2014.12.12
硬碟基本原理
硬碟 (Hard Disk or Fix Disk)是高科技、高精密產業,集電子半導體、雷射光學、精密機械、高等物理化學等科技。目前PC很多週邊產品在許多國家均可製造,唯獨CPU和硬碟只有美、日商有能力製造,可見製造難度。硬碟因其產業結構龐大涉及尖端科技,所以美國原廠對硬碟技術管制嚴格,一般無法輕易取得關鍵技術。
硬碟是利用2進位磁性儲存原理是將資料用其控制電路透過硬碟讀寫頭(Read / Write Head ),去改變磁片上表面上極細微的磁蕊的正負極性 ( ﹢﹣)來加以儲存,所以這幾片磁片就相當重要。而磁片為儲存更多的資料,則須將磁蕊製作的愈細愈小(類似相機底片的感光顆粒),再Coating (濺鍍)到磁片表面上,密度相當高,而硬碟讀寫頭為了能在磁片表面高速來回移動讀取資料,則需漂浮在磁片表面不可接觸,但太高讀取訊號會太弱,無法達到高容量要求,所以需盡可能壓低,其飛行高度(Flying Height)約為 0.5 uin (可比喻成一架大型747客機其飛行高度須保持在1 Inch而不可墜毀)所以磁片表面上須相當光滑平整,任何異物、塵埃均會造成硬碟讀寫頭打傷磁面(限於髮徑的1 %以下)而造成硬碟資料永久性傷害。所以硬碟的裝配修復全程需在Class 100高潔淨度的Clean Room (無塵室)內進行,作資料救援也是同理。
硬碟零件大致分為,磁片(Media)、讀寫頭(Read Write Head)、馬達(Spindle Motor & Voice Coil Motor)、底座(Base)、電路板(PCBA)等幾大項組合而成。
Media 的基板是金屬或玻璃材質製成,為達到高密度高穩定的品質,基板要求表面光滑平整,不可有任何暇疵,將磁粉Coating 濺鍍到基板表面上,最後再塗上保護潤滑層。此處有2項高科技,一為如何製造出不含雜質極細微的磁粉;二為如何將磁粉均勻的Coating上去。
以3.5”Media計算,其內徑為25mm,需扣掉最外及最內圈不儲存Data的部分,實際只剩20mm。磁片是以2進位磁性儲存,塗佈極細磁粉,一磁粉只呈帶電or不帶電,“+” or “–”
一粒磁粉=1Bit
8Bit=1Byte
1Mb=1024 x 1024=1,048,576Byte
1GB=1,048,576 x 1,024=1,073,741,824Byte100GB=107,374,182,400Byte x 8Bit =858,993,459,200 Bit (磁粒)
(1個Bit記錄0或1,8Bit只可記錄一個字元如A、B或C…。事實上不是以Bit為單位,在此為求簡單易懂,故以Bit形容。)
可見其密度相當高,所以Media不可有任何污染,全程製造均需在Class 100高潔淨度的Clean Room內,這也是硬碟機要求需在Clean Room才能拆解的原因。Media出廠時,是完全空白無任何資料訊號存在,需交由各硬碟廠組裝時自行編碼(Servo Track Write)才可使用。
Head 是由上、下多片讀寫頭固定在同一組Arm上,來回移動時是整組Arm一起移動,一般讀寫原理是,例如﹕當10MB Data進來時,第1個Head先寫4096 Byte(視規格各異),第2 Head寫4096 Byte,依此類推,呈垂直讀寫,所以1 支檔案是被分成很多段存在各磁面上,讀取時也是同理,如此多磁頭同時讀寫可達到高速要求,但現在又有更先進的科技出現。Arm 因需高速來回移動,不可抖動,並精準移至原位址,各Head垂直度不可有分毫誤差 (限於頭髮的0.001 ﹪寬度) 所以 Head、Media均不可鬆動或偏角,否則會無法定軌。目前科技尚無法將誤差的Head或Media調整回原址,因需以3D立體來看X、Y點及各Head的垂直點外,還需顧及外徑與內徑的公差,這也是硬碟怕碰撞的原因,更不可能去更換Head。
Spindle Motor上裝有1至多片Media,以7,200或10,000 RPM 定速旋轉,為保持其Balance不可抖動,所以Bearing(分滾珠、液態)品質要求嚴謹,需能忍受24 H x 365 Days持續運轉而不磨損、不產生高溫噪音。
Head 是由上、下多片讀寫頭固定在同一組Arm上,來回移動時是整組Arm一起移動,一般讀寫原理是,例如﹕當10MB Data進來時,第1個Head先寫4096 Byte(視規格各異),第2 Head寫4096 Byte,依此類推,呈垂直讀寫,所以1 支檔案是被分成很多段存在各磁面上,讀取時也是同理,如此多磁頭同時讀寫可達到高速要求,但現在又有更先進的科技出現。Arm 因需高速來回移動,不可抖動,並精準移至原位址,各Head垂直度不可有分毫誤差 (限於頭髮的0.001 ﹪寬度) 所以 Head、Media均不可鬆動或偏角,否則會無法定軌。目前科技尚無法將誤差的Head或Media調整回原址,因需以3D立體來看X、Y點及各Head的垂直點外,還需顧及外徑與內徑的公差,這也是硬碟怕碰撞的原因,更不可能去更換Head。
Spindle Motor上裝有1至多片Media,以7,200或10,000 RPM 定速旋轉,為保持其Balance不可抖動,所以Bearing(分滾珠、液態)品質要求嚴謹,需能忍受24 H x 365 Days持續運轉而不磨損、不產生高溫噪音。
硬碟組裝時,是依序將Spindle Motor、Media、Voice Coil Motor、Head裝上固定後,先測試各Head在其所處Media的Fly Height值,是否合格(約為0.5 uin).
因為Head是利用氣流漂浮在Media上不接觸的原理,才可在各軌間高速來回移動,但太高讀取訊號太弱,太低會磨損到Media表面,所以 Media表面上須相當光滑平整,任何異物、塵埃均會使得Head打傷磁面而造成Data永久性傷害。似車子在高速時輪胎去撞到大石頭,後果嚴重。所以硬碟的裝配修復全程需在高潔淨度的無塵室內進行。此項安裝作業需用雷射儀器完成,無法使用人工。
各大元件裝畢後,此時Media因尚無任何Sector存在,硬碟還無法讀取,需經各廠依其規格用專用的Servo Track Writer,透過其Head在Media進行一圈一圈 Embedded Servo 的編碼動作。
100GB=107,374,182,400 Byte / 512Byte=209,715,200 Sector。
因太精細,Servo write 是以雷射控制,不得誤差。因Media是圓形,內徑較小所以所編出的Sector數量會比外徑少,這是所謂的Zone Bit Recording編碼法,這也是最困難的技術。
Embedded Servo 完成後,此時硬碟已可使用,接上電腦 Power On後,Head 已可正常定軌,BIOS 已可 Detect 其規格,出現 Sector 值。最後 BIOS 會將 Controller 交由作業系統,只需 Create New Partition 及 Format 就可正式儲存 Data。
以上基本原理介紹,讀者應可得知幾項問題需注意:
因為Head是利用氣流漂浮在Media上不接觸的原理,才可在各軌間高速來回移動,但太高讀取訊號太弱,太低會磨損到Media表面,所以 Media表面上須相當光滑平整,任何異物、塵埃均會使得Head打傷磁面而造成Data永久性傷害。似車子在高速時輪胎去撞到大石頭,後果嚴重。所以硬碟的裝配修復全程需在高潔淨度的無塵室內進行。此項安裝作業需用雷射儀器完成,無法使用人工。
各大元件裝畢後,此時Media因尚無任何Sector存在,硬碟還無法讀取,需經各廠依其規格用專用的Servo Track Writer,透過其Head在Media進行一圈一圈 Embedded Servo 的編碼動作。
100GB=107,374,182,400 Byte / 512Byte=209,715,200 Sector。
因太精細,Servo write 是以雷射控制,不得誤差。因Media是圓形,內徑較小所以所編出的Sector數量會比外徑少,這是所謂的Zone Bit Recording編碼法,這也是最困難的技術。
Embedded Servo 完成後,此時硬碟已可使用,接上電腦 Power On後,Head 已可正常定軌,BIOS 已可 Detect 其規格,出現 Sector 值。最後 BIOS 會將 Controller 交由作業系統,只需 Create New Partition 及 Format 就可正式儲存 Data。
以上基本原理介紹,讀者應可得知幾項問題需注意:
- Media不可污染,所以需在Class 100高潔淨度的Clean Room拆解。
- Head 、Media兩者唇齒相依,當初固定後,即用Servo Track Writer將各面Media作垂直性的Embedded Servo,就不容許再有誤差,只要稍有碰撞,Head就無法定軌,所以更不可能將Head或Media拆下或裝至另一同型硬碟。
- Media 是2進位磁性媒介,就像錄音帶磁粒只容許一種極性存在,因此只要 Head 有電流產生即可改變其原值,所以一台受損的硬碟只要稍有不慎,很容易再被寫入而破壞原 Data。
最新文章
-
2024.09.03
硬碟維修的真相,想救資料的你必看(2024年)
-
2024.05.17
救硬碟資料該注意哪些事?讓專家告訴你(2024年)
-
2024.06.20
電腦藍屏是什麼?看過這篇就理解(2024年)
相關文章分享
-
2022.04.21
因疫情居家上班,除了健康管理,也要管理好資料(2022年)
疫情問題蔓延,每日確診案例超過千例,居家上班變成了現今企業運作趨勢,當今天本來在公司內做的工作,開始移轉到了家裡時,有哪些工作上的地方該注意,又該留意哪些什麼事情?...
-
2023.04.11
硬碟摔到時,你必須注意、知道的5件事(2023年)
硬碟摔到的時候其實是不建議通電的,你知道嗎?但許多人多半不以為意,還是會直接接到電腦上繼續使用,感覺沒問題就認為應該「問題不大」,殊不知已對硬碟埋了隱憂,不曉得何時發作...我們將告訴您硬碟摔到時該注意的一些重要事項...
-
2024.08.30
硬碟故障了?7個常見原因及硬碟故障前兆(2024年)
硬碟故障狀況原因種類繁多,並非單一問題點,簡單的問題可以自己嘗試處理看看,如果問題嚴重,想要自行嘗試處理肯定是不可能的,我們希望你有能力對自己目前手中的硬碟問題點能有更進一步的瞭解,並知道哪些問題可以怎麼做,是否適合自己操作...