笔记本硬盘技术详解

一、笔记本电脑硬盘的工作原理
　　硬盘是利用特定的磁粒子的极性记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，然后利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据；写的操作正好与此相反。另外，硬盘中还有一个存储缓冲区，是为协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设。由于硬盘的结构比软盘复杂，所以其格式化也比软盘复杂，分为低级格式化，硬盘分区，高级格式化及建立文件系统。
　　硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模块完成初始化，此时磁头置于盘片中心位置。初始化后主轴电机将启动并以高速旋转，装载磁头的小车机构移动将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待命令的启动状态。当接口电路接收到电脑系统传来的命令信号后通过前置放大控制电路驱动音圈电机发出磁信号。根据感应阻值变化的磁头正确定位盘片数据信息，并将接收后的数据信息解码通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成命令操作。结束硬盘操作的断电状态在反力矩弹簧的作用下将浮动磁头驻留到盘面中心。
　　二、笔记本硬盘结构
　　（一）笔记本硬盘的尺寸
　　由于受到笔记本电脑尺寸的限制，笔记本电脑硬盘也不能做的很大。17.5mm对于它已经是极限了。第一代产品面世之时，17mm的厚度几乎没有什么机型可以装配，还有过高的发热量和噪声等。在第二代产品中，硬盘厂商将这个厚度降到了12.5mm。 12.5mm可以使4200转硬盘顺利的装入普通笔记本电脑，但是对笔记本电脑不断向超轻薄方向发展的趋势，它却难有作为。
　　而在过去的两年中，笔记本硬盘12.5mm产品已经逐渐被9.5mm产品所替代。这样就为轻溥笔记本电脑的发展奠定了基础。但，这还只是厚度的改变，其外形并没有发生改变，它们仍然都是2.5英寸的硬盘。也就是说，它们的盘片大小都是一样的。
　　就在2.5英寸9.5mm的硬盘时正在大行其道时，1.8英寸的硬盘悄然走入人们了视野。2002年初，东芝推出了两款具有划时代意义的1.8英寸的内置硬盘产品：mk1003gal和mk2003gah。mk1003gal容量为10g，一个盘片，仅有5毫米厚。随后其它厂家也生产出了自己1.8英寸产品。可以说，目前1.8英寸笔记本硬盘技术已经成熟。它对超轻溥笔记本电脑的发展提供了必要的条件。
　　（二）记本电脑硬盘接口
　　硬盘接口一直是人们关心的技术，随着笔记本电脑其它配件(如cpu、内存、显示等子系统)性能的大步迈进，硬盘的接口传输率越来越体现出它在整个电脑系统的瓶颈效应，硬盘接口越来越受到人们的关注。
　　硬盘接口有电源接口与数据接口，其中电源插口与主机电源相连，为硬盘提供电力：数据接口则是硬盘数据和主板控制器之间传输交换的纽带，根据连接方式的差异，分为ide（integrated drive electronics）与eide接口 等。
　　现在的笔记本硬盘采用的都是ide(integrated drive electronics)接口技术，实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，我们常说的ide接口，也叫ata(advanced technology attachment)接口，现在pc机使用的硬盘大多数都是ide兼容的，而笔记本更是如此。。把盘体与控制器集成在一起的做法，减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得相对简单，厂商不需要再担心自己生产的硬盘控制器的兼容性，对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。随着技术的不断更新，ide接口不断推出各种新的技术指标ata-1---ata－4直到最新的serial ata接口 (即串行ata)，
　　ata-4(包含ultra ata、ultra dma、ultradma/33、ultradma/66四种技术标准)接口 这个新标准将pio-4下的最大数据传输率提高了一倍，达到33mb/s，或更高的66mb/s。它还在总线占用上引入了新的技术，使用pc的dma通道减少了cpu的处理负荷。要使用ultra-ata，需要一个空闲的pci扩展槽，其中的ultra ata/66（即ultra dma/66）是目前主流笔记本硬盘采用的接口类型，其支持最大外部数据传输率为66.7mb/s。
　　新的serial ata（即串行ata）是英特尔公司采用的接口类型，就如其名所示，它以连续串行的方式传送资料，在同一时间点内只会有1位数据传输，此做法能减小接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作（第1针发出、2针接收、3针供电、4针地线）。这样做法能降低电力消耗，减小发热量。最新的硬盘接口类型ata-100就是serial ata是初始规格，它支持的最大外部数据传输率达100mb/s。
　　三）笔记本电脑硬盘磁头
　　硬盘技术的更新换代，其中一个非常重要的技术就是磁头技术，磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合。它采用非接触式头和盘结构，加电后在高速旋转的磁盘表面飞行，飞高间隙只有0.1μm~0.3μm，可以获得极高的数据传输率。现在转速 5400r／min的硬盘飞高都低于0.3μm，以利于读取较大的高信噪比信号，提供数据传输存储的。现在的硬盘单碟容量一般都在10gb以上，最高的单碟容量已经达到了20gb，以后硬盘的单碟容量还将继续增大，对于单碟容量，它直接联系的技术就是磁头技术，磁头技术越先进，硬盘的单碟容量就可以做得越高。
　　由于笔记本硬盘密度太小，就连转轴中心附近也写进了数据，所以它就要在盘片的附近安装一个装置，用来放置磁头。所以笔记本硬盘在读盘的时候会产生"咯嗒、咯嗒"的声音，其实是它在"靠岸"。但这种设计也带来了一些好处，在硬盘不工作的时候，由于磁头远离盘片，所以磁头就不会出现由于震动而划伤盘片的现象。
　　最早的磁头是应用铁磁性物质，它在不论磁头的感应敏感程度或精密度上都不理想，因此早期的硬盘单碟容量均非常低。单碟低了，硬盘的总容量就受到非常大的限制，因为在一块硬盘内封装的盘片数是非常有限的（目前一般的硬盘封装盘片数为3-5片）。同时早期使用的磁头在体积上也小，它使得早期的硬盘体积上相对而言比较庞大，这给用户的使用带来了非常明显的不便。
　　1979年，发明了薄膜磁头，使进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度成为可能。接着在80年代末期，ibm公司对硬盘发展做出了一个非常重要的贡献，即研发了mr(magneto－resistive head),磁阻磁头技术。磁阻磁头是基于磁致电阻效应工作的，核心是一片金属材料，其电阻随磁场的变化而变化。磁阻元件连着一个十分敏感的放大器，可
　　以测出微小的电阻变化。所以，后来的mr技术可以提高记录密度来记录数据，增加单碟片容量即硬盘的最高容量，提高数据传输率。prml(partial response maximum likelihood)读取技术，它能使盘片存储更多的信息，即增加容量，同时可以有效地提高数据的读取和数据传输率。
　　90年代，ibm公司将mr磁头技术应用于3.5英寸和2.5英寸硬盘中，使得普通电脑用户使用的硬盘容量首次达到了1gb，从此我们使用的硬盘容量开始进入了gb数量级。现在用户使用的高达几十gb的容量，都是从那时的mr磁头技术开始的。而后 gmr（gaint magneto resistive，巨磁阻）磁头技术出现了。gmr是ibm公司在mr技术的基础上研发成功的新一代磁头技术，它是最新的磁头技术，现在生产的硬盘全都应用了gmr磁头技术。gmr巨磁阻磁头与mr磁头一样，是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但是gmr磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比mr磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，实现更高的存储密度，现有的mr磁头能够达到的盘片密度为每平方英寸3gb－5gb（千兆位每平方英寸），而gmr磁头每平方英寸可以达到10gb－40gb以上。目前gmr磁头已经处于成熟推广期，在今后的数年中，它将会逐步取代mr磁头，成为最流行的磁头技术。gmr比mr具有更高的信号变化灵敏度，从而使硬盘的单碟容量可以做得更高，目前最新的磁头技术为第四代gmr磁头技术。
　　此外，磁头的驱动机构由音圈电机和磁头驱动小车组成，新型大容量硬盘还具有高效的防震动机构。高精度 的轻型磁头驱动机构能够正确驱动和定位磁头，并在很短的时间内精确定位系统命令指定的磁道，保证数据读写的可靠性。
　　（四）笔记本电脑硬盘电机
　　在硬盘中，与磁头技术一样重要的另一项技术就是电机技术了，它直接影响着硬盘转速的大小。
　　fluid dynamic bearing (fdb)流体动态轴承电机是在1996年第一次推出，目前已经到了第三代技术，流体动态轴承电机使用的是黏膜液油轴承，以油膜代替滚珠。这样可以避免金属面的直接磨擦，将噪声及温度降至最低；同时油膜可有效吸收震动，使抗震能力得到提高；它更可减少磨损，提高寿命。这样，fdb有效地减少了震动，降低了噪音，增强对震动的抵抗能力，延长硬盘的使用寿命。目前最快的笔记本硬盘 7200rpm，而主流的转速为4200rpm。目前主轴转速较快的硬盘即希捷公司推出的cheetah x15（捷豹x15系列），它的主轴电机转速高达15,000rpm。现在主流的ide硬盘转速为7200rpm，而主流的scsi硬盘转速则为10,000rpm。可见，笔记本硬盘受其先天的影响速度不可能太快。电机技术发展了，直接带动的就是硬盘主轴转速的提高，而转速就决定着硬盘的寻道时间。当然，在提高硬盘主轴转速的同时，需要考虑的是硬盘的发热量及振动问题，还有就是硬盘的工作噪声问题。所以电机技术直接决定着硬盘的快慢、工作温度及工作噪声等。
　（五）笔记本电脑硬盘材料
　　1．盘片材料
　　一般而言，早期硬盘的盘片都是使用塑料材料作为盘片基质，然后再在塑料基质上涂上磁性材料就可构成硬盘的盘片。
　　采用铝材料作为硬盘盘片基质随后推出，目前市场上的ide硬盘几乎都是使用铝硬盘盘片基质。而采用玻璃材料作为盘片基质则是最新的硬盘盘片技术，玻璃材料能使硬盘具有平滑性及更高的坚固性，此外玻璃材料在硬盘高转速时具有更高的稳定性。ibm公司是采用玻璃材料作为硬盘盘片基质的先锋，富士通笔记本硬盘也有相应的玻璃材料产品
　　2．笔记本电脑硬盘外壳
　　笔记本硬盘外壳只是一层很薄的铁片，很用以弯曲变型，而台机硬盘采用很厚的金属材质制作而成，不容易变型。之所以采用很薄的材质制作硬盘，是为了让笔记本硬盘做的更轻而做的考虑，所在硬盘使用过着中不要用力按或者在表面放重物，这样会使磁头过于接近盘片而导致盘片划伤的。
　　（六）笔记本电脑硬盘其它组件
　　1．前置控制电路
　　前置放大电路控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等，由于磁头读取的信号微弱，因此将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高操作命令的准确性。
　　2．控制电路板
　　大多采用贴片式元件焊接，包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制及接口电路等。在电路板上还有一块高效的单片机rom芯片，其固化的软件可以完成硬盘的初始化，加电和启动主轴电机，初始寻道定位，以及故障检测等。在电路板上还安装有容量不等的高速缓存芯片。
　　3．固定盖板
　　即硬盘的面板，标注产品的型号、产地和设置数据等，和底板结合成为一个密封的整体，保证硬盘盘片和机构的稳定运行。固定盖板和盘体侧面还设有安装孔，以方便安装。
　　三、笔记本电脑硬盘的三个重要技术指标
　　1．硬盘转数
　　硬盘转数是衡量笔记本电脑硬盘性能即硬盘的读盘速度的重要参数，同时它对笔记本电脑的性能及速度也有重要影响。目前在硬盘转速上，桌面系统上是7200rpm已成主角，至少也得是5400rpm。而笔记本硬盘却没办法用高速电机，大部分转速还在5400rpm以下，这也是长期以来，笔记本硬盘只有4200转的原因。这主要是由于笔记本电脑硬盘面临的两大致命问题--散热与震动，在没有更彻底的解决方案之前，厂商们不得已牺牲了性能，降低了硬盘的转速。
　　当奔腾ii和奔腾iii已经出现之后，为了提升硬盘的速度，ibm试着向市场推出了第一款5400转的笔记本硬盘：travel star 25gs。这款产品单碟容量5gb，共有5张盘片10个磁头，缓存512kb，接口为ata33/66。
　　2001年上半年，第三代的ibm5400转硬盘travel star 48h面世。与前两代相比，除了单碟容量上升到12gb和接口采用ata100之外，它还采用了液态轴承（fdb）技术，这使得48h的高热与噪声得到了有效的控制。至此，5400转硬盘才算真正成熟。
　目前5400rpm还一直是大多数笔记本发烧友们追求的目标。不过硬盘生产厂商已经推出了7200转/秒的笔记本专用硬盘，已经接近了台式机硬盘的水准，而新技术的采用使它在抗震和节能方面都表现突出。
　　2．硬盘容量
　　硬盘容量即硬盘所能存储的最大数据量。虽然笔记本电脑硬盘的容量因为单位密度的提升而增加，不过和台式电脑已经达到200gb、250gb的大容量比起来，笔记本电脑硬盘的容量仍然落后许多。笔记本电脑的硬盘除了对磁盘有体积较小和数量较少的要求之外，包括功耗、耐用程度、抗震性及成本等考虑，都让笔记本电脑硬盘的容量比台式电脑硬盘要小很多。
　　在笔记本电脑的存储设备上，目前的主流产品的硬盘是在20g到40g之间，随着已经推出的80gb硬盘，笔记本电脑将开始配备更大的储存空间。
　　3．硬盘缓存
　　硬盘缓存的作用类似于cpu中的一、二级高速缓存，主要用来缓解速度差和实现数据预存取等作用，硬盘的数据缓存也随着硬盘的不断发展而不断增大，早期硬盘的数据缓存只有128kb甚至更小，而那时2mb的数据只能在高端的scsi硬盘上看到。在接口技术已经发展到一个相对成熟的阶段时，缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素。缓存是硬盘与外部总线交换数据的场所。硬盘的读数据的过程是将磁信号转化为电信号后，通过缓存一次次地填充与清空，再填充，再清空，一步步按照pci总线的周期送出，可见，缓存的作用是相当重要的。目前主流硬盘的缓存主要为2mb-8mb。其类型一般是edram或sdram，目前一般以sdram为主。
　　根据写入方式的不同，有写通式和回写式两种。写通式在读硬盘数据时，系统先检查请求指令，看看所要的数据是否在缓存中，如果在的话，就由缓存送出响应的数据，这个过程称为命中。这样系统就不必访问硬盘中的数据，由于sdram的速度比磁介质快很多，因此也就加快了数据传输的速度。回写式就是在写入硬盘数据时也在缓存中找，如果找到，就由缓存中数据写入盘中，现在的多数硬盘都是采用的回写式硬盘，这样就大大提高了性能。
　　四、笔记本电脑硬盘的日常维护
　　由于硬盘在笔记本电脑系统中有着非常重要的地位，因此对其进行日常维护是非常必要的，下面我们就介绍一下具体的维护方法。
　　1．正在读写硬盘时不要关掉电源
　　硬盘在读写时，其盘片处于高速旋转状态中，若此时强行关掉电源，将导致磁头与盘片猛烈磨擦，从而损坏硬盘。所以，在关机时，一定要注意面板上的硬盘指示灯，确保硬盘完成读写之后再关机。
　　2．保持使用环境的清洁卫生
　　工作环境中灰尘过多的话，灰尘就会被吸附到硬盘印制电路板的表面及主轴电机的内部。硬盘在较潮湿的环境中工作，会使绝缘电阻下降。这两个现象轻则引起电脑工作不稳定，重则使某些电子器件损坏，或某些对灰尘敏感的传感器不能正常工作。因此要保持工作环境的卫生，减少空气中的含尘量。此外，用户也不能自行拆开硬盘盖，否则空气中的灰尘进入盘内，磁头读／写操作时划伤盘片或磁头的可能性将大大增加，所以硬盘出现故障时决不允许在普通条件下拆开盘体外壳螺钉。
　　3．防止震动
　　硬盘是十分精密的设备，工作时磁头在盘片表面的浮动高度只有几微米。不工作时，磁头与盘片是接触的。硬盘在进行读写操作时，一旦发生较大的震动，就可能造成磁头与数据区相撞击，导致盘片数据区损坏或划盘，甚至丢失硬盘内的文件信息。因此在工作时或关机后，硬盘主轴电机尚未停机之前，严禁大幅度移动笔记本电脑，以免硬盘的磁头与盘片产生撞击，擦伤盘片表面的磁层。
　　4．防止环境潮湿及磁场的影响
　　在潮湿的季节使用笔记本电脑时，要注意使环境干燥或经常给系统加电，靠其自身发出的热量将机内水汽蒸发掉。另外，尽可能不要使硬盘靠近强磁场，如音箱、喇叭、电机、电台等，以免硬盘里所记录的数据因磁化而受到破坏。
　　5．防止电脑病毒对硬盘的破坏
　　电脑病毒对硬盘中存储的数据是一个很大的威胁，所以应利用版本较新的抗病毒软件对硬盘进行定期的病毒检测，发现病毒，应立即采取办法清除。尽量避免对硬盘进行格式化，因为硬盘格式化会丢失全部数据并减少硬盘的使用寿命。当从外来软盘拷贝信息到硬盘时，先要对软盘进行病毒检查，防止硬盘由此染上病毒，
　　6．合理的分区
　　硬盘分区的大小似乎与维护磁盘的关系不是很大，但分区的合理与否，其实是与日后的维护、升级操作系统和优化等密切相关的，绝对不可忽视。一开始设置好适当的分区大小，会免去很多不必要的麻烦，并能方便日后的管理。
　　7.整理磁盘碎片
　　对某些用户而言，磁盘碎片整理似乎是每天必做的事，但如果是将系统的虚拟内存放在一个独立的分区里的话，则windows系统所产生的win386．swp就会在连续的空白簇内产生，而且每次都是这样。因此，由虚拟内存产生的磁盘碎片并不存在，这就消除了磁盘碎片的一大产生源泉。而且，由于碎片对音频、视频文件播放的影响几乎可以忽略(播放速度和质量取决于内存缓冲区的设置和cpu的能力)，如果用户不是大量写入和删除文件的话，一般只有c盘因为浏览器会产生磁盘碎片(系统默认路径，如果更改了，应该整理缓冲临时文件所在的分区)，此时整理好c盘足可。其余的装歌曲mp3、视频和游戏的分区，一个月甚至两个月整理一次就行了。因为系统的速度是取决于装操作系统的分区的，只要c盘的windows系统文件保持了连续整齐，其他分区的数据结构对系统速度和稳定性影响很小。当然，如果用户在其他分区也存放了要经常编辑或删改的文件，也应该经常整理这些分区。
　　8．尽量不要使用硬盘压缩技术
　　以前，在硬盘空间较小时，我们总是想方设法地节省硬盘空间，常见的方法是通过doublespace、drvspace命令来压缩硬盘空间，但当压缩卷文件逐渐增大时，这种方法就有一个很明显的缺点，那就是硬盘读写数据的速度大大减慢了。随着硬盘技术的飞速发展，磁盘的容量也是节节攀高，所以现在很难出现硬盘空间经常不够用的情况了，我们也没有必要再使用硬盘压缩技术。
　　9．备份硬盘分区表
　　备份硬盘分区表和检查备份的完好性对于保护硬盘上的数据也是相当重要的，因为 windows操作系统坏了可以重装，而如果硬盘分区表坏了，系统就会认不出硬盘，问题也就严重多了。我们可以利用kv3000或ghost等工具将整个windows系统分区备份成一个文件，并将其单独存放，在因硬盘分区表出现问题而导致硬盘错误时，将其重新写入c盘即可。
　　再者，新安装的windows系统在经过2、3个月的使用后，无论如何进行优化，想保持原来的速度几乎是不可能的事，而如果我们备份了整个windows系统分区的话，定期将其写入c盘就可以了。总之，备份一个分区和整体windows状态比单独地备份几个注册表的核心文件能解决的问题多，操作也相对简单。
　　五、如何给笔记本电脑硬盘合理分区
　　如何对笔记本电脑的硬盘进行分区才能使系统更加稳定，达到比较好的运行速度，在出现故障时也能够迅速恢复，这是一个比较复杂的问题，也是一个仁者见仁、智者见智的问题。
　　1．分区格式简介
　　给硬盘设置分区，涉及到分区格式的一点小知识。在windows95刚推出及之前的pc操作系统里，主要是fat格式大行其道，windows nt也支持这种格式，但主要是采用ntfs格式。在windows950sr／2版本之后，fat32开始成为硬盘分区的主要格式，它的好处是可划分的簇更小，能更有效地利用磁盘空间储存管理多个小文件的数据类型，并支持大分区容量，而且现在除了windowsnt和太陈旧的windows95标准版以及dos7．0以下的系统外，能被微软公司推出的所有windows操作系统支持，通用性强。在windows 2000出现以后， ntfs格式也因为其安全性能良好、管理权限分配方便等特性，开始被大量pc用户使用。
　　就单机状态、一般用途而言，不建议初学者把分区划分为ntfs格式，因为这样系统出问题不能启动的时候，用dos系统盘引导是识别不出这种格式的分区的，用为windows nt或windows 2000特别制作的几张引导盘来启动系统，又慢又不方便。所以，下面要讨论的主要是fat32分区的划分方法。
　　2．分区规划
　　将硬盘分割成几个分区以及每一个分区占有多大容量，取决于用户自己的想法。有些人喜欢将整个硬盘规划为单一分区，有些人则认为分割成多个分区比较利于管理。例如，分割成两个分区，一个储存操作系统文件，另一个储存应用程序文件；或者一个储存操