電腦硬盤的作用和功能(硬盤是怎么存儲數據的)
現在使用的硬盤主要有機械硬盤和固態硬盤,二者原理并不相同,下面簡單介紹一下。
機械硬盤主要結構如下圖所示:
機械硬盤主要結構 | 圖源自參考資料2
機械硬盤的磁盤主體是一塊金屬薄片(也有用其他材料的),上面涂覆一層磁性材料,可以理解為一層小磁針。硬盤工作時,磁盤在馬達的驅動下高速旋轉,轉速高達數千轉每分鐘,磁頭則在磁頭驅動系統的的控制下,在高速旋轉的磁盤表面飛行。當需要寫入或擦除數據時,磁頭線圈上通電,在其周圍產生磁場,磁化磁盤表面的磁性材料,不同方向的電流產生的磁場方向不同,磁盤表面的磁性材料被磁化的極性也不同,不同極性便代表0與1;讀取時,磁頭線圈切割磁盤表面的磁性材料的磁場,產生電信號,不同極性的磁性材料產生的感應電流方向不同,因此可以讀出0與1。
斷電并不會影響磁盤表面的磁性材料的極性,因此斷電后數據仍然不會消失,但劇烈的碰撞或加熱則有可能導致數據丟失。
固態硬盤的存儲原理如下圖所示:
固態硬盤存儲原理 | 圖源自參考資料3
圖中浮置柵極上下兩層均為絕緣體,可以儲存電荷,浮置柵極中有電荷即為0,無電荷為1。當需要擦除時,便在P極加電壓,浮置柵極中的電子便會發生隧穿,脫離浮置柵極,即由0轉1;當需要編程時,便在控制柵極加電壓,電子便會被吸入浮置柵極,即由1轉0。讀取時,則可以在控制柵極加一較低的電壓,如果N極導通,則浮置柵極中電子數目較少,識別為1;反之,識別為0。
固態硬盤的壽命要低于機械硬盤,原因就在于擦寫數據時,可能會有電子被困在絕緣層中,困住的電子可以抵消控制柵極的電壓,最終導致控制柵極無法吸引足夠的電子進入浮置柵極。
固態硬盤斷電后電子仍留在浮置柵極,因此斷電后也不影響數據存儲。
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