硬盘电路板结构

硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件等组成，如图 1-1所示。

盘体是一个密封的腔体。

硬盘的内部结构通常是指盘体的内部结构；控制电路板上主要有硬盘BIOS、硬盘缓存（即CACHE）和主控制芯片等单元，如图1-2所示；硬盘接口包括电源插座、数据接口和主、从跳线，如图1-3所示。

图1-1 硬盘的外观图1-2 控制电路板图1-3 硬盘接口电源插座连接电源，为硬盘工作提供电力保证。

数据接口是硬盘与主板、内存之间进行数据交换的通道，使用一根 40针40线（早期）或40针80线（当前）的IDE接口电缆进行连接。

新增加的40线是信号屏蔽线，用于屏蔽高速高频数据传输过程中的串扰。

中间的主、从盘跳线插座，用以设置主、从硬盘，即设置硬盘驱动器的访问顺序。

其设置方法一般标注在盘体外的标签上，也有一些标注在接口处，早期的硬盘还可能印在电路板上。

此外，在硬盘表面有一个透气孔（见图 1-1），它的作用是使硬盘内部气压与外部大气压保持一致。

由于盘体是密封的，所以，这个透气孔不直接和内部相通，而是经由一个高效过滤器和盘体相通，用以保证盘体内部的洁净无尘，使用中注意不要将它盖住。

1.2 硬盘的内部结构硬盘的内部结构通常专指盘体的内部结构。

盘体是一个密封的腔体，里面密封着磁头、盘片（磁片、碟片）等部件，如图 1-4所示。

图1-4 硬盘内部结构硬盘的盘片是硬质磁性合金盘片，片厚一般在 0.5mm左右，直径主要有1.8in （1in=25.4mm）、2.5in、3.5in和5.25in 4种，其中2.5in和3.5in盘片应用最广。

盘片的转速与盘片大小有关，考虑到惯性及盘片的稳定性，盘片越大转速越低。

一般来讲，2.5in硬盘的转速在5 400 r/min～7 200 r/ min之间；3.5in 硬盘的转速在4 500 r/min～5 400 r/min之间；而5.25in硬盘转速则在3 600 r/min～4 500 r/min之间。

硬盘几种结构硬盘是电脑中存贮数据的重要部件，可是由于它长期被封闭在机箱内部，属于那种“幕后英雄”，所以大部分用户可能对其了解不是很透彻。

没有关系，在这里，我们将一起去冒险，对它作一个全面的了解吧。

由于SCSI硬盘平时我们接触较少，因此我们目前所提到的硬盘一般指的是IDE接口的硬盘。

这种硬盘多属于温盘(Winchester)，由头盘组件(HDA，Head Disk Assembly)与印刷电路板组件(PCBA，Print Circuit Board Assembly)组成。

平时我们了解硬盘，多是从产品外观、产品特征及磁盘性能等方面去认识，那么硬盘的内部到底是什么样呢？相信许多用户都不太清楚，毕竟谁都不会去冒冒失失地将硬盘拆开来，所以了解硬盘内部结构的机会实在太少了。

那么就随着我一起来看看吧。

1、硬盘外部结构(1)接口：接口包括电源接口插座和数据接口插座两部分，其中电源插座就是与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。

数据接口插座则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，使用时是用一根数据线将其与主板IDE接口或与其他控制适配器的接口相连接，经常听说的40针、80芯的接口电缆也就是指数据线，数据接口可以分成IDE 接口和SCSI接口两大派系(见图1)。

图1 SCSI接口(2)控制电路板：大多数的控制电路板都采用贴片式焊接，它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、高速缓存、控制与接口电路等。

在电路板上还有一块ROM芯片，里面固化的程序可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、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数据缓存芯片。

读写电路的作用就是控制磁头进行读写操作。

磁头驱动电路直接控制寻道电机，使磁头定位。

主轴调速电路是控制主轴电机带动盘体以恒定速率转动的电路。

缓存(Cache)对磁盘性能所带来的作用是毋庸置疑的，在读取零碎文件数据时，大缓存能带来非常大的优势。

硬盘拆解图解1TB Seagate ST31000333AS这块绿色电路版，由SATA接头、电源接头组成的板子称为印刷回路板，简称PCB。

PCB内含电路零组件。

而黑色铝质外壳内部组件称为磁头和硬盘组件，通称为HDA。

而铝质外壳则称为硬盘基底。

现在拆卸PCB电路板并翻到反面，检视反面的电子零组件。

MCU控制器硬盘PCB上最大控制器为MCU （Micro Controller Unit），MCU主要功能：1、计算读写通道A/D，D/A2、掌控全盘硬盘运作状况。

3、MCU 另担当的Protocol 与控制器间的转换。

DDR DRAMDDR DRAM 32MB ，实际上32MB Cache 部份会被硬盘挪用放入硬盘运作程序。

前言已叙述，硬盘如同一个embedded system 。

需要加载OS运作。

VCM控制器下一个芯片是V oice Coil Motor controller，通称VCM控制器。

这是PCB板上最耗电的芯片，VCM控制器控制电机马达的转动及磁头移动及定位，VCM控制器可在高达工作温度Flash芯片Flash芯片储存部分的硬盘韧体与模块在盘片上位置DATA ，当你通电启动硬盘时，MCU芯片会读取Flash芯片内的数据到内存内并且开始编码。

如果缺少了这样的步骤，硬盘无法运转。

有时候，某些厂牌的硬盘PCB板上并没有Flash芯片，这表示原本Flash 芯片内的数据已存在MCU芯片内了。

震动传感器震动传感器可以感应硬盘多余的震动并且传送讯号给VCM控制器，VCM控制器接受讯号以后马上停止并复位磁头，在某些情况下，甚至会停止盘片转动，这个理论上会保护硬盘免于受损，但是实际上并无法达成保护的目的，所以请好好保护硬盘，别摔落、碰撞!在某些硬盘中，震动传感器可以感测轻微振动，而VCM控制器可以藉由震动传感器传送的讯号调整磁头的运动，这样的硬盘通常都会配有两组以上的震动传感器。

二级体另外一个保护的零组件是瞬态电压抑制二极管（Transient Voltage Suppression diode）或简称为TVS二极管。

硬盘的内部结构图解平时大家在论坛上对硬盘的认识和选购，大都是通过产品的外型、性能指标特征和网站公布的性能评测报告等方面去了解，但是硬盘的内部结构究竟是怎么样的呢，所谓的磁头、盘片、主轴电机又是长什么样子呢，硬盘的读写原理是什么，估计就不是那么多人清楚了。

所以我就以一块二手西数硬盘WD200BB为例向大家讲解一下硬盘的内部结构，让硬件初学者们能够对硬盘有一个更深的认识。

在动手之前，先了解一些硬盘的结构理论知识。

总得来说，硬盘主要包括：盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份。

所有的盘片都固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。

而所有盘片之间是绝对平行的，在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小。

所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。

磁头可沿盘片的半径方向动作，而盘片以每分钟数千转到上万转的速度在高速旋转，这样磁头就能对盘片上的指定位置进行数据的读写操作。

由于硬盘是精密设备，尘埃是其大敌，所以必须完全密封。

现在先贴上今日的主角西数WD200BB硬盘的“玉照”，它是容量为20G的7200转的普通3.5寸IDE硬盘，属于比较常见的产品，也是用户最经常接触的。

除此之外，硬盘还有许多种类，例如老式的普通IDE硬盘是5.25英寸，高度有半高型和全高型，还有体积小巧玲珑的笔记本电脑，块头巨大的高端SCSI硬盘及非常特殊的微型硬盘。

在硬盘的正面都贴有硬盘的标签，标签上一般都标注着与硬盘相关的信息，例如产品型号、产地、出厂日期、产品序列号等，上图所示的就是WD200BB的产品标签。

在硬盘的一端有电源接口插座、主从设置跳线器和数据线接口插座，而硬盘的背面则是控制电路板。

从下图中可以清楚地看出各部件的位置。

总得来说，硬盘外部结构可以分成如下几个部份：一、硬盘接口、控制电路板及固定面板：(1)、接口。

接口包括电源接口插座和数据接口插座两部份，其中电源插座就是与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。

图1-1 硬盘的外观图1-2 控制电路板图1-3 硬盘接口电源插座连接电源，为硬盘工作提供电力保证。

数据接口是硬盘与主板、内存之间进行数据交换的通道，使用一根40针40线（早期）或40针80线（当前）的IDE 接口电缆进行连接。

新增加的40线是信号屏蔽线，用于屏蔽高速高频数据传输过程中的串扰。

中间的主、从盘跳线插座，用以设置主、从硬盘，即设置硬盘驱动器的访问顺序。

其设置方法一般标注在盘体外的标签上，也有一些标注在接口处，早期的硬盘还可能印在电路板上。

此外，在硬盘表面有一个透气孔（见图1-1），它的作用是使硬盘内部气压与外部大气压保持一致。

由于盘体是密封的，所以，这个透气孔不直接和内部相通，而是经由一个高效过滤器和盘体相通，用以保证盘体内部的洁净无尘，使用中注意不要将它盖住。

1.2 硬盘的内部结构硬盘的内部结构通常专指盘体的内部结构。

盘体是一个密封的腔体，里面密封着磁头、盘片（磁片、碟片）等部件，如图1-4所示。

图1-4 硬盘内部结构硬盘的盘片是硬质磁性合金盘片，片厚一般在0.5mm左右，直径主要有1.8in（1in=25.4mm）、2.5in、3.5in和5.25in 4种，其中2.5in和3.5in盘片应用最广。

盘片的转速与盘片大小有关，考虑到惯性及盘片的稳定性，盘片越大转速越低。

一般来讲，2.5in硬盘的转速在5 400 r/min～7 200 r/ min之间；3.5in硬盘的转速在4 500 r/min～5 400 r/min之间；而5.25in硬盘转速则在3 600 r/min～4 500 r/min之间。

随着技术的进步，现在2.5in硬盘的转速最高已达15 000 r/min，3.5in硬盘的转速最高已达12 000 r/min。

有的硬盘只装一张盘片，有的硬盘则有多张盘片。

这些盘片安装在主轴电机的转轴上，在主轴电机的带动下高速旋转。

每张盘片的容量称为单碟容量，而硬盘的容量就是所有盘片容量的总和。

这里给出一个完整详细的硬盘电路示意框图它由14 个小的部分组成:1.Buffer Memory,缓冲区存储器2.Interface Controller,接口控制器3.Micro-Controller,微控制器通常缩写为MCU U 是unit 的开头字母4.PRML Partial-Response Maximum-Likelihood ReadChannel, 部分回应最大相似读取通道5.Timing ASIC Application Specific Integrated Circuit , 定时专用集成电路6.Servo Demodulator, 伺服解调器7.Digital Signal Processor(DSP),数字信号处理器8.Preamp,预放大器9.Positioning Driver,定位驱动器10.VCM(V oice Coil Motor),音圈电动机11.Magnetic Media Disk,磁介质盘片12.Spindle Motor,主轴电机13.Spindle Driver 主轴驱动器14.Read/Write Head,读/写磁头实际电路不会有这么多一片一片的独立芯片,硬盘生产厂家在设计电路时,都是选取高度集成的IC芯片.既减小了体积又提高了可靠性.当然这也正是芯片厂商努力的目标。

大家可以看到上面的示意图中Spindle Driver 与Positioning Driver 这两部分被用虚线圈了起来并且标注了Servo/MSC Controller Combination 字样,其中MSC 是Motor Speed Control 的缩写，整个的意思是伺服/电机速度控制控制器组合。

我们现在能看到的硬盘电路板就有这么一块合并芯片，当然这片IC 内部还不止包括上述的两部分，还有个very very 重要的部分电源。

比如昆腾CX LCT 系列用的AN8428/TDA5247 ；老型西数用的L6256 ；西捷U8 U10 用的23400278 002 等都是这样。

硬盘正面硬盘正面的面板我们称之为固定面板，它与底板结合成一个密封的整体。

由于硬盘内部完全密封，并不是有人说的“真空”，只是内部无尘而已，所以为了保证硬盘内部组件的稳定运行，固定面板上有一个带有过滤器的小小透气孔，该气孔主要使硬盘内部气压与大气气压保持一致，这是让磁盘盘片和磁头在硬盘内部稳定工作的关键因素。

硬盘接口硬盘的外部接口包括电源线接口和数据线接口两部分，其中电源线接口与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。

数据线接口则是硬盘与主板之间进行数据传输交换的通道，常见的数据线接口有ATA接口、SCSI接口、SATA接口三类。

硬盘的背面硬盘的背面主要有控制电路板、接口及其它附件。

硬盘的控制电路板几乎都是采用贴片式焊接，它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。

电路板上主要的芯片包括主控制芯片、数据传输芯片、高速数据缓存芯片等。

探索硬盘内部固定面板下的硬盘这块硬盘用了10多颗特殊的六角型螺丝来固定，要花点大力气才能将固定面板揭开。

面板揭开后，硬盘的内部结构终于可以一览无余了，可以看见内部主要有磁盘盘片、磁头组件这两部分。

硬盘盘片硬盘内部最吸引眼球的当然是银晃晃的磁盘盘片了，有人戏称这是世界上最昂贵的镜子。

盘片是硬盘存储数据的载体，现在硬盘盘片表面大多采用金属薄膜材料，它具有高的存储密度高、存储容量大、存储成本低等优点。

除此之外，还有一种玻璃材质的磁盘盘片。

将硬盘的固定面板取下后，就可以挪动最上面的一张盘片了，可以发现这块硬盘采用的是双盘，在两个盘片中间，有一个垫圈，取下后可以拿出另外一张盘片。

磁头组件磁头组件是硬盘中最精密的部件之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。

其中磁头是硬盘中最重要的部分，一块硬盘中的每张盘片都配有一个读写磁头，而这些磁头又连接在同一个传动机构上。

磁头加电后在高速旋转的磁盘表面上0.1～0.3μm的地方移动，磁盘的数据。

磁头驱动机构读写磁盘磁道的过程是靠移动磁头来完成的，而移动磁头则需要磁头驱动机构来实现。

硬盘的结构都有哪些组成硬盘基本上由控制电路板和盘体两大部分组成。

1. 控制电路板控制电路板是由接口、DSP处理器、ROM、缓存、磁头驱动电路和盘片电机驱动电路等组成的：接口包括电源接口和数据接口及硬盘内部的盘片电机接口、磁头接口——电源接口提供硬盘工作所需要的电流。

数据接口提供与计算机交换数据的通道。

盘片电机接口提供盘片电机转动所需的电流。

磁头接口用于提供电路板到磁头和音圈电机的信号连接。

DSP处理器用于控制信号和数据的转换、编码等操作。

ROM中存储了硬盘初始化操作的部分程序，有的ROM为独立的芯片(可能是EPROM、Flash等)，有的集成到了DSP中。

缓存用于暂存盘体和接口交换的数据，以解决接口速度和硬盘内部读写速度的差别。

缓存的大小对硬盘的数据传输速率有一定的影响，随着硬盘的不断发展，缓存的容量也在不断增大。

磁头驱动电路负责驱动磁头准确定位和对磁头信号进行整形放大等。

电机驱动电路负责精确控制盘片的转速。

2. 盘体盘体由盘腔、上盖、盘片电机、盘片、磁头、音圈电机和其他的辅助组件组成。

为保证硬盘正常工作，盘体内的洁净度很高。

为防止灰尘进入，盘体处于相对密封的状态。

由于硬盘工作的过程中发热，为了保证盘腔的空气压力与外界平衡，在盘体上有呼吸孔，呼吸孔的内侧安装有一个小的空气过滤器，硬盘的设计不同，呼吸孔的位置和结构也有所差别。

同时由于盘体在装配完成后，要写入伺服信息，所以盘体上有伺服信息的写入口，在工厂无尘车间里将专用的写入设备从这个孔伸入盘体内写入伺服信息，写入完成后，会用铝箔将其封闭。

(1) 盘腔盘腔一般由铝合金铸造后机加工而成，盘体的其他组件都直接或间接安装在盘腔上面，盘腔上还有将硬盘安装到其他设备上的螺丝孔。

(2) 上盖上盖一般由铝合金或软磁金属材料加工而成，有的是单层的，有的是由多层材料粘合而成。

它的主要作用是与盘腔一起构成一个相对密封的整体，基本上都是用螺钉与盘腔连接，为了保证密封，上盖与盘腔的结合面一般都有密封垫圈。

计算机组装硬盘的结构在本节中，我们将从外部和内部两方面对硬盘的组成结构进行展示，并对各个部件的功能进行简单介绍。

1．硬盘的外部结构从外观上来看，硬盘是一个密封式的金属盒，由电源接口、数据接口、控制电路和固定基板等部件所组成，如图3-1所示。

电源接口控制电路数据接口图3-1 硬盘的外部结构电源接口与数据接口电源接口与主机电源相连，为硬盘的正常运转提供持续的电力供应；数据接口则是硬盘与主板之间进行数据交换的纽带，通过专用的数据线与主板上的相应接口进行连接。

早期的硬盘主要采用PATA接口（并行接口）与主板进行连接，该接口便是我们通常所说的IDE接口。

IDE（Integrated Drive Electronics，即“电子集成驱动器”）的本意是指“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器，特点是减少了硬盘接口的电缆数量与长度，并增强了数据传输的可靠性，生产和使用也变得更加容易，如图3-2所示即为采用了PATA 接口的IDE硬盘。

总体来说，PATA硬盘拥有价格低廉、兼容性好等优点，但随着Serial ATA硬盘的兴起，此类硬盘已经逐渐退出了硬盘市场。

PA TA接口电源接口图3-2 IDE硬盘提示在PATA 接口的发展过程中，陆续出现了Ultra ATA33、Ultra ATA66、UltraATA100、Ultra ATA133等多个类型的版本，其传输速率分别能够达到33MB/s 、66MB/s 、100MB/s 和133MB/s 。

如今，硬盘都采用SATA （Serial Advanced Technology Attachment ，串行ATA ）接口与主板连接，其为SATA-1和SATA-2标准，所对应的传输速率分别是150MB/s 和300MB/s 。

SATA 接口最大的优点是传输速度快，而这也是PATA 硬盘被淘汰的主要原因。

而且，SATA 接口还拥有安装方便、抗干扰能力强，以及支持热插拔等优点，如图3-3所示。

硬盘电路板简介硬盘电路板（Hard Disk Drive Circuit Board）是硬盘的核心组成部分之一。

它负责控制硬盘的操作和数据传输，以及连接硬盘与计算机系统之间的通信。

功能硬盘电路板承担着多项重要功能，包括但不限于：1.硬盘控制：硬盘电路板内部集成了控制器芯片，负责管理硬盘的读写操作、寻道以及数据缓存等功能。

控制器芯片的主要任务是控制磁头的移动，使其能够准确地读写磁盘上的数据。

2.数据传输：硬盘电路板通过与计算机的接口连接，负责数据的传输。

它将计算机发送的数据转换成电信号，然后通过电缆传输到硬盘驱动器中。

3.电源管理：硬盘电路板上还集成了电源管理模块，负责监控硬盘的电源供应，确保硬盘正常运行。

它可以对电源进行稳压和过载保护等操作，以保证硬盘电路板和硬盘驱动器的安全工作。

4.错误修复：硬盘电路板内部还具有错误检测和修复的功能。

当硬盘出现故障或错误时，电路板可以检测问题并尝试修复，以提高硬盘的可靠性和数据完整性。

组成硬盘电路板由多个组件组成，包括：1.控制器芯片：负责控制硬盘的读写操作、寻道和数据缓存等功能。

它通常由一颗或多颗微处理器组成，具有运算能力和存储功能。

2.电源管理模块：负责对硬盘的电源供应进行管理和控制，确保硬盘能够正常运行。

3.接口芯片：负责将硬盘电路板连接到计算机系统的接口上，通常包括SATA、SCSI、IDE等各种接口。

4.存储器芯片：用于存储硬盘的固件程序以及缓存数据。

存储器芯片通常由Flash存储器或EEPROM组成。

5.电容：用于存储电荷，提供给硬盘电路板在瞬时的功率需求时使用。

维护与故障排除硬盘电路板可能会出现故障，导致硬盘无法正常工作。

以下是一些常见的故障和故障排除方法：1.电源问题：硬盘电路板上的电源管理模块可能会出现故障，导致硬盘无法正常启动。

可以检查电源连接和电源线是否正常，并使用电压表测试电源输出是否正常。

2.控制器问题：控制器芯片可能会出现故障，导致硬盘无法正确读写数据。