第7章硬盤驅(qū)動器

第7章硬盤驅(qū)動器要求了解硬盤驅(qū)動器的分類和組成結(jié)構(gòu)，掌握硬盤驅(qū)動器的工作原理及主要性能指標，了解主流硬盤的型號，掌握硬盤驅(qū)動器的安裝和BIOS設(shè)置、制作啟動盤、硬盤的分區(qū)和高級格式化。7.1硬盤驅(qū)動器的分類1.按盤徑尺寸分類:有5.25、3.5(常用)、2.5、1.8英寸

圖7-1硬盤的外觀

(1)IDE接口(IntegratedDriveElectronics)“集成驅(qū)動設(shè)備”：指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅(qū)動器。主要用于硬盤和光驅(qū)與計算機的連接。工作模式分DMA33(傳輸速率

33MB/S)，DMA66、DMA100最高DMA133。符合ATA規(guī)范，也稱ATA接口。外觀如圖7-2。2.按接口類型分類SerialATA(簡稱SATA)SATA硬盤接口、采用點對點的傳輸模式，每塊硬盤獨享通道帶寬。SATA1．0數(shù)據(jù)傳輸速率的有效帶寬峰值為150MB/s。SATA2．0標準的數(shù)據(jù)傳輸速率為300MB/s，SATA3．0標準的數(shù)據(jù)傳輸速率為600MB/s，。SATA接口硬盤的外觀如圖7-3所示。圖7-3SATA接口及數(shù)據(jù)連接線(2)SerialATA接口（SATA）SCSI(SmallComputerSystemInterface，小型計算機系統(tǒng)接口)最初是為小型機研制的一種接口技術(shù)，現(xiàn)在它被完全移植到了普通微機上。傳輸速率160MB/S，CPU占用率低10%，適用多任務(wù)。圖7-4所示是希捷Cheetah15K3的SCSI硬盤及其接口，它是第六代SCSI硬盤，主軸轉(zhuǎn)速為15000r/min（轉(zhuǎn)/分），36.7GB容量，物理接口是68針，接口界面采用了UltraSCSI320規(guī)范。(3)SCSI接口7.2硬盤驅(qū)動器的組成結(jié)構(gòu)1.硬盤的外部結(jié)構(gòu)硬盤從外觀上看，由電源接口、數(shù)據(jù)接口、控制電路板、固定蓋板、安裝螺孔等組成，相同類型的硬盤結(jié)構(gòu)都是相似的，如圖7-5所示，左圖是IDE接口的硬盤，右圖是SATA接口的硬盤。圖7-5硬盤的外部結(jié)構(gòu)

電源接口：電源接口與主機電源相連，為硬盤工作提供能源。IDE硬盤的電源接口為4針接口，而SATA硬盤的電源接口為15針。顯然，現(xiàn)有的ATX電源沒有這類電源插頭，通常需要采用SATA電源轉(zhuǎn)接線與傳統(tǒng)電源線轉(zhuǎn)接，如圖7-6所示數(shù)據(jù)接口：數(shù)據(jù)接口是硬盤數(shù)據(jù)和主板控制器之間進行傳輸交換的紐帶，根據(jù)連接方式的差異，分為IDE、SATA等接口。IDE接口為40根針，數(shù)據(jù)線分40線和80線兩種。如圖7-7a所示，SATA硬盤使用7針端口，如圖7-7b所示。圖7-7IDE的數(shù)據(jù)線和SATA的數(shù)據(jù)線目前常用的兩種接口的硬盤比較硬盤IDE接口與SATA接口的比較：IDE(ATA)電源線—4針，數(shù)據(jù)線—40線/80線；傳輸速率DMA66傳輸速率66MB/S，最高DMA133133MB/S，兼容性好；共享帶寬。SATA電源線—15針（可由轉(zhuǎn)接線轉(zhuǎn)成4針）

數(shù)據(jù)線—7線/4線目前速率SATA1.0150MB/S、SATA2.0300MB/S；點對點傳輸，獨占帶寬。SATA接口需要Intel865和915檔次以上芯片組的支持。965以上芯片組不支持IDE。SATA2.0的NCQ技術(shù)NCQ(NativeCommandQueuing，原生命令隊列)技術(shù)可以對讀寫硬盤的指令執(zhí)行順序進行優(yōu)化，避免像傳統(tǒng)硬盤那樣機械地按照接收指令的先后順序移動磁頭讀寫硬盤的不同位置，與此相反，它會在接收命令后對其進行排序，排序后的磁頭將以高效率的順序進行尋址，從而避免磁頭反復移動帶來的損耗，延長硬盤壽命。控制電路板；控制電路板采用貼片式元件焊接，包括主軸調(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，ROM芯片、緩存RAM等。固定蓋板：硬盤的固定蓋板面板上標注有產(chǎn)品的型號、產(chǎn)地、設(shè)置數(shù)據(jù)等，它與底板結(jié)合成一個密封的整體，以保證硬盤盤片和機構(gòu)的穩(wěn)定運行。安裝螺孔：用于硬盤的安裝，對于3.5in的產(chǎn)品，固定蓋板和側(cè)面都有安裝孔，可以方便靈活地安裝。2.硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)由固定面板、控制電路板、盤頭組件、盤片、接口及附件等幾大部分組成，如圖7-8所示。浮動磁頭組件：讀取數(shù)據(jù)信號；控制電路：信號放大、控制、傳送；盤片：是存儲數(shù)據(jù)的載體，多采用金屬薄膜磁盤；液態(tài)軸承：以油膜代替滾珠，無磨損、抗震。7.3硬盤驅(qū)動器的工作原理硬盤系統(tǒng)由硬盤驅(qū)動器、適配器及連接電纜三部分組成。初始化完成后，主軸電機啟動并高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的小車機構(gòu)移動，將浮動磁頭置于盤片表面的00道。存儲區(qū)由盤片、面、磁道(同心圓)、扇區(qū)組成。多個盤面的相同磁道形成硬盤的“磁柱面”。7.4硬盤驅(qū)動器的主要性能指標1.容量(Capacity)主流硬盤容量80~250GB，影響硬盤容量的因素為單片容量和盤片數(shù)量。計算機中按1GB=1024MB，硬盤廠家按1GB=1000MB所以在計算機中顯示出來的硬盤容量一般情況下要比硬盤容量的標稱值小。

2.平均尋道時間(averageseektime)：從初始位置移動到數(shù)據(jù)所在磁道所需要的時間（ms）。3.平均潛伏時間（Averagelatency）：磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道后，等待所要數(shù)據(jù)塊到來所需的時間。（ms)

4.單磁道時間（SingleTrackSeek）：相鄰磁道的移動時間。(ms)

5.全程訪問時間（MaxFullSeek）：磁頭開始移動至找到數(shù)據(jù)塊所需的時間。(ms)

6.平均訪問時間（AverageAccess）：磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時間。是平均尋道時間與平均潛伏時間之和。

(ms)7.最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率（MaximumInternalDataTransferRate）：磁頭到硬盤緩存區(qū)的最大數(shù)據(jù)傳輸率，速度16MB/S外部數(shù)據(jù)傳輸率示意圖如圖7-12所示。圖7-12硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率與外部數(shù)據(jù)傳輸率示意圖8.外部數(shù)據(jù)傳輸率（ExternalTransferRate)外部數(shù)據(jù)傳輸率指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速率，可達133MB/s或更高，比內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸快。在硬盤特性表中常以數(shù)據(jù)接口速率代替，單位為MB/s。內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率與外部數(shù)據(jù)傳輸率的關(guān)系如圖7-9所示，由于外部數(shù)據(jù)傳輸速率受內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率制約，所以無法達到標稱的速率。9．主軸轉(zhuǎn)速(rotationalspeed)主軸轉(zhuǎn)速是指硬盤內(nèi)主軸的轉(zhuǎn)動速度，目前ATA(IDE)硬盤的主軸轉(zhuǎn)速一般為5400~7200r/min，主流硬盤的轉(zhuǎn)速為7200r/min，SCSI硬盤的主軸轉(zhuǎn)速一般可達7200～10000r/min，而最高轉(zhuǎn)速的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速高達15000r/min。10．緩存(BufferMemory)硬盤緩存是指在硬盤內(nèi)部的高速存儲器其作用是提供一個數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)域，把從硬盤讀取的數(shù)據(jù)暫時保存，然后一次性傳輸出去，或者把從總線傳輸來的數(shù)據(jù)暫時保存，然后逐漸寫入硬盤。解決CPU與硬盤之間巨大的速度差異。目前，硬盤緩存的容量通常為512KB、2MB、8MB、16MB或更大。11.硬盤表面溫度：硬盤工作時，封殼的溫度。12.平均故障間隔時間：硬盤開始運行到出現(xiàn)故障的時間間隔。(一般5年左右）13.單碟容量：硬盤中的存儲碟片一般有1~4片，3.5in的單碟容量可達40GB。14.數(shù)據(jù)保護技術(shù)：S.M.A.R.T自監(jiān)測、分析、報告技術(shù)。RAID(RedundantArrayoflndependentDisks，獨立磁盤冗余陣列)有時也簡稱磁盤陣列(DiskArray)，是一種把多塊獨立的硬盤(物理硬盤)按不同的方式組合起來形成一個硬盤組(邏輯硬盤)，從而提供比單個硬盤更高的存儲性能和提供數(shù)據(jù)備份技術(shù)。(1)RAID0提高性能、數(shù)據(jù)安全性不變。RAID0存儲方式如圖7—13所示。7.5硬盤RAID技術(shù)圖7-13RAID0存儲方式(2)RAID1安全性提高、性能不變。RAID1存儲方式如圖7-11所示。(3)RAID0+1性能提高、安全性加強。RAID0+1存儲方式如圖7-12所示。(4)JBOD增大容量。JBOD(JustaBunchofDrives,簡單硬盤串聯(lián)）也稱作數(shù)據(jù)迭加。SATA硬盤在設(shè)置RAID模式時，一般都需要安裝主板芯片組廠商所提供的驅(qū)動，但也有少數(shù)較老的SATARAID控制器在打了最新補丁的某些版本的WindowsXP系統(tǒng)里不需要加載驅(qū)動就可以組建RAID。7.6主流硬盤介紹目前，市場上主流是7200dmin、SATA或SATA/300串口桌面硬盤，容量80GB、160GB、250GB等表7—1列出了目前市場上的主流產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)。表7-1主流7200r/min桌面硬盤技術(shù)參數(shù)一覽7.7硬盤驅(qū)動器的選購硬盤的選購與其他產(chǎn)品一樣，在沒有充足的經(jīng)濟實力支持下，以“夠用”為原則，如果考慮得更長遠一點，就是想到以后的升級等問題。在購買硬盤時以主流產(chǎn)品為主，近期一般指：容量為160GB或200GB，轉(zhuǎn)速為7200r／min，數(shù)據(jù)緩存為2MB或8MB，接口類型為UltraATAl33或SATAl50，平均尋道時間低于9．0ms。因此總的說來，一般情況下，可以結(jié)合“夠用就好”和“考慮升級”兩個因素選擇硬盤。7.8實習實習1——IDE接口硬盤驅(qū)動器的安裝：1、將硬盤固定在安裝架上。水平放置時，電路面朝下，標簽面向上，如圖7-15所示。圖7-15硬盤跳線圖2、連接硬盤電源線在電源插座與數(shù)據(jù)線插座之間有4組跳線插針，可根據(jù)硬盤上的標簽和使用需要進行跳線。如圖7-16所示。。圖7-16硬盤主、從跳線插座3.連接硬盤數(shù)據(jù)線80芯專用數(shù)據(jù)線連接主硬盤，如圖7-17所示。圖7-1780芯數(shù)據(jù)線先將IDE線的藍色插頭插在主板上的IDE1插座中，如圖7-18所示。然后再將黑色IDE插頭插到硬盤上的IDE插座中，硬盤線的有色邊對準插座的第一腳，如圖7-19所示。圖7-18主板上IDE接口圖7-19連接硬盤數(shù)據(jù)線實習2——SATA接口硬盤的安裝SATA硬盤與IDE硬盤一樣，需要連接數(shù)據(jù)線和電源線。SATA數(shù)據(jù)線為扁長形（見圖7-20），直接連接主板和硬盤上的相應(yīng)接口即可，如圖7-20所示。圖7-20硬盤SATA接口數(shù)據(jù)線和電源線的連接實習3IDE硬盤的BI