笔记本硬盘技术详解.doc

　　硬盘是利用特定的磁粒子的极性记录数据磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，然后利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据；写的操作正好与此相反另外，硬盘中还有一个存储缓冲区，是为协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设由于硬盘的结构比软盘复杂，所以其格式化也比软盘复杂，分为低级格式化，硬盘分区，高级格式化及建立文件系统 　　硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模块完成初始化，此时磁头置于盘片中心位置初始化后主轴电机将启动并以高速旋转，装载磁头的小车机构移动将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待命令的启动状态当接口电路接收到电脑系统传来的命令信号后通过前置放大控制电路驱动音圈电机发出磁信号根据感应阻值变化的磁头正确定位盘片数据信息，并将接收后的数据信息解码通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成命令操作结束硬盘操作的断电状态在反力矩弹簧的作用下将浮动磁头驻留到盘面中心 　　二、笔记本硬盘结构 　　（一）笔记本硬盘的尺寸 　　由于受到笔记本电脑尺寸的限制，笔记本电脑硬盘也不能做的很大17.5mm对于它已经是极限了第一代产品面世之时，17mm的厚度几乎没有什么机型可以装配，还有过高的发热量和噪声等。

在第二代产品中，硬盘厂商将这个厚度降到了12.5mm 12.5mm可以使4200转硬盘顺利的装入普通笔记本电脑，但是对笔记本电脑不断向超轻薄方向发展的趋势，它却难有作为 　　而在过去的两年中，笔记本硬盘12.5mm产品已经逐渐被9.5mm产品所替代这样就为轻溥笔记本电脑的发展奠定了基础但，这还只是厚度的改变，其外形并没有发生改变，它们仍然都是2.5英寸的硬盘也就是说，它们的盘片大小都是一样的 　　就在2.5英寸9.5mm的硬盘时正在大行其道时，1.8英寸的硬盘悄然走入人们了视野2002年初，东芝推出了两款具有划时代意义的1.8英寸的内置硬盘产品：MK1003GAL和MK2003GAHMK1003GAL容量为10G，一个盘片，仅有5毫米厚随后其它厂家也生产出了自己1.8英寸产品可以说，目前1.8英寸笔记本硬盘技术已经成熟它对超轻溥笔记本电脑的发展提供了必要的条件 　　（二）记本电脑硬盘接口 　　硬盘接口一直是人们关心的技术，随着笔记本电脑其它配件(如CPU、内存、显示等子系统)性能的大步迈进，硬盘的接口传输率越来越体现出它在整个电脑系统的瓶颈效应，硬盘接口越来越受到人们的关注 　　硬盘接口有电源接口与数据接口，其中电源插口与主机电源相连，为硬盘提供电力：数据接口则是硬盘数据和主板控制器之间传输交换的纽带，根据连接方式的差异，分为IDE（Integrated Drive Electronics）与EIDE接口 等。

　　现在的笔记本硬盘采用的都是IDE(Integrated Drive Electronics)接口技术，实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，我们常说的IDE接口，也叫ATA(Advanced Technology Attachment)接口，现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的，而笔记本更是如此把盘体与控制器集成在一起的做法，减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得相对简单，厂商不需要再担心自己生产的硬盘控制器的兼容性，对用户而言，硬盘安装起来也更为方便随着技术的不断更新，IDE接口不断推出各种新的技术指标ATA-1---ATA－4直到最新的Serial ATA接口 (即串行ATA)， 　　ATA-4(包含Ultra ATA、Ultra DMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66四种技术标准)接口 这个新标准将PIO-4下的最大数据传输率提高了一倍，达到33MB/s，或更高的66MB/s它还在总线占用上引入了新的技术，使用PC的DMA通道减少了CPU的处理负荷要使用Ultra-ATA，需要一个空闲的PCI扩展槽，其中的Ultra ATA/66（即Ultra DMA/66）是目前主流笔记本硬盘采用的接口类型，其支持最大外部数据传输率为66.7MB/s。

　　新的Serial ATA（即串行ATA）是英特尔公司采用的接口类型，就如其名所示，它以连续串行的方式传送资料，在同一时间点内只会有1位数据传输，此做法能减小接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作（第1针发出、2针接收、3针供电、4针地线）这样做法能降低电力消耗，减小发热量最新的硬盘接口类型ATA-100就是Serial ATA是初始规格，它支持的最大外部数据传输率达100MB/s 　　三）笔记本电脑硬盘磁头 　　硬盘技术的更新换代，其中一个非常重要的技术就是磁头技术，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非接触式头和盘结构，加电后在高速旋转的磁盘表面飞行，飞高间隙只有0.1μm~0.3μm，可以获得极高的数据传输率现在转速 5400r／min的硬盘飞高都低于0.3μm，以利于读取较大的高信噪比信号，提供数据传输存储的现在的硬盘单碟容量一般都在10GB以上，最高的单碟容量已经达到了20GB，以后硬盘的单碟容量还将继续增大，对于单碟容量，它直接联系的技术就是磁头技术，磁头技术越先进，硬盘的单碟容量就可以做得越高 　　由于笔记本硬盘密度太小，就连转轴中心附近也写进了数据，所以它就要在盘片的附近安装一个装置，用来放置磁头。

所以笔记本硬盘在读盘的时候会产生"咯嗒、咯嗒"的声音，其实是它在"靠岸"但这种设计也带来了一些好处，在硬盘不工作的时候，由于磁头远离盘片，所以磁头就不会出现由于震动而划伤盘片的现象最早的磁头是应用铁磁性物质，它在不论磁头的感应敏感程度或精密度上都不理想，因此早期的硬盘单碟容量均非常低单碟低了，硬盘的总容量就受到非常大的限制，因为在一块硬盘内封装的盘片数是非常有限的（目前一般的硬盘封装盘片数为3-5片）同时早期使用的磁头在体积上也小，它使得早期的硬盘体积上相对而言比较庞大，这给用户的使用带来了非常明显的不便 　　1979年，发明了薄膜磁头，使进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度成为可能接着在80年代末期，IBM公司对硬盘发展做出了一个非常重要的贡献，即研发了MR(Magneto－Resistive Head),磁阻磁头技术磁阻磁头是基于磁致电阻效应工作的，核心是一片金属材料，其电阻随磁场的变化而变化磁阻元件连着一个十分敏感的放大器，可 　　以测出微小的电阻变化所以，后来的MR技术可以提高记录密度来记录数据，增加单碟片容量即硬盘的最高容量，提高数据传输率PRML(Partial Response Maximum Likelihood)读取技术，它能使盘片存储更多的信息，即增加容量，同时可以有效地提高数据的读取和数据传输率。

　　90年代，IBM公司将MR磁头技术应用于3.5英寸和2.5英寸硬盘中，使得普通电脑用户使用的硬盘容量首次达到了1GB，从此我们使用的硬盘容量开始进入了GB数量级现在用户使用的高达几十GB的容量，都是从那时的MR磁头技术开始的而后 GMR（Gaint Magneto Resistive，巨磁阻）磁头技术出现了GMR是IBM公司在MR技术的基础上研发成功的新一代磁头技术，它是最新的磁头技术，现在生产的硬盘全都应用了GMR磁头技术GMR巨磁阻磁头与MR磁头一样，是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，实现更高的存储密度，现有的MR磁头能够达到的盘片密度为每平方英寸3Gb－5Gb（千兆位每平方英寸），而GMR磁头每平方英寸可以达到10Gb－40Gb以上目前GMR磁头已经处于成熟推广期，在今后的数年中，它将会逐步取代MR磁头，成为最流行的磁头技术GMR比MR具有更高的信号变化灵敏度，从而使硬盘的单碟容量可以做得更高，目前最新的磁头技术为第四代GMR磁头技术 　　此外，磁头的驱动机构由音圈电机和磁头驱动小车组成，新型大容量硬盘还具有高效的防震动机构。

高精度 的轻型磁头驱动机构能够正确驱动和定位磁头，并在很短的时间内精确定位系统命令指定的磁道，保证数据读写的可靠性 　　（四）笔记本电脑硬盘电机 　　在硬盘中，与磁头技术一样重要的另一项技术就是电机技术了，它直接影响着硬盘转速的大小 　　Fluid Dynamic Bearing (FDB)流体动态轴承电机是在1996年第一次推出，目前已经到了第三代技术，流体动态轴承电机使用的是黏膜液油轴承，以油膜代替滚珠这样可以避免金属面的直接磨擦，将噪声及温度降至最低；同时油膜可有效吸收震动，使抗震能力得到提高；它更可减少磨损，提高寿命这样，FDB有效地减少了震动，降低了噪音，增强对震动的抵抗能力，延长硬盘的使用寿命目前最快的笔记本硬盘 7200rpm，而主流的转速为4200rpm目前主轴转速较快的硬盘即希捷公司推出的Cheetah X15（捷豹X15系列），它的主轴电机转速高达15,000rpm现在主流的IDE硬盘转速为7200rpm，而主流的SCSI硬盘转速则为10,000rpm可见，笔记本硬盘受其先天的影响速度不可能太快电机技术发展了，直接带动的就是硬盘主轴转速的提高，而转速就决定着硬盘的寻道时间。

当然，在提高硬盘主轴转速的同时，需要考虑的是硬盘的发热量及振动问题，还有就是硬盘的工作噪声问题所以电机技术直接决定着硬盘的快慢、工作温度及工作噪声等五）笔记本电脑硬盘材料 　　1．盘片材料 　　一般而言，早期硬盘的盘片都是使用塑料材料作为盘片基质，然后再在塑料基质上涂上磁性材料就可构成硬盘的盘片 　　采用铝材料作为硬盘盘片基质随后推出，目前市场上的IDE硬盘几乎都是使用铝硬盘盘片基质而采用玻璃材料作为盘片基质则是最新的硬盘盘片技术，玻璃材料能使硬盘具有平滑性及更高的坚固性，此外玻璃材料在硬盘高转速时具有更高的稳定性IBM公司是采用玻璃材料作为硬盘盘片基质的先锋，富士通笔记本硬盘也有相应的玻璃材料产品 　　2．笔记本电脑硬盘外壳 　　笔记本硬盘外壳只是一层很薄的铁片，很用以弯曲变型，而台机硬盘采用很厚的金属材质制作而成，不容易变型之所以采用很薄的材质制作硬盘，是为了让笔记本硬盘做的更轻而做的考虑，所在硬盘使用过着中不要用力按或者在表面放重物，这样会使磁头过于接近盘片而导致盘片划伤的 　　（六）笔记本电脑硬盘其它组件 　　1．前置控制电路 　　前置放大电路控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等，由于磁头读取的信号微弱，因此将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高操作命令的准确性。

　　2．控制电路板 　　大多采用贴片式元件焊接，包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制及接口电路等在电路板上还有一块高效的单片机ROM芯片，其固化的软件可以完成硬盘的初始化，加电和启动主轴电机，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缓存芯片 　　3．固定盖板 　　即硬盘的面板，标注产品的型号、产地和设置数据等，和底板结合成为一个密封的整体，保证硬盘盘片和机构的稳定运行固定盖板和盘体侧面还设有安装孔，以方便安装 　　三、笔记本电脑硬盘的三个重要技术指标 　　1．硬盘转数 　　硬盘转数是衡量笔记本电脑硬盘性能即硬盘的读盘速度的重要参数，同时它对笔记本电脑的性能及速度也有重要影响目前在硬盘转速上，桌面系统上是7200RP。