硬盤(pán)主要知識(shí)點(diǎn)介紹.ppt

第5章 硬盤(pán),一、硬盤(pán)概述 （了解） 二、硬盤(pán)的結(jié)構(gòu) （掌握） 三、硬盤(pán)的接口 （掌握） 四、硬盤(pán)的技術(shù)參數(shù) （掌握） 五、硬盤(pán)的保護(hù)和選購(gòu) （了解）,主要知識(shí)點(diǎn)：,硬盤(pán)發(fā)展史 1956年9月，IBM的一個(gè)工程小組向世界展示了第一臺(tái)磁盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）這套系統(tǒng)的總?cè)萘恐挥?MB，共使用了50個(gè)直徑為24英寸的磁盤(pán)。, 1973年，IBM公司制造出第一臺(tái)采用“溫徹期特”技術(shù)的硬盤(pán)IBM 3340，采用14英寸盤(pán)片。從此硬盤(pán)技術(shù)的發(fā)展有了正確的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。,溫徹斯特技術(shù)核心內(nèi)容：密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤(pán)片，磁頭沿盤(pán)片徑向運(yùn)動(dòng)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)片上方，而不與盤(pán)片直接接觸。, 1991年，IBM推出了MR磁頭，這種磁頭采取磁感應(yīng)寫(xiě)入、磁阻讀取的方式，并由此誕生了3.5寸的硬盤(pán)，容量首次達(dá)到了1GB。90年代后期GMR磁頭出現(xiàn)，磁盤(pán)的存儲(chǔ)容量進(jìn)一步提高。 1999年9月7日，Maxtor宣布了首塊單碟容量高達(dá)10.2GB的ATA硬盤(pán)，從而把硬盤(pán)的容量引入了一個(gè)新的里程碑。 2000年2月23日，希捷發(fā)布了轉(zhuǎn)速高達(dá)15000RPM的Cheetah X15系列硬盤(pán)，其平均尋道時(shí)間僅3.9ms，它也是有始以來(lái)轉(zhuǎn)速最高的硬盤(pán) 。, 2005年，日立環(huán)儲(chǔ)和希捷都宣布了將開(kāi)始大量采用磁盤(pán)垂直寫(xiě)入技術(shù)（perpendicular recording更充分地利用的儲(chǔ)存空間 2007年1月，日立公司率先發(fā)布了業(yè)界首款TB容量PC硬盤(pán)產(chǎn)品Deskstar 7K1000，首次將PC的存儲(chǔ)容量跨入1TB大關(guān)。 2007年，新型硬盤(pán)出現(xiàn)混合硬盤(pán)和固態(tài)硬盤(pán)出現(xiàn)。,硬盤(pán)是電腦中最重要的存儲(chǔ)部件之一，它將所有的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在硬盤(pán)中，當(dāng)計(jì)算機(jī)需要時(shí)，將其從硬盤(pán)中取出 硬盤(pán)尺寸主要有5.25英寸和3.5英寸兩種，現(xiàn)在市場(chǎng)上普遍使用的是3.5英寸硬盤(pán)。用于筆記本電腦中的有2.5英寸、1.8英寸和0.9英寸等幾種。,一 硬盤(pán)概述,硬盤(pán)的外部結(jié)構(gòu),在硬盤(pán)的正面都貼有硬盤(pán)的標(biāo)簽，標(biāo)簽上一般都標(biāo)注著與硬盤(pán)相關(guān)的信息，例如產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)地、出廠日期、產(chǎn)品序列號(hào)等。在硬盤(pán)的一端有電源接口插座、主從設(shè)置跳線器和數(shù)據(jù)線接口插座，而硬盤(pán)的背面則是控制電路板。 總得來(lái)說(shuō)，硬盤(pán)外部結(jié)構(gòu)可以分成如下幾個(gè)部份：,硬盤(pán)正面,硬盤(pán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),硬盤(pán)的物理結(jié)構(gòu) 硬盤(pán)主要由盤(pán)片、主軸、讀寫(xiě)磁頭和傳動(dòng)手臂等部件組成。 1、盤(pán)片 盤(pán)片是硬盤(pán)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在的硬盤(pán) 多采用金屬薄膜材料。影響盤(pán)片多少的最大因素 是單片容量。 2、主軸 主軸的作用是帶動(dòng)盤(pán)片轉(zhuǎn)動(dòng)，以方便讀寫(xiě)磁 頭讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。主軸決定了硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在的主 軸多采用液態(tài)軸承。,主軸組件,3、讀寫(xiě)磁頭 作用是讀取盤(pán)片中的數(shù)據(jù)，當(dāng)盤(pán)片在高速旋 轉(zhuǎn)時(shí)，讀寫(xiě)磁頭會(huì)按指定的方向靠近盤(pán)片來(lái)讀取 數(shù)據(jù)。硬盤(pán)中的磁頭不只一個(gè)，一個(gè)盤(pán)片對(duì)應(yīng)一 個(gè)磁頭，正常關(guān)機(jī)后，讀寫(xiě)磁頭會(huì)自動(dòng)歸位。 4、傳動(dòng)手臂 作用是定位讀寫(xiě)磁頭。以傳動(dòng)軸為圓心帶動(dòng) 前端的讀寫(xiě)磁頭在盤(pán)片旋轉(zhuǎn)的垂直方向上移動(dòng)。 5、傳動(dòng)軸 作用是在硬盤(pán)電機(jī)的作用下，帶動(dòng)手臂轉(zhuǎn)動(dòng)。,浮動(dòng)磁頭組件, 硬盤(pán)的工作原理 1、硬盤(pán)的工作原理： 利用特定的磁粒子的極性來(lái)記錄數(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖信號(hào)，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將這些原始信號(hào)變成電腦可以使用的數(shù)據(jù)，寫(xiě)的操作正好與此相反。,2、硬盤(pán)的工作過(guò)程： 準(zhǔn)備階段 硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器加電后，利用單片機(jī)初始化模塊進(jìn)行初始化工作，此時(shí)磁頭置于盤(pán)片啟停區(qū)，初始化完成后主軸電機(jī)啟動(dòng)并以高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的小車(chē)機(jī)構(gòu)移動(dòng)，將浮動(dòng)磁頭置于盤(pán)片表面的00道，處于等待指令的啟動(dòng)狀態(tài)。 讀寫(xiě)階段 當(dāng)接口電路接收到微機(jī)系統(tǒng)傳來(lái)的指令信號(hào)，通過(guò)前置放大控制電路，驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)工作，磁頭準(zhǔn)確定位并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。 結(jié)束階段 結(jié)束工作斷電狀態(tài)，浮動(dòng)磁頭駐留到盤(pán)面中心。,硬盤(pán)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1、MBR（Master Boot Record） 主引導(dǎo)記錄，位于0柱面、0磁道、1扇區(qū)的 位置。它由分區(qū)命令Fdisk產(chǎn)生。主引導(dǎo)記錄中包含了硬盤(pán)的一系列參數(shù)和一段引導(dǎo)程序 。硬盤(pán)引導(dǎo)程序的主要作用是檢查分區(qū)表是否正確 2、DBR（DOS Boot Record） DOS引導(dǎo)記錄，位于0柱面、1磁頭、1扇區(qū) 的位置，它是由格式化命令Format產(chǎn)生的。BPB參數(shù)塊記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲(chǔ)格式、硬盤(pán)介質(zhì)描述符、根目錄大小、FAT個(gè)數(shù)，分配單元的大小等重要參數(shù)。,3、FAT（File Allocation Table） 文件分配表，位于磁盤(pán)的0柱面、1磁頭、2 扇區(qū)的位置，F(xiàn)AT表的大小由硬盤(pán)的容量決定。 同一個(gè)文件的數(shù)據(jù)并不一定完整地存放在磁盤(pán)的一個(gè)連續(xù)的區(qū)域內(nèi)，而往往會(huì)分成若干段，像一條鏈子一樣存放。這種存儲(chǔ)方式稱(chēng)為文件的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)。 （如圖） 為了實(shí)現(xiàn)文件的鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)，硬盤(pán)上必須準(zhǔn)確地記錄哪些簇已經(jīng)被文件占用，還必須為每個(gè)已經(jīng)占用的簇指明存儲(chǔ)后繼內(nèi)容的下一個(gè)簇的簇號(hào)，對(duì)一個(gè)文件的最后一簇，則要指明本簇?zé)o后繼簇。這些都是由FAT表來(lái)保存的，表中有很多表項(xiàng)，每項(xiàng)記錄一個(gè)簇的信息。,4、,DIR（Directory）是根目錄區(qū)，緊接著第二FAT表（即備份的FAT表）之后，記錄著根目錄下每個(gè)文件（目錄）的起始單元，文件的屬性等。定位文件位置時(shí)，操作系統(tǒng)根據(jù)DIR中的起始單元，結(jié)合FAT表就可以知道文件在硬盤(pán)中的具體位置和大小了,5、DATA 數(shù)據(jù)區(qū)，主要負(fù)責(zé)硬盤(pán)中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，當(dāng)數(shù) 據(jù)復(fù)制到硬盤(pán)時(shí)，數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)區(qū)中。,小結(jié),一個(gè)物理磁盤(pán)只有一個(gè)（分區(qū)產(chǎn)生） 每一個(gè)分區(qū)都有一個(gè)（格式化產(chǎn)生） 記錄了文件的名字及起始地址；記錄了文件在磁盤(pán)上的具體位置.通過(guò)FAT和FDT可以順利地確定文件的位置并讀取它,三 硬盤(pán)接口,三 硬盤(pán)接口,硬盤(pán)的后面就是硬盤(pán)的接口，接口主要是數(shù)據(jù)接口和電源接口。 1、硬盤(pán)的數(shù)據(jù)接口 硬盤(pán)與主板連接部分稱(chēng)為硬盤(pán)的數(shù)據(jù)接口， 常見(jiàn)的硬盤(pán)接口有：ATA、SATA和SCSI，其 中，ATA和SATA主要用于個(gè)人電腦，而SCSI則 主要用于服務(wù)器。,（1）ATA接口 ATA接口又稱(chēng)為IDE接口。其傳輸速率一 般為66MB/S、100MB/S和133MB/S，常見(jiàn)的外 部傳輸模式為Ultra ATA/66、 UltraATA/100、 Ultra ATA/133，目前使用的最多的是后兩者。 （2）SATA接口 串行ATA接口，其采用串行的方式傳輸數(shù) 據(jù)，并采用了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的 傳輸協(xié)議。其數(shù)據(jù)傳輸 率最高可達(dá)到300MB/s，支持SATA設(shè)備的熱插 拔，一臺(tái)電腦同時(shí)掛接兩SATA接口的硬盤(pán)， 沒(méi)有主、從盤(pán)之分。,（3）SCSI接口 SCSI的英文全稱(chēng)為“Small Computer System Interface”（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口），是同IDE （ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC 的標(biāo)準(zhǔn)接口，而SCSI并不是專(zhuān)門(mén)為硬盤(pán)設(shè)計(jì)的 接口，是一種廣泛應(yīng)用于小型機(jī)上的高速數(shù)據(jù) 傳輸技術(shù)。SCSI接口具有應(yīng)用范圍廣、多任 務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優(yōu) 點(diǎn)，但較高的價(jià)格使得它很難如IDE硬盤(pán)般普 及，因此SCSI硬盤(pán)主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器 和高檔工作站中。,（4）光纖通道 光纖通道的英文拼寫(xiě)是Fibre Channel，是 為在像服務(wù)器這樣的多硬盤(pán)系統(tǒng)環(huán)境而設(shè)計(jì)， 能滿(mǎn)足高端工作站、服務(wù)器、海量存儲(chǔ)子網(wǎng) 絡(luò)、外設(shè)間通過(guò)集線器、交換機(jī)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 進(jìn)行雙向、串行數(shù)據(jù)通訊等系統(tǒng)對(duì)高數(shù)據(jù)傳輸 率的要求。 光纖通道的主要特性有：熱插拔性、高速 帶寬、遠(yuǎn)程連接、連接設(shè)備數(shù)量大等。,2、硬盤(pán)的電源接口 ATA硬盤(pán)的電源接口是一個(gè)4針的“D型”電 源接口，SATA硬盤(pán)接口則采用了15針的扁平接口。 3、硬盤(pán)的跳線 第一組：Master:on；Slave:off將硬盤(pán)設(shè)為主盤(pán) （強(qiáng)制設(shè)置，與數(shù)據(jù)線設(shè)置無(wú)關(guān)）。 第二組：（Cable Select）用數(shù)據(jù)線決定是主盤(pán)還 是從盤(pán)。 第三組：限制使用的容量,四 硬盤(pán)的技術(shù)參數(shù),1、容量 容量是硬盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的多少，是硬盤(pán)的一個(gè) 重要的技術(shù)指標(biāo)。目前流行的硬盤(pán)容量多為 500GB、1TB,2TB等（3.5英寸）。 2、轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速是影響硬盤(pán)性能最重要的因素之一，目 前市場(chǎng)上流行的是5400rpm（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）和 7200rpm的硬盤(pán)。現(xiàn)在7200rpm的高速硬盤(pán)技術(shù) 已經(jīng)非常成熟，而高低速硬盤(pán)性能差距比較明 顯，因此，建議選擇高速硬盤(pán) 。,3、硬盤(pán)接口技術(shù) IDE和SCSI 4、磁頭技術(shù) 目前硬盤(pán)的磁頭技術(shù)主要采用磁阻磁頭技 術(shù)、巨型磁阻磁頭技術(shù)和光學(xué)輔助溫式技術(shù)等。,5、緩存 是硬盤(pán)控制器上的一塊內(nèi)存芯片，具有極快 的存取速度，它是硬盤(pán)內(nèi)部存儲(chǔ)和外界接口之間 的緩沖器。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤(pán) 的傳輸速度的重要因素，能夠大幅度地提高硬盤(pán) 整體性能。 硬盤(pán)的緩存主要起三種作用：一是 預(yù)讀取。二是對(duì)寫(xiě)入動(dòng)作進(jìn)行緩存。三是臨時(shí)存 儲(chǔ)最近訪問(wèn)過(guò)的數(shù)據(jù)。2MB和8MB緩存是現(xiàn)今主 流硬盤(pán)所采用，而在服務(wù)器或特殊應(yīng)用領(lǐng)域中還 有緩存容量更大的產(chǎn)品，甚至達(dá)到了16MB、 64MB等。,6、平均尋道時(shí)間 磁頭移到數(shù)據(jù)所在的磁道上所需要的時(shí)間， 一般為106毫秒。 7、平均等待時(shí)間 指讀寫(xiě)磁頭移動(dòng)至目標(biāo)磁道后，等待存儲(chǔ)數(shù) 據(jù)的時(shí)間。 8、平均訪問(wèn)時(shí)間 硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度 平均訪問(wèn)時(shí)間 =平均尋道時(shí)間平均等待時(shí)間,9、內(nèi)部傳輸率（Internal Transfer Rate） 是指硬盤(pán)磁頭與緩存之間的數(shù)據(jù)傳輸率，簡(jiǎn) 單的說(shuō)就是硬盤(pán)將數(shù)據(jù)從盤(pán)片上讀取出來(lái)，然后 存儲(chǔ)在緩存內(nèi)的速度。其速度 取決于盤(pán)片的轉(zhuǎn) 速和盤(pán)片的線密度。目前各硬盤(pán)生產(chǎn)廠家努力提 高硬盤(pán)的內(nèi)部傳輸率，除了改進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)、 提高轉(zhuǎn)速以外，最主要的就是不斷的提高單碟容 量以提高線性密度。由于單碟容量越大的硬盤(pán)線 性密度越高，磁頭的尋道頻率與移動(dòng)距離可以相 應(yīng)的減少，從而減少了平均尋道時(shí)間，內(nèi)部傳輸 速率也就提高了。目前主流的家用級(jí)硬盤(pán)，內(nèi)部 數(shù)據(jù)傳輸率基本還停留在7090 MB/s左右，而且 在連續(xù)工作時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)降到更低。,10、外部傳輸率（External data Transfer Rate） 一般也稱(chēng)為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸或接口傳輸率。是 指硬盤(pán)緩存和電腦系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸率。也 就是計(jì)算機(jī)通過(guò)硬盤(pán)接口從緩存中將數(shù)據(jù)讀出 交給相應(yīng)的控制器的速率。平常硬盤(pán)所采用的 ATA66、ATA100、ATA133等接口，是以硬盤(pán) 的理論最大外部數(shù)據(jù)傳輸率來(lái)表示的。 ATA100 中的100就代表著這塊硬盤(pán)的外部數(shù)據(jù)傳輸率理 論最大值是100MB/s；ATA133則代表外部數(shù)據(jù) 傳輸率理論最大值是133MB/s；而SATA接口的 硬盤(pán)外部理論數(shù)據(jù)最大傳輸率可達(dá) 150MB/s。 這些只是硬盤(pán)理論上最大的外部數(shù)據(jù)傳輸率， 在實(shí)際的日常工作中是無(wú)法達(dá)到這個(gè)數(shù)值的。,11、噪聲 容量大、轉(zhuǎn)速快造成噪聲 12、發(fā)熱 硬盤(pán)太熱會(huì)使硬盤(pán)不穩(wěn)定 13、數(shù)據(jù)安全： S、M、A、R、T技術(shù)： 硬盤(pán)自分析、自檢測(cè)、自 報(bào)告技術(shù)，這是目前普遍采用的數(shù)據(jù)安全技術(shù) 。 RAID技術(shù)：獨(dú)立磁盤(pán)冗余陣列技術(shù)將一個(gè)文件分散 保存、讀取，加快速度 。 14、MTBF 連續(xù)無(wú)故障時(shí)間，指硬盤(pán)開(kāi)始工作到出現(xiàn)故障的時(shí) 間，以小時(shí)計(jì)算，時(shí)間越長(zhǎng)，硬盤(pán)的穩(wěn)定性越好。,1、硬盤(pán)的保護(hù) （1）保持硬盤(pán)使用清潔 （2）注意防靜電和熱插拔 （3）避免振動(dòng)和沖擊 （4）保持合理的溫度（535） 2、選購(gòu)品牌 希捷（Seagate）、邁拓（Maxtor）、西部 數(shù)據(jù)（Western Digital）、 三星（Samsung）、 富士通（Fujitsu）等，同時(shí)參考速度、容量、緩 存等參數(shù)。,五 硬盤(pán)的保護(hù)和選購(gòu),選購(gòu)時(shí)考慮的因素： 1、容量 （總量 單碟） 2、速度 （轉(zhuǎn)速 緩存） 3、接口技術(shù)（IDE、SATA、SCSI） 4、價(jià)格因素 （邁拓價(jià)高 西部數(shù)據(jù)價(jià)低） 5、售后服務(wù), 硬盤(pán)的日常維護(hù) 1、防震 硬盤(pán)工作時(shí)，嚴(yán)禁搬運(yùn)和震動(dòng) 。 2、防塵 開(kāi)蓋維修時(shí)，應(yīng)在潔凈室進(jìn)行操作。 3、防潮 4、防高溫 5、防磁場(chǎng) 盡可能地遠(yuǎn)離磁場(chǎng)，以免硬盤(pán)里的數(shù)據(jù)因磁化而丟失。 6、防靜電 7、防病毒 8、切忌在硬盤(pán)工作時(shí)斷電 注意面板上的硬盤(pán)指示燈，確保硬盤(pán)完成讀、寫(xiě)之后才關(guān)機(jī)。 9、要定期整理硬盤(pán),五 硬盤(pán)選購(gòu),希捷Barracuda 1TB SATA 6Gb/s 7200.12（ST31000524AS）（ ￥370） 基本參數(shù) 適用類(lèi)型 臺(tái)式機(jī) 、硬盤(pán)尺寸 3.5英寸 、硬盤(pán)容量 1000GB 、緩存 32MB 、轉(zhuǎn)速 7200rpm 、接口類(lèi)型 SATA3.0（6Gbps） 性能參數(shù) 平均尋道時(shí)間 糾錯(cuò)隨機(jī)讀取尋道時(shí)間：8.5ms 隨機(jī)寫(xiě)入尋道時(shí)間：9.5ms 其他參數(shù) 產(chǎn)品尺寸 糾錯(cuò)146.99101.626.1mm 、其他性能 糾錯(cuò)保證的扇區(qū)數(shù)：1953525168、平均延遲時(shí)間：4.16ms、最大啟動(dòng)電流，直流：2.0 其他特點(diǎn) 高度：26.1mm、寬度：101.6mm 、長(zhǎng)度：146.99mm、重量（典型）：622k,五 硬盤(pán)選購(gòu),日立7K2000 2TB 7200轉(zhuǎn) 32MB（HDS72202