第三卷13章谭灰晨讲解硬盘
谭灰晨和他儿子在晚上，坐在家中的工作台前，准备一起制作一个不一样的硬盘，移动硬盘和用tf内存卡制作的硬盘在存储介质的工作原理上有一些不同。”
落灰好奇的问道：“爸爸，他们有什么不同呢？”
落灰大声缓慢的说：“移动硬盘通常采用硬盘盘片作为存储介质，这是一种基于磁性材料的存储方式。在硬盘盘片上，数据是以螺旋状的方式从内圈向外圈散开的。每个盘片通常有两个表面，每个表面上都有多个磁道，数据可以在这些磁道上存储。这些数据是以微小的磁化区域形式存在的，这些区域就是记录数据的“比特”。读写头通过感应磁道上的磁场变化来读取数据，或者通过改变磁道上的磁场来写入数据。
而tf内存卡（通常称为microsd卡）则是一种基于闪存的存储介质。它的内部由多个存储单元组成，每个存储单元可以存储一定量的数据。这些数据是以块（block）为单位进行读写操作的。当需要读取或写入数据时，tf卡内部的控制电路会根据接收到的指令，定位到对应的存储单元，然后进行数据的读取或写入。这种存储方式与传统的硬盘盘片存储方式在物理结构和操作方式上都有所不同。”
落灰听完后，思索了片刻大声缓慢的对他爸爸说：“爸爸这么说得话，移动硬盘和用tf内存卡制作的硬盘在存储介质的工作原理上有所不同，主要表现在存储介质的物理结构、数据存储方式以及读写操作的方式上。硬盘盘片采用磁性材料以螺旋状方式从内圈向外圈散开存储数据，而tf内存卡则采用闪存以块为单位进行数据的读写操作对吗？”
谭灰晨看了看落灰用手拍了拍他的头笑着说：“儿子，欸你说的不错。”
小落灰又问道：“爸爸，那他们是怎么么做到一块一块存储的呢？”
谭灰晨说：“多个存储单元可以组成存储体，每个存储单元可以存储一定量的数据，这主要依赖于存储介质的不同状态、存储介质的状态感知以及存储介质的状态转换。这种技术的发明和应用在电子工程领域有着悠久的历史和众多的贡献者。
我们来看看存储单元的基本构成。存储单元通常由多个存储元组成，而每个存储元能够存储一位比特。在电子工程中，这种存储元通常是由电容来实现的。电容可以存储电荷，当电容有电压差时，表示比特1；而无电压差时，表示比特0。通过控制电容的充电和放电状态，就可以实现数据的存储。
他是将多个存储元组合起来形成存储单元。在同一个存储单元中，所有的存储元会共用一根mos管（金属氧化物半导体场效应晶体管）。mos管在这里充当了一个电控开关的角色，当输入电压到达某个阀值时，mos管就可以接通，使得电容中的电荷可以流动。这样，通过控制mos管的开关状态，就可以实现对存储元中数据的读写操作。
当我们将多个这样的存储单元组合起来时，就形成了存储体。每个存储单元都有一个唯一的地址，通过地址我们可以访问和识别特定的存储单元。这种地址机制使得我们可以对存储体中的数据进行精确的操作。
这种数据存储技术的发明可以追溯到20世纪中期。其中，晶体管的发明对于数据存储技术的发展起到了关键的作用。1947年，美国物理学家沃尔特·布喇顿（walter brattain）、约翰·巴丁（john bardeen）和威廉·肖克利（william shockley）共同发明了晶体管。这一发明为后来的集成电路和计算机技术的发展奠定了基础。而巴丁也因为这一贡献获得了1956年的诺贝尔物理学奖。
在晶体管发明之后，人们开始利用晶体管来构建各种逻辑电路和存储设备。其中，静态随机存取存储器（sram）就是一种典型的利用晶体管实现的存储设备。sram由6个晶体管组成，每个晶体管都可以作为一个存储元来存储一位比特。通过改变晶体管中电荷的状态，就可以实现数据的存储和读取。
除了sram之外，还有其他类型的存储设备如动态随机存取存储器（dram）、只读存储器（rom）等。这些设备都采用了类似的原理和技术来实现数据的存储和读取。而随着技术的不断发展，存储设备的容量和性能也在不断提高，为现代计算机技术的发展提供了强有力的支持。
落灰听完后大声缓慢的说：“哦，爸爸，原来多个存储单元可以组成存储体，每个存储单元可以存储一定量的数据，这主要依赖于存储介质的不同状态、存储介质的状态感知以及存储介质的状态转换。”
谭灰晨微笑着，眼神中充满了期待和耐心，准备引导谭落灰一步步完成这个有趣的项目。
谭灰晨：“儿子啊你说的挺好的，但是你知道硬盘是怎么工作的吗？”
小落灰：“不太清楚，爸爸，你能给我讲讲吗？”
谭灰晨：“当然可以爸爸不和你说，和谁说，落灰啊这个，硬盘其实就是一个存储设备，它可以存储我们的文件、图片、视频等等。它主要由一个或多个磁盘片、磁头、马达和控制电路组成。”
谭落灰：“听起来很复杂，爸，我们能自己做出来吗？”
谭灰晨：“当然可以，只要你有耐心和热情。首先，我们需要准备一些材料。”
谭灰晨从抽屉里拿出了一些元件和材料，需要电路板、晶振、接口芯片内存卡、焊锡、电阻、电容、电感、二极管、三极管等。
小落灰一看好奇的问道：“爸爸，这些都是什么呀？”
谭灰晨高兴的说：“你小子好奇心可真不小啊，小心好奇害死猫呀？”
落灰一脸认真的说：“爸爸，所有的问题都要认真对待你到是快说呀！”
谭灰晨看了看桌子上的零件一个一个的耐心讲了起来：“儿子哟，你问到的问题真的很专业，那爸爸来好好给你说一下这些电子元件吧。”
“首先，电路板，也叫做‘基板’或‘pcb’，它是电子元器件的支撑和连接平台。上面布满了各种导线，用于将各个元件连接在一起，形成一个完整的工作电路。在使用电路板时，我们要注意避免过度弯曲和高温，因为这些都可能导致电路断路或短路。”
“接下来是晶振，也就是晶体振荡器。它是一个能够产生稳定频率的元件，通常用于计算机、手机等设备的时钟电路中。使用晶振时，我们需要确保它的工作环境稳定，避免受到外部干扰，否则可能会产生频率偏差。”
“接口芯片，是负责与外部设备通信的芯片。比如usb接口芯片，可以让电脑与外部设备如打印机、鼠标等进行数据传输。在使用接口芯片时，我们要注意它的接口类型、数据传输速率等参数，以确保与外部设备的兼容性。”
“内存卡，也叫存储卡，用于存储数据。常见的有sd卡、tf卡等。使用存存卡时，我们要注意避免高温和潮湿，同时定期备份数据以防丢失。”
“焊锡，是一种用于连接电子元器件的金属合金。在焊接过程中，我们要注意控制温度和时间，避免焊接不良或焊接过度。”
“电阻，用于限制电流的大小。在使用电阻时，我们要注意它的阻值、功率等参数，以确保电路正常工作。”
“电容，用于存储电能。在电路中，它可以起到滤波、稳压等作用。使用电容时，我们要注意它的容量、耐压等参数。”
“电感，也叫线圈，用于存储磁场能量。在电路中，它可以起到滤波、振荡等作用。使用电感时，我们要注意它的电感量、电流承受能力等参数。”
“二极管，是一种具有单向导电性的元件。它只允许电流从正极流向负极。在使用二极管时，我们要注意它的极性，避免接反。”
“最后是三极管，也叫晶体管。它可以放大电流或电压信号。在使用三极管时，我们要注意它的工作电压、工作电流等参数，以确保其正常工作。”
谭板栗说完后，谭落灰听得津津有味，不禁感叹：“原来这些电子元件都有这么多需要注意的地方啊！老爸你讲得真好，讲解得可真仔细呀y！”
谭灰晨听完心里可乐呵了他继续说道：“看，这些都是我们需要的基本材料。20张内存卡就是我们的存储介质，然后，我们需要一块微控制器电路板，比如arduino，来控制数据的读写。此外，还需要一些电阻、电容和连接线，电路板则是我们的骨架，选择具有20个双面卡槽的硬盘盒，以确保可以同时读取20张内存卡，双面卡槽，连接线等。”
小落灰：“爸爸那我们怎么把这些材料组合起来呢？”
谭灰晨：“这就需要一些电子知识了。首先，我们要了解电路板上的一些基本符号，比如电阻的符号是r，电容的符号是c，二极管的符号是一个三角形加一个箭头等等。这些符号代表了不同的元件，我们需要根据电路图把它们正确地焊接在电路板上。”
小落灰挠了挠头一脸愁容的说：“爸爸，这个听起来有点难啊。”
谭灰晨：“别担心，爸爸我会一步步教你的。首先，使用专业的电路设计软件（如altium designer、eagle等）来设计电路板。在设计时，需要考虑到所有元件的位置和连接方式，以及电路板与硬盘盒的接口方式。我们要看电路图，了解每个元件的位置和作用。然后，我们用焊锡把这些元件焊接在电路板上，将双面卡槽安装到电路板上，确保每个卡槽都能够与电路板上的接口正确连接。”
谭灰晨边说边示范，谭落灰认真地观察着，时而点点头表示理解。
谭灰晨：“将设计好的电路板送到专业的电路板制作厂家进行制作。制作过程中需要选择适合的材料和工艺，以确保电路板的稳定性和可靠性。
将电路板上的元件进行焊接。这需要使用焊接工具和焊接技术，确保元件焊接牢固、不短路。焊接的时候一定要注意安全，不要烫伤自己。另外，焊接的质量也很关键，要确保每个连接都牢固可靠。”
小落灰：“爸爸，我明白了。那我们接下来要做什么呢？”
谭灰晨：“接下来，我们要把内存卡安装到电路板上，并连接好所有的线路。然后，我们还要编写一些程序来控制硬盘的读写操作。”
谭落灰：“哇，这真是太神奇了！我以前从来没想到可以自己制作硬盘。”
谭灰晨：“没错，科技的力量是无穷的。只要我们愿意探索和学习，就没有什么是不可能的。”
在接下来的时间里，谭灰晨耐心地指导谭落灰焊接元件、安装内存卡、制作一个可以读取20张内存卡的移动硬盘盒口芯片和所使用的操作系统。谭灰晨：我认为我们应该使用linux，因为它是开源的，而且非常灵活，可以很好地支持多种硬件和驱动程序。
谭灰晨思索了一下说：儿子啊，linux确实是个不错的选择。接下来，我们得编写驱动程序来让系统识别和管理这些内存卡。驱动程序将是我们和硬件通信的桥梁。我们得为每一种内存卡类型编写相应的驱动程序，并确保它们能够在我们的系统中正常工作。
谭落灰说：“好的爸爸那我们试试吧。”
谭灰晨说：“接下来，我们还需要确保驱动程序与linux内核兼容，并且能够处理多个设备同时接入的情况。而且，我们还需要考虑用哪些编辑工具来编写代码。”
小落灰说：“这可能会是个挑战。”
谭灰晨笑着说：“儿子啊，有挑战就有机会，来吧，我们可以使用像gcc这样的编译器来编译我们的代码，用vim或者其他文本编辑器来编写代码。
小落灰说：“好的，这些都是非常常用的工具。”
谭灰晨点着头说：对了，还应该考虑使用版本控制系统，比如git，来管理我们的代码。我们还需要确保我们的代码易于维护和更新。”
小落灰带着疑惑的说：“爸爸这制作移动硬盘盒可真是需要一定的电子制作经验和技能，并且涉及到电路设计和编程等方面。”
谭灰晨喝了一口茶说：儿子啊，咱们还需要进行大量的测试，以确保我们的系统能够稳定地工作。没错，测试是非常重要的。再将需要制作一个原型，并进行广泛的测试，以确保我们的系统在实际使用中不会出现问题。”
测试成功后，这个内存卡拼成的硬盘也算成功了，他们在电脑上进行了测试。当看到硬盘正常工作时，谭落灰激动得跳了起来。”
小落灰激动得蹦蹦跳跳的他开心的说：“爸爸，我们做到了！这是我们自己的硬盘！”
谭灰晨看着小落灰开心的说：“是的，我们做到了。你看，只要我们肯努力，就没有什么是不可能的。”
谭灰晨紧紧地将小落灰抱在怀里，眼中闪烁着兴奋和自豪的光芒。他缓慢大声的说：“儿子啊，这个硬盘不仅是一个存储设备，更是努力和智慧的结晶。”
这段制作硬盘的经历，也将成为他们难忘的回忆和宝贵的财富。