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1、1,第1章 硬盘基础知识入门,本章导读 本章将介绍一些硬盘的基础知识，为下一步数据恢复打牢理论基础。 内容提要 硬盘发展简史 硬盘外部结构 硬盘内部结构 硬盘逻辑结构 硬盘主要指标和参数 硬盘分区和格式化,2,第1章 硬盘基础知识入门,硬盘驱动器(Hard Disk)，简称硬盘，是计算机最重要的存储设备，是存放数据的仓库。主流的硬盘具有体积小、容量大、速度快、使用方便等诸多优点，目前，硬盘已经成为计算机的标准配置。硬盘质量的好坏，功能的强弱都将直接影响计算机的性能。,3,1.0 硬盘发展简史,如今，我们早已习惯了电脑中上百G的存储配置，小小的mp3播放器和其他手持设备通常也有几个G的容量，而这
2、一切在几十年前仅仅是存在于科幻小说中想象。比如在离我们并不遥远的1980年，第一块容量过G的硬盘就有冰箱那么大。现在我们每天都会保存大量数据并且习以为常，而我觉得回顾这段历史会是一件有趣的事，也能让我们更清楚的了解这个过程。,4,1.0 硬盘发展简史,1.选数管存储器 一个选数管存储器可以保存32到512 bytes，它的大小如图，一个512bytes选数管存储器是一个十英寸长，三英寸宽的小瓶子。最先发明于1946年，不过由于选数管存储器的制造价格的昂贵和产品自身的诸多缺陷，最终成为一个失败的产品。,5,1.0 硬盘发展简史,2.穿孔卡片 早期的电脑大多使用穿孔卡片来存储数据。它在70年代中期
3、比较流行，可用来存储一些小程序和数据。据说他的起源来自1725年的纺织业，当时人们使用类似的穿孔卡片来控制纺织机器。,6,1.0 硬盘发展简史,左边那个是穿孔卡片的读取器，右边这是穿孔卡片机。,7,1.0 硬盘发展简史,3.穿孔纸带 类似于穿孔卡片，不过穿孔纸带更易于保存，他的灵感同样来源于纺织厂的机械。存储方式跟穿孔卡片类似，每一排可以存储一个字符。图中是一个8孔纸袋，即每一行8个孔。,8,1.0 硬盘发展简史,4.磁鼓 1953年，第一台磁鼓应用于IBM 701，它是作为内存储器使用的。磁鼓是利用铝鼓筒表面涂覆的磁性材料来存储数据的。鼓筒旋转速度很高，因此存取速度快。它采用饱和磁记录，从固
4、定式磁头发展到浮动式磁头，从采用磁胶发展到采用电镀的连续磁介质。这些都为后来的磁盘存储器打下了基础。 磁鼓最大的缺点是利用率不高， 一个大圆柱体只有表面一层用于存储，而磁盘的两面都利用来存储，显然利用率要高得多。 因此，当磁盘出现后，磁鼓就被淘汰了。,9,1.0 硬盘发展简史,10,1.0 硬盘发展简史,5.磁带 磁带是所有存储媒体中单位存储信息成本最低、容量最大、标准化程度最高的常用存储介质之一。它互换性好、易于保存，近年来，由于采用了具有高纠错能力的编码技术和即写即读的通道技术，大大提高了磁带存储的可靠性和读写速度。,11,1.0 硬盘发展简史,6.硬盘 世界第一台硬盘存储器是由IBM公司
5、在1956年发明的，其型号为IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）。这套系统的总容量只有5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘。,12,1.0 硬盘发展简史,13,1.0 硬盘发展简史,这些盘片表面涂有一层磁性物质，并且堆叠在一起，通过一个传动轴承使它可以顺利的工作。盘片由一台电动机带动，只有一个磁头，磁头上下前后运动寻找要读写的磁道。盘片上每平方英寸的数据密度只有2000bit，数据处理能力为1.1KB/s。 此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内，推出之后便让人大为震惊，不
6、光是因为他的技术理念，因为有了他才有了后来的温彻斯特，还有他的价格，当时推出的售价是35，000美元，平均每M要有7000美元的成本，想想现在我们真实太幸福了，每M连7分的成本都用不了。,14,1.0 硬盘发展简史,15,1.0 硬盘发展简史,1968年：“温彻斯特“技术横空出世 IBM 颠覆了之前自己的设计，重新提出了“温彻斯特”（Winchester）技术的可行性，这次的提出的技术则奠定了以后硬盘所发展的方向。“温彻斯特”技术的精隋在于提出了：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也同样是我们现在硬盘所走的道路。 温彻斯
7、特技术的主要内容还有是：头盘组合件，磁头、盘片、主轴等运动部分密封在一个壳体中，形成一个头盘组合件(HDA)，与外界环境隔绝，避免了灰尘的污染。磁头浮动块，采用小型化轻浮力的磁头浮动块，盘片表面涂润滑剂，实行接触起停。即平常盘片不转时，磁头停靠在盘片上，当盘片转速达一定值时，磁头浮起并保持一定的浮动间隙。,16,1.0 硬盘发展简史,17,这样简化了机械结构，缩短了起动时间。而这种设计的磁头与磁盘是一一对应的，磁头读出的就是它本身写入的，信噪比等等都比从前好很多，因此存储密度得到了提高，存储容量同样也随之增加了。“温彻斯特(Winchester)”技术的发明，无疑是为现在的硬盘发展打下了一个很
8、好的契机。就是现在的上百G的硬盘仍然在使用这种“技术”，在5年之后也就是1973年IBM终于推出了使用温彻斯特技术的第一块硬盘，型号为3340，它采用14英寸的规格，由两个分离的盘片构成(一个固定的和一个可移动的)，每张盘片容量为30MB。并且硬盘首次使用了封闭的内部环境，并进一步发展了气动学磁头技术，将磁头与盘片之间的距离缩短到了17微英寸。,18,1.0 硬盘发展简史,1979年：IBM发明薄膜磁头 IBM公司再次走在硬盘开发技术的前列，发明了薄膜磁头（Thinfilm Head），为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。 同年，IBM的两位员工 AlanShugart和F
9、inisConner离开IBM后成立了希捷公司(Shugart Technology公司，也就是后来的Seagate希捷公司)开发了像5.25英寸软驱那样大小的硬盘驱动器。次年，希捷发布了第一款适合于微型计算机使用的硬盘，容量为5MB，体积与软驱相仿。,19,1.0 硬盘发展简史,80年代末期：IBM发明了MR磁头 IBM 又一次为电脑行业做出了巨大的贡献，推出了名为MR HEAD（Magneto Resistive)）的东西，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度能够比以往每英寸20MB的容量提高了数十倍，他工作方式在于将读写两个磁头分开，读写磁头不再具电感特性，而是对磁
10、场变化相当敏感的电阻特性磁头。,20,1.0 硬盘发展简史,MR磁头是通过阻值变化而并不是电流变化来感应信号的幅度，因而对信号变化相当敏感，读取数据的准确性也大大的得到提高提高。并且由于读取的信号幅度与磁道宽窄无关，所以磁道可以做得很窄，从而提高了盘片密度，达到200MB/平方英寸，而使用传统的磁头只能达到20MB/平方英寸，这也是MR磁头的先进之处，也是后来被广泛应用的原因。,21,1.0 硬盘发展简史,1991年：IBM生产3.5英寸的硬盘，硬盘的容量首次达到了1GB，从此硬盘容量开始进入了GB数量级。这款硬盘应用了先进的MR磁头，当然他不光是打破了 G的硬盘记录这个简单，同时它还是首个3
11、.5寸的硬盘。由此3.5寸也成为了现代台式计算机的结构标准。,22,1.0 硬盘发展简史,23,1.0 硬盘发展简史,1991年生产的这块2.5英寸Tanba-1硬盘能够存储63MB数据。2.5英寸硬盘仍然被广泛应用在笔记本电脑中，只是存储容量提高到了100GB。,24,1.0 硬盘发展简史,IBM 3340这款1英寸硬盘是由IBM在1999年发明的，它支持30 MB的固定存储和30 MB的可移动存储，为自己迎来了“Winchester“ 的昵称。但是，在iPod Mini问世前，它并没有进入主流市场。,25,1.1 硬盘的结构,1.1.1 硬盘的外部结构 1.1.2 硬盘的内部结构 1.1.
12、3 硬盘的逻辑结构,硬盘是一个集机、电、磁于一体的高精密系统，主要由电源接口、数据接口、控制电路板等几部分构成。,返回,26,1.1.1 硬盘的外部结构,对于不同种类的硬盘，如IDE硬盘、SerialATA硬盘以及SCSI硬盘，其外部结构略有差别。 1. 硬盘盘体 硬盘的外壳与底板结合成一个密封的整体，俗称盘体。正面的外壳起到了保证硬盘盘片和机构稳定运行的作用，在其面板上印有产品标签，标明此产品的型号、大小、转速、序列号、产地及生产日期等信息,27,1.1.1 硬盘的外部结构,2. 电源接口 电源接口用于连接主机的电源，为硬盘工作提供电力。一般而言，硬盘采用最为常见的4针D形电源接口。Seri
13、alATA硬盘使用的是SATA专用电源接口，这种接口有15个插针，但其宽度与以前的电源接口相当。在购买SATA硬盘时，厂商一般会在其产品包装中提供必备的电源转接线。,28,1.1.1 硬盘的外部结构,3. 数据接口 硬盘要通过硬盘数据线连接硬盘数据接口。老式的IDE硬盘采用的是普通40pin数据线，不过如今已经很少见了，目前IDE硬盘采用的是80pin数据线。SCSI硬盘数据线有68pin接口和80pin接口两种。SATA硬盘采用7芯的数据线，采用点对点传输协议，这样可以做到在减少数据线内部电缆数目的情况下提高抗干扰能力。,29,1.1.1 硬盘的外部结构,30,1.1.1 硬盘的外部结构,4
14、. 控制电路板 为加强散热，控制电路板一般裸露在硬盘下表面，但是也有少数硬盘将其完全封闭以更好地保护各种控制芯片，同时还能降低噪声。硬盘的控制电路板由主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读/写控制电路、控制与接口电路及S.M.A.R.T(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology，自我监测、分析和报告技术)等构成。,31,1.1.1 硬盘的外部结构,32,1.1.1 硬盘的外部结构,33,1.1.1 硬盘的外部结构,如图是目前常见硬盘电路原理图，硬盘的有效数据都保存在盘片上，磁头用于读取或写入硬盘数据，磁头上面有一个芯片，用于磁头逻辑分
15、配或放大磁电信号，前置信号处理器用于加工处理磁头芯片传过来的信号，数字信号处理器对前置信号处理器的数据进一步加工传递给接口，接口芯片对数据进一处理，然后传递给计算机，磁头与磁头芯片密封在盘腔内，磁头驱动电机是音圈电机，微处理器是整个硬盘电路的控制中枢，大多数硬盘的微处理器，接口，数字信号处理器往往集成到一个芯片内。,34,1.1.2 硬盘的内部结构,硬盘的内部结构由固定面板、控制电路板、磁头、盘片、主轴、电机、接口及其他附件组成，其中，磁头组件是硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内。,35,1.1.2 硬盘的内部结构,1. 磁头组件 磁头组件(Hard Disk Assembly，HDA)是硬
16、盘中最精密的部件之一，数据的最终存取就由它直接负责。它由读/写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。磁头是硬盘技术中最重要和最关键的一环，磁头在启动、停止的时候在启停区接触硬盘表面。磁头在工作时，不接触表面，处于飞行状态，“悬浮”在0.1m0.3m的高度，这个高度非常小，因此，在工作过程中，一旦受到震荡就会和盘片相撞，产生悲剧性的后果。所以运转中的硬盘非常脆弱，绝对不能受到任何碰撞。,36,1.1.2 硬盘的内部结构,2. 磁头驱动机构 硬盘的寻道是靠移动磁头来实现的，而移动磁头需要驱动机构才能实现。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成。,37,1.1.2 硬盘的内部结构,高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。另外，还有防振动保护装置，当硬盘受到强烈震动时，对磁头及盘片起到一定的保护作用，以避免磁头将盘片刮伤等情况的发生。,38,1.1.2 硬盘的内部结构,3. 磁盘片 盘片是硬盘存储数据的载体，硬盘的盘片一般用铝合金材料做基片，高速硬盘则使用玻璃做基片。玻璃基片更容易
