机械硬盘是由哪些元件组成的？硬盘外/内部结构解剖

市场上流通着各种各样的硬盘，有固态硬盘，有机械硬盘，还有闪存盘等这些计算机的基础硬件承载着操作系统的正常运转，本文就以机械硬盘为主，讲解机械硬盘从外部结构到内部结构的组成，阅读下文了解机械硬盘的结构组成。

总得来说，硬盘主要包括：盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份。所有的盘片都固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。而所有盘片之间是绝对平行得，在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小。所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向动作，而盘片以每分钟数千转的速度在高速旋转，这样磁头就能对盘片上的指定位置进行数据的读写操作。硬盘是精密设备，尘埃是其大敌，所以必须完全密封。

一、外部结构

在硬盘的正面都贴有硬盘的标签，标签上一般都标注着与硬盘相关的信息，例如产品型号、产地、出厂日期、产品序列号等。在硬盘的一端有电源接口插座、主从设置跳线器和数据线接口插座，而硬盘的背面则是控制电路板。总得来说，硬盘外部结构可以分成如下几个部份：

（一）接口

接口包括电源接口插座和数据接口插座两部份，其中电源插座就是与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。数据接口插座则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，使用时是用一根数据电缆将其与主板IDE接口或与其它控制适配器的接口相连接，经常听说的40针、80芯的接口电缆也就是指数据电缆，数据接口可以分成PATA接口、SATA接口、SCSI接口。

（二）控制电路板

大多数的控制电路板都采用贴片式焊接，它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。在电路板上还有一块ROM芯片，里面固化的程序可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等。在电路板上还安装有容量不等的高速数据缓存芯片。

1、主控制芯片

主控制芯片是整个电路板上引脚最多，体积最大的一块集成电路。它主要负责硬盘数据读写指令和数据传输等工作，主要包括地址选择、数据传输、中断请求等功能。常见的硬盘主控芯片有：WD70C22、WD80C24、88 I522、88I6522、Agere c8-c1、 UAB-M3059-T、SAB-M3054等。

2、读写控制芯片

读写控制芯片的引脚数要比主控芯片的引脚数少些，芯片体积也要更小些。它的主要作用是依据主控芯片发出的读写指令，控制硬盘主轴电机和读写磁头对盘片上的数据进行读取和写入操作。常见的读写控制芯片有：HA13627、SMOOTN L7250E、S6950H、IBM47P1870等。

3、缓存芯片

硬盘缓存芯片是一块内存颗粒，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外部接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外部传输速度不同，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传输速度的重要因素，合理的缓存容量能明显提高硬盘的整体性能。常见的缓存芯片有：现代、华邦、三星等。

4、BIOS芯片

硬盘与主板一样，也有自己的BIOS，它负责硬盘在启动、工作和停止时的工作参数，可以称为是硬盘的灵魂。它通常保存在一块FLASH ROM芯片中。由于是FLASH ROM，所以硬盘的Firmware是可以升级的，但考虑到风险较大，所以硬盘厂商并没有向普通用户开放这一功能。

5、SATA桥接芯片

对于非原生的SATA硬盘来说，通常采用了一颗负责将并行数据转换成串行数据的桥接芯片。由于多了一个转换过程，所以非原生SATA硬盘的性能要逊于原生的SATA硬盘。常见的桥接芯片有：88i8030、282368pb、 sil3611。

（三）固定面板

就是硬盘正面的面板，它与底板结合成一个密封的整体，保证了硬盘盘片和机构的稳定运行。在面板上最显眼的莫过于产品标签，上面印着产品型号、产品序列号、产品、生产日期等信息。除此，还有一个透气孔，它的作用就是使硬盘内部气压与大气气压保持一致。

二、内部结构

硬盘内部结构由磁头、盘片、主轴、电机及其它附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部份。

1、磁头组件

这个组件是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部份组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，它采用了非接触式头、盘结构，加后电在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间的间隙只有0.1～0.3um，这样可以获得很好的数据传输率。现在转速为7200RPM的硬盘飞高一般都低于0.3um，以利于读取较大的高信噪比信号，提供数据传输率的可靠性。

2、磁头驱动机构

盘硬的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。

3、磁盘片

盘片是硬盘存储数据的载体，现在硬盘盘片大多采用金属薄膜材料，这种金属薄膜较软盘的不连续颗粒载体具有更高的存储密度、高剩磁及高矫顽力等优点。另外，IBM还有一种被称为“玻璃盘片”的材料作为盘片基质，玻璃盘片比普通盘片在运行时具有更好的稳定性。从图中可以发现，硬盘盘片是完全平整的，简直可以当镜子使用。

4、主轴组件

主轴组件包括主轴部件如轴承和驱动电机等。随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机的速度也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电机技术，这样有利于降低硬盘工作噪音。

通过这次解剖硬盘，相信读者对硬盘的内部结构有了一定的认识与了解，看到了磁头长什么样，知道了磁盘片表面光滑如镜，懂得了硬盘是如何初始化及完成寻道工作的等。当然这次解剖工作只是浅层次的拆解，如果想更深层次地解剖及研究磁头、盘片、电机、主轴等，就需要更高的技术条件与设备。

以上便是关于机械硬盘的结构组成，硬盘的结构其实挺复杂的，对于研究这一块的用户可能比较有帮助。