1956年IBM的一個(gè)工程小組向世界展示第一臺(tái)磁盤(pán)存貯系統(tǒng)Ramac，1968年Winchester技術(shù)被提出，硬盤(pán)走過(guò)了50年的歷程，雖然硬盤(pán)技術(shù)上有很多的進(jìn)步，衍生出了SCSI、IDE、SATA等多種不同的形式，那只是為了適應(yīng)新的應(yīng)用需要開(kāi)發(fā)的不同接口而已，硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)依然沒(méi)有超越Wenchester技術(shù)的定義：密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤(pán)片，磁頭延盤(pán)片向徑移動(dòng)，磁頭懸浮在高速旋轉(zhuǎn)的盤(pán)片上方而不與盤(pán)片接觸。
硬盤(pán)基本上由控制電路板和盤(pán)體兩大部分組成：
控制電路板由接口、DSP處理器、ROM、緩存、磁頭驅(qū)動(dòng)電路和盤(pán)片電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成；接口有電源接口和數(shù)據(jù)接口及硬盤(pán)內(nèi)部的盤(pán)片電機(jī)接口、磁頭接口，電源接口提供硬盤(pán)工作所需要的電流，數(shù)據(jù)接口提供與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)的通道，盤(pán)片電機(jī)接口提供盤(pán)片電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的電流，磁頭接口用于提供電路板到磁頭和音圈電機(jī)的信號(hào)連接；DSP處理器用于控制信號(hào)和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、編碼等操作；ROM中存儲(chǔ)了硬盤(pán)初始化操作的部分程序，有的ROM為獨(dú)立的芯片（可能是EPROM、FLASH等），有的集成到了DSP中；緩存用于暫存盤(pán)體和接口交換的數(shù)據(jù)，以解決接口速度和硬盤(pán)內(nèi)部讀寫(xiě)速度的差別，緩存的大小對(duì)硬盤(pán)的數(shù)據(jù)傳輸率有一定的影響，隨著硬盤(pán)的不斷發(fā)展，緩存的容量也在不斷增大；磁頭驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)磁頭準(zhǔn)確定位和對(duì)磁頭信號(hào)進(jìn)行整形放大等；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)精確控制盤(pán)片的轉(zhuǎn)速。
盤(pán)體由盤(pán)腔、上蓋、盤(pán)片電機(jī)、盤(pán)片、磁頭、音圈電機(jī)和其它的輔助組件組成。為保證硬盤(pán)正常工作，盤(pán)體內(nèi)的潔凈度很高，為防止灰塵進(jìn)入，盤(pán)體處于相對(duì)密封的狀態(tài)，由于硬盤(pán)工作的過(guò)程中發(fā)熱，為了保證盤(pán)腔的空氣壓力與外界平衡，在盤(pán)體上有呼吸孔，呼吸孔的內(nèi)側(cè)安裝有一個(gè)小的空氣過(guò)濾器，硬盤(pán)的設(shè)計(jì)不同，呼吸孔的位置和結(jié)構(gòu)也有所差別；同時(shí)由于盤(pán)體在裝配完成后，要寫(xiě)入伺服信息，所以盤(pán)體上有伺服信息的寫(xiě)入口，在工廠無(wú)塵車(chē)間里將專(zhuān)用的寫(xiě)入設(shè)備從這個(gè)孔伸入盤(pán)體內(nèi)寫(xiě)入伺服信息，寫(xiě)入完成后，會(huì)用鋁箔將其封閉。
盤(pán)體的正面
盤(pán)體的背面
空氣過(guò)濾器
盤(pán)腔一般由鋁合金鑄造后機(jī)加工而成，盤(pán)體的其它組件都直接或間接安裝在盤(pán)腔上面，盤(pán)腔上還有將硬盤(pán)安裝到其它設(shè)備上的螺絲孔。
上蓋一般由鋁合金或軟磁金屬材料加工而成，有的是單層的，有的是由多層材料粘合而成；它的主要作用是與盤(pán)腔一起構(gòu)成一個(gè)相對(duì)密封的整體，基本上都是用螺釘與盤(pán)腔連接，為了保證密封，上蓋與盤(pán)腔的結(jié)合面一般都有密封墊圈。
盤(pán)片電機(jī)的主要作用就是帶動(dòng)盤(pán)片旋轉(zhuǎn)，在控制電路板上的盤(pán)片電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的控制下，盤(pán)片電機(jī)帶動(dòng)盤(pán)片以設(shè)定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，盤(pán)片電機(jī)的轉(zhuǎn)速由原來(lái)低于4000轉(zhuǎn)／分，發(fā)展到現(xiàn)在的10000轉(zhuǎn)／分，甚至15000轉(zhuǎn)／分；盤(pán)片轉(zhuǎn)速的提高直接決定著硬盤(pán)的尋道時(shí)間；當(dāng)然，在提高轉(zhuǎn)速的同時(shí)，硬盤(pán)的發(fā)熱量、振動(dòng)、噪聲等也會(huì)對(duì)硬盤(pán)的穩(wěn)定工作產(chǎn)生影響，所以一些新的技術(shù)也不斷應(yīng)用到盤(pán)片電機(jī)上，由最初的滾珠軸承電機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的液態(tài)軸承電機(jī)
硬盤(pán)的盤(pán)片是硬盤(pán)的核心的組件之一，不同的硬盤(pán)可能有不同的盤(pán)片數(shù)量；所有的數(shù)據(jù)都是存儲(chǔ)在盤(pán)片上的，盤(pán)片是在鋁合金或玻璃基底上涂敷很薄的磁性材料、保護(hù)材料和潤(rùn)滑材料等多種不同功能的材料層加工而成，其中磁性材料的物理性能和磁層結(jié)構(gòu)直接影響著數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)密度和所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性；為了提高存儲(chǔ)密度，防止超順磁效應(yīng)的發(fā)生，各相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究工作，不斷改進(jìn)磁層的物理性能和磁層結(jié)構(gòu)；磁記錄層的記錄方式也由以前的縱向磁記錄發(fā)展到現(xiàn)在的垂直磁記錄。在硬盤(pán)出廠前，會(huì)在盤(pán)片上寫(xiě)入伺服信息，將硬盤(pán)的盤(pán)面劃分成一個(gè)一個(gè)的同心圓，稱(chēng)為磁道，多個(gè)盤(pán)片的相同位置的磁道形成了一個(gè)同心圓柱，這就是硬盤(pán)的柱面，在每個(gè)磁道上又劃分出相同存儲(chǔ)容量的扇區(qū)作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位。要讓硬盤(pán)正常工作，硬盤(pán)必須有相應(yīng)的初始化和管理程序，其中有部分寫(xiě)在盤(pán)片的特定區(qū)域，這就是我們常說(shuō)的固件區(qū)，對(duì)于不同的硬盤(pán)，這個(gè)區(qū)域的物理位置是不同的，所記錄的程序的數(shù)量和功能也有差別。由于生產(chǎn)過(guò)程中不可能保證整個(gè)盤(pán)片完全一致，必然有少部分扇區(qū)無(wú)法穩(wěn)定讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，這就是我們所說(shuō)的壞道，在每個(gè)硬盤(pán)出廠前都要進(jìn)行老化試驗(yàn)，將壞道的位置寫(xiě)入硬盤(pán)固件區(qū)的工廠壞道表(p-List)中；同時(shí)在硬盤(pán)使用過(guò)程中，有少量的扇區(qū)由于種種原因可能也無(wú)法正確讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，這些壞道的位置也可以寫(xiě)入到硬盤(pán)固件區(qū)的增長(zhǎng)壞道表(G-List)中。
磁頭也是硬盤(pán)的核心組件，磁頭的性能對(duì)硬盤(pán)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度和內(nèi)部傳輸率有很大的影響，磁頭最早應(yīng)用的是鐵磁物質(zhì)，1979年發(fā)明了薄膜磁頭，使硬盤(pán)進(jìn)一步減小體積、增大容量、提高讀寫(xiě)速度成為了可能，80年代末期IBM研發(fā)了MR磁阻磁頭，后來(lái)又研發(fā)了GMR巨磁阻磁頭，現(xiàn)在的硬盤(pán)都是采用GMR磁頭，是利用特殊材料的電阻值隨磁場(chǎng)變化的原理來(lái)讀取盤(pán)片上的數(shù)據(jù)；磁頭在工作的過(guò)程中并不與盤(pán)片接觸，而是在盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的空氣動(dòng)力的作用下以很低的高度在盤(pán)片上面飛行，為了提高磁頭的靈敏度，磁頭的飛行高度在不斷降低；磁頭一般跟金屬磁頭臂、音圈電機(jī)線圈和預(yù)放電路等組成一個(gè)組件，磁頭在音圈電機(jī)的帶動(dòng)下根據(jù)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的需要做往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)定位數(shù)據(jù)所在的磁道
由于磁頭需要靠盤(pán)片旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)的空氣動(dòng)力來(lái)飛行，那么在硬盤(pán)不工作或盤(pán)片電機(jī)的轉(zhuǎn)速還沒(méi)有達(dá)到預(yù)定值時(shí)，磁頭無(wú)法飛行，而磁頭的讀寫(xiě)面和盤(pán)片都很光滑，如果他們直接接觸必然導(dǎo)致粘連而妨礙盤(pán)片起轉(zhuǎn)或?qū)е麓蓬^和盤(pán)片損傷，為此磁頭在不工作時(shí)需要停泊在數(shù)據(jù)區(qū)以外的區(qū)域；硬盤(pán)有兩種方式來(lái)滿(mǎn)足這個(gè)要求：第一種方式是在盤(pán)片內(nèi)側(cè)開(kāi)辟一個(gè)環(huán)形的磁頭停泊區(qū)，磁頭不工作時(shí)停泊在這個(gè)地方，為了防止粘連，停泊區(qū)被有意加工成帶有一定粗糙度的區(qū)域，以便磁頭停泊在這里時(shí)磁頭和盤(pán)片之間有一定的空氣，但這樣必然導(dǎo)致硬盤(pán)啟停時(shí)磁頭和盤(pán)片要發(fā)生較嚴(yán)重的摩擦而損傷磁頭，所以硬盤(pán)還有一個(gè)啟停次數(shù)的指標(biāo)；第二種方式是在盤(pán)片的外面安裝一個(gè)磁頭停泊架，當(dāng)磁頭不工作時(shí)停泊在停泊架上，這樣正常情況下磁頭永遠(yuǎn)也不會(huì)和盤(pán)片表面接觸，也就不存在啟停次數(shù)的問(wèn)題
為了防止硬盤(pán)不工作時(shí)發(fā)生意外，不同的硬盤(pán)還設(shè)計(jì)了不同的磁頭鎖定機(jī)構(gòu)，當(dāng)硬盤(pán)不工作或盤(pán)片沒(méi)有達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)，磁頭鎖定機(jī)構(gòu)將磁頭鎖定在停泊位置，有些網(wǎng)友反映晃動(dòng)硬盤(pán)時(shí)硬盤(pán)里有響聲，就是由磁頭鎖定機(jī)構(gòu)發(fā)出的；為了防止磁頭工作時(shí)出現(xiàn)意外而導(dǎo)致磁頭撞擊盤(pán)片電機(jī)的主軸或移動(dòng)到盤(pán)片或停泊架以外，還設(shè)計(jì)有磁頭限位裝置。
音圈電機(jī)由一到兩個(gè)高磁場(chǎng)強(qiáng)度的磁體及外圍的磁鋼組成封閉磁場(chǎng)和音圈電機(jī)線圈組成，在磁頭驅(qū)動(dòng)電路的控制下，依讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的要求帶動(dòng)磁頭在盤(pán)片上方作往復(fù)運(yùn)動(dòng)使磁頭定位在需要的數(shù)據(jù)磁道上
硬盤(pán)通電以后，DSP首先運(yùn)行ROM中的程序，部分硬盤(pán)會(huì)檢查各部件的完整性，然后盤(pán)片電機(jī)起轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)，磁頭開(kāi)始動(dòng)作定位到盤(pán)片的固件區(qū)，讀取硬盤(pán)的固件程序和壞道表，固件區(qū)在硬盤(pán)上的物理位置并不是一定的，完全由硬盤(pán)的設(shè)計(jì)決定；同時(shí)，并不是所有的固件都一定要寫(xiě)在盤(pán)片上，在硬盤(pán)的所有固件中，只有硬盤(pán)的密碼是一定寫(xiě)在其固件區(qū)的；部分硬盤(pán)會(huì)先將ROM中記憶的系列號(hào)與盤(pán)片上的進(jìn)行比較，如果不一致，硬盤(pán)會(huì)終止初始化工作，如果固件的關(guān)鍵扇區(qū)或文件損壞，硬盤(pán)可能出現(xiàn)敲盤(pán)、不能被BIOS識(shí)別或識(shí)別錯(cuò)誤等故障；當(dāng)所有必須的固件正常讀出后，磁頭會(huì)定位到硬盤(pán)的0柱面、0磁頭、1扇區(qū)，也就是我們常說(shuō)的0道，一般來(lái)說(shuō)，硬盤(pán)的0磁頭位于靠近盤(pán)片電機(jī)也就是硬盤(pán)的底部，而0道靠近盤(pán)片的邊緣，然后我們才能對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行操作
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