现在基本每台电脑都配置了 SSD （固态硬盘），但如果用在服务器、NAS 等大容量存储设备中，HDD（机械硬盘）的性价比依然无人能敌。一方面因为它便宜量大，一方面因为它可靠性强，数据存储时间长。

1956 年 IBM 研发出第一 台 磁盘存储系统，盘片直径 61 厘米，重量上百公斤，两台冰箱大小，但容量只有 5MB。

1991 年 IBM 应用温彻斯特技术制造出首款 3.5 英寸的 1GB 硬盘。也是我们现在常见的台式机机械硬盘。而笔记本和移动硬盘用的 2.5 英寸硬盘，其内部构造和工作原理与 3.5 英寸是一样的。

机械硬盘心细如发

机械硬盘最基本的组成部分有：

盘片。存储数据；

磁头。在盘片上读写数据；

磁头臂。控制磁头在盘片上移动；

电路板。控制硬盘各部件工作；

接口。传输数据和供电

……

当机械硬盘工作时，存储数据的盘片会高速旋转，速度通常是 5400 转、7200 转、10000 转/分钟，需求更高的设备上（例如服务器）速度可以更快。

在盘片旋转时，磁头会快速精准地定位到盘片上非常非常狭窄的磁道上方，读写盘片中存储的数据。

也就是说，盘片转的越快，硬盘读写数据的速度就越快。但是受限于机械结构，盘片转速总是有瓶颈的。

为了增加容量和读写速度，盘片和磁头并不是我们从正面看到的一块，而是多个盘片重叠在一起。磁头也并不是只扫上面，通常是上下夹住盘片，两面都能读写。

机械硬盘从名字到价格再到外形都给我们一种硬汉形象，但是其实它非常「娇气」，一点点环境改变都可以降低它的工作效率甚至直接让它报废。

振动

前面说了硬盘是通过磁头在非常非常狭窄的盘片磁道上读写数据，如果磁头的角度位置有一丢丢错位，就无法正确读写数据。

这种错位其实经常发生，最常见的原因就是「振动」，只要轻微振动就会导致磁头位置发生变化。

为了更直观感受这种精度，我们以西部数据 8TB 紫盘举例，这款硬盘大约有 2.48 亿条磁道，每个盘片的单面有 1550 万条磁道。这是一块 3.5 英寸（8.89cm）磁盘，去除主轴占有后盘片的实际可用半径大约是 0.875 英寸（2.22cm）。

2.22cm 上并排了 1550 万条磁道，每毫米大约有 698198 条磁道。一根头发的直径大约是 0.06mm。也就是说头发丝直径的长度下大约有 41892 条磁道。

这就是为什么最微小的振动就能影响硬盘读写速度。磁头每一次错位，意味着盘片那一圈为无效旋转，下一圈到来前磁头要尽量回到正确的位置，振动稍微大一点就需要几圈才能回正，也就增加了读写时间。

机箱中的振动通常来自散热风扇，特别是便宜的散热不会注意这一点，抖动很大（对硬盘来说）。高端散热和服务器散热风扇的振动影响往往还不足以达到影响硬盘的阈值。

由于硬盘的机械结构，它工作时肯定会产生振动。

振动的主要来源是读写数据的磁头臂，读写数据的磁头安装在磁头臂上，磁头臂移动以定位新的磁道，这个工作在瞬间完成，每秒大约可以完成 100 次定位。因此磁头臂必须要快速加速减速，根据物理定律，每次加速都会有相反的作用力被施加到硬盘主体上，使硬盘产生微小的 X 和 Y 方向的振动。

电子产品和技术研究杂志 EP&T.CA 测试发现，当硬盘被安装放在弹性材料（塑料支架）上时振动幅度明显大于硬性材料（花岗岩）。所以更建议大家使用螺丝钉将机械硬盘固定在机箱上，而不是用硬盘支架。

下图是测试结果，蓝线 X 轴振动，绿线为 Y 轴振动：

如果硬盘安装不牢靠，我们用手能力按压硬盘也会起到固定作用，减少硬盘抖动，从而加快硬盘读写速度。有机械移动硬盘的朋友可以试试，使用移动硬盘大多放在桌面上，在读写时给硬盘压力，可能会让它更有动力。

气压

在盘片高速旋转是会产生气流托起磁头，托起高度非常非常低，并且越低，读写越精准。但磁头决不能完全贴着盘片移动，否则会刮花磁道。

被刮花的磁道就彻底就不能再用了，这就是我们所说的「物理坏道」。

导致磁头与旋转的盘片接触的不光有振动，还可能是低气压。

为了防止杂质刮花盘片，机械硬盘内部是完全无尘状态。但又因为气流的缘故，硬盘内部与外界的气压需要相同，中间由空气过滤片过滤外界的杂质，保证机械硬盘内部洁净无尘。

而当处于低气压（高海拔）环境时，盘片的转动无法产生足够的气流托起磁头，就非常容易导致坏道，缩短硬盘寿命，所以一些硬盘在高海拔地区会「*工」。

噪音

2008年工程师 BrendanGregg 在 YouTube 发布了一个视频：

视频中他正在一个数据中心测试硬盘的读写速度，只见他走到一个硬盘矩阵前，乘硬盘没有注意时对其大吼了一声，再回到电脑上查看 IOPS 指标发现，被吼的硬盘出现了一个很陡的瞬间波峰。

像不像你正上班摸鱼，老板突然在身后大吼一声时你的心电图走势？

这个实验证明了声音也会对硬盘产生影响。

看过上面的内容就很容易理解。声音会产生振动，而振动会影响磁盘读写速度。只需要 110 分贝就能降低大多数机械硬盘的性能。150 分贝甚至能直接让硬盘歇菜。

总结

有时候我们读写数据时，不小心移动了电脑或硬盘而导致读写失败，以往我们首先以为是因为接口松动而导致接触不良。但仔细想想接口哪有那么容易松动？我们给手机充电的时候随意移动手机也没见充电终止啊。

现在看来可能是大幅晃动导致硬盘「*工」了。

随着技术升级，现在的机械硬盘也不像以前那么脆弱，但如果存储重要数据，依然要避免晃动它。

本文部分资料和图片来源

EP&T: Everything you need to know abouthard drive vibration

Blue Note: How Intentional AcousticInterference Damages Availability and Integrity in Hard Disk Drives andOperating Systems

YouTube: Shouting in the Datacenter