奈米四甲 49614001 林皓廷 49614047 林敬皓

相信有用過電腦的就知道，硬碟其實就是電腦內最重要的電腦元件之一而硬碟 (Hard Disk Drive 簡稱為 HDD)( 圖 1-1) ，是電腦上使用堅硬的旋轉碟片為基礎的非揮發性

（ non-volatile ）存儲設備、也有人稱作機械式硬碟。

1953 年， IBM( 全球國際機器公司 ) 的 IBM 350 RAMAC 是現代硬盤的雛形，它相當於兩個冰箱的體積，不過其儲存容量只有 5MB( 圖 2) 。 1973 年 IBM 3340 問世，來源於他兩個30MB 的儲存單元。至此，硬盤的基本架構被確立。 1980 年兩位前 IBM 員工創立的公司發展出 5.25”( 英吋 ) 硬碟，而這公司就是現在全球三大硬碟廠商之一的希捷 (SeaGate) ，而在此時到 1998 年前開始了在硬碟界所稱的戰國時代也就開打了，在那時候現有的硬碟公司 ( 包括台灣 ) 就高達 15 家之譜，雖然稱作戰國時代，但在同一條船上也靠著各家技術 ( 或是併購 ) 的支援 ( 但其實主要還是 IBM) ，才開創現代的高容量硬碟。

而現在，全球的硬碟公司只剩 5 家1. 希捷 (SeaGate)

2. 西部數位 (Western Digital)

3. 日立環球儲存 (HGST Hitachi Global Storage Technologies

) 已被西部數位併購

4. 東芝株式會社 (Toshiba)

5. 三星電子 (SamSung)

硬碟，它的內部架構非常非常的精密也有很多元件，但作主架構只有 : 碟片、磁頭與臂、主軸與音圈馬達與 PCBA1. 硬碟簡單概念；內部為一無塵空間，有一通氣孔與外部壓力相等，磁頭與碟片間只有幾微米的懸浮空間2. 基座 : 3. 主軸馬達安裝 :

4. 碟片安裝 : 現代硬碟片的材質是鋁合金覆上磁粉 ( 鈷鉑鉻硼CoPtC) 碟片上這若干的同心圓裡有無數的小磁鐵，它記錄著 0 或 1 ，當有來自磁頭的磁性紀錄時，它就會依資料來改變0 或是 1 ，即可儲存資料。而所謂的 3.5”硬碟機其實只是代號，而不是實際尺寸，實際尺寸則為 4”，碟片則為 3.75”

5. 磁頭與臂 : 磁頭小，頭臂長，磁頭位於頭臂上。所有的磁頭臂共軸且投影重合，兩兩一組對應每張碟片的上下兩面。現在的硬碟都採用音圈馬達（ Voice Coil Motor ， VCM），馬達線圈與磁頭驅動臂連成一體，轉軸位於兩者之間。馬達線圈處在兩塊永久磁鐵生成的磁場中，當線圈中有電流通過時就會在磁場的影響下經轉軸的杠杆作用推動磁頭臂進行尋道操作。

連接磁頭的線路貼著磁頭臂遠離主軸馬達的一側連接到軸孔旁的讀 /寫前置放大器（圖 7 中 Agere 出品的那顆晶片），經放大處理的信號再通過帶狀傳輸線延伸至 HDA 外部與PCBA 的介面上。在固定音圈馬達的永久磁鐵之前，注意要先安裝好磁頭限位器。而到這裡為止的元件稱之為 HDA

這裡可以看得到的是一圈馬達線圈與硬碟中最重要的磁頭在現代硬碟中，磁頭的滑行高度通常約在 5-10 奈米，所以如果有微粒進入滑行磁頭下方，會馬上因為摩擦造成磁頭過熱而對磁頭造成損害故障

這是 HDA結構中另一個重要的部分，訊號放大晶片，其實從磁頭讀到的訊號非常的微弱，如果沒有這顆晶片，若是直接傳送到 MCU ，訊號也早就減少了一半。

6. PCBA( 電路板總成 ): 電路板分成了三大區域 :1 是以助理資料為主的 MCU( 主處理器 ) 與緩衝記憶體， 2是VCM控制晶片與主軸馬達接點， 3 則是硬碟開機晶片 ( 部分內建於 MCU 中 ) 與 HDA接點 TVS 則是主電源瞬態電壓抑制二極體通常 PCBA 上有 2 處 (12V 、 5V)

7.整體構造回顧 : 上蓋本身並無值得介紹之處，就是一塊周圍有防塵橡膠圍繞的鐵片。打開上蓋之後，終於可以從內部觀察 HDA 。

珍貴的資訊是儲存在碟片上，可以從上圖看到最上層的碟片。碟片是由打磨過的鋁片或是由覆蓋數層包含鐵磁材質之複合塗料的玻璃所製成的，而後者的資料就儲存在包含鐵磁材質之複合塗料中。你可以看到部分的碟片被磁盤架蓋住了。磁盤架可以減少空氣的波動及運作的噪音。通常磁盤架是由鋁質或塑膠材料製程，而前者則在冷卻硬碟內部方面有較好的效果。

8.PCBA接口 :分成 EIDE 、 IDE 、 SATA(1~3) 、 SCSI 、SAS接

口，其後 2 者是伺服器硬碟專用 IDE: 可稱為 Ultra 133 ，也就是最高理論傳輸率

133MB/S 。 SATA( 主流 ): 依世代區分傳輸率，分別為

1.5GB 、 3GB 、 6GB ，其中傳輸線容許長度也越來越長。

9. 現代高容量硬碟主要技術 - 垂直寫入 :由於現今硬碟的資料記錄區塊大小已經發展到寬度只有 30 奈米左右 ,而磁性記錄顆粒的尺寸不斷下降 ,但硬碟容量倍數上升 , 導致出現電磁學上的超順磁效應 ,大大降低了硬碟的容量提升潛力。因此為了配合電腦技術發展 HGST 開始發展運用垂直寫入技術的硬碟。

超順磁性是指當某些具有磁性的顆粒小於某個尺吋時，外場產生的磁取向力太小而無法以抵抗熱騷動的干擾，而導致其磁化性質與順磁體相似。磁性顆粒變成超順磁性的臨界尺寸與溫度有關，像是在室溫鐵粒的臨界大小為

12.5nm ，而在 4.2K 時半徑為 2.2nm 還是鐵磁性的。

在講如何保養硬碟前，先說明使用者通常如何損換硬碟；通常會硬碟導致損壞有幾點1. 重灌系統 : 重灌系統其實是很傷硬碟的動作，一個系統依5GB 來說，其中的元件就高達 1 千個之譜 (甚至更多 ) ，導致重灌系統時磁頭不斷的移動與寫入。2.衝撞硬碟導致讀取頭 /碟盤損毀 :運行中的硬碟是非常非常脆弱的，即使停止中的硬碟也最好不要移動，雖然號稱可耐 350GS 之力。

3. 使用雜牌 PSU( 電源供應器 ):PSU生的算是整台電腦中的最核心元件，但是往往使用者常常會依最便宜來選擇，造成 C/P值低落的狀況。供電不穩定進而造成電路板毀損。4.下載 BT 、電驢、 FOXY 等 P2P軟體 :下載過大的檔案，基本上 BT 在上下傳的過程中都會使硬碟讀取頻繁導致溫度升高造成資料錯誤。

5. 使用之中按下 RESET 鍵 : 大家可能不知道，在早期DOS 與

WIN3.1系統時關機前都要先打指令使磁頭回歸才能關機的動作，但是往往有使用者因某些因素常常直接在工作中按下 RESET鍵，導致硬碟直接停止在碟盤上，圖中一圈亮的就是硬碟休息區。

6. 常常使用系統磁碟整理 :你可能不知道，在伺服器系統之中 (UNIX 、 LIUNX) ，是沒有內建這個程式的，其中的原因也是讀取頭使用頻繁，有可能使磁頭因高溫而毀損的狀況7.買到瑕疵貨 : 若是真的不幸買到，立即拿去更換，一般店 家都有提供 7 日內瑕疵品可換貨，萬一一年後故障了， 可以與原廠申請 RMA服務，費用只要台灣代理商的 1/10 ， 萬一原廠缺貨，還可能會收到更高容量的良品

那反過來說，要怎麼保養呢 ? 其實很簡單 !1.沒事不要重灌系統，除非真的無法開機，病毒肆虐無法挽回的狀況，才重灌系統，灌一次系統從 20分到 2 個小時不等。2.沒事不要移動硬碟 /電腦，依照磁頭飛行原理，其中飛行高度只有 5~10nm撞一下會造成碟片刮傷，而使碟片無法讀取。注意，硬碟一道刮痕就已經無法使用，而且刮痕會越來大

3.選購 PSU 時盡量選擇有認證的、知名品牌的 PSU另外，雖 然知名品牌會大大降低燒毀機機率，但是在選購時不要聽 店員的口沫橫飛，絕大部分都是推銷庫存貨，可以在知名 的電腦討論站爬文，譬如mobile01 、滄者極限都有相關的 介紹4.盡量不使用 BT ，如果真的要使用，請設定硬碟緩 衝空間大一點5.請等待電腦關機，非不必要不要按下 RESET 或是 使用磁碟整理

1. http://zh.wikipedia.org/wiki/SATA2. http://zh.wikipedia.org/zhhant/%E7%A1%AC

%E7%9B%983. http://www.earl.com.tw/tech/wdhd.htm4. http://www.osslab.org.tw/Storage/HDD/

Hardware/HDA/Rlab5. http://www.zdnet.com.tw/print/?

id=20111133&type=6. http://webcache.googleusercontent.com/search?

q=cache:-RgJgRSt1rEJ:www.memorybbs.com/cgi-bin/showtopic.cgi/385-72---.html+%E7%A1%AC%E7%A2%9F%E7%A2%9F%E7%9B%A4%E6%9D%90%E6%96%99&cd=64&hl=zh-TW&ct=clnk&gl=tw&source=www.google.com.tw