硬盘工作原理高人指点：电子存储器（U盘，储存卡，硬盘等）的工作原理

电脑硬盘是由什么材料制造的,试利用学过的物理知识解释其工作原理

展开全部 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（oresistive 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 oresistive 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。

1.44MB3.5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。

移动硬盘的工作原理是什么？

移动硬盘是动态硬盘，也就是要电机驱动磁碟，然后磁头在磁碟上读取文件。

通过低压电路启动识别的动态磁盘。

高人指点：电子存储器（U盘，储存卡，硬盘等）的工作原理

U盘是芯片. 硬盘是盘片. u盘是半导体材料制作的，记录的加电的信号 硬盘是磁盘，就象磁带一样的东西，不过它有扇区，柱面，磁道，磁头== 一、U盘基本工作原理 U盘是采用Flash芯片存储的，Flash芯片属于电擦写电门。

在通电以后改变状态，不通电就固定状态。

所以断电以后资料能够保存。

Flash芯片的擦写次数在10万次以上，而且你要是没有用到后面的空间，后面的就不会通电 通用串行总线（UniversalserialBus）是一种快速灵活的接口， 当一个USB设备插入主机时，由于USB设备硬件本身的原因，它会使USB总线的数据信号线的电平发生变化，而主机会经常扫描USB总线。

当发现电平有变化时，它即知道有设备插入。

当USB设备刚插入主机时，USB设备它本身会初始化，并认为地址是0。

也就是没有分配地址，这有点象刚进校的大学生没有学号一样。

正如有一个陌生人闯入时我们会问“你是什么人”一样，当一个USB设备插入主机时，，它也会问：“你是什么设备”。

并接着会问，你使用什么通信协议等等。

当这一些信息都被主机知道后，主机与USB设备之间就可以根据它们之间的约定进行通信。

USB的这些信息是通过描述符实现的，USB描述符主要包括：设备描述符，配置描述符， 接口描述符，端点描述符等。

当一个U盘括入主机时，你立即会发现你的资源管理器里多了一个可移动磁盘，在Win2000下你还可以进一步从主机上知道它是爱国者或是朗科的。

这里就有两个问题，首先主机为什么知道插入的是移动磁盘，而不是键盘或打印机等等呢？另外在Win2000下为什么还知道是哪个公司生产的呢？其实这很简单，当USB设备插入主机时，主机首先就会要求对方把它的设备描述符传回来，这些设备描述符中就包含了设备类型及制造商信息。

又如传输所采用的协议是由接口描述符确定，而传输的方式则包含在端点描述符中。

USB设备分很多类:显示类,通信设备类,音频设备类,人机接口类,海量存储类.特定类的设备又可分为若干子类,每一个设备可以有一个或多个配置，配置用于定义设备的功能。

配置是接口的集合，接口是指设备中哪些硬件与USB交换信息。

每个与USB交换信息的硬件是一个端点。

因些，接口是端点的集合。

U盘应属于海量存储类。

USB海量存储设备又包括通用海量存储子类,CDROM,Tape等，U盘实际上属于海量存储类中通用海量存储子类。

通用海量存储设备实现上是基于块/扇区存储的设备。

USB组织定义了海量存储设备类的规范，这个类规范包括4个独立的子类规范。

主要是指USB总线上的传输方法与存储介质的操作命令。

海量存储设备只支持一个接口,即数据接口,此接口有三个端点Bulkinput,Bulkoutput,中断端点 这种设备的接口采用SCSI-2的直接存取设备协议,USB设备上的介质使用与SCSI-2以相同的逻辑块方式寻址 二、Bulk-Only传输协议 当一个U盘插入主机以后，主机会要求USB设备传回它们的描述符，当主机得到这些描述符后，即完成了设备的配置。

识别出USB设备是一个支持Bulk-Only传输协议的海量存储设备。

这时应可进行Bulk-Only传输方式。

在此方式下USB与设备之间的数据传输都是通过Bulk-In和Bulk-Out来实现的。

硬盘，英文名称是Harddisk，发明于1950年。

开始的时候，它的直径长达20英寸；并且只能容纳几MB（兆字节）的信息。

最初的时候它并不称为Harddisk，而是叫做“fixeddisk"或者"Winchester"（IBM产品流行的代码名称）；如果在某些文献里提到这些名词，我们知道它们是硬盘就可以了。

随后，为了把硬盘的名称与"floppydisk"（软盘）区分开来，它的名称就演变成了"harddisk"。

硬盘的内部有磁碟，作为保存信息的磁介质；而磁带和软盘里面则使用柔韧的塑料薄膜作为磁介质。

在简单的标准上，硬盘与盒式磁带并没有太大的区别。

所有的硬盘和盒式磁带都使用相同的磁性技术录制信息，这点将在“磁带录音机是怎么工作的有介绍”，但这已经不是属于IT硬件的范畴了。

硬盘和磁带录音机都从磁存储技术获得最大的效益--磁介质可以轻易地进行擦除和复写，并且信息将记录在磁道里，储存的信息可以永久保存。

想明白硬盘工作原理的最好途径是看清楚它的内部结构。

注意：打开硬盘会损坏硬件，因此朋友们不要自己尝试，当然你有一个损坏的硬盘就另当别论了。

硬盘使用了铝片把表面给密封了起来，而另外的一边则布满了控制用的电子元件。

电子控制器控制硬盘的读/写机制，还有转动盘片的马达。

电子元件还把硬盘磁区域的信息汇编成byte(读），并把bytes转化为磁区域（写）。

这些电子元件被装配在与硬盘盘片分开的小电路板上。

在电路板下面是连接盘片的马达，还有采用了高度过滤的通风孔，以便维持硬盘内部和外部的空气压力平衡。

移开了硬盘的顶盖之后，展现在大家眼前的是非常简单但却精密的内部结构。

盘片--当硬盘在工作的时候，它可以转动5,400或者72,00rpm(通常的情况下，当然最快也有10,000rpm,SCSI硬盘甚至达到了15,000rpm)。

这些盘片制造的时候有惊人的精确度，并且表面如镜子般光滑。

（你甚至还在盘片里看到了作者的肖像） 臂--位于左上角，是用来保持磁头的读/写控制机制，能够把磁头从盘片的中心移动到硬盘的边缘。

臂和它的移动机制相当的轻，并且速度飞快。

普通的硬盘每秒可以在盘片中心和边缘之间来会移动50次，如果用肉眼看的话，速度真的是非常惊人。

为了增加硬盘储存的信息量，很多硬盘都使用了多盘片的设计。

我们打开的硬盘有三个盘片和6个读/写的磁头。

硬盘里面保持臂的移动速度和精确度都达到了不可置信的地步，它使用了高速的线性马达。

很多硬盘使用了音圈（Voicecoil)的方法来移动臂部--与你的立体声系统中扬声器使用的技术类似。

数据的储存 数据储存在盘片表面的扇区(Sector)和磁道(track)里，磁道是一系列的同心圆，而扇区则是磁道组成的圆状表面，如下： 上图黄色部分展示的就是典型的磁道，而蓝色部分则是扇区。

扇区包括了固定数量的byte---例如，256或者512byte。

无论是在硬盘还是在操作系统水平，扇区都通常组成群集(cluster)。

硬盘的低级格式化过程在盘片上建立了扇区和磁道，每个扇区的开始和结束部分都被写到了盘片上，这个处理使硬盘准备开始以byte的形式保持数据。

高级格式化则写入文件储存的结构，例如把文件分配表写入到扇区，这个过程使硬盘准备保持文件。