硬盘拆解图集
私以为科创是一个展览/科普硬盘的很好的地方 (其实是担心潜在的争执) 此专栏望能供大家娱乐和学习~
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保姆级硬盘讲解!拆解WD30PURX

这次被拆解的是一块西数的WD30PURX

拆解原因:

该盘为消磁盘

消磁的很彻底,甚至连主轴电机内部磁铁的磁性也被消了...

该盘第一次拆解时磁头没有正确归位,经快递颠簸,HGA报废,因此失去维修价值,故拆解。

下为拆解图:

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显而易见,该盘是OEM版本的硬盘,

该盘拥有7200rpm转速,配有磁头架;

并且顶盖造型奇特,因俗称“斜头盘”。

该盘隶属于西数紫盘,多用于监控录像,具备7x24工作能力,但随机寻道性能较为欠佳。

IMG_20240127_161405.jpg

该盘体使用经典771945版号电路板,family ID未知(后续会补上)

总览


IMG_20240127_153528.jpg

IMG_20240127_154621.jpg

由上两图可以看到:

(排列顺序从左上到右下,可能略有偏差)

0:盘体及主轴电机(镁铝合金)

1:过滤棉(缺失)以及其槽位

2:盘片(3.5英寸,铝制)

3:隐藏在盘片下方的导流架(铝制,cnc加工)

4:夹紧块:

5:隐藏在夹紧块下方的箍圈和主轴

6:磁头限位器(图中很小的一个黑色的橡胶组件)

7:VCM(Voice Coil Motor)音圈电机

(线圈大概率是铜)

8:HGA(位于磁臂末端,含有硬盘读写的核心部件:磁头)

9:前置放大器:位于磁臂侧面

10:磁头架

11:磁头连接器(用于传输磁头读取信息和vcm控制信息等)

IMG_20240127_160539.jpg

(↑图为导流架)

导流架,顾名思义是规范磁盘内部高速旋转的气流的架子。成分多为铝合金或者是掺杂金属颗粒的导电塑料,原因编者猜想可能是避免高速气流摩擦塑料产生静电。

IMG_20240127_154906.jpg

该盘采用3碟6头设计,单碟容量1TB(1000GB=1TB,实际容量约为标称的93%)

极限漂移:HGA组件

IMG_20240127_154759.jpg IMG_20240127_160014.jpg


拆除掉遮挡的上片磁铁,可以看到音圈线圈,该线圈采用铜制。

(高转速硬盘会使用铝做线圈,减轻重量,减少惯性以便提升寻道速度)

现代硬盘的磁铁使用两片(部分消费级为一片)强磁磁铁,通常为一半N级一半S级,以便在垂直音圈线圈所在平面形成方向不同的两个匀强磁场,

便于最大化寻道效率。

通常,现代企业级7k2转硬盘的寻道时间约为:

8.5ms(平均搜寻时间)+4.17ms(平均旋转等待时间)=12.67ms   . 但是实际上企业级硬盘实测随机寻道时间会在11ms~13ms左右浮动。

由于该盘对随机寻道的性能要求不是很高,故不需要强劲的磁铁和线圈,在固件方面也(可能)做出一些“阉割”。(保证合理的利润


另外读者是否会产生一些疑问?诸如vcm电机和主轴电机磁铁对于盘片存储数据的干扰和意外的磁化?

这点无需担心,在两片(或一片)强磁磁铁外,在主轴电机磁铁周围通常配备有铁块,这些铁块可以保证安装后在临近盘片的地方不会产生对于盘片上脆弱的数据“毁灭性”的危害!

不可一世:HSA组件

从最初TFT磁头开始,到现在技术十分成熟的GMR磁头,脆弱的磁头一直是硬盘需要备受呵护的主要原因。

最为传统的硬盘,无论起转停转,还是工作空闲,磁头始终在盘片上摩擦,这种盘常见于容量以mb为单位的硬盘,磁密度也很小,对于灰尘的抗性也高。(后续会出文章讲解)

随着磁密度的提升,磁头生产精度提高,硬盘的磁头不再是和盘片发生持续摩擦,而是在达到特定转速后“漂浮”在盘片高速旋转时形成的一层薄薄的气垫。

但大部分的传统硬盘磁头启停不需要磁头架,也就是说脆弱的磁头要想正常工作,必须要在盘片内圈涂有特定润滑层的轨道上,如同飞机起降一般。

然而伴随电脑的开关机,磁头必然产生启停,也必然会带来摩擦,随之而来的就是有限的启停寿命和造成一系列不可逆磨损。

并且在关机时候硬盘如果遭受到冲击(重摔等等),磁头会在启停区“蹦迪”,对磁头和盘片造成不可逆的损伤,如同飞机跑道上挖出一条横沟,那么磁头再从启停区“起飞”和“降落”时会造成损伤,最终影响可靠性和故障率。

于是在最早可以追溯到1997年的时候,IBM硬盘厂商提供了一个极佳的解决方案:采用磁头架。

将脆弱的磁头如同“倒车入库”般停到磁头架上不仅可以保证非工作状态下硬盘对于冲击的抗性,而且可以显著提高硬盘加载卸载的次数。这对于无法避免接受海量碰撞的2.5寸笔记本硬盘以及移动硬盘,1.8寸、1寸甚至是0.85寸的硬盘无疑是如获至宝。

再后来除了希捷还“执迷不悟”的生产内停Savvio高转企业盘,其他厂商在获得技术之后纷纷采用磁头架。

该盘也不例外:

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但是,单单有一片金属皮,粘连着现代盘由硅切割而制成的读头,写头以及加热器是不够的,vcm的控制精度难以精准、高效地控制单碟1TB,也就是单面500GiB的磁道密度。

那么我们有没有可能再加一个“VCM”,它非常微型,足够控制住磁头精准的寻到每一个目标扇区呢?

答案是肯定的,“毫制动器”也应运而生,它是位于磁头和磁臂间的两个压电陶瓷。

万能的压电陶瓷通过驱动芯片的电压控制,来生产出微量的位移,也可以弥补VCM造成的误差。

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(↑图为希捷/西数HSA & 毫制动器)

当然,不可忽视的硬盘前置放大器在硬盘数据传输方面也发挥重要作用,在此不多赘述。

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(↑图为磁头前置放大器及其排线,由于制程、架构等因素,与IBM腾龙时期外置前置放大器不同)

数据藏馆:盘片

关于盘片的故事可谓数不胜数,从最早14寸、到8寸、5.25寸、3.5寸、2.5寸乃至1.8寸、1寸甚至最小的0.85寸,硬盘盘片的体积,材料,厚度,工艺都在变化。

早期的盘片材料使用铝作为基底,现在大部分也如此,铝基底廉价,轻薄,且技术成熟,但是为了进一步提升磁密度和磁介质的稳定度,必须使用更小、更精细的磁头来读写,这同时也要求更高质量的盘片胜任这份工作。而且铝在进一步缩减厚度的同时,动平衡和盘片涂层溅射方面的改进或许显得不尽人意。

这时疯狂的IBM硬盘部工程师又想出了一个好主意:换用材料!

可是用什么材料是个难题,硬盘盘片高速旋转要求极佳的动平衡和盘片的平整度,什么材料能够胜任呢?

诶?玻璃倒是挺不错的,玻璃平整度优于铝,生产动平衡也很好,即便是做的轻薄,动平衡依旧可靠如初。并且在“寸厚寸金”12.5mm,9mm的2.5寸硬盘中和26mm甚至41mm的3.5寸硬盘中,越薄的盘片意味着更多的盘片数,随之而来的是更大的容量和更高的竞争力!

要知道最初的企业级硬盘,尤其是10K RPM,尤其是15K RPM的超高速硬盘,IBM都占据着一席之地,Ultrastar的口碑也未尝糟糕。

但很多骨灰级的装机佬对于IBM硬盘的第一印象是恐怖的腾龙系列:出色的性能和近乎与希捷st3000dm001平起平坐的故障率。事实上确实如此,腾龙系列的设计缺陷,电路板的设计不足和易“翻车”甚至造成划盘的HSA造成了这次不幸。

但是玻璃盘片真的有那么不堪吗?事实证明了玻璃盘片没有错,早在2000年时IBM大胆的在IBM小型机里面使用了6个玻璃盘片,使用最新的外停技术,生产出了10K和15K的80-PIN SCA企业盘(本人有幸拆过并且捏碎过盘片)

另外现在的笔记本硬盘,氦气硬盘,乃至2.5寸的15K机械高转盘,也频频出现玻璃盘的身影

那么除了换用材料,还有没有办法提升动平衡?

有,那就是提升厚度。很显然,西数选择了后者:该盘就是如此。西数的盘片比希捷同密度(单碟1T)的盘片要厚上不少。 IMG_20240127_160358.jpg IMG_20240127_160458.jpg


1
electron 作者
1个月9天前 IP:江苏
D884308

指正:该盘体转速为5400RPM


鉴于后期厂商多将硬盘转速标记为:XXXXRPM Class

(即为:XXXX转速的性能等级)

由于这种标称转速命名方式是采用实际性能为衡量标准,而非实际转速,

故而厂商可以通过对固件进行修改并限制(顺序读写和随机寻道等)速度,以此将同盘体不同体质的硬盘区分,并分配到不同系列中(例如企业盘/监控盘/家用盘/NAS专用盘等)。


在此本人将全部使用该盘的真实转速作为该盘真实转速。

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