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数码科技:打开一块机械硬盘,看看他是如何读写数据的

这是一个7200转的硬盘,磁盘通过这颗高速电机来驱动,硬盘的磁头b是由上面和下面两片磁针构成。这个是用于读写数据的磁头,这个独特的设计让他在读写数据时并没有触碰到磁盘,而是还有15纳米的距离。今天我们就打开一块硬盘,看看他是如何读写数据的。
机械硬盘内部结构

这个硬盘盘片被划分出50多万个轨道,然后再将这些轨道分成多个扇区。每个扇区中都有一个引导码,记录该扇区数据的长度。旁边有一个地址码,它记录数据位于哪个磁道哪个扇区。
机械硬盘内部结构

这部分就是存储的数据,通常每个扇区可以存储4KB的数据。这个位置是纠错码用于验证数据是否正确的读写。扇区与扇区之间的这个位置,有一定的间隙,为了保证数据读写的连贯性。现在我们把磁头和磁盘放大,看看数据是如何被写入和读取的。将数据写入磁盘是通过磁头对磁盘的单元进行磁化,通过改变它的磁场方向来完成的。这个磁场单元的大小为90乘以100乘以125纳米。当里面原子的南北极都指向同一方向时,就相当于写入一位数据。
机械硬盘内部结构

这是因为磁头背面有一个线圈,电流通过线圈会产生强磁场,这股磁场通过磁头引导并聚焦到前端的一个小点,然后跳过15纳米的空隙进入磁盘。当聚焦磁场进入磁盘单元时,单元里面的电子被迫改变方向并南北对齐。这时候这个单元会变成一个永磁体,就算磁头移开,这一单元中的电子方向也会保持很多年并且他们会发出永久磁场。磁头就是通过感应这个磁场来读取数据的。通过翻转磁头线圈的电流方向,就能改变磁盘单元的磁场方向。
机械硬盘内部结构

我们可能会误认为二进制的数据是存储在这个方块单元里面,箭头向上就是二进制的1,向下指向为二进制的0,但事实并非如此。单元里的电子方向有向上的,也有向下的,磁场会在两个相反方向的单元之间形成实际上,相反方向比相同方向的磁场强的多,因此两个反方向单元之间形成的磁场被指定为1,而两个同方向单元之间的空白处被指定为0。所以磁头记录二进制的过程是这样的00,110010,或者像是这样的110,11110。这里的1表示有磁场0则表示没有。
机械硬盘内部结构

现在我们来看看这个磁头的结构,磁头中间是由磁性和非磁性材料的交替层组成,这种多层材料称为聚磁组也称为GM2。简单的说当磁场穿过这种材料时,它能根据磁场强度记录磁场的电阻值。当电阻值低时意味着这个位置有磁场记录为1,当电阻值高时,意味着这个位置没有磁场记录为0。这里还有一个疑问,就是连续数十个电组织不变的单元时,会不会导致字符的数量不明确。这个问题就是由每个膳区中的引导码,以及纠错码来解决,因为他们的作用就是记录数据长度以及验证数据是否读写正确。
机械硬盘内部结构

当磁头停止读写数据时,他会回到这块塑料块这里停靠磁头的驱动力,是由这个线圈和这两块磁铁构成。当电流流过音圈时,电磁场和磁铁会产生一个驱动力,从而使手臂在磁盘上移动。当通过音圈发送反向电流时,磁头臂沿相反方向移动,从而能够精确的控制磁头的位置,音圈和磁铁构成的是一个相当强大的电机,它能以每秒20次的速度,在盘片的不同轨道上来回移动,并以令人难以置信的速度进行极小幅度的调整,这就是机械硬盘的工作原理。

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