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1、单击此处编辑母版标题样 式 单击此处编辑母版副标题样式 1 数据存储储仓 硬盘 执教人 杨乾 什么是硬盘 n硬盘 Hard Disk 也称硬盘存储器 是各种 数据的主要存放场所之一 平常所用的操作系 统 如Windows98等 各种应用软件 资 料和游戏都存放在硬盘中 是计算机的重要部 件之一 硬盘的工作原理 n硬盘存储数据是根据电 磁转换的原理来实现的 硬盘驱动器加电后 磁盘片由主轴电机驱动进 行高速旋转 设置在盘片表面的磁头则在电路控 制下径向移动到指定位置然后将数据存储或读出 来 n当系统向硬盘写入数据时 磁头中写数据电流产生磁 场使盘片表面磁性物质状态发生改变 并在写电流磁 场消失后仍
2、能保持 当系统从硬盘中读取数据时 磁 头经过盘片指定区域 盘片表面磁场使磁头产生感应 电流或线圈阻抗产生变化 经过相关电路处理后还原 成数据 硬盘的结构 n硬盘尺寸主要有5 25英寸和3 5英寸两种 现 在市场上普遍使用的是3 5英寸硬盘 用于笔 记本电脑中的有2 5英寸 1 8英寸和0 9英寸 等几种 n硬盘主要由 盘片 磁头 盘片转轴及控制 电机 磁头控制器 数据转换器 接口 缓 存等几个部分组成 硬盘分类 n硬盘有固态硬盘 SSD 盘 新式硬盘 机 械硬盘 HDD 传统硬盘 混合硬盘 HHD 一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘 SSD采用闪存颗粒来存储 HDD采用磁性碟片 来存储 混合
3、硬盘 HHD Hybrid Hard Disk 是 把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘 绝 大多数硬盘都是固定硬盘 被永久性地密封固 定在硬盘驱动器中 固态硬盘 n固态硬盘介绍 固态硬盘SSD Solid State Disk IDE FLASH DISK Serial ATA Flash Disk 是由控 制单元和存储单元 FLASH芯片 组成 简单的说就 是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘 固态硬盘 的接口规范和定义 功能及使用方法上与普通硬盘的 完全相同 在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一 致 包括3 5 2 5 1 8 多种类型 由于固态硬盘没 有普通硬盘的旋转介质 因而抗震性极
4、佳 同时工作 温度很宽 扩展温度的电子硬盘可工作在 45 85 广泛应用于军事 车载 工控 n视频监控 网络监控 网络终端 电力 医疗 航空 等 导航设备等领域 硬盘的主要部件 硬盘的外部结构 n在硬盘的正面都贴有硬盘的标签 标签上 一般都标注着与硬盘相关的信息 例如产 品型号 产地 出厂日期 产品序列号等 在硬盘的一端有电源接口插座 主从设 置跳线器和数据线接口插座 而硬盘的背 面则是控制电路板 n总得来说 硬盘外部结构可以分成如下几 个部份 硬盘正面 硬盘背面 接口 n包括电源插口和数据接口两部分 其中电源插口与 主机电源相联 为硬盘工作提供电力保证 数据接 口则是硬盘数据和主板控制器之间
5、进行传输交换的 纽带 根据联接方式的差异 分为EIDE接口和 SCSI接口等 固定面板 n就是硬盘正面的面板 它与底板结合成一个密封 的整体 保证了硬盘盘片和机构的稳定运行 在 面板上最显眼的莫过于产品标签 上面印着产品 型号 产品序列号 产品 生产日期等信息 n固定面板和盘体侧面还设有安装孔 以方便安装 n除此 还有一个透气孔 它的作用就是使硬盘内 部气压与大气气压保持一致 固定面板 控制电路板 n一般在硬盘的背面 大多采用贴片式元件焊接 包 括主轴调速电路 磁头驱动与伺服定位电路 读写 电路 控制与接口电路等 在电路板上还有一块高 效的单片机ROM芯片 其固化的软件可以进行硬盘 的初始化
6、执行加电和启动主轴电机 加电初始寻 道 定位以及故障检测等 在电路板上还安装有容 量不等的高速缓存芯片 控制电路板 硬盘的内部结构 n硬盘内部结构由固定面板 控制电路板 磁头 盘片 主轴 电机 接口及其它附 件组成 其中磁头盘片组件 Hard Disk Assembly HDA 是构成硬盘的核心 它 封装在硬盘的净化腔体内 包括有浮动磁 头组件 磁头驱动机构 盘片 主轴驱动 装置及前置读写控制电路这几个部份 硬盘的内部结构 n将硬 盘面 板揭 开后 内 部结 构即 可一 目了 然 硬盘的内部结构 n细看硬盘内部结构 硬盘的内部结构 n细看硬盘内部结构 硬盘的内部结构 浮动磁头组件 n是硬盘中最
7、精密的部位之一 它由读写磁头 传动手臂 传动轴三部份组成 n磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环 实 际上是集成工艺制成的多个磁头的组合 它 采用了非接触式头 盘结构 加后电在高速 旋转的磁盘表面移动 与盘片之间的间隙只 有0 1 0 3 m 这样可以获得很好的数据 传输率 现在转速为7200RPM的硬盘飞高 一般都低于0 3 m 以利于读取较大的高信 噪比信号 提供数据传输率的可靠性 浮动磁头组件 磁头驱动机构 n盘硬的寻道是靠移动磁头 而移动磁头则需 要该机构驱动才能实现 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 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
8、并能在很短的时间 内精确定位系统指令指定的磁道 磁盘片 n盘片是硬盘存储数据的载体 现在硬盘的 盘片大多采用金属薄膜材料 这种金属薄 膜较软盘的不连续颗粒载体具有更高的存 储密度 高剩磁及高矫顽力等优点 另外 IBM还有一种被称为 玻璃盘片 的材料 作为盘片基质 玻璃盘片比普通盘片在运 行时具有更好的稳定性 硬盘的盘片是完 全平整的 简直可以当镜子使用 磁盘片 磁盘片 n磁盘片表面上以磁盘片中心为圆心 不同半 径的同心圆称为磁道 n不同磁盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称 为柱面 n磁盘片被分成许多扇形的区域 每个区域叫 一个扇区 磁盘片 接口 nATA ATA全称Advanced Techno
9、logy Attachment 是用传统的40 pin 并口数据线连接主板与硬盘 的 外部接口速度最大为133MB s 因为并口 线的抗干扰性太差 且排线占空间 不利计算 机散热 将逐渐被SATA 所取代 nIDE IDE的英文全称为 Integrated Drive Electronics 即 电子集成驱动器 俗称 PATA并口 接口 nSATA 2001年 由Intel APT Dell IBM 希捷 迈拓这几大厂商组成 的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1 0规范 2002年 虽 然串行ATA的相关设备还未正式上市 但Serial ATA委员会已抢先 确立了Se
10、rial ATA 2 0规范 Serial ATA采用串行连接方式 串行 ATA总线使用嵌入式时钟信号 具备了更强的纠错能力 与以往 相比其最大的区别在于能对传输指令 不仅仅是数据 进行检查 如果发现错误会自动矫正 nSATA SATA 是芯片巨头Intel英特尔与硬盘巨头Seagate希捷在SATA 的基础上发展起来的 其主要特征是外部传输率从SATA的 150MB s进一步提高到了300MB s 此外还包括NCQ Native Command Queuing 原生命令队列 端口多路器 Port Multiplier 交错启动 Staggered Spin up 等一系列的技术特 征 但是并
11、非所有的SATA硬盘都可以使用NCQ技术 除了硬盘本 身要支持NCQ之外 也要求主板芯片组的SATA控制器支持NCQ 接口 nSATA 正式名称为 SATARevision3 0 是串行ATA国际组织 SATA IO 在2009年5月份发布的新版规范 主要是传输速度翻番达到 6Gbps 同时向下兼容旧版规范 SATARevision2 6 也就是现在 俗称的SATA3Gbps 接口 数据线都没有变动 SATA3 0接口 技术标准是2007上半年英特尔公司提出的 由英特尔公司的存储 产品架构设计部技术总监Knut Grimsrud负责 Knut Grimsrud表示 SATA3 0的传输速率将达
12、到6Gbps 将在SATA2 0的基础上增 加1倍 nSCSI SCSI的英文全称为 Small Computer System Interface 小型计 算机系统接口 是同IDE ATA 完全不同的接口 IDE接口是 普通PC的标准接口 而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口 是一 种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术 SCSI接口具有应用 范围广 多任务 带宽大 CPU占用率低 以及热插拔等优点 但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及 因此SCSI硬盘主要 应用于中 高端服务器和高档工作站中 硬盘的性能指标 n硬盘也是计算机的重要部件 同样对计算机的 整体性能起着决定性的作用 我们就介
13、绍一下 硬盘主要的性能指标 主轴转速 n硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的 决定因素之一 它在很大程度上决定了硬盘的 速度 同时也是区别硬盘档次的重要标志 n从目前的情况来看 7200RPM的硬盘在国内 市场已经逐步取代了5400RPM硬盘的地位 成为了主流 而更高转速的硬盘 如SCSI硬 盘的主轴转速已经达到10000RPM甚至 15000RPM 但由于价格原因让普通用户难以 接受 主轴转速 n随着硬盘转速的提升 会使硬盘的发热量不断 升高 若硬盘散发的热 量不能及时地传导出去 硬盘就会升温 为此 可以在硬盘上安装一 个硬盘散热风扇 增强 散热效果 单碟容量 n因为标准硬盘的碟片数是有
14、限的 靠增加碟 片来扩充容量满足不断增长的存储容量的需 求是不可行的 只有提高每张碟片的容量才 能从根本上解决这个问题 n单碟容量的一个重要意义在于提升硬盘的数 据传输速度 硬盘单碟容量的提高得益于数 据记录密度的提高 而记录密度同数据传输 率是成正比的 单碟容量越高 它的数据传 输率也将会越高 高速缓存 n指在硬盘内部的高速存储器 硬盘的数据被 磁头读取后先存到硬盘上的缓存芯片中 再 由接口传送给系统 缓存的容量和速度都对 硬盘速都有直接影响 n目前硬盘的高速缓存一般为512KB 2MB 最近出现的8MB缓存硬盘 最大内部数据传输率 n也叫持续数据传输率 Sustained Transfer
15、 Rate 单位为Mb s 它是指磁头至硬盘缓存 间的最大数据传输率 一般取决于硬盘的盘 片转速和盘片线密度 指同一磁道上的数据容 量 n注意 在这项指标中常常使用Mb s或Mbps为 单位 这是兆位 秒的意思 如果需要转换成 MB s 兆字节 秒 就必须将Mbps数据除以8 一字节8位数 外部数据传输率 n也称为突发数据传输率 Burst Data Transfer Rate 它是指从硬盘缓冲区 读取数据的速率 单位为MB s n目前有Ultra DMA 33 Ultra DMA 66和 Ultra DMA 100三中 现在主流的硬盘已 经全部采用Ultra DMA 100技术 外部数 据传
16、输率可达100MB s 寻道时间 n是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用的 时间 单位为毫秒 ms 寻道时间又分为平 均寻道时间和道间步进时间 n平均寻道时间则为磁头移动到正中间的磁道 需要的时间 单位为毫秒 ms n道间步进时间表示磁头从一个磁道转移至另 一磁道的时间 单位为毫秒 ms 潜伏期 n表示当磁头移动到数据所在的磁道后 等 待所要的数据块继续转动 半圈或多些 少些 到磁头下的时间 其单位为毫秒 ms n平均潜伏期就是盘片转半圈的时间 全程访问时间 n指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据 块所用的全部时间 单位为毫秒 ms n平均访问时间指磁头找到指定数据的平均时 间 单位为毫秒 ms 通常是平均寻道时 间和平均潜伏时间之和 连续无故障时间 MTBF n是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间 单位是小时 一般硬盘的MTBF至少在 30 000小时以上 新型磁头技术 nMR Magneto一Resistive Head 磁阻磁头 技术可以更高的实际记录密度 记录数据 从而增加硬盘容量 提高数据吞吐率 nGMR Giant Magneto Resistive 巨型磁阻 磁头 是
