什么是硬盘及其工作原理？

硬盘驱动器于1956年发明，标志着数据存储技术的一次革命性飞跃。由IBM工程师Reynold B. Johnson及其团队开发，第一个硬盘驱动器被称为IBM 350型磁盘文件，是IBM 305 RAMAC计算机系统的一部分。这款开创性的设备利用磁性磁盘进行数据存储，与磁带驱动器的顺序访问相比，能够快速访问大量信息。

最初的单元有两台冰箱那么大，在五十个24英寸的磁盘上仅存储5兆字节的数据。几十年来，硬盘（HDD）在容量、尺寸和速度方面都发生了巨大变化，极大地塑造了现代计算和数据管理的格局。

硬盘最初是直径达20英寸的大型磁盘，只能存储几兆字节的数据。它们最初被称为“固定磁盘”或“温彻斯特”（IBM一款流行产品的代号）。后来它们被称为“硬盘”，以区别于“软盘”。硬盘具有一个硬质盘片，用于承载磁性介质，这与磁带和软盘中发现的柔性塑料薄膜不同。

最简单地说，硬盘与盒式磁带并没有太大不同。硬盘和盒式磁带都使用《磁带录音机的工作原理》中描述的相同磁性记录技术。硬盘和盒式磁带还共享磁性存储的主要优点——磁性介质可以轻松擦除和重写，并且它会“记住”存储在介质上的磁通模式很多年。

在下一节中，我们将讨论盒式磁带和硬盘之间的主要区别。

让我们看看两种存储设备——盒式磁带和硬盘——之间的巨大差异

由于这些差异，现代硬盘的存储容量相当惊人。硬盘还可以在几分之一秒内访问其任何信息。

典型的台式计算机将配备容量在10到40千兆字节之间的硬盘。数据以文件的形式存储在磁盘上。文件只是字节的命名集合。这些字节可能是文本文件字符的ASCII码，或者它们可以是计算机要执行的软件应用程序的指令，或者它们可以是数据库的记录，或者它们可以是GIF图像的像素颜色。

然而，无论它包含什么，文件都只是一串字节。当计算机上运行的程序请求文件时，硬盘会检索其字节并一次一个地将它们发送到CPU。

衡量硬盘性能的两种方式

另一个重要参数是驱动器的容量，即它可以容纳的字节数。

了解硬盘工作原理的最佳方法是查看其内部。（请注意，打开硬盘会损坏它，所以除非您有一个报废的硬盘，否则不要在家尝试。）

这是一个典型的硬盘驱动器

它是一个密封的铝盒，一侧附有控制器电子元件。这些电子元件控制读写机制和旋转盘片的电机。电子元件还将驱动器上的磁域组装成字节（读取），并将字节转换为磁域（写入）。所有电子元件都包含在一个可以从驱动器其余部分分离的小板上

电路板下方是旋转盘片的电机连接，以及一个高度过滤的通风孔，用于平衡内部和外部气压

拆下驱动器盖板后，内部结构极其简单但非常精密

在这张图片中您可以看到

为了增加驱动器可以存储的信息量，大多数硬盘都有多个盘片。这个驱动器有三个磁盘盘片和六个读写磁头

移动硬盘磁头臂的机构必须极快且精准。它可以使用高速直线电机构造。

许多驱动器使用“音圈”方法——与立体声扬声器移动锥体所用的技术相同，用于移动磁头臂。

数据以扇区和磁道的形式存储在盘片表面。磁道是同心圆，扇区是磁道上饼状的楔形，如下所示

典型的磁道显示为黄色；典型的扇区显示为蓝色。一个扇区包含固定数量的字节——例如，256或512。无论是在驱动器层面还是操作系统层面，扇区通常都会组合成簇。

对驱动器进行低级格式化的过程是在盘片上建立磁道和扇区。每个扇区的起始点和结束点都被写入盘片。此过程使驱动器能够容纳字节块。然后，高级格式化将文件存储结构（如文件分配表）写入扇区。此过程使驱动器能够容纳文件。

有关硬盘和相关主题的更多信息，请查看下一页的链接。

本文与人工智能技术结合进行了更新，并由十万个为什么编辑进行了事实核查和编辑。