Creation of hard disk

硬碟的內部構造
硬碟是高科技、高精密產業，集電子半導體、雷射光學、精密機械、高等物理化學等科 技。目前PC上很多週邊產品在很多國家均可製造，唯獨CPU和硬碟只有美商有能力製造(日商已逐年退出)可見製造難度。硬碟因其產業結構龐大涉及尖端科 技，所以美國原廠對硬碟技術管制嚴格，一般是無法輕易取得關鍵技術。
硬碟的儲存原理是將資料用其控制電路透過硬碟讀寫頭(Read Write Head )去改變磁片上表面上極細微的磁蕊的正負極性 ( ﹢﹣)來加以儲存，所以這幾片磁片就相當重要。而磁片為儲存更多的資料，則須將磁蕊製作的愈細愈小(類似相機底片的感光顆粒)，再Coating(濺鍍)到磁片表面上，密度相當高，而硬碟讀寫頭為了能在磁片表面高速來回移動讀取資料，則需漂浮在磁片表面不可接觸，但太高讀取訊號會太弱，無法達到高容量要求，所以需盡可能壓低，其飛行高度(Flying Height)約為0.5 uin (可比喻成一架大型747客機其飛行高度須保持在1Inch而不可墜毀)所以磁片表面上須相當光滑平整，任何異物、塵埃均會造成硬碟讀寫頭打傷磁面(限於髮徑的1 %以下)而造成硬碟資料永久性傷害。所以硬碟的裝配修復全程需在Class 100高潔淨度的Clean Room (無塵室)內進行。
此內文均是本公司將硬碟科技的瞭解做一番簡單的介紹，如有錯誤之處，尚請不吝賜教。主題是以一些不常公開的技術為主，不再轉述常見的商業文章。
硬碟大致分為，磁片Media、讀寫頭Read WriteHead、馬達Spindle Motor & Voice Coil Motor、底座Base、電路板PCBA等幾大項組合而成。


Media 的基板是金屬或玻璃材質製成，為達到高密度高穩定的品質，基板要求表面光滑平整，不可有任何暇疵，然後再將磁粉Coating 濺鍍到基板表面上，最後再塗上保護潤滑層。此處有2項高科技，一為如何製造出不含雜質極細微的磁粉；二為如何將磁粉均勻的Coating上去。
以3.5” Media計算，其內徑為25mm，需扣掉最外及最內圈不儲存Data的部分，實際只剩20mm，如換算成60GB Media以Bit為單位(1個Bit記錄0或1，8Bit只可記錄一個字元如A、B或C…。事實上不是以Bit為單位，在此為求簡單易懂，故以Bit形 容)



Media每面粗計密度為﹕32,901,120,000 Bit，可見其密度相當高，所以Media不可有任何污染，全程製造均需在Class 100高潔淨度的Clean Room內，這也是硬碟機要求需在Clean Room才能拆解的原因。

Media出廠時，是完全空白無任何訊號存在，需交由各硬碟廠組裝時自行編碼。

Head 是由上、下多片讀寫頭固定在同一組Arm上，來回移動時是整組Arm一起移動，一般讀寫原理是，例如﹕當10MB Data進來時，第1個Head先寫4096 Byte(視規格各異)，第2Head寫4096 Byte，依此類推，呈垂直讀寫，所以1 支檔案是被分成很多段存在各磁面上，讀取時也是同理，如此多磁頭同時讀寫可達到高速要求，但現在又有更先進的科技出現。

Arm 因需高速來回移動，不可抖動，並精準移至原位址，各Head垂直度不可有分毫誤差(限於頭髮的0.001 ﹪寬度)所以Head、Media均不可鬆動或偏角，否則會無法定軌。目前科技尚無法將誤差的Head或Media調整回原址，因需以3D立體來看X、Y 點及各Head的垂直點外，還需顧及外徑與內徑的公差，這也是硬碟怕碰撞的原因，更不可能去更換Head。

Spindle Motor上裝有１至多片Media，以7,200或10,000 RPM 定速旋轉，為保持其Balance不可抖動，所以其Bearing(分滾珠、液態)品質要求嚴謹，需能忍受24 H x 365 Days持續運轉而不磨損、不產生高溫噪音。

硬碟組裝時，是依序將Spindle Motor、Media、Voice Coil Motor、Head裝上固定後，先測試各Head在其所處Media的FlyHeight值，是否合格﹖(約為0.5 u in)

因 為Head是利用氣流漂浮在Media上不接觸的原理，才可在各軌間高速來回移動，但太高讀取訊號太弱，太低會磨損到Media表面，所以 Media表面上須相當光滑平整，任何異物、塵埃均會使得Head打傷磁面而造成Data永久性傷害。所以硬碟的裝配修復全程需在高潔淨度的Clean Room (無塵室)內進行。此項安裝作業需用雷射儀器完成無法使用人工。
各 大元件裝畢後，此時Media因尚無任何Sector存在，硬碟還無法使用，需經各廠依其規格用專用的Servo Track Writer透過其Head在Media進行一圈一圈Embedded Servo的編碼動作﹒若以60GB Media規格計每面的Sectors總數約為﹕64,260,000 Sectors但因Media是圓形，內徑較小所以所編出的Sector數量會比外徑少，這是所謂的Zone Bit Recording編碼法，這也是最困難的技術。

Embedded Servo完成後，此時硬碟已可使用，接上電腦Power On後，Head已可正常定軌，BIOS已可Detect其規格，出現Cylinder、Head、Sector等值﹒最後BIOS會將 Controller交由作業系統，只需Create New Partition及Format就可正式儲存Data。
以上基本原理介紹，讀者應可得知幾項問題需注意﹕
1.
Media不可污染，所以需在Class 100高潔淨度的Clean Room拆解。

2.
Head 、Media是唇齒相依，當初固定後，即用Servo Track Writer將各面Media作垂直性的Embedded Servo，就不容許再有誤差，只要稍有碰撞Head就無法定軌，所以更不可能將Head或Media拆下或裝至另一同型硬碟。

3.
Media是磁性媒介，就像錄音帶只容許一種極性存在，因此只要Head有電流產生即可改變其原值，所以一台受損的硬碟只要稍有不慎，是很容易再被寫入而破壞原Data。

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