快速成為IT達人之硬盤基礎(chǔ)知識

1、1硬盤基礎(chǔ)知識硬盤基礎(chǔ)知識2什么是硬盤？n硬盤（Hard Disk，也稱硬盤存儲器）是各種數(shù)據(jù)的主要存放場所之一，平常所用的操作系統(tǒng)（如Windows98等）、各種應(yīng)用軟件、資料和游戲都存放在硬盤中，是計算機的重要部件之一。3硬盤的工作原理n硬盤存儲數(shù)據(jù)是根據(jù)電、磁轉(zhuǎn)換的原理來實硬盤存儲數(shù)據(jù)是根據(jù)電、磁轉(zhuǎn)換的原理來實現(xiàn)的。硬盤驅(qū)動器加電后，現(xiàn)的。硬盤驅(qū)動器加電后，磁盤片磁盤片由主軸電由主軸電機驅(qū)動進行機驅(qū)動進行高速旋轉(zhuǎn)高速旋轉(zhuǎn)，設(shè)置在盤片表面的，設(shè)置在盤片表面的磁磁頭頭則在電路控制下則在電路控制下徑向移動徑向移動到指定位置然后到指定位置然后將數(shù)據(jù)存儲或讀出來。將數(shù)據(jù)存儲或讀出來。n當系統(tǒng)向硬盤

2、寫入數(shù)據(jù)時，磁頭中寫數(shù)據(jù)電流產(chǎn)生磁場使盤片表面磁性物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生改變，并在寫電流磁場消失后仍能保持，當系統(tǒng)從硬盤中讀取數(shù)據(jù)時，磁頭經(jīng)過盤片指定區(qū)域，盤片表面磁場使磁頭產(chǎn)生感應(yīng)電流或線圈阻抗產(chǎn)生變化，經(jīng)過相關(guān)電路處理后還原成數(shù)據(jù)。4硬盤的發(fā)展歷史n1956年，美國IBM公司制造出世界上第一塊容量為5MB的硬盤。n1968年，IBM公司又提出了溫徹斯特(Winchester)技術(shù)。溫徹斯特技術(shù)的精髓是：“密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，并且是懸浮在高速轉(zhuǎn)動的盤片上方，而不與盤片直接接觸”，這也是現(xiàn)代絕大多數(shù)硬盤的原型。n1973年，IBM公司制造出了第一臺采用溫徹斯特技術(shù)的硬盤，

3、從此硬盤技術(shù)的發(fā)展有了正確的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，現(xiàn)在使用的硬盤大多是此技術(shù)的延伸。5硬盤的結(jié)構(gòu)n硬盤尺寸主要有5.25英寸和3.5英寸兩種，現(xiàn)在市場上普遍使用的是3.5英寸硬盤。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。n硬盤主要由：盤片，磁頭，盤片轉(zhuǎn)軸及控制電機，磁頭控制器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，接口，緩存等幾個部分組成。6硬盤的主要部件7硬盤的外部結(jié)構(gòu)n在硬盤的正面都貼有硬盤的標簽，標簽上一般都標注著與硬盤相關(guān)的信息，例如產(chǎn)品型號、產(chǎn)地、出廠日期、產(chǎn)品序列號等。在硬盤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，而硬盤的背面則是控制電路板。n總得來說，硬盤外部結(jié)構(gòu)可以分成如下幾個部

4、份：8硬盤正面9硬盤背面10接口n包括電源插口和數(shù)據(jù)接口兩部分，其中電源插口與主機電源相聯(lián)，為硬盤工作提供電力保證；數(shù)據(jù)接口則是硬盤數(shù)據(jù)和主板控制器之間進行傳輸交換的紐帶，根據(jù)聯(lián)接方式的差異，分為EIDE接口和SCSI接口等。11固定面板n就是硬盤正面的面板，它與底板結(jié)合成一個密封的整體，保證了硬盤盤片和機構(gòu)的穩(wěn)定運行。在面板上最顯眼的莫過于產(chǎn)品標簽，上面印著產(chǎn)品型號、產(chǎn)品序列號、產(chǎn)品、生產(chǎn)日期等信息。n固定面板和盤體側(cè)面還設(shè)有安裝孔，以方便安裝。n除此，還有一個透氣孔，它的作用就是使硬盤內(nèi)部氣壓與大氣氣壓保持一致。 12固定面板13控制電路板n一般在硬盤的背面，大多采用貼片式元件焊接，包括主

5、軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動與伺服定位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在電路板上還有一塊高效的單片機ROM芯片，其固化的軟件可以進行硬盤的初始化，執(zhí)行加電和啟動主軸電機，加電初始尋道、定位以及故障檢測等。在電路板上還安裝有容量不等的高速緩存芯片。14控制電路板15硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)n硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)由固定面板、控制電路板、磁頭、盤片、主軸、電機、接口及其它附件組成，其中磁頭盤片組件(Hard Disk Assembly，HDA)是構(gòu)成硬盤的核心，它封裝在硬盤的凈化腔體內(nèi)，包括有浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機構(gòu)、盤片、主軸驅(qū)動裝置及前置讀寫控制電路這幾個部份。16硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)n將硬盤面板揭開后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)即可一目了

6、然。17硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)n細看硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)。18硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)n細看硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)。19浮動磁頭組件n是硬盤中最精密的部位之一，它由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三部份組成。n磁頭是硬盤技術(shù)中最重要和關(guān)鍵的一環(huán)，實際上是集成工藝制成的多個磁頭的組合，它采用了非接觸式頭、盤結(jié)構(gòu)，加后電在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面移動，與盤片之間的間隙只有0.10.3 m ，這樣可以獲得很好的數(shù)據(jù)傳輸率。現(xiàn)在轉(zhuǎn)速為7200RPM的硬盤間隙一般都低于0.3 m，以利于讀取較大的高信噪比信號，提供數(shù)據(jù)傳輸率的可靠性。n分類20浮動磁頭組件21磁頭驅(qū)動機構(gòu)n盤硬的尋道是靠移動磁頭，而移動磁頭則需要該機構(gòu)驅(qū)動才能實現(xiàn)。磁頭驅(qū)動機構(gòu)由電磁

7、線圈電機、磁頭驅(qū)動小車、防震動裝置構(gòu)成，高精度的輕型磁頭驅(qū)動機構(gòu)能夠?qū)Υ蓬^進行正確的驅(qū)動和定位，并能在很短的時間內(nèi)精確定位系統(tǒng)指令指定的磁道。22磁盤片n盤片是硬盤存儲數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在硬盤的盤片大多采用金屬薄膜材料，這種金屬薄膜較軟盤的不連續(xù)顆粒載體具有更高的存儲密度、高剩磁及高矯正等優(yōu)點。另外，IBM還有一種被稱為“玻璃盤片”的材料作為盤片基質(zhì)，玻璃盤片比普通盤片在運行時具有更好的穩(wěn)定性。硬盤的盤片是完全平整的，簡直可以當鏡子使用。23磁盤片24磁盤片n磁盤片表面上以磁盤片中心為圓心，不同半徑的同心圓稱為磁道。n不同磁盤片相同半徑的磁道所組成的圓柱稱為柱面。n磁盤片被分成許多扇形的區(qū)域，每個

8、區(qū)域叫一個扇區(qū)。25磁盤片26磁盤片n磁盤片的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按照磁道從低到高可以分為5部分：27磁盤片nMBR（Master Boot Record，主引導(dǎo)記錄），位于硬盤的0柱面、0磁頭、1扇區(qū)的位置，被稱之為零磁道位置。它由分區(qū)命令Fdisk產(chǎn)生的。MBR結(jié)束標志為55AA。28磁盤片nDBR（DOS Boot Record，Dos引導(dǎo)記錄），該層位于硬盤的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。DBR結(jié)束標志也是55AA。29磁盤片nFAT（ Table，文件分配表），位于硬盤的0柱面、1磁頭、2扇區(qū)的位置，F(xiàn)AT表面大小由硬盤的容量來決定。30磁盤片nDIR（Dir

9、ectory，文件目錄），當在DOS模式下輸入DIR后，屏幕上顯示的內(nèi)容就是該區(qū)的內(nèi)容。31磁盤片nDATA，數(shù)據(jù)層，主要負責(zé)硬盤中數(shù)據(jù)的存放，當數(shù)據(jù)復(fù)制到硬盤時，數(shù)據(jù)就存儲在這個區(qū)中。n硬盤容量=柱面數(shù)*扇區(qū)數(shù)*磁頭數(shù)*字節(jié)數(shù)/扇區(qū)32主軸組件n主軸組件包括主軸部件如軸承和驅(qū)動電機（馬達）等。隨著硬盤容量的擴大和速度的提高，主軸電機的速度也在不斷提升，有廠商開始采用精密機械工業(yè)的液態(tài)軸承電機技術(shù)(FDB，F(xiàn)luid Dynamic Bearing motors)。采用FDB電機不僅可以使硬盤的工作噪音降低許多，而且還可以增加硬盤的工作穩(wěn)定性。33主軸組件34前置控制電路n前置電路控制磁頭感應(yīng)

10、的信號、主軸電機調(diào)速、磁頭驅(qū)動和伺服定位等，由于磁頭讀取的信號微弱，將放大電路密封在腔體內(nèi)可減少外來信號的干擾，提高操作指令的準確性。35硬盤接口類型nIDE有兩種傳輸方式：PIO、DMAnSCSIn兩者比較36硬盤的性能指標n硬盤也是計算機的重要部件，同樣對計算機的整體性能起著決定性的作用。我們就介紹一下硬盤主要的性能指標。37主軸轉(zhuǎn)速n硬盤的主軸轉(zhuǎn)速是決定硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的決定因素之一，它在很大程度上決定了硬盤的速度，同時也是區(qū)別硬盤檔次的重要標志。n從目前的情況來看，7200RPM的硬盤在國內(nèi)市場已經(jīng)逐步取代了5400RPM硬盤的地位，成為了主流，而更高轉(zhuǎn)速的硬盤，如SCSI硬盤的主軸

11、轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到10000RPM甚至15000RPM，但由于價格原因讓普通用戶難以接受。38主軸轉(zhuǎn)速n隨著硬盤轉(zhuǎn)速的提升，會使硬盤的發(fā)熱量不斷升高，若硬盤散發(fā)的熱量不能及時地傳導(dǎo)出去，硬盤就會升溫。為此，可以在硬盤上安裝一個硬盤散熱風(fēng)扇，增強散熱效果。39單碟容量n因為標準硬盤的碟片數(shù)是有限的，靠增加碟片來擴充容量滿足不斷增長的存儲容量的需求是不可行的。只有提高每張碟片的容量才能從根本上解決這個問題。n單碟容量的一個重要意義在于提升硬盤的數(shù)據(jù)傳輸速度。硬盤單碟容量的提高得益于數(shù)據(jù)記錄密度的提高，而記錄密度同數(shù)據(jù)傳輸率是成正比的，單碟容量越高，它的數(shù)據(jù)傳輸率也將會越高。40高速緩存n指在硬盤內(nèi)部的高

12、速存儲器，硬盤的數(shù)據(jù)被磁頭讀取后先存到硬盤上的緩存芯片中，再由接口傳送給系統(tǒng)，緩存的容量和速度都對硬盤速都有直接影響。n目前硬盤的高速緩存一般為512KB2MB，最近出現(xiàn)的8MB緩存硬盤。41最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率n也叫持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率(Sustained Transfer Rate)，單位為Mb/s。它是指磁頭至硬盤緩存間的最大數(shù)據(jù)傳輸率，一般取決于硬盤的盤片轉(zhuǎn)速和盤片線密度(指同一磁道上的數(shù)據(jù)容量)。n注意，在這項指標中常常使用Mb/s或Mbps為單位，這是兆位/秒的意思，如果需要轉(zhuǎn)換成MB/s(兆字節(jié)/秒)，就必須將Mbps數(shù)據(jù)除以8(一字節(jié)8位數(shù))。42外部數(shù)據(jù)傳輸率n也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率(

13、Burst Data Transfer Rate) ，它是指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速率，單位為MB/s。n目前有Ultra DMA/33、Ultra DMA/66和Ultra DMA/100三種，現(xiàn)在主流的硬盤已經(jīng)全部采用Ultra DMA/100技術(shù)，外部數(shù)據(jù)傳輸率可達100MB/s。 43尋道時間n是指硬盤磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道而所用的時間，單位為毫秒(ms)。尋道時間又分為平均尋道時間和道間步進時間：n平均尋道時間則為磁頭移動到正中間的磁道需要的時間，單位為毫秒(ms) ；n道間步進時間表示磁頭從一個磁道轉(zhuǎn)移至另一磁道的時間，單位為毫秒(ms)。44潛伏期n表示當磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道

14、后，等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動（半圈或多些、少些）到磁頭下的時間，其單位為毫秒(ms)。n平均潛伏期就是盤片轉(zhuǎn)半圈的時間。45全程訪問時間（平均訪問時間）n指磁頭開始移動直到最后找到所需要的數(shù)據(jù)塊所用的全部時間，單位為毫秒(ms)。n平均訪問時間指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時間，單位為毫秒(ms) 。通常是平均尋道時間和平均潛伏時間之和。46連續(xù)無故障時間(MTBF)n是指硬盤從開始運行到出現(xiàn)故障的最長時間，單位是小時。一般硬盤的MTBF至少在30,000小時以上。47新型磁頭技術(shù)nMR（Magneto一Resistive Head，磁阻磁頭）技術(shù)可以更高的實際記錄密度、記錄數(shù)據(jù)，從而增加硬盤容量，

15、提高數(shù)據(jù)吞吐率。nGMR（Giant Magneto Resistive，巨型磁阻磁頭）是利用特殊材料的電阻值隨磁場變化的原理來讀取盤片上的數(shù)據(jù)，使用了磁阻效應(yīng)更好的材料和多層薄膜結(jié)構(gòu)，從而可以實現(xiàn)更高的存儲密度。48S.M.A.R.T技術(shù)nS.M.A.R.T(SelfMonitoring、AnalysisReporting Technology，自動監(jiān)測、分析和報告)技術(shù)可有效保護硬盤，使得硬盤可以監(jiān)測和分析自己的工作狀態(tài)和性能，并將其顯示出來。49SPS防震技術(shù)nSPS(Shock Protection System，震動保護系統(tǒng)) 是由昆騰公司開發(fā)，使硬盤在受到撞擊時，保持磁頭不受震動，

16、磁頭和磁頭臂停泊在盤片上，沖擊能量被硬盤其他部分吸收，這樣能有效地提高硬盤的抗震性能，使硬盤在運輸、使用及安裝的過程中最大限度地免受震動的損壞。50硬盤的工作模式n硬盤的工作模式主要有三種，分別是：nNORMALnLBAnLARGE51NORMAL模式nNORMAL（普通模式）是最早的 IDE 方式，在硬盤訪問時，BIOS 和 IDE 控制器對參數(shù)不做任何轉(zhuǎn)換。該模式支持的最大硬盤的容量為528MB。也就是說，在此模式下，硬盤的實際物理容量再大，也只能用到其中的 528M。52LBA模式nLBA(Logical Block Addressing ，邏輯塊尋址模式) 是一種克服528MB限制的新

17、型硬盤存取方法。在 LBA 模式下，設(shè)置的柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)并不是實際硬盤的物理參數(shù)。在訪問硬盤時，由 IDE 控制器把由柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)確定的邏輯地址轉(zhuǎn)換為實際硬盤的物理地址。在 LBA 模式下，管理的硬盤空間可達 8.4GB。不過現(xiàn)在新主板可以使 LBA 能支持 100GB 以上的硬盤。53LARGE模式nLARGE （大規(guī)模管理模式）在硬盤的柱面超過 1024 而又不為 LBA 支持時采用。LARGE 模式采用的方法是把柱面數(shù)除以 2，把磁頭數(shù)乘以 2，使得某些硬盤的柱面低于1024，但其結(jié)果總?cè)萘坎蛔?。在LARGE模式中，可支持的最大容量為1GB。54ATA/100nATA/

18、100是美國昆騰（Quantum）公司聯(lián)合幾大廠商在原有 的ATA/66基礎(chǔ)上推出的新一代接口類型，它是昆騰公司在硬盤接 口開發(fā)方面已經(jīng)申請專利的第三代技術(shù)。這個接口已經(jīng)得到了英 特爾公司和其他一些第一流的芯片制造商的支持，目前也已被正 式確立為硬盤的下一代接口類型。其最大的特點及好處就是將硬 盤的最大外部數(shù)據(jù)傳輸率提高到了100MB/s。ATA/100硬盤也是采 用40針的接口，并且向下兼容，ATA/100還支持CRC錯誤檢測修正 技術(shù)，這可使用戶在享受高速度的同時保障用戶數(shù)據(jù)的安全性及 完整性。ATA/100(DMA100)標準于2000年6月2日在美國正式確立。55ATA/133nATA

19、/133是完全延續(xù)原來并行 ATA的技術(shù)特征，從根本上講， 它與現(xiàn)在廣泛采用的ATA/100沒有任何區(qū)別，只是將硬盤接口 帶寬拓寬到北京佳尚財稅了133MB/s，更大的帶寬意味著系統(tǒng)能支持更高的 傳輸率。ATA/133的接口電纜與ATA/100完全一樣，都是40針 80芯的硬盤線，它們都支持CRC冗余循環(huán)校正，都支持 S.M.A.R.T等。由于此種硬盤接口是由邁拓公司獨立設(shè)立，所 以邁拓所謂的Fast Drive其實也就是 ATA/133的技術(shù)核心。56其它類型硬盤移動硬盤移動硬盤閃存閃存易盤易盤Easy disk / 優(yōu)盤優(yōu)盤Only disk57移動硬盤n移動硬盤是重要的移動存儲設(shè)備，它具有大容量，插拔簡便，安全性可靠性強，讀寫速度較其他移動存儲設(shè)備快的特點。隨著各種產(chǎn)品的逐漸上市，價格也逐漸走低，移動硬盤越來越多的被人們所熟知，并且由于使用、攜帶都很方便等特點，被越來越多的人所接受。移動硬盤主要采用了USB和IEEE1394兩種接口。58移動硬盤nUSB移動硬盤nIEEE1394移動硬盤59閃存n閃存作為一種非易失性（簡單說就是在不加電的情況下數(shù)據(jù)也不會丟失，區(qū)別于目前常用的計算機內(nèi)存）的半導(dǎo)體存儲芯片，之所以有這個名稱，只因為信息在一瞬間（閃電式的，flash）被存儲下來