有它特定的適應範圍, 那就是隻寫一次, 幾乎不改寫的只讀數據的存儲, 但是不良心的廠商把這個技術用於迷用盤, 所以一定要小心這些疊瓦式硬盤。 選購時, 如果商品宣傳頁指標PMR的, 那就是在含糊其詞, 想忽悠兄弟們。 購買時務必認準CMR字樣。 最後, 感謝看到這裏的你, 如果覺得有收穫, 希望點贊評論支持博主, 你們的支持是我更新的動力, 非常感謝。