[科普中国]-电脑硬盘

电脑硬盘是计算机的最主要的存储设备。硬盘（港台称之为硬碟，英文名：Hard Disk Drive 简称HDD 全名 温彻斯特式硬盘）由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。

绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。早期的硬盘存储媒介是可替换的，不过今日典型的硬盘是固定的存储媒介，被封在硬盘里 （除了一个过滤孔，用来平衡空气压力）。随着发展，可移动硬盘也出现了，而且越来越普及，种类也越来越多.大多数微机上安装的硬盘，由于都采用温切斯特（winchester)技术而被称之为“温切斯特硬盘”，或简称“温盘”。

技术参数1、容量

作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。

硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1GB=1024MB，1TB=1024GB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1G=1000MB，因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。

硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘单片盘片的容量，单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。对于用户而言，硬盘的容量就象内存一样，永远只会嫌少不会嫌多。Windows操作系统带给我们的除了更为简便的操作外，还带来了文件大小与数量的日益膨胀，一些应用程序动辄就要吃掉上百兆的硬盘空间，而且还有不断增大的趋势。因此，在购买硬盘时适当的超前是明智的。前两年主流硬盘是320G，500G，而750G以上的大容量硬盘亦已开始普及，2007年开始出现1TB的大容量硬盘。

2、转速

转速(Rotationl Speed 或Spindle speed)，是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一，它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revolutions Per minute的缩写，是转/每分钟。RPM值越大，内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好。

硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转，产生浮力使磁头飘浮在盘片上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方，转速越快，则等待时间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的读取速度。

家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种，高转速硬盘是台式机用户的首选；而对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主，虽然已经有公司发布了7200rpm的笔记本硬盘，但在市场中还较为少见；服务器用户对硬盘性能要求最高，服务器中使用的SCSI硬盘转速基本都采用10000rpm，甚至还有15000rpm的，性能要超出家用产品很多。较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间，但随着硬盘转速的不断提高也带来了温度升高、电机主轴磨损加大、工作噪音增大等负面影响。笔记本硬盘转速低于台式机硬盘，一定程度上是受到这个因素的影响。笔记本内部空间狭小，笔记本硬盘的尺寸（2.5寸）也被设计的比台式机硬盘（3.5寸）小，转速提高造成的温度上升，对笔记本本身的散热性能提出了更高的要求；噪音变大，又必须采取必要的降噪措施，这些都对笔记本硬盘制造技术提出了更多的要求。同时转速的提高，而其它的维持不变，则意味着电机的功耗将增大，单位时间内消耗的电就越多，电池的工作时间缩短，这样笔记本的便携性就受到影响。所以笔记本硬盘一般都采用相对较低转速的4200rpm硬盘。

3、访问时间

平均访问时间(Average Access Time)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。

平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括了硬盘的寻道时间和等待时间，即：平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。

硬盘的平均寻道时间(Average Seek Time)是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间当然越小越好，硬盘的平均寻道时间通常在8ms到12ms之间，而SCSI硬盘则应小于或等于8ms。

硬盘的等待时间，又叫潜伏期(Latency)，是指磁头已处于要访问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半，一般应在4ms以下。

4、传输速率

传输速率(Data Transfer Rate) 硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率。

内部传输率(Internal Transfer Rate) 也称为持续传输率(Sustained Transfer Rate)，它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。

外部传输率（External Transfer Rate）也称为突发数据传输率（Burst Data Transfer Rate）或接口传输率，它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关。

目前Fast ATA接口硬盘的最大外部传输率为16.6MB/s，而Ultra ATA接口的硬盘则达到33.3MB/s。

使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范。2002年，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但Serial ATA委员会已抢先确立了Serial ATA 2.0规范。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。

5、缓存

缓存（Cache memory）是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同，缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，有大缓存，则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度

分类1、内存通讯

分有XT型（即DMA方式）和AT型（即中断驱动方式）两种。

2、磁头驱动

分有步进电机驱动和音圈电机驱动两种。

步进电机驱动机构的结构紧凑，控制简单，但是整个驱动定位系统是开环控制，步进电机靠脉冲信号驱动，因此定位精度比较低、存取时间较长；

音圈电机是线性电机，可直接驱动磁头作直线运动。整个马铃薯动定位系统是一个带有速度和位置反馈的闭环调节自动控制系统，驱动速度快，而且定位精度高。先进的磁盘驱动器普遍采用音圈电机驱动和伺服盘定位。

盘径与容量有5.25英寸的、3.5英寸的、2.5英寸的、1.8英寸及1.3英寸的， 最小的为指甲盖大小。

从外形尺寸看，有全高、半高和薄型三种。

结构硬盘（hard disk）是计算机中最重要的存储器之一。计算机需要正常运行所需的大部分软件都存储在硬盘上。因为硬盘存储的容量较大，区别于内存、光盘。硬盘是电脑上使用使用坚硬的旋转盘片为基础的存储设备。它在平整的磁性表面存储和检索数字数据。

（1）磁头

磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头，但是，硬盘的读、写却是两种截然不同的操作，为此，这种二合一磁头在设计时必须要同时兼顾到读/写两种特性，从而造成了硬盘设计上的局限。而MR磁头（Magnetoresistive heads），即磁阻磁头，采用的是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以得到最好的读/写性能。另外，MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度，因而对信号变化相当敏感，读取数据的准确性也相应提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关，故磁道可以做得很窄，从而提高了盘片密度，达到200MB/英寸2，而使用传统的磁头只能达到20MB/英寸2，这也是MR磁头被广泛应用的最主要原因。MR磁头已得到广泛应用，而采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头（Giant Magnetoresistive heads）也逐渐普及。

（2）磁道

当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5英寸软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有成千上万个磁道。

磁盘表面涂有做为纪录使用的磁性介质，其在显微镜下呈现出来的便是一个个磁颗粒。微小的磁颗粒极性可以被磁头快速的改变，并且在改变之后可以稳定的保持，系统通过磁通量以及磁阻的变化来分辨二进制中的0或者1。也正是因为所有的操作均是在微观情况下进行，所以如果硬盘在高速运行的同时受到外力的震荡，将会有可能因为磁头拍击磁盘表面而造成不可挽回的数据损失。除此之外，磁颗粒的单轴异向性和体积会明显的磁颗粒的热稳定性，而热稳定性的高低则决定了磁颗粒状态的稳定性，也就是决定了所储存数据的正确性和稳定性。但是，磁颗粒的单轴异向性和体积也不能一味地提高，它们受限于磁头能提供的写入场以及介质信噪比的限制。扇区

磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。1.44MB3.5英寸的软盘，每个磁道分为18个扇区。

（3）柱面

硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的CHS的数目，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数磁头数扇区数512B。1

使用方法当硬盘在工作的时候，千万不要强行关掉电源。在硬盘工作的时候关掉电源，会导致硬盘的物理损坏，而且也会丢失数据。还有，在硬盘中有高速运转的部件，如果一旦强行关机的话高速运转的碟片就会突然停止，而在关机后又马上开机的话，就更有可能造成硬盘的损坏。所以笔者认为，在关机后不要马上再次打开电脑。至少在半分钟以后再打开。

在硬盘工作的时候要尽量避免它的震荡，因为，磁头与磁片的距离非常近，如果遭到剧烈的震荡会导致磁头敲打磁片，有可能磁头会划伤磁片，也可能会导致磁头的彻底损坏，使整个硬盘无法使用。

在使用硬盘的过程当中，经常会与很多用户会在“磁盘空间管理”当中进行压缩。把硬盘用此程序进行压缩。这样会导致压缩卷文件不断增大。所队也随之减慢，读写次数增多，就会引起硬盘的发热量和稳定性产生影响。所以就会导致使用寿命的减少。所以，如果硬盘够用的话就没有必要使用这个程序了。

正确维护硬盘是非常害怕灰尘的了。如果灰尘吸到了电路板上的话，就会导致硬盘工作不稳定，或者导致内部零件损坏。硬盘的功能工作状态与寿命和温度有很大的关系，温度过高或是过低都会导致晶体振荡器的时钟主频发生改变，会造成电路元件失灵，而如果温度过低时会导致，空气中水分凝结在元件上，导致短路的现象。

其次，我们要定期整理你的硬盘。这样会提高你的硬盘速度。如果，硬盘上的垃圾文件过多的话，速度会减慢，还有可能损坏磁道。但是，不要三天两头的清理，这样也会减少硬盘寿命的。

最后，就是防毒。病毒在硬盘的存储的文件是一个最大的威胁。所也我们发现病毒应该及时采取办法清除，尽量不要格式化硬盘。

以上就是一些使用和维护硬盘的小窍门，如果大家都能这样做的话，自己的硬盘就会更加持久的。

注意事项1、在工作时不能突然关机

硬盘当硬盘开始工作时，一般都处于高速旋转之中，如果我们中途突然关闭电源，可能会导致磁头与盘片猛烈磨擦而损坏硬盘，因此要避免突然关机。关机时一定要注意面板上的硬盘指示灯是否还在闪烁，只有在其指示灯停止闪烁、硬盘读写结束后方可关闭计算机的电源开关。

**2、**防止灰尘进入

灰尘对硬盘的损害是非常大的，这是因为在灰尘严重的环境下，硬盘很容易吸引空气中的灰尘颗粒，使其长期积累在硬盘的内部电路元器件上，会影响电子元器件的热量散发，使得电路元器件的温度上升，产生漏电或烧坏元件。

另外灰尘也可能吸收水分，腐蚀硬盘内部的电子线路，造成一些莫名其妙的问题，所以灰尘体积虽小，但对硬盘的危害不可低估。因此必须保持环境卫生，减少空气中的潮湿度和含尘量。切记：一般计算机用户不能自行拆开硬盘盖，否则空气中的灰尘进入硬盘内，在磁头进行读、写操作时划伤盘片或磁头。

3、要防止温度过高或过低

温度对硬盘的寿命也是有影响的。硬盘工作时会产生一定热量，使用中存在散热问题。温度以20～25℃为宜，过高或过低都会使晶体振荡器的时钟主频发生改变。温度还会造成硬盘电路元器件失灵，磁介质也会因热胀效应而造成记录错误。温度过低，空气中的水分会被凝结在集成电路元器件上，造成短路；湿度过高时，电子元器件表面可能会吸附一层水膜，氧化、腐蚀电子线路，以致接触不良，甚至短路，还会使磁介质的磁力发生变化，造成数据的读写错误；湿度过低，容易积累大量的因机器转动而产生的静电荷，从而烧坏CMOS电路，吸附灰尘而损坏磁头、划伤磁盘片。另外，尽量不要使硬盘靠近强磁场，如音箱、喇叭、电机、电台、手机等，以免硬盘所记录的数据因磁化而损坏。2

故障原因一 、硬盘散热风扇 考虑到散热效果，很多人都为自己电脑硬盘安装上了硬盘散热风扇，但是一些低档的风扇，它的震动相当明显，可以把震动传递到硬盘上，长期以后，定会对硬盘寿命产生影响。
二、光驱 目前主流的光驱读盘速度已经达到了50倍速以上，当光盘在光驱总高速旋转时，光驱本身发出的震动会带动机箱的共振，从而影响到硬盘的工作。而且这种高速转动发热量也是很多的，光驱离硬盘又是如此近，从光驱中释放的热量定会使得硬盘的温度上升。
三、灰尘 灰尘对硬盘的损害是显而易见的，在沉积在硬盘的电路板的灰尘会严重影响电路板上芯片的热量散发，使得电路板上的元器件温度上升，进而导致芯片过热而烧毁。另外灰尘如果吸收了水分，是很容易造成电路短路的。
四、静电 在对电脑进行维修过程中，很多人都是用手拿硬盘，但是在干燥的天气中，人的手上可能会积累上万伏的静电，手上的静电可能会击穿电路板上的芯片，导致硬盘出现故障。
五、低级格式化 如果电脑硬盘出现了坏道，很多网友都采取低级格式化的措施，其实低格对硬盘的损坏的很大的，它可能会造成磁盘坏道的扩散，甚至会导致硬盘参数丢失，造成硬盘无法使用。
六、电源 一个低质量的电脑，会使硬盘受到电压波动的干扰，特别是硬盘在进行读写操作时，如果电源出现问题，可以在一瞬间让一块硬盘报废。
七、磁场 因为硬盘是一种依靠磁介质来记录数据的设备，如果受到外界环境的磁场干扰，很可能导致磁盘数据的丢失，所以应该尽量远离磁场环境。3

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学