数据恢复之硬盘组成结构完全分析

   1957年IBM公司研制成功的IBM 350（RAMAC）是第一台真正意义上的硬盘存储器。它由许多片直径为61厘米的盘片组成，盘片由一台电动机带动，只有一个磁头，磁头上下前后运动起来寻找要读写的磁道，和现在的硬磁盘机几乎没有什么根本性的差别，它的体积很大，但存储容量只有5MB。2000年8月，IBM公司发布了目前体积最小的硬盘Micordriver，盘片直径大约是2.54厘米，而存储容量却达到了2000MB。相比之下，磁盘技术的发展真的是突飞猛进。
真正意义上的硬盘发展的历程碑应该是1973年，IBM 3340硬盘开始应用的温彻斯特技术，这种技术在1976年的IBM 3350逐渐成熟，它的出现使硬磁盘进入一个黄金时代。温彻斯特技术的主要内容有：1.磁头、盘片、主轴等运动部分密封在一个壳体中，形成一个头盘组合件（HDA），与外界环境隔绝，避免了灰尘的污染。2.采用小型化轻浮力的磁头浮动块，盘片表面涂润滑剂，实行接触起停。即平常盘片不转时，磁头停靠在盘片上，当盘片转速达一定值时，磁头浮起并保持一定的浮动间隙。这样简化了机械结构，缩短了起动时间。采用温彻斯特技术，磁头与磁盘是一一对应的，磁头读出的就是它本身写入的，信噪比等等都比可换的要好，因此存储密度提高了，存储容量也增加了。
最早把温彻斯特技术放在小型驱动器上的依旧是IBM，其62-PC，首次采用直径为20.3厘米的盘片。此后CDC公司、NEC公司开始生产20.3厘米的硬盘驱动器。 1980年Shugart公司首先制成13.3厘米硬盘驱动器，体积的更小型化，但其容量只有6MB。1983年，Rodime公司也制成了13.3厘米的硬盘驱动器，容量也仅有6MB左右。
硬盘另外一个发展里程碑就是使用溅射工艺来生产连续介质，这样就让硬盘的密度进一步增大，为提高硬盘的存储空间奠定了良好的基础。1991年IBM首次实现了1Gbit/英寸的密度，1992年日立公司则达到2Gbit/英寸，1997年又是IBM公司领先一步，得到了11.6Gbit/英寸的实验结果。1998年Seagate公司实现了16.3Gbit/英寸的密度，1999年IBM又推出了更加大的27.6Gbit/英寸，而且这个趋势还有提高。
了解了一些硬盘的背景后，相信很多人依旧对整合硬盘的制造流程有了解。因此今天我们的主要任务就是一起来看一下硬盘的制造流程。来参观一下硬盘制造商Seagate的硬盘装配厂，主角就是Seagate目前最高端的主流桌面硬盘－酷鱼IV硬盘的生产过程。
相信所有人都知道，硬盘中磁头同盘片之间的距离很小，一半来说只有十万分之一厘米，这个距离比灰尘来得更小。因此生产硬盘必须在超尘的情况下进行。以上就是Seagate硬盘厂的质检车间，这里的厂房里显得非常干净，而且所有工作人员必须穿上防尘服才能进入。
以上则是硬盘的自动装配生产线，为了保持洁净，一般来说这里操作的工人都比较少。不过我们有幸仔细看了一下硬盘的实际制造过程。
这个就是已经制造好的硬盘底座，背后就是线路板，这个当然在刚才就已经做好了。
驱动器中需要安装的设备主要是：磁盘、磁头、液态轴承(FDB)马达等，不过这些部件的装配必须在无尘情况下进行。并且安装硬盘的时候气压有个绝对值，如果不在这个情况下安装，硬盘的可靠性就得不到保障。另外上面的图片就是已经安装好液态轴承马达的情况，由于处于商业机密，我们无法把安装马达的情况拍摄出来。
这个运送磁盘的装置，其中可以容纳25张磁盘，通过机械臂把需要的磁盘装配的硬盘中。
以上就是机械臂正在自动装填磁盘的情况，这一切都无需人为干预。
机械臂正在把磁盘装配到硬盘底座中的液态轴承马达上（先于磁盘安装）。当然磁盘是否水平我们不用担心，机械臂会自动进行水平位置的调节。
这道工序就是进行磁头的装配，由于磁头和磁盘的精密性，所有这道工序是整个硬盘安装中最复杂的，我们看到硬盘被放置在一个精确定位的装置中进行磁头装配。
一旦所有内部零件被安装好后，硬盘就基本成形了，之后就是把硬盘“盖”起来。同样这里的一切装配工作都是有流水线自动完成的。当硬盘被密封好后，就不必待在超尘的空间中了。之后就别送到最后收尾车间了。（这里无须超尘）
技术人员正在给硬盘上螺丝，同样这里的要求很严格，所有线路板都被有机玻璃隔离覆盖，这样就保证线路板不会收到静电的威胁，由于隔离的玻璃上面有定位空，这样装配起来更加不会出错了。
接着就是为线路板覆盖泡沫屏蔽层，主要是为了防止静电和控制噪音。
这才是真正最后的一步，给硬盘装上底盖，主要是进一步控制噪音，并且保护内部的原器件。当然完成这一步后，还需要为硬盘贴上标识，然后进行质检，最后当然就是出厂上市销售啦。
其中：磁头数表示硬盘总共有几个磁头，也就是有几面盘片，最大为255（用8个二进制位存储）；柱面数表示硬盘每一面盘片上有几条磁道，最大为1023（用10个二进制位存储）；扇区数表示每一条磁道上有几个扇区，最大为63（用6个二进制位存储）；每个扇区一般是512个字节，理论上讲你可以取任何一个你喜欢的数值，但好像至今还没有发现取别的值的。 　所以磁盘最大容量为：255×1023×63×512/1048576＝8024M（1M＝1048576Bytes）
或硬盘厂商常用的单位：255×1023×63×512/1000000＝8414MB（1M＝1000000Bytes）
　　　　由于在老式硬盘的CHS结构体系中，每个磁道的扇区数相等，所以外道的记录密度要远低于内道，因此会浪费很多磁盘空间（软盘也是一样）。为了进一步提高硬盘容量，现在硬盘厂商都改用等密度结构生产硬盘。这也就是说，每个扇区的磁道长度相等，外圈磁道的扇区比内圈磁道多。采用这种结构后，硬盘不再具有实际的3D参数，寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位进行寻址。而为了与使用3D寻址的老软件兼容（如使用BIOSInt13H接口的软件），厂商通常在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器，由它负责将老式3D参数翻译成新的线性参数。这也是为什么现在硬盘的3D参数可以有多种选择的原因（不同的工作模式可以对应不同的3D参数，如LBA、LARGE、NORMAL）。而随着磁盘密度的增加、机构的进一步复杂、功能和速度上的提高，如今的硬盘都会在磁盘里面划分出一个容量比较大的，称为“系统保留区”的区域，用来储存硬盘的各种信息、参数和控制程序，有的甚至把硬盘的Fireware也做到了系统保留区里面（原来这些信息都是储存在硬盘控制电路板的芯片上的）。这样虽然可以进一步简化生产的流程，加快生产速度和降低生产成本，但是从另一方面，却又大大增加了硬盘出现致命性损坏的几率和缩短了硬盘的使用寿命。我十几年前的200MB硬盘和8年前的1.2GB硬盘到现在还用得非常好，别说是坏道，连运行时的声音都是没有的，但是到后来的4.3GB、6.4GB、10GB、20GB硬盘，都没有能用超过4年的，全部坏掉了。