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现代硬盘驱动器

作者：香农青岛数据恢复中心 2007-05-03 09:43

现代硬盘驱动器
[俄]Vadim Morozov，Sergey Yatsenko 着
香农数据[青岛]  2005年 译

提要

简要的结构说明，现代硬盘驱动器的主要故障，HDD简单故障的修复方法，SMART，密码。本文面向数据恢复专家、计算机设备维修技术人员、网络管理员和经验丰富的用户。

驱动器结构

硬盘驱动器由机械部分——磁头－磁碟组件（HDA）和印刷电路板（PCB）两部分组成。HDA是硬盘驱动器中唯一的机械部件，它还包含有一片执行前置放大器/转接器功能的芯片。PCB由一些控制机械部件的芯片、对磁盘表面的数据进行编/解码的芯片和与外部接口交换数据的芯片组成。PCB位于HAD的外部，一般是在下方。某些硬盘驱动器，像着名的Seagate 酷鱼系列，它们有一块额外的金属板覆盖在电路板上面以保护电子部件免遭损坏。

机械部分

驱动器的整个结构是基于保护其灵敏的机械部件不受环境因素的影响而设计的。驱动器里面的空气是不能有灰尘的，因此机械部分的组件是在每立方米少于100个微尘粒子的工作间（也就是所谓的100级清洁空间）完成装配的。

HDA 盘体有一个填充有紧密的空气过滤材料的开口，用于平衡HDD内外的空气压力。不过如果驱动器落入水中，水就会沿着此开口进入驱动器内部。盘片的旋转引起的空气环流经常会撕碎不知如何进入的灰尘。

驱动器盘体包括由主轴马达驱动的磁碟，带有定位系统和放大信号的前置放大器/转接器的磁头。磁碟是一种铝制的圆盘（少量是陶瓷或特殊玻璃的），它拥有最高精度等级的光滑表面（除了停泊区），由于分子吸引力的缘故，如此光滑的表面会将磁盘和磁头粘合在一起。为了防止磁盘与磁头粘连在一起，生产商在磁头和磁盘接触的区域使用了特殊的激光防滑齿。由于使用了真空沉积工艺生成的氧化铬覆盖（磁性物质）或钴层，磁盘具有特殊的磁性质。氧化铬覆盖层具有更高的硬度和抗磨损性，而以前使用氧化铁做磁性物质然后在其上覆盖一层软涂层的磁盘非常容易损坏。磁盘由专门的3相电机驱动。磁盘的固定部分包括三个星形连接的线圈、位于中央的轴承、和由稀土金属制造的永久磁体。为了减少变形和获得很高的转速，生产商必须在主轴马达上使用特殊的轴承，如滚珠轴承或改良的液态轴承（使用专门的润滑油以增强马达耐久力）。液态轴承具有低噪音和热量少的特点。现代IDE驱动器的每分钟转速为5400RPM或7200RPM；现代SCSI驱动器的转速为10000RPM或15000RPM。

磁头也是一种非常精密的部件。磁头与芯片一样使用光刻技术生产。磁头的陶瓷表面与磁碟一样光滑。磁头的驱动臂是由铜线制成的平直的电磁线圈，悬浮在永久磁铁的磁极间。驱动臂一端固定在轴承的转动杆上，另一端连接到磁头支架。磁头支架是有弹性的，允许磁头以一定的高度飞行在磁碟表面；飞行的高度通常为几个十分之一微米。

推动磁头组运动的传动系统与扩音喇叭的线圈类似，叫做音圈。音圈的工作原理与普通电动式扬声器的工作原理相似（也就是说，在磁心上缠绕铜线）。位置调节线圈被永久磁体制成的定子围绕。当一定电压的电流流过使线圈产生极性，从而以一定加速度推动磁头转向一定位置；这样磁头就可以在音圈的作用下定位于磁碟表面的任意位置。磁头在驱动器断电时使用特殊的臂锁固定在停泊区。两种最常用的臂锁是磁性臂锁和气动臂锁。磁性臂锁利用固定在驱动器内部的一块小磁体，吸引音圈的铁磁物质，使磁头固定在停泊区。气动臂锁（或空气锁）也将磁头固定在停泊区防止移动；当磁碟开始旋转时产生的气流使气动臂锁解开从而解除固定状态。

在HDA内的电子部件只有从磁头接收信号的前置放大器/转接器。前置放大器/转接器位于靠近磁头的地方，以最大限度的减少外部干扰。前置放大器/转接器通过弹性电缆与磁头和驱动器的其他电子部件相连。音圈，有时主轴电缆也使用同一电缆相连。不过主轴通常是由单独的电缆供电。

HDA 通常使用两个接头与PCB连接。其中一个是为主轴马达供电的三相中心抽头电缆接头，另一个是与前置放大器/转接器及音圈电缆传递信号的电缆接头。