硬盘介绍.docx

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1、硬盘概述和工作原理硬盘是电脑数据存储的核心部件，没有硬盘，我们将丧失一切1.硬盘的磁头一块硬盘存取数据的工作完全都是依靠磁头来进行，换句话说，没有磁头，也就没有实际意义上的硬盘。那么，究竟什么是磁头呢？磁头就是硬盘进行读写的“笔尖”，通过全封闭式的磁阻感应读写，将信息记录在硬盘内部特殊的介质上。硬盘磁头的开展先后经历了亚铁盐类磁头(MonOIiIhiCHead)、MIG(MetalInG叩)磁头和薄膜磁头(ThinFilmHead)、MR磁头等几个阶段。前3种传统的磁头技术都是采取了读写合一的电磁感应式磁头，在设计方面因为同时需要兼顾读/写两种特性，因此也造成了硬盘在设计方面的局限性。帔糠磁盘

2、罐片便盘的读写磁头磁头特动机构第4种磁阻磁头在设计方面引入了全新的别离式磁头结构，写入磁头仍沿用传统的磁感应磁头，而读取磁头那么应用了新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读，针对读写的不同特性分别进行优化，以到达最好的读写性能。除上述几种磁头技术外，技术更为创新、采用多层结构、磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头(GiantMagnetoResistiveheads,巨磁阻磁头)，可以使目前硬盘的容量在此根底上再提高10倍以上。IBM75GXP玻璃蟆份2 .硬盘的盘面如果把硬盘磁头比喻作笔的形容成立，那么所谓硬盘的盘面自然就是这“笔下的“纸如果您曾经有幸翻开过自己的硬盘，可以发现硬盘内部是由金属

3、磁盘组成的，有单碟片的，有双碟片的，也有多碟片的。它们通过外表的磁物质结合在一起。与平时使用的那些普通软磁盘存储介质的不连续颗粒相比，这种特殊物质的金属磁盘具有更高的记录密度和更强的平安性能。目前市场上主流硬盘的盘片大都是采用了金属薄膜磁盘构成，这种金属薄膜磁盘较之普通的金属磁盘具有更高的剩磁（RernanenCe:经消磁后，残留在磁介质上的磁感应）和高矫顽力（COerCiveFOrCe:作用于磁化材料以去除剩磁的反向磁通强度），因此也被硬盘厂商普遍采用。与金属薄膜磁盘相比，用玻璃做为新的盘片，有利于把硬盘盘片做得更平滑，单位磁盘密度也会更高。同时由于玻璃的巩固特性，新一代的玻璃硬磁盘在性能方

4、面也会更加稳定。不过也有一点问题，如果一旦把玻璃材质作为硬盘基片，玻璃材质较之金属材质的脆弱性就会表现出来。3 .硬盘的马达有了“笔”和“纸”，要让“笔”能够在“纸”上顺利地写字，当然还要有“手”的控制，而这双控制磁头在磁片上高速工作的“手”就应该是硬盘主轴上的马达了。硬盘正因为有了马达，才可以带动磁盘片在真空封闭的环境中高速旋转，马达高速运转时所产生的浮力使磁头飘浮在盘片上方进行工作。硬盘在工作时，通过马达的连动将需要存取资料的扇区带到磁头下方，马达的转速越快，等待存取记录的时间也就越短。从这个意义上讲，硬盘马达的转速在很大程度上决定了硬盘最终的速度。在当今硬盘不断向着超大容量迈进的同时，硬

5、盘的速度也在不断提高，这当然就要求硬盘的马达也必须能够跟上技术时代飞速开展的步伐。进入2000年后，540OrPm的硬盘即将成为历史,7200rpm势必成为2000年乃至今后一段时间的主流产品。速度方面的提升对于硬盘的马达而言，自然也是提出了更高的要求。7200rpm100OOrpm甚至150OOrPm的硬盘马达自然不会再是传统意义上的普通滚珠轴承马达，因为硬盘转速的不断提高会带来诸如磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列负面问题。传统的普通滚珠轴承马达自然无法妥善解决这些问题，于是曾广泛应用在精密机械工业上的液态轴承马达(FIuiddynamicbearingmotors)被引入到硬盘技术中。

6、与传统的滚珠轴承马达不同，液态轴承马达使用的是黏膜液油轴承，这种特殊的轴承以油膜代替了原先的滚珠，一方面防止了与金属面的直接磨擦，将传统马达所带来的噪声及高温降至最低;另一方面，油膜可以有效地吸收外来的震动，使硬盘的抗震能力由以往的150G提高至120OG;再一个方面，从理论上讲，液态轴承马达无磨损，使用寿命可以到达无限长，虽然我们无法通过这一点就奢想自己的新硬盘能够“长生不老”，但最起码可以延长使用寿命.4 .硬盘的转速硬盘的转速(RotateSpeed),正像我们上文所述，硬盘的马达直接决定了硬盘的转速。理论上讲，硬盘的转速越快越好，因为较高的硬盘转速可以极大地缩短硬盘的平均寻道时间和实际

7、读写时间。但是，硬盘的高转速带给硬盘的负面影响就是转速越快，硬盘外表的发热量越大，如果再加上机箱散热不佳和其他周边散热过多的原因，很可能造成机器运行不稳定。也正是这个原因，目前市场上绝大多数笔记本电脑中的专用硬盘，其转速一般都不会超过450OrPm。5 .硬盘的平均寻道时间、平均访问时间和平均潜伏时间所谓硬盘的平均寻道时间(AVerageSeekTime),其实就是指硬盘在盘面上移动读写头至指定磁道寻找相应目标数据所用的时间。我们在描述硬盘读取数据能力时，目前主要以毫秒为计算单位，而硬盘读取数据一次大多在614ms之间。当硬盘的单碟容量增大时，磁头的寻道动作和移动距离会相应减少，这样也就导致硬

8、盘本身的平均寻道时间减少，从而提高了硬盘传输数据的速度。而平均访问时间(AVerageAccessTime),指的就是平均寻道时间与平均潜伏时间的总和。平均访问时间根本上也就能够代表硬盘找到某一数据所用的时间。平均访问时间越短越好，一般情况下应该控制在11-18ms之间，建议用户选择那些平均访问时间在15ms以下的硬盘。所谓平均潜伏时间(AVerage1.atencyTime),其准确的概念定位就是指相应磁道旋转到磁头下方的时间，一般情况下在26ms之间。6 .硬盘的外部传输率和内部传输率所谓硬盘的外部数据传输率(EXtemalTransferRate)就是指电脑通过接口将数据交给硬盘的传输速

9、度，而内部数据传输率(InternalTransferRate)就是指硬盘将这些数据记录在自身盘片上的速度，也称最大或最小持续传输率(SUStainedTransferRate)。从实际应用方面分析，硬盘的外部数据传输率比其内部传输率速度要快很多，在它们之间有一块缓冲区可以缓解二者的速度差距。而从硬盘缓冲区读取数据的速度又称之为突发数据传输率(BUrStdataTransferRate)o普通的ElDE硬盘理论上的传输速率，都己到达了17.5MBs左右，而采用UItraDMA/33、UltraDMA/66技术后，传输率瞬间速度便可以到达33.3MBs和66MBs,至于UItraDMA/1OO和

10、UltraDMA/160,也是指在这个速度上的提升。7 .硬盘的缓冲区所谓硬盘的缓冲区(硬件缓冲)就是指硬盘本身的高速缓存(Caehe),它能够大幅度地提高硬盘整体性能。高速缓存其实就是指硬盘控制器上的一块存取速度极快的DRAM内存，分为写通式和回写式。所谓写通式，就是指在读硬盘时系统先检查请求，寻找所要求的数据是否在高速缓存中。如果在那么称为被命中，缓存就会发送出相应的数据，磁头也就不必再向磁盘访问数据，从而大幅度改善硬盘的性能。所谓回写式，指的是在内存中保存写数据，当硬盘空闲时再次写入。从这一点上而言，回写式具有高于写通式的系统性能。较早期的硬盘大多带有128KB、256KB、512KB等

11、高速缓存,目前的高档硬盘高速缓存大多己经到达IMB、2MB甚至更高，在高速缓存的取材上也采用了速度比DRAM更快的同步内存SDRAM,确保硬盘性能更为卓越。二、硬盘的接口标准硬盘的接口标准可以说是影响硬盘速度的另外一个决定性因素。目前分析，硬盘的接口标准主要分为ATA和SCSI（SmaIlComputerSystemInterface.小型计算机接口）两种。1.ATA接口ATA接口的几种类型。(l)ST-506412接口ST-506/412接口是希捷公司主创开发的一种硬盘接口。首先使用这种接口的硬盘为希捷的ST-506及ST412,ST-506接口使用起来相当简便，它不需要任何特殊的电缆及接头

12、，但是它支持的传输速度很低，因此到了1987年左右这种接口就根本上被淘汰了，而且采用该接口的老硬盘容量多数都低于200MB早期IBMPC/XT和PC/AT机器使用的硬盘就是ST-506/412硬盘或称MFM硬盘，其中MFM(MOdifiedFrequencyModulation,改良调频制)指一种编码方案。(2)ESDI接口ESDKEnhancedSmallDriveInterfaCe)接口是迈拓公司于1983年开发的。它的特点是将编解码器放在硬盘中，而不是在控制卡上，理论传输速度是ST-506的24倍，一般可到达IoMbit/s。但由于本钱较高，与后来产生的IDE接口相比几乎没有什么优势可言

13、，因此在20世纪90年代后期就根本被淘汰了。(3)IDE及EIDE接口IDE(IntegratedDriveEleCtrOniCS)就是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，我们常说的IDE接口，也叫ATA接口。现在PC机使用的硬盘大多数都是与IDE兼容，只需用一根数据线将它们与主板或接口卡连起来就可以了。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，而且数据传输的可靠性也得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为厂商不需要再担忧自己的硬盘是否与其他厂商生产的控制器兼容。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。Hope(4)ATA-I(IDE)最初IDE标准的正式名称是ATA,ID

14、E实际上是指连在硬盘接口的硬盘本身。ATA在主板上有1个插口，支持1个主设备和1个从设备，每个设备的最大容量为504MB,ATA最早支持的Plo-O模式(PrOgrammed1/0-0)只有3.3MBs,而ATA-I一共规定了3种PlO模式和4种DMA模式(没有得到实际应用)，用户只需要安装1个ElDE适配卡就可以升级成为ATA-2。(5)ATA-2(EIDEEnhancedIDE/FastATA)ATA-2其实就是对ATA-I标准的一个扩展。ATA-2增加了2种PIO和2种DMA模式，把最高传输率提高到了16.7MBs,同时引进了1.BA地址转换方式，突破了老BloS固有504MB的限制，支

15、持最高可达8.1GB容量的硬盘。如果电脑支持ATA-2,那么可以在CMoS设置中找到“1.BA,1.ogicalBlockAddreSs”或“CHS,Cylinder,Head,SeCtOr”的设置。其两个插口分别可以连接1个主设备和1个从设置，从而可以支持4个设备，2个插口也分为主插门和从插口。通常可将硬盘和CD-ROM放置在主插口上，而将一些次要的设备放在从插口上，这种放置方式对于486及早期的PentiUm电脑很必要，因为这样可以使主插口连在快速的PCl总线上，而从插口连在较慢的ISA总线上。(6)ATA-3(FastATA-2)这个版本支持PIO-4,没有增加更高速度的工作模式(仍为1

16、6.7MBs),但引入了简单的密码保护，对电源管理方案进行了修改，引入了S.M.A.R.T技术(SeIf-MonitOring、AnalysisandReportingTechnology,自监测、分析和报告技术)。(7)ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UllraDMA/33、UltraDMA66)应用ATA-4标准将PIO-4模式下的最大数据传输率提高了一倍，到达33MBs或更高的66MB/so它还在总线占用上引入了新的技术，使用PC的DMA通道减少了CPU的处理负荷。要使用UItraATA,需要一个空闲的PCl扩展槽，如果将UltraATA硬盘卡插在ISA扩展槽上,那么该设备不可能到达其最大传输率，因为ISA总线的最大数据传输率只有8MBso（8）SerialATA新的S