硬盘的基本部件

3.2.1　硬盘的基本部件

市场上有许多硬盘驱动器，但几乎所有产品都包含同样的基本物理部件。这些部件在实现上（以及用于制造它们的材料的质量上）可能存在着差别，但大多数驱动器的操作特征是相似的。一个典型硬盘驱动器的基本部件包括磁盘片、逻辑板、读/写磁头、磁头驱动机构和主轴电机。

盘片、转轴电机、磁头和磁头驱动装置通常包含在一个称为磁头盘片组的密封腔里。HDA一般被当成一个部件，它很少被打开。驱动器的HDA之外的部分，如逻辑板、挡板以及其他配置或装配硬件，都可以从驱动器上卸下来。

1．硬盘电源

任何电子设备必不可少的动力源泉就是电源，硬盘也不例外，硬盘的电源是＋5V的直流电源，然后经过硬盘上的电源电路转换以后给芯片和硬盘的各种驱动电机供电。

2．硬盘盘片

硬盘驱动器一般有一个或多个盘片或磁盘。硬盘盘片是计算机二进制数据的载体（也可以说是存储介质的载体）。计算机系统的硬盘形式有各种各样。通常，驱动器的物理大小用盘片大小表示。计算机硬盘驱动器的盘片大小包括5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸和1英寸，有些硬盘使用0.8英寸的盘片。

1956年9月，IBM的一个工程小组向世界展示了第一套磁盘系统IBM350RAMAC，这套系统的总容量5MB，使用了50个直径为24英寸的磁盘，它的磁头可以在盘片上的任何一块存储区域移动，从而成功地实现了随机存储，这些盘片表面涂有一层磁性物质，它们被叠起来固定在一起，绕着同一个轴旋转。此款RAMAC在那时主要用于行业领域，个人用户不可能得到，当然当时没有所谓的PC。1968年，IBM公司又提出了“温彻斯特”（即所谓“温盘”）技术，这也是现代绝大多数硬盘的原型。“温彻斯特”指的是使用密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动并且悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触。5年后，即1973年，IBM制造出了第一台采用“温彻斯特”技术的硬盘，这和我们目前所使用的硬盘已经极为相似了。

一般而言，早期硬盘的盘片都是使用塑料材料作为盘片基质，然后再在塑料基质上涂上磁性材料就可构成硬盘的盘片。采用铝材料作为硬盘盘片基质随后推出，目前市场上的IDE硬盘几乎都是使用铝硬盘盘片基质。而采用玻璃材料作为盘片基质则是最新的硬盘盘片技术，玻璃材料能使硬盘具有平滑性及更高的坚固性，此外玻璃材料在硬盘高转速时具有更高的稳定性。IBM公司是采用玻璃材料作为硬盘盘片基质的先锋，富士通笔记本硬盘也有相应的玻璃材料产品。

3．记录介质

无论使用哪一种基片，盘片都要覆盖一薄层磁性滞留物质，称为介质，上面存储磁性信息（也就是计算机存储的二进制数据）。现在硬盘盘片上有两种流行的磁性介质，即氧化介质和薄膜介质。

氧化介质由各种化合物制成，用铁氧化物作为活跃物质。将含有铁氧化物颗粒的胶涂在铝盘片上，就在磁盘上制成了磁层。盘片以极高的速度旋转，将胶涂在盘面上，离心力使得铁氧物质从盘片中央流向外部，从而将物质均匀涂覆于盘片上。然后对表面加工和打磨。最后再涂上一层保护和润滑表面的材料并磨平。氧化物层大约厚百万分之三十英寸。如果观察一个氧化盘片的驱动器，会发现盘片是棕色的或琥珀色的。

随着驱动器密度的提高，要求磁介质更薄，形成效果更好。氧化涂层的性能已经被大多数容量更大的驱动器所超越。由于氧化介质非常软，使用这种材料的磁盘在运行时如果震动就易受磁头碰撞而损坏，大多数较老的驱动器，特别是作为低端型号出售的那些产品，其驱动器盘片上都使用氧化介质，从1995年投入使用的氧化介质，由于其介质低廉，易于应用，仍然很普及。然而，今天几乎没有使用氧化介质的驱动器了。

薄膜介质比氧化介质更薄更硬，形成的更好。它作为一种高性能介质，可允许新一代的驱动器达到更低的头悬浮高度，从而使得驱动器密度的增加成为可能。最初，薄膜介质只用于较高容量或质量的驱动器系统，但是今天所有的驱动器都使用薄膜介质。

薄膜介质的名字很生动。它的涂层要比氧化涂层方法所能达到的厚度薄得多。薄膜介质也被称为覆镀或溅射介质，这是由于在盘片上沉积薄膜的过程不同。

薄膜覆镀介质的制造是通过一种电镀机制在盘上沉积磁性物质，其方式同在汽车保险杠上沉积镀铬镀层很相似。铝镁盘片或玻璃盘片浸在一系列化学溶液里，盘片涂上多层金属薄膜。磁介质层本身是钴合金，大约厚1微英寸。

薄膜溅射介质的制造是首先用一层镍磷涂在铝盘片上，然而通过一个连续的真空沉积过程应用钴合金磁性物质，称为溅射。这个过程将磁层沉淀为1微英寸或更薄，其方式类似于半导体工业中在硅基片上涂覆金属薄膜。然后再使用同样的溅射技术形成一个极硬的、1微英寸厚的碳保护涂层。溅射需要几近于真空的环境，使得它成为这里所介绍的过程当中造价最昂贵的一种。

溅射盘片表面包含1微英寸厚的磁层。这个表面非常平滑，因此磁头可以悬浮在比以前所能达到的高度更低的位置。离表面15nm（大约是0.6微英寸）的悬浮高度是可能的。当磁头离盘面更近时，磁通量转变的密度可以增大，从而提供更大的存储容量。另外，在更邻近读的过程里，强度提高的磁场提供了更高的信号幅度，从而产生良好的信号噪声比性能。

溅射和覆镀过程都生成很薄的、坚硬的磁介质薄膜于盘面上。因为薄膜介质极硬，它能在高速情况下更好地抵抗磁头的冲击。实际上，现在的薄膜介质是高度抗冲击的。如果打开驱动器观察盘片，会发现在盘片上表面涂着一层镀银的薄膜介质。

溅射方法会产生可商业生产的最完美的、最薄的和最硬的磁盘表面，这是它作为更受欢迎的制造薄膜介质的方法大量取代覆镀的原因。薄膜介质表面的驱动器可在更小的空间里拥有更大的存储容量，可减少磁头损坏，这样的驱动器可以正常使用多年。

4．读/写磁头

顾名思义，就是对硬盘读/写磁头方面的技术，更好的磁头最明显的一点就是具有更高的读/写灵敏度，因此能大幅提升硬盘的单碟容量，单碟容量上去了，硬盘的总容量自然会有提高。这在现在数据急剧膨胀的信息时代，用户对硬盘容量的要求当然是越大越好。硬盘盘片技术，也就是硬盘磁盘片所使用的新技术，更好的硬盘盘片技术最直接的好处也是硬盘的单碟容量可以做得更大，它与硬盘磁头技术是相辅相成的。图3-6所示是整组磁头外形图。

图3-6　整组磁头外形图

对于硬盘数据保护技术和震动保护系统都是作为硬盘的辅助性技术，这些技术虽然不能对硬盘容量或性能产生直接的影响，但它们也是不可或缺的，当硬盘数据传输率做得越来越高时，靠什么保障数据在高速传输过程中不发生错误或丢失呢？硬盘在强烈震动中，如何保障用户数据的安全性和可靠性呢？这些都是硬盘数据保护技术和震动保护系统所应该做的。硬盘失去了这些辅助性的保护技术是不可想像的。

面密度是每英寸磁道上的位数乘每英寸的磁道数。为了提高面密度，在过去10年中，磁头技术经历了三个重要的发展阶段，分别是薄膜感应磁头、各向异性磁阻（AMR）磁头、巨磁阻磁头。

在1990年至1995年间，硬盘采用TFI读/写技术。TFI磁头实际上是绕线的磁芯。磁盘在绕线的磁芯下通过时会在磁头上产生感应电压。TFI读磁头之所以会达到它的能力极限，是因为在提高磁灵敏度的同时，它的写能力减弱了。

20世纪90年代中期，希捷公司推出了使用AMR磁头的硬盘。AMR磁头使用TFI磁头来完成写操作，用薄条的磁性材料来作为读元件。在有磁场存在的情况下，薄条的电阻会随磁场而变化，进而产生很强的信号。硬盘译解由于磁场极性变化而引起的薄条电阻变化，提高了读灵敏度。AMR磁头进一步提高了面密度，而且减少了元器件数量。由于AMR薄膜的电阻变化量有一定的限度，所以AMR磁头的灵敏度也存在极限。这导致了GMR磁头的研发，而GMR磁头是IBM公司在MR磁头技术的基础上更新推出的。

GMR磁头继承了TFI磁头和AMR磁头中采用的读/写技术。但它的读磁头对于磁盘上的磁性变化表现出更高的灵敏度。GMR传感器的灵敏度比AMR磁头的灵敏度大3倍，所以能够提高硬盘的面密度和性能。GMR磁头的工作原理是依赖于自旋的电子散射。为了说明GMR磁头的工作过程，引入了自旋阀（SV）这个术语。

（1）GMR

探索如何提高面密度和降低每兆字节的价格，其成果就是面密度每年提高50%左右。在这个过程中，新技术巨磁阻磁头的发明是一个里程碑。这种结构使自由层的磁化角度（自旋）的变化转变成电阻值的变化和电压输出的变化，所以称之为自旋阀。为了可靠、稳定地工作，这些1.5ns厚的薄层（头发丝直径为10万纳米）必须有很高的晶体质量和极少的物理与磁性缺陷，否则就难以承受严酷的硬盘工作温度条件。

（2）CPP-GMR

CPP-GMR磁头，中文全称即垂直平面电流模式的大型抗磁化磁头，它是日本计算机制造商富士通公司开发出的一种新型读/写磁盘磁头技术。使用这一技术，硬盘驱动器的记录密度可高达每平方英寸300GB。硬盘记录密度的增加将提高笔记本电脑和桌上型电脑的存储容量。

（3）OAW

OAW（Optically AssistedWinchester，译为光学辅助温氏）技术是希捷公司正在开发的一种新型磁头技术，它把传统的磁头读/写和低强度激光束结合在一起，激光束通过光纤进入磁头，再通过一个微电机驱动的镜子反射到磁盘表面，从而实现磁头的精确定位。希捷公司认为OAW技术能够在1英寸宽的范围内写入多于105000个磁道，硬盘单碟容量可达360GB以上，但该技术要进入实用阶段还需两三年的时间，现在硬盘的单碟容量已经达到了80GB。

5．磁头驱动机构

磁头驱动机构由磁头驱动小车、电机和防震机构组成。其作用是对磁头进行驱动和高精度定位，使磁头能迅速、准确地在指定的磁道上进行读/写工作。现在的硬盘所使用的磁头驱动机构中已经淘汰了老式的步进电机和力矩电机，用速度更快、安全性更高的音圈电机取而代之，以获得更高的平均无故障时间和更低的寻道时间。目前使用的许多种磁头驱动机构，它们都属于以下两种基本类型之一，即步进电机驱动机构和语音线圈驱动机构。

不同的驱动机构对驱动器的性能和可靠性有重要的影响。这个影响不仅限于速度，还包括精度、对温度的敏感性、定位、振动，以及整体的可靠性。磁头驱动机构是驱动器里最重要的部分，一个驱动器的磁头驱动机的类型会告诉用户关于驱动器性能和可靠性特征的许多信息。表3-1给出了以上两种硬盘驱动器磁头驱动机构和它们所影响的性能指标。

表3-1　步进电机和语音线圈驱动器的性能指标

一般来说，步进电机驱动器的平均访问速度更慢，在读/写操作中对温度敏感，对物理定位敏感，在电源断开后不会自动把磁头停止在一个保存的区域上，通常需要每年或每2年重新格式化以重新对齐由于寻道错误造成的扇区数据和扇区头信息的不一致。坦率地说，使用步进电机驱动装置的驱动器要比使用语音线圈驱动装置的驱动器远不可靠。

实际上，今天生产的所有硬盘驱动器都使用音圈驱动机构，因为步进电机无法达到所需的精度。

（1）步进电机驱动机构

步进电机是一种可以“步进”，即一步一步移动的电机，带有机械爪或步进卡槽。如果握住这种电机的主轴，手工旋转它，当电机经过每个带软爪的卡槽位置时，就会听到一声卡嗒声。

步进电机在步进卡槽之间无法定位，它们只能停在预先确定的爪位置处。电机很小（1～3英寸），可以是方形、柱形或扁平的。步进电机在密封HDA的外面，但电机主轴通过一个密封孔穿入HDA。图3-7所示是一般的步进电机设计，其中一个分离金属条驱动旋转电机杆的运动转换成给磁头驱动结构的动力。

图3-7　步进电机的驱动结构

步进电机装置受许多因素的影响，最大的问题是温度。驱动器盘片在加热和冷却时会膨胀和收缩，盘片的磁道相对于预先确定的磁道位置也发生了移动。步进机构无法以小于单条磁道的增幅移动来修正这些温度变化产生的错误。驱动器根据步进电机预先确定的步数将磁头定位到一个特定柱面，而无法调整细微差别，现在硬盘中已经不再使用步进电机。

（2）语音线圈驱动机构

现在生产的所有硬盘驱动器中实际使用的音圈驱动机构和步进电机不同，它使用驱动器传回反馈信号来精确地判断磁头位置并在必要时加以调整。这种方式较传统步进电机驱动提供了极大的性能、精度和可靠性。语音线圈的外形如图3-8所示。

图3-8　语音线圈外形图

音圈驱动完全通过电磁力工作。它的构造类似于普通的收音机，这就是音圈（Voice Coil）术语的由来。收录机将环绕音圈的静磁体连到收录机的纸质锥状物上，给音圈加电，使得它相对于静磁体运动，磁体就通过锥状物发出声音。在典型硬盘驱动器的音圈系统里，电磁线圈在磁头架的末端，放在静止磁体附近。线圈和磁体之间没有物理接触，线圈是通过纯粹的电磁力运动的。当电磁线圈被加电后，它吸引或排斥静止磁体，从而牵引磁头架。这种系统非常快且高效，通常比步进电机驱动系统的噪声小得多。

和步进电机不同的是，音圈驱动机构没有步进停或机械爪的位置。它使用特殊的导引系统将磁头架停落在特定柱面之上。因为音圈驱动没有机械爪，它可以将磁头平滑地移入或移出到任何期望的位置。音圈驱动使用的导引机构称为伺服（Servo），它通知驱动机构磁头相对于柱面的位置，并把磁头准确放在期望的位置上。这种定位系统常被称为闭循环反馈机制（Closed Loop-Feedback Mechanism），它发送索引（或伺服）信号给定位电子系统，该系统返回一个反馈信号用来准确定位磁头。这种系统又称为伺服控制系统，因为它利用索引或伺服信息指示或控制定位磁头的精度。

带伺服控制的音圈驱动系统不受温度变化的影响。当温度变化引起了盘片膨胀或收缩时，音圈系统会自动地弥补，因为它从不把磁头定位在预先确定的磁道位置，而是根据预写入的伺服信息的指引搜索特定磁道，并精确地将磁头架定位在期望磁道的上方，而不管磁道的位置所在。由于伺服信息的连续反馈，磁头始终调整到磁道的当前位置。例如，当驱动器加热，盘片膨胀时，伺服信息使得磁头“跟住”磁道。因此音圈驱动机构有时也称为磁道跟踪系统（Track Follow ing System）。图3-9所示是音圈驱动机构。

音圈定位机构主要有两种类型，即线性音圈驱动机构和旋转音圈驱动机构，它们唯一的区别在于磁体和线圈的物理机制不同。

图3-9　音圈驱动机构

线性音圈以驱动机构通过直线方式将磁头移进或移出盘片。线圈在静磁体环绕着的轨迹上移进和移出。线性设计的主要优点在于它消除了旋转定位系统里磁头的方位角变化（方位角指磁头位置相对于一个给定柱面的切线的角度）。线性驱动在柱面之间移动时不旋转磁头，从而没有这个问题。

线性驱动机构看起来是一个很好的设计，但它有一个致命的缺点：设备过于沉重。随着驱动器性能的提高，要求驱动机构质量轻变得非常重要。机械装置越轻，它从一个柱面到另一个柱面的加速和减速就会越快。因为线性驱动机构比旋转驱动机构重得多，它只流行了很短的时间，实际上已不存在于今天的驱动器里。线性音圈驱动机构如图3-10所示。

旋转驱动机构也使用了静磁体和可移动线圈，但线圈是连在驱动臂的一端。当线圈相对于静磁体运动时，它将磁头臂在盘面上移进和移出。这种机构的主要优点是质量轻，这意味着磁头可以非常迅速地加速和减速，从而产生非常快的平均寻道时间。由于磁头臂的杠杆作用，磁头要比驱动机构运动更快，这也有助于改善访问时间，如图3-11所示，其中给出了旋转音圈驱动机构。

图3-10　线性音圈驱动机构

图3-11　旋转音圈驱动机构

旋转系统的缺点在于当磁头从外柱面移到内柱面时，它相对于柱面切线会有轻微的旋转。这个旋转导致了方位角错误，它也是在柱面的盘片区域受限的一个原因。通过限制驱动机构总的运动，方位角错误被限制在适当的范围里。今天所有的音圈驱动器都使用旋转驱动系统。

6．伺服机构

所有硬盘、软驱、大容量软驱都有自己的伺服机构。伺服机构的作用是：调整持续读/写磁头定位，保证读/写磁头能精确地定位在要访问的磁道上方。伺服机构依靠一种特殊的信息编码或一些包含特殊信息的磁道引导读/写磁头定位，这些信息是由特殊的伺服录写器在盘片出厂前写入的。伺服技术是减少读/写磁头冗余动作以提高磁盘读/写速度的重要措施。LS－120中使用激光伺服定位技术，在LS－120系列盘片的磁道之间有一伺服参考光道，驱动器可以利用伺服参考光道反射回来的光束，立即搜索到读/写磁头在盘片上的确切位置。这种技术的关键在于激光伺服磁轨，它不会因盘片格式化或消磁作用而消失。这种独立于信息记录磁道之外的伺服技术大大提高了驱动器的寻道速度，从而大大提高了LS－120的读/写速度。EZFlyer230和UHD144使用了在硬盘中普遍使用的嵌入式（Embedded）伺服技术，它不是将伺服码放在每一柱面的开始部分，而是写在每一扇区的前面，这样盘片每旋转一周，伺服电路将接收到多次反馈定位信息，使得读/写磁头定位更快、更精确。嵌入式伺服技术的另一优点是盘片中的每一磁道都包含着定位信息，所以读/写磁头能根据盘片和读/写磁头尺寸的变化迅速、有效地作出补偿，以调整定位，特别是热胀冷缩引起的变化，从而使驱动器的稳定性得到大幅度提高。Pro-FD在使用嵌入式伺服技术的同时，使用了一种叫微步闭环回路控制（Micro Stepping-Closed Loop Control）技术，从而使读/写磁头定位更加准确、快速。另外Pro-FD还使用了自伺服写入（Self-servo Writing）技术，不需要专门的伺服录写器，驱动器自己可以将伺服码信息块写入盘片中。现在主要有以下三种伺服机构控制音圈定位系统，即楔形（Wedge）伺服、嵌入式伺服和专用（Dedicated）伺服。

这三种设计区别不大，但均完成同一基本任务：它们使磁头定位机构不断调整以便精确地定位在磁盘特定柱面之上。这些设计的主要不同点在于灰度（Gray）码在驱动器上写入的位置。

所有的伺服机构都依赖于在制造磁盘时写到盘上的特殊信息，这些信息通常以一种特殊编码灰度码的形式存在。灰度码是一种特殊的二进制标记系统，两个相邻的数表示为一个只存在一位的地点或卷位置不同的代码，这个系统使得磁头容易读信息并迅速判断自己的准确位置。

在制造硬盘时，一种称为伺服写入器（Servo Writer）的特殊机器将伺服灰度码写到盘上。伺服写入器其实是一个定位模具，它把磁头机械移动到一个给定的访问位置，在该位置写伺服信息。许多伺服写入器本身由激光参照点指引，激光参照点通过以光的波长计算距离，从而计算自己的位置。因为伺服写入器必须能够机械地移动磁头，这个过程要求驱动器的盖子被拆下来，或者通过HDA里的特殊访问点可以访问。当伺服写入结束后，这些端口通常用密封带盖住。用户经常可以看到HDA上的封带盖住的这些孔，通常还附有如果用户撕去封带就会违反担保书的警告信息。伺服写入会暴露出HDA的内部，因此它需要净室环境。

伺服写入器是一种昂贵的机器，价格可达50000美元或更高，经常是针对特定驱动器样式或型号而定制的。一些修理驱动器的公司可以提供伺服写入，在驱动器上的伺服信息被破坏后它们可以重写这些信息。如果没有伺服写入器的话，一个伺服码已损坏的驱动器就必须交给该驱动器的制造厂家进行伺服信息的重写。

幸运的是，磁盘读/写过程是不可能破坏伺服信息的。驱动器的设计使得磁头即使是在低级格式化过程中也无法覆盖伺服信息。一个流行的传说（特别是对于IDE驱动器）是讲用户在错误地低级格式化时会破坏伺服信息，这并不正确。错误的低级格式化会降低驱动器的性能，但伺服信息被完全保护起来，无法覆盖掉。虽然如此，一些驱动器上的伺服信息也有可能被相邻的强磁场或通过在驱动器写入时震动它而遭到损坏，使得磁头偏离磁道。

伺服控制的音圈驱动机构的磁道跟随（Track-Following）能力消除了步进电机驱动器里随时间变化而产生的定位错误。音圈驱动器不受诸如盘片的膨胀和收缩等条件的影响。实际上，今天的许多音圈驱动器在运行时，以预定的间隔执行一个特殊的温度重校正过程。这个过程通常包括对驱动器的每个磁头进行一次从柱面0到某个其他柱面搜寻磁头的操作。当这个动作发生时，驱动器里的控制电路监视从上一次执行这个序列以来磁道位置移动的距离，计算温度重校的调整量并存储在驱动器的存储器里。每次驱动器定位磁头时都使用这个信息来保证可能获得的最精确定位。

大多数驱动器在加电后的开始半个小时内每隔5分钟执行温度重校正过程，以后的时间里则每隔25分钟执行一次。在一些驱动器里，这个温度重校正过程非常明显，驱动器实际停止工作，用户会听到1秒钟左右的卡嗒声。有人以为这表示它们的驱动器在读数据时出现了问题，可能正在进行重读操作，但其实不是这样。大多数新的驱动器（IDE和SCSI）使用这种温度重校正过程来保持定位的精度。

随着多媒体应用的日益普及，温度重校正成为了一些制造商的驱动器的问题来源。这个过程有时会中断一个大数据文件，比如音频或视频文件的传输，这会导致音频或视频播放阻塞。一些公司发布了特殊的A/V（音频可视的）驱动器，它可以隐藏温度重校正过程，使得它们不能中止文件传输。大多数新的IDE和SCSI驱动器具有A/V功能，所以温度重校正过程不会中断传输操作如视频播放。

我们在讨论自动驱动器功能时，执行温度重校正过程的大多数驱动器也自动执行一种叫做磁盘扫描（Disk Sweep）的功能，一些厂家也把它叫做磨损均衡（Wear Leveling）。这个过程是当驱动器空闲一段时间后发生的自动磁头寻找。磁盘扫描功能将磁头移到盘片外部的一个柱面上，这个柱面是磁头悬浮高度最大（因为磁头到盘面的速度最大）的位置。然后，若驱动器继续空闲一段时间的话，磁头会移到这个区域里的另一条柱面上，这个过程只要在驱动器加电时就一直持续下去。

磁盘扫描功能是为了防止磁头在驱动器的一个柱面上停止时间太长，从而磁头和盘片之间的摩擦最终会在该柱面上划出一道痕迹。尽管磁头不和介质直接接触，但它们距离如此接近，以致悬浮于某条柱面上的磁头不断的空气压力会引起摩擦和过度的磨损。图3-12所示是硬盘的伺服孔，伺服信息就是从这里写入的。

图3-12　硬盘的伺服孔

（1）楔形伺服

早期的伺服控制的驱动器使用楔形伺服技术。在这些驱动器里，灰度码指引信息包含在每个柱面紧靠在索引标记前面的驱动器楔形部分里。索引标记指示每条磁道的起始，因此楔形伺服信息写在PRE-INDEXGAP里，即每条磁道的末尾处。这个区域用于速度容错，通常不被控制器使用。

有的控制器需要被告知驱动使用楔形伺服，以便它们可以缩短扇区定时来允许楔形伺服区域的存在。如果它们没有被正确配置，这些控制器将无法正确工作于该驱动器。

另一个问题是伺服信息在每一圈的旋转里只出现一次，这意味着驱动器在精确判断并调整磁头位置之前需要旋转多圈。由于这些问题的存在，楔形伺服从没有流行过，它已不再用于驱动器中。

（2）嵌入式伺服

嵌入式伺服是楔形伺服的增强技术。它不是把伺服码放在每一柱面的起始处，而是在每个扇区的起始之前写入伺服信息。这种安排使得定位电路在一次旋转中可以多次收到反馈，从而使磁头定位更快、更准确。另一个优点是驱动器每条磁道都有自己的定位信息，因此每个磁头可以迅速、有效地调整位置来弥补盘片或磁头尺寸的变化，特别是由于温度造成的膨胀或物理压力所产生的变化。

现在大多数驱动器都使用嵌入式伺服来控制定位系统。和楔形伺服设计中的一样，嵌入的伺服信息由驱动器电路保护。只要磁头位于伺服信息之上，任何写操作都被禁止。因此，低级格式化操作是不可能像有些人想像的那样覆盖伺服信息的。

伺服反馈信息在磁盘旋转一圈中多次出现，嵌入伺服比楔形伺服好得多，但能提供连续的伺服反馈信息的系统会更好。

（3）专用伺服

在专用伺服中，伺服信息在整条磁道上被连续地写入，而不是每磁道只有1次或位于每个扇区的开始处。但如果在整个驱动器中都使用这种机制，则没有空间可以写数据了。因此，专用伺服在所有盘片中选择一张盘片的单面专门用于存储伺服定位信息。术语“专用”来自于这个盘面专门用于伺服信息，不包含任何数据。

在创建一个专用伺服驱动器时，厂家保留一张盘片的一面不进行正常的读/写使用，并将一组特殊的灰度码数据记录在其上，这组数据指示正确的磁道位置。因为这张盘面上的磁头无法用于正常的读/写，灰度码决不会被擦除，伺服信息得以被保护，就像在其他的伺服设计中一样。低级格式化或其他过程都不会覆盖伺服信息。通常，位于最上面或中间的磁头被用于伺服目的。

当驱动器磁头移到一个特定柱面时，内部的驱动器电路使用伺服磁头收到的信号来判断读/写磁头的位置。随着磁头的移动，从专用伺服面上读取磁道计数器。当伺服磁头检测到所需的磁道时，驱动机构停下来。伺服电路细调位置，使得磁头在允许写之前精确地定位在所期望的柱面之上。尽管只有一个磁头用于伺服寻道，但由于其他磁头都连在同一个支架上，因此只要有一个磁头位于期望柱面上，则所有其他磁头也在该柱面。

辨别驱动器是否使用专用伺服盘的一种方法是看它的磁头数是否是奇数。例如，Toshiba Mk－5381.2GB驱动器有8个盘片，但只有15个读/写磁头。该驱动器使用了专用伺服定位系统，第16个磁头是伺服头。专用伺服的优点是伺服信息对于驱动器是连续存在的，使得磁头定位过程更快、更精确。

专用伺服的缺点是将一面盘片完全用于伺服目的空间有些浪费。实际上今天所有驱动器都使用嵌入式伺服技术的一个变种。有些驱动器将专用伺服与嵌入式伺服结合起来，但这种混合设计很少。不管伺服机构是专用的还是嵌入式的，它都比过去的步进电机机构精确得多。

当然，今天IDE和SCSI驱动器的磁头、磁道和每磁道的扇区数等参数是从实际物理数值转换的。因此，从发布的数字准确地获知在驱动器里包含多少磁头或盘片一般是不可能的。

（4）自动磁头停止

当关闭硬盘驱动器的电源时，每个磁头臂里的弹簧拉力把磁头拉回到与盘面接触的位置。驱动器的设计可以承受千次起落碰撞，但必须限制着陆点在盘面上不包含数据的区域里。较老的驱动器需要手工停放磁头。在系统关闭之前，用户运行一个程序将驱动器磁头定位到一个着陆区域，通常是最里面的柱面。现代的驱动器自动停放磁头，因此不再需要停放程序。

在起落过程里会发生一些磨损，磁介质会被磨掉一小块；但如果在起落过程中驱动器受到震动，会产生真正的损坏。

使用音圈驱动机构的一个好处是自动磁头停放。在音圈驱动器里，磁头是由磁力定位和控制的。当断掉驱动器电源后，控制磁头静止于特定柱面之上的磁场消失了，磁头支架划过驱动器表面，可能会造成损坏。在音圈设计中，磁头架一端连在一个弹力很小的弹簧上，另一端末尾有一个磁头。当系统加电时，弹簧的弹性被定位器的磁力所克服。当驱动器断电时，弹簧轻轻地把磁头架在驱动器减慢速度和磁头着陆之前拉到一个停放且锁存的位置。在一些驱动器里，用户可以实际听到“叮……叮……叮……叮”的声音，这是磁头在弹簧的拉动下逐渐弹回停住自己。

在音圈驱动器上，用户可以通过关闭计算机来激活停放机构，不需运行一个程序来停放或缩回磁头。在电源断电时，磁头会自动停放（系统加电时驱动器会自动启动）。

驱动器被通气过滤器盖住。一些驱动器甚至使用更细粒度的过滤装置来去除颗粒。

7．转轴电机

驱动器片旋转的电机被称为转轴电机，因为它连到一个转轴上，盘片都围绕着该轴旋转。硬盘驱动器里的电机总是直接连接的，没有螺丝或齿轮。电机必须没有噪声和振动，否则它会影响盘片，破坏读/写操作。

转轴电机的速度必须是精确控制的。硬盘中的盘片旋转速度从3600rpm到7200rpm或更高，电机有一个带反馈循环的控制电路来精确地监测和控制速度。因为速度控制必须是自动进行的，硬驱并没有电机速度调整机制。一些诊断程序声称可以测出驱动器旋转速度，但这些程序所做的全部工作是根据扇区通过磁头的定时来估计旋转速度。

实际上程序没有办法测量硬盘驱动器的旋转速度，这种测量只能通过复杂的测试设备完成。如果某个诊断程序发现驱动器的旋转速度不正确也不要惊恐，这很可能是程序而不是驱动器的错误。盘片旋转和定时信息并不通过硬盘控制器接口提供。过去，软件通过执行多个扇区读请求并对它们定时可以给出旋转速度的近似估计，但这种方法只有当所有的驱动器每条磁道上都有同样数目的扇区并以同样的速度旋转时才有效。分区位记录（Zoned bit Recording）——和现在的驱动器使用的许多不同的旋转速度结合在一起，更不用说内置的缓冲区和高速缓存——意味着这些计算机估计值不能被软件精确地得到。

在大多数驱动器上，转轴电机位于驱动器底部，紧挨着密封的HDA下面。今天的许多驱动器都把转轴电机直接建造在HDA的盘片插孔里。使用内部插孔转轴电机，厂家可以在驱动器里堆叠更多的盘片，因为转轴电机不占用垂直空间。

转轴电机，尤其是在更大驱动器的电机，会消耗大量的12V电量。大多数驱动器在电机刚开始旋转盘片时要求2～3倍的正常操作电压，这个重负载只持续几秒钟或直到电源不必在同一时刻对所有驱动器提供如此大的负荷时。大多数SCSI和IDE驱动器都有延迟的转轴电机启动特性。

8．逻辑板

所有的硬盘驱动器上都装有一个或多个逻辑板，它包括控制驱动器转轴和头驱动系统的电路，并以某种约定的形式把数据送给控制器。在IDE驱动器里，逻辑板包括控制器本身；SCSI驱动器则包括控制器和SCSI总线适配器电路。

很多磁盘驱动器故障都发生在逻辑板，而不是机械装置。因此，有时用户可以通过替换逻辑板而不是整个驱动器来修理出故障的驱动器。而且，替换逻辑板使得用户可以重新访问驱动器上的数据——而替换整个驱动器却无法做到。

在很多情况下，逻辑板是插入到驱动器里的，可以很容易地替换。这些板通常使用标准螺丝安装。如果驱动器出了故障，用户又有空闲时间，则把一个好驱动器上的逻辑板取下来并安装到坏驱动器上，有可能查清是否是逻辑板出错。如果用户的怀疑被证实，就可以从驱动器厂家订购一个新的逻辑板，但这只是在驱动器上含有用户要恢复的数据的情况下，否则考虑到今天低廉的磁盘驱动器价格，购买一个新驱动器可能更划算。