硬盤(pán)結(jié)構(gòu)及原理課件

硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的原理及結(jié)構(gòu)

培訓(xùn)目的了解硬盤(pán)的有關(guān)參數(shù)，基本結(jié)構(gòu)及其工作原理硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)及原理一、有關(guān)磁記錄的基本參數(shù)存儲(chǔ)密度道密度道密度為磁盤(pán)徑向單位長(zhǎng)度的磁道數(shù)位密度位密度為單位長(zhǎng)度上所記錄的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)2.2存儲(chǔ)容量能存儲(chǔ)的數(shù)碼總數(shù)稱(chēng)為存儲(chǔ)容量平均存取時(shí)間磁頭從起始位置到達(dá)所要求的某一位置，并完成寫(xiě)或讀所需要的全部時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸率單位時(shí)間內(nèi)磁盤(pán)機(jī)向主機(jī)內(nèi)存?zhèn)魉蛿?shù)碼的位數(shù)或字節(jié)數(shù)稱(chēng)為數(shù)據(jù)傳輸率。分辨率以FM制記錄為例，全0信號(hào)頻率1F，全1信號(hào)頻率2F，其分辨率為：分辨率=2F幅度/1F幅度×100%即分辨率=讀1幅度/讀0幅度×100%由于脈沖擁擠效應(yīng)，讀1幅度要小于讀0幅度。誤碼率為磁盤(pán)機(jī)與主機(jī)連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的比率。有關(guān)硬盤(pán)的基本規(guī)格CAP 540MB資料傳輸速度:10MB/S平均存取時(shí)間:12msCSS: 20000次MIN介面:IDE/SCSI工作環(huán)境溫度:使用中5℃to55℃非使用中-40℃to60℃電壓:5v+/-5%,12v+/-10%噪音:40dBmax.壽命:5年,150000小時(shí)min.Shock&vibration:Shock:Inuse5GS11mssinewaveVibration:Inuse5-22Hz0.010inchp-p濕度:8%to80%高度:使用中-200ftto10000ft非使用中-500ftto40000ft微處理器伺服系統(tǒng)主軸馬達(dá)，音圈馬達(dá)機(jī)構(gòu)部分(headdiskassembly)主軸馬達(dá)音圈馬達(dá)頭堆盤(pán)片底座和頂蓋密封圈再循環(huán)過(guò)濾器三、各部分性能指標(biāo)主軸馬達(dá)速度非重復(fù)性馬達(dá)振動(dòng)量(Non-repeatablerun-out)噪音(acoustics)程度啟動(dòng)扭力(startingtorque)音圈馬達(dá)一般而言，音圈馬達(dá)的大小以越高越寬為最佳。其次，在線圈的運(yùn)動(dòng)區(qū)間密度(flexdensity)要保持固定，且越高越好。(F>=6500gauss)盤(pán)片表面粗度(surfaceroughness)以中心線平均粗糙度來(lái)表示，此值越大表示盤(pán)片表面越粗，相對(duì)地會(huì)增加磁頭與盤(pán)片間的摩擦損耗，此值越小，會(huì)增加磁頭與盤(pán)片間的粘滯摩擦力。表面平面度(surfaceflatness)Reference:20micrometer軸向偏擺度(axialrun-out)指盤(pán)片在旋轉(zhuǎn)時(shí),垂直于盤(pán)片表面方向的最大擺度。Reference:0.05mm滑行高度(glideheight)在這個(gè)高度以上,無(wú)任何凸起物來(lái)導(dǎo)致飛行狀態(tài)下磁頭與盤(pán)片接觸.Reference:2microinch以下?？娠w行范圍(flyablearea)潤(rùn)滑層厚度(lubricantthickness)Reference:35+/-10A動(dòng)摩擦系數(shù)(dynamicfrictioncoefficient)此系數(shù)是指磁頭與盤(pán)片的相對(duì)速度在5+/-1mm/s時(shí)，所測(cè)到的Rc<=0.3?？箾_擊值(impactresistance)指磁頭與盤(pán)片之組合所能承受的沖擊能力，100G/10nsCSS涉及磁頭，盤(pán)片與主軸馬達(dá)間的匹配。讀寫(xiě)通道目前最為流行的讀寫(xiě)通道IC，是將所有的讀寫(xiě)功能(除了前置放大器)放在一個(gè)CHIP中，稱(chēng)之為COMBOCHIP?其功能如下:脈波偵測(cè)器與自動(dòng)增益控制(pulsedetector&AGC)濾波器與等化器(filter&equalizer)編碼器與解碼器(ENDEC)時(shí)基產(chǎn)生鎖相回路(timebasegenerator)資料同步鎖相回路(datasynchronieer)四、各部分的結(jié)構(gòu)及工作原理主軸馬達(dá)結(jié)構(gòu)：由三部分組成：電機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。電機(jī)本體包括主定子和轉(zhuǎn)子兩部分，主轉(zhuǎn)子相當(dāng)于磁極，電樞繞組放在定子鐵芯槽內(nèi)，并形成多項(xiàng)形式。傳感器的轉(zhuǎn)子與主軸同軸，傳感器的定子通常裝在電機(jī)定子上。（如圖）為消除碳刷上電火花所帶來(lái)的干擾，采用霍爾器件代替碳刷作為換向開(kāi)關(guān)電路于無(wú)刷直流電機(jī)。無(wú)刷直流電機(jī)的位置傳感器常用霍爾磁敏感式位置傳感器，它是一種砷化鎵或銻化銦半導(dǎo)體。工作原理圖音圈馬達(dá)如圖所示,音圈馬達(dá)位于磁場(chǎng)中,當(dāng)線圈兩端加上電壓并產(chǎn)生電流時(shí),據(jù)勞倫斯定律,會(huì)有力作用于線圈上： F=rILB其中 F為作用于線圈上的力N為線圈上的電流 A為線圈總長(zhǎng)度，其方向?yàn)殡娏鞣较騧為磁通密度T為線圈于磁場(chǎng)內(nèi)的長(zhǎng)度與總長(zhǎng)度之比

此作用力之方向與磁通密度及電流方向互相垂直。盤(pán)片種類(lèi)氧化物盤(pán)片電鍍式金屬薄膜盤(pán)片濺鍍式金屬薄膜盤(pán)片介面控制器介面控制電路的方框圖:讀寫(xiě)通道結(jié)構(gòu)：前置放大器(preamplifier)脈波偵測(cè)器與自動(dòng)增益控制(pulsedetector/AGC)濾波器與等化器(filter/equalizer)編碼器與解碼器(Endec)時(shí)基產(chǎn)生鎖相回路(timebasegeneratorPLL)資料同步鎖相回路(datasynchronizerPLL)原理：特制基體電路(applicationspecificintegratedcircuit)處理或辨別特殊信號(hào)，如磁軌信號(hào)(graycode)，磁區(qū)信號(hào)(sectorcode)，然后再將這些資料傳給中央處理單元。伺服系統(tǒng)埋入式伺服控制將能夠偵測(cè)出磁頭目前所在位置的特殊定位信號(hào)和使用者的資料共同放在資料磁軌內(nèi)，當(dāng)盤(pán)片旋轉(zhuǎn)時(shí)，硬盤(pán)電路將隨時(shí)讀取伺服碼，利用伺服碼的信號(hào)可精確地計(jì)算出磁頭所在的位置，然后反饋給定位控制器做定位修正。工作原理框圖五、硬盤(pán)的基本原理主軸穩(wěn)速系統(tǒng)硬盤(pán)機(jī)大多采用鎖相環(huán)伺服控制技術(shù)，鎖相環(huán)穩(wěn)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性，主要取決于基準(zhǔn)輸入信號(hào)的穩(wěn)定度。根據(jù)輸入信號(hào)是模擬量或數(shù)字量，鎖相電路可分為模擬鑒相和數(shù)字鑒兩種類(lèi)型。模擬鎖相電路一般采用RC電路產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)，數(shù)字鎖相電路一般用晶振產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)?；鶞?zhǔn)信號(hào)鑒頻鑒相積分無(wú)刷直

電路

濾波器流電機(jī)

速度檢測(cè)器讀寫(xiě)系統(tǒng)寫(xiě)入電路硬盤(pán)接收到從主機(jī)送來(lái)的寫(xiě)命令控制寫(xiě)數(shù)據(jù)序列脈沖經(jīng)過(guò)編碼，再經(jīng)寫(xiě)數(shù)據(jù)分頻，最后送至此頭的寫(xiě)驅(qū)動(dòng)電路，使磁頭線圈輪流導(dǎo)通；并利用恒流源電路向磁頭線圈提供恒定的勵(lì)磁電流，寫(xiě)在盤(pán)片上形成記錄的位單元。磁頭線圈分中心抽頭，無(wú)中心抽頭兩種。中心抽頭，有的接地，有的接電平，中心抽頭的線圈可以減小負(fù)載的電感量，提高度出幅度，但兩半線圈必須平衡，否則會(huì)降低讀出分辯隆。讀出電路前放主放大器自動(dòng)增益回路低通濾波器鑒別電路數(shù)字濾波和整形電路均衡電路六、接口電路概述接口是硬盤(pán)的重要組成部分，硬盤(pán)檔次的高低，與采用什么樣的接口有很大的關(guān)系。另外，衡量硬盤(pán)性能的一個(gè)重要指標(biāo)---數(shù)據(jù)傳輸率，也與接口有關(guān)。因此，對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，可以不關(guān)心硬盤(pán)的工作原理與電路結(jié)構(gòu)，但必須熟悉接口和接口協(xié)議等。以下就簡(jiǎn)單講述目前最為流行的四種接口：AT、SCSI、ESDI、ST506。AT接口AT接口是一種智能型的主機(jī)接口，它由40芯插頭向外連接。SCSI接口SCSI接口是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(SMALLCOMPUTERSYSTEMINTERFACE)的縮寫(xiě)，它由8位雙向數(shù)據(jù)總線，1位奇偶校驗(yàn)和9條控制信號(hào)線組成.最多可在SCSI接口上連接8臺(tái)設(shè)備，具有異步和同步兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，異步式數(shù)據(jù)傳輸率為1.5MB/s，同步式可達(dá)4MB/s。ESDI接口ESDI接口(ENHANCEDSMALLDEVICEINTERFACE)是一種設(shè)備級(jí)接口，有串行，步行兩種模式，串行模式在命令和狀態(tài)的傳輸過(guò)程中使用串行命令傳輸方式.每次傳輸命令或狀態(tài)時(shí)，利用傳輸請(qǐng)求和傳輸確認(rèn)兩個(gè)信號(hào)將16位命令字或狀態(tài)字在接口之間傳輸，而同步方式則不同，其命令和狀態(tài)均有相應(yīng)的信號(hào)線來(lái)表示。ESDI接口在物理上采用34芯命令電纜及20芯的數(shù)據(jù)總線。ST506接口ST506接口是一種設(shè)備級(jí)接口，它是一種低級(jí)無(wú)智