电脑硬盘是由什么材料制造的,利用学过的物理知识解释其工作原理

硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。

硬盘有固态硬盘（SSD 盘，新式硬盘）、机械硬盘（HDD 传统硬盘）、混合硬盘（HHD 一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘）。SSD采用闪存颗粒来存储，HDD采用磁性碟片来存储，混合硬盘(HHD: Hybrid Hard Disk)是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。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。

磁头复位节能技术：通过在闲时对磁头的复位来节能。

多磁头技术：通过在同一碟片上增加多个磁头同时的读或写来为硬盘提速，或同时在多碟片同时利用磁头来读或写来为磁盘提速，多用于服务器和数据库中心。

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/MiB）、千兆字节（GB/GiB）或百万兆字节（TB/TiB)为单位，而常见的换算式为：1TB=1024GB,1GB=1024MB而1MB=1024KB。但硬盘厂商通常使用的是GB，也就是1G=1000MB，而Windows系统，就依旧以“GB”字样来表示“GiB”单位（1024换算的），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。

一般情况下硬盘容量越大，单位字节的价格就越便宜，但是超出主流容量的硬盘略微例外。

在我们买硬盘的时候说是500G的，但实际容量都比500G要小的。因为厂家是按1MB=1000KB来换算的，所以我们买新硬盘，比买时候实际用量要小点的。

物理结构

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，达到每平方英寸200MB，而使用传统的磁头只能达到每平方英寸20MB，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）也逐渐开始普及。

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144MB的35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。磁道的磁化方式一般由磁头迅速切换正负极改变磁道所代表的0和1。

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。144MB35英寸的软盘，每个磁道分为18个扇区。

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单面上的磁道数是相等的。无论是双盘面还是单盘面，由于每个盘面都只有自己独一无二的磁头，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。

叠瓦硬盘的工作原理是：采用了磁道重叠技术（类似瓦片堆叠），该技术可以有效提升硬盘TPI，从而达成提升硬盘有效容量的目的，这就是叠瓦式硬盘和传统硬盘的不同。

电脑硬盘是计算机最主要的存储设备。硬盘是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。

硬盘工作的时候是告诉旋转的，所以硬盘在工作的时候是不能去动 的，很容易造成硬盘损伤！

硬盘的盘面划分成一个一个的同心圆，称为磁道，多个盘片的相同位置的磁道形成了一个同心圆柱，这就是硬盘的柱面，在每个磁道上又划分出相同存储容量的扇区作为存储数据的最小单位。要让硬盘正常工作，硬盘必须有相应的初始化和管理程序，其中有部分写在盘片的特定区域，这就是我们常说的固件区，对于不同的硬盘，这个区域的物理位置是不同的，所记录的程序的数量和功能也有差别

现在的硬盘,无论是ide还是scsi,采用的都是"温彻思特“技术,都有以下特点：

1。磁头，盘片及运动机构密封。

2。固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑。

3。磁头沿盘片径向移动。

4。磁头对盘片接触式启停，但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。

盘片：硬盘盘片是将磁粉附着在铝合金（新材料也有用玻璃）圆盘片的表面上这些磁粉被划分成称为磁道的若干个同心圆，在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁，它们分别代表着0和1的状态。当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时，其排列的方向会随之改变。利用磁头的磁力控制指定的一些小磁铁方向，使每个小磁铁都可以用来储存信息。

盘体：硬盘的盘体由多个盘片组成，这些盘片重叠在一起放在一个密封的盒中，它们在主轴电机的带动下以很高的速度旋转，其每分钟转速达3600，4500，5400，7200甚至以上。

磁头：硬盘的磁头用来读取或者修改盘片上磁性物质的状态，一般说来，每一个磁面都会有一个磁头，从最上面开始，从0开始编号。磁头在停止工作时，与磁盘是接触的，但是在工作时呈飞行状态。磁头采取在盘片的着陆区接触式启停的方式，着陆区不存放任何数据，磁头在此区域启停，不存在损伤任何数据的问题。读取数据时，盘片高速旋转，由于对磁头运动采取了精巧的空气动力学设计，此时磁头处于离盘面数据区02---05微米高度的”飞行状态“。既不与盘面接触造成磨损，又能可靠的读取数据。

电机：硬盘内的电机都为无刷电机，在高速轴承支撑下机械磨损很小，可以长时间连续工作。高速旋转的盘体产生了明显的陀螺效应，所以工作中的硬盘不宜运动，否则将加重轴承的工作负荷。硬盘磁头的寻道饲服电机多采用音圈式旋转或者直线运动步进电机，在饲服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道，所以在硬盘工作时不要有冲击碰撞，搬动时要小心轻放。

一开机硬盘就处于旋转状态，主轴电机的旋转可以达到4500或者7200转每分钟，这和你是否使用下载工具没有关系，只要一通电，它们就在转它们的磨损也和软件无关。

再次，寻道电机控制下的磁头的运动，是左右来回移动的，而且幅度很小，从盘片的最内层（着陆区）启动，慢慢移动到最外层，再慢慢移动回来，一个磁道再到另一个磁道来寻找数据。不会有什么大规模跳跃的，所以它的磨损也是很少的。

那么，热量是怎么来的呢？

首先是主轴电机和寻道饲服电机的旋转，硬盘的温度主要是因为这个。

其次，高速旋转的盘体和空气之间的摩擦。这个也是主要因素。

硬盘的读操作，是盘片上磁场的变化影响到磁头的电阻值,这个过程中盘片不会发热，磁头倒是因为电流发生变化，所以会有一点热量产生。写操作呢？正好反过来，通过磁头的电流强度不断发生变化，影响到盘片上的磁场，这一过程因为用到电磁感应，所以磁头发热量较大。但是盘片本身是不会发热的，因为盘片上的永磁体是冷性的，不会因为磁场变化而发热。热量是可以辐射传导的，那么高热量对盘片上的永磁体会不会有伤害呢？其实伤害是很小的，永磁体消磁的温度，远远高于硬盘正常情况下产生的温度。当然，要是你的机箱散热不好，那可就怪不了别人了。

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