1.4 硬盘硬件的组成

从功能结构上看，硬盘主要分为两大部分。一部分以机械部件为主，将磁头与盘片安装在一起，称为头盘组件（Head-and-Disk Assembly, HDA），也就是盘体，与电路板相对应。盘体里面是一个无尘空间，最大的基体是一个铝制的基座，基座上安装着主轴电机、盘片、磁头电机、前置放大器/转接器、磁头、定位夹具等部件，如图1-10所示。

磁头与前置放大器/转接器直接固定在磁头臂上，构成磁头组件，如图1-11所示。

两款实际硬盘的前置放大器/转接器分别如图1-12和图1-13所示。

硬盘电路板一般采用六层板。电路板上主要有以下4大类芯片。

系统控制芯片（包括读/写通道、磁盘控制和使用精简指令集的微处理器）。

包含磁盘固件的Flash ROM芯片。

主轴电机和音圈电机的控制驱动芯片。

高速缓存。

由于盘体要在无尘环境中才能打开，而超净空间的造价及维护成本较高，因此导致了硬盘的可修性很低。相对来说，电路板的维修受到的限制要小得多，配备热风焊台、电烙铁、万用表、示波器（可选）等，就可以解决一般的问题。一个实际的硬盘电路板如图1-14所示。

硬盘电路的原理如图1-15所示。其中的微处理器指的是硬盘本身的微处理器，与计算机的CPU没有关系。微处理器是电路板上的主控芯片，是整个硬盘的灵魂，就像CPU之于计算机。硬盘的微处理器其实也是CPU的一种，它是一种数字处理芯片，统管并控制硬盘的正常工作，包括加电自检、进入正常工作状态、与计算机进行通信、传输数据、控制完成数字数据与磁信号的转换并读写数据等。

微处理器使用RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）体系结构。只要加电或复位，微处理器就开始执行ROM（Read-Only Memory，只读内存）中的程序进行自检，初始化内存工作区和磁盘控制器，并设置好所有与内部数据总线相连的可编程部件。完成这些工作后，如果没有侦测到错误警告，系统就会启动主轴电机，进行内部测试，检查RAM（Random Access Memory，随机存取存储器），然后通过端口向微处理器输入信号，分析脉冲频率，并等待主轴电机达到规定的旋转速率。一旦主轴电机达到规定的旋转速率，控制器就会控制定位电路和磁盘控制器，将磁头移到磁盘服务区，并将磁盘服务区上的固件信息读入内存进行处理。如果读取成功，微控制器将转换到就绪状态，等待主机指令。

磁盘读/写通道包括安装在HDA内部的前置放大器/转接器、读/写电路以及同步时钟等部分。

驱动器的前置放大器有数个通道，每个通道都与各自的磁头相连。这些通道的开、关由微处理器控制。前置放大器中还包括状态记录和错误传感器，可在短路或磁头出现错误时发出错误信号。

读/写通道在写状态下接收由磁盘控制器发送的数据和时钟信号，对数据进行编码，然后进行预补偿，将数据传送至前置放大器并写入硬盘中。在读状态下，信号从前置放大器/转接器传送至自动控制电路，在进行一系列处理并解码后，数据将被传送至外部接口。

磁盘控制器是硬盘中最复杂的部件，负责控制磁盘与主机的数据交换速率。磁盘控制器有4个端口，分别与主机、微处理器、缓存和磁盘的数据交换通道相连，由微处理器控制。

主轴电机控制器控制三相主轴电机。主轴电机由微处理器控制，控制模式共有3种，分别是启动模式、加速模式和稳定旋转模式。音圈电机控制器负责控制将磁头定位到相应的磁道。

但是，实际的硬盘电路中不会有这么多的独立芯片，尤其是现在，芯片的集成度越来越高，硬盘厂商在设计电路时都会尽量选取集成度较高的IC（Integrated Circuit，集成电路）芯片，既减小了硬盘体积，又提高了可靠性。伺服/电机速度控制器组合就是一种集成芯片，昆腾（Quantum）CX/LCT系列硬盘采用的AN8428/TDA5247、旧款西部数据（Western Digital，简称WD）硬盘采用的L6256、希捷U8/U10硬盘采用的23400278-002等都是这样的芯片。在很多设计中，除了上面提及的IC内部的电源部分，还会根据需要设计一些独立电源IC，如磁头电路用8V稳压IC，微处理器用3.3V/2.5V稳压IC等。硬盘接口控制器、微处理器、数字信号处理器也常常被集成在一块主芯片中，如迈拓硬盘就采用了TI（Texas Instruments，美国德州仪器公司）的数字信号处理器，并将这3个部分集成在一起（只有旧型号的西部数据硬盘的电路和图1-15较为接近），其微处理器采用80C196NU芯片，数字信号处理器及接口控制器采用WD69C24芯片。

有些型号的硬盘，将ROM集成在微处理器或数字信号处理器中。在这种方式下，ROM中只有一些基本的固件程序，而主要程序则存储在磁盘服务区中。如果采用独立ROM芯片，则数字信号处理器大多采用TI的M29F102BB、WINBOND的W49L102、ATMEL的AT49F1024等电可擦写芯片。这样设计的好处是硬盘厂商在发现问题时可以让用户使用像刷写主板BIOS一样的方法来更新硬盘的ROM。

IBM AVER系列硬盘电路板的正、反面如图1-16和图1-17所示。

详细的电路板芯片情况将在各个厂商硬盘的相应章节中进行介绍。