電腦 - 硬碟驅動器 (HDD)

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什麼是硬碟驅動器 (HDD)

硬碟驅動器是計算機中儲存資料的最重要的硬體。大多數檔案，包括作業系統和程式標題，都是儲存在硬碟驅動器中的。

硬碟驅動器的元件

一個硬碟有一些基本元件。一片或多片閃亮的銀盤儲存著透過磁儲存的資訊，一個機械裝置將一個叫做讀寫頭的微型磁鐵移動到碟片上以記錄或儲存資訊，一個電子電路控制著一切，並將硬碟連線到你的計算機。

1. 執行器

執行器臂是一個機械元件，負責提供讀/寫頭支援。這個機械裝置促進讀/寫頭移動到碟片上預定的磁軌以讀取或寫入資料。現代硬碟驅動器 (HDD) 採用音圈執行器以獲得精確定位。

2. 讀寫頭

每個碟片都配備一個相對應的讀/寫頭，它懸停在碟片的表面上方。這些元件的任務是從碟片中檢索資料或將資料儲存到碟片中。執行器臂被用來快速地遍歷碟片的表面，促進了對磁碟各個部分的訪問。

3. 中央軸

碟片以恆定的速度與旋轉軸旋轉。大多數 HDD 的轉速為 5,400 或 7,200 RPM，而某些高效能裝置的轉速為 10,000 或 15,000 RPM。

4. 磁碟片

它以二進位制形式儲存資訊。硬碟內部的扁平圓形碟片稱為碟片。這些碟片大部分由鋁或玻璃製成，並塗有磁性塗層。磁性圖案將資訊保留在碟片上。

5. 電源接頭

這些將硬碟連結到個人計算機中的電路板上。需要使用電源接頭透過計算機的電源為內部硬碟供電。現代光碟使用 SATA 電源接頭。

6. 讀寫磁頭

讀寫磁頭是讀寫臂末端的微小磁鐵。

7. 電路板

控制器板也稱為“印刷電路板” (PCB)，是硬碟的“大腦”。它容納驅動器的軟體，用於控制如何訪問資料和修復錯誤。驅動器還透過驅動器板連線到計算機的介面（如 SATA 或 IDE）。

8. 資料聯結器

計算機的電源裝置透過電源接頭為內部硬碟供電。SATA 電源接頭對於較新的驅動器來說很常見。

9. 小型主軸

這樣讀寫臂可以掃過碟片。碟片是最關鍵的硬碟元件。從它們的名稱可以看出，它們是硬光碟，由玻璃、陶瓷或鋁製成，塗有可以磁化或退磁的薄金屬塗層。雖然緊湊型硬碟有一個碟片，但每側都有磁性塗層。更大的驅動器具有堆疊在帶有微小間隙的主軸上的碟片。讀寫磁頭可以到達碟片的任何區域，碟片以高達 10,000 rpm 的速度旋轉。

一個五碟片硬碟需要十個讀寫磁頭，因為每個碟片包含兩個磁頭，一個用於頂部，一個用於底部。一個電子操作的臂將讀寫磁頭從驅動器中心移動到邊緣再返回。

硬碟驅動器的特點

硬碟驅動器或硬碟的一些主要特點如下 −

資料儲存

硬碟包含一個或多個塗有磁性材料的剛性、快速旋轉的圓盤（碟片）。資料以磁性圖案的形式儲存在這些碟片上。要讀取或寫入資料，讀寫磁頭會在旋轉的碟片上移動。

容量

硬碟的儲存容量各不相同，從幾千兆位元組 (GB) 到幾十兆兆位元組 (TB) 不等。硬碟的容量由它包含的碟片數量和資料密度決定。

速度

在資料訪問時間和讀寫速度方面，硬碟通常比固態硬碟慢。這是因為讀寫磁頭需要物理移動到磁碟上的正確位置，從而造成延遲。

耐用性

硬碟是帶有運動部件的機械裝置，這使得它們容易受到機械故障的影響，如果受到物理衝擊、掉落或過度振動。固態硬碟是固態的，在這方面更耐用。

價格

與固態硬碟相比，硬碟每個千兆位元組通常更便宜。這使得它們成為滿足大儲存需求的經濟實惠的選擇。

噪音和熱量

硬碟由於旋轉的碟片和移動的磁頭會產生噪音。它們還會產生熱量，因此需要適當的通風以防止過熱。

功耗

由於有機械部件，硬碟的功耗通常高於固態硬碟。這可能導致筆記型電腦和桌上型電腦的耗電量略高。

使用壽命

硬碟的使用壽命可能會有所不同，但通常比固態硬碟短。隨著時間的推移，機械部件會磨損，導致資料丟失。

應用

硬碟通常用於各種目的，比如儲存大檔案（照片、影片和文件）、執行作業系統和軟體，以及在用於備份和資料共享的網路附屬儲存 (NAS) 裝置中。

備份

由於其機械特性，定期備份硬碟上的資料非常重要，以防止故障導致資料丟失。可以採用冗餘儲存系統或 RAID 配置以增加資料保護。

硬碟 (HDD) 如何工作？

HDD 的工作原理取決於其元件，如下所述。主要元素：一個旋轉的碟片和一個執行器臂如下所示 −

磁性碟片

碟片指的是圓形板。硬碟中的碟片數量與其儲存容量成正比，因為每個碟片都能容納特定數量的資訊。因此，與儲存容量較小的硬碟相比，儲存容量較大的硬碟會包含更多碟片。從碟片儲存和檢索資訊的過程涉及利用稱為磁軌的同心圓，這些同心圓進一步劃分為扇區。

磁頭臂

磁頭臂指的是突出在碟片上方的元件。磁頭臂配備有讀寫磁頭，用於讀取和儲存磁性資料到碟片上。每個碟片都有自己的磁頭臂，用於從碟片中讀取和寫入資料。

電機用於以每分鐘 4,500 到 15,000 轉 (RPM) 的速度旋轉磁碟。驅動器的旋轉速度越高，效能越好。當計算機需要從硬碟中檢索資料時，電機啟動碟片的旋轉，而磁頭臂則重新定位到碟片上儲存資料的指定位置。位於磁頭臂上的磁頭負責檢測碟片上存在的磁位。然後，這些磁頭將檢測到的磁位轉換成計算機可以利用的相應資料。相比之下，在向驅動器傳輸資料時，磁頭會向盤片發出磁脈衝，從而改變碟片表面的磁特性，隨後儲存資訊。

HDD 比 SSD 便宜且容量更大，但速度更慢且耐用度更低。使用情況以及成本、效能和儲存容量之間的平衡決定了是使用 HDD 還是 SSD。計算機和電子產品在 HDD 上儲存和檢索資料。基於其速度和可靠性，固態硬碟 (SSD) 在幾十年的使用後變得流行。

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