计算机组装和维护硬盘驱动器

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1、 第五章 硬盘驱动器 硬盘作为计算机内存放数据的仓库，存放着计算机内所有的文字、图片、音乐、动画等。随着计算机的普及，人们对计算机的依赖性越来越强，工作、学习的资料，用来娱乐消遣的音乐、影视剧和大容量的游戏都存储在计算机中。尤其随着 Internet 的接入，人们对计算机硬盘容量的要求更是空前的高。本章就来介绍硬盘的有关知识和硬盘在计算机中的重要作用。 （1）硬盘的结构。 （2）硬盘的分类。 （3）硬盘的工作方式。 （4）硬盘的参数和技术指标。 （5）硬盘的选购。 第一节 硬盘的结构、工作原理及分类 硬盘从外观上看是一个金属盒子， 它里面密封着数张磁性圆盘和一些机械装置。 硬盘主要是用来记录各

2、种数据、程序、信息等，它既是输入设备又是输出设备。 硬盘驱动器虽然都是用来存储信息的，但它和内存有很大的区别，计算机断电后，内存中存储的信息会立刻丢失，而硬盘中存储的信息则不会。因此，硬盘是计算机中用来长期存储数据、读写数据的装置。 一、硬盘的外部结构 从硬盘的外观看，其背面主要包括电源接口、跳线、数据线接口、控制电路板以及盘片驱动机构等，如图 5.1.1 所示。 盘片驱动机构控制电路板 数据线接口 跳线电源接口控制芯片 图 5.1.1 硬盘背面 计 算 机 培 训 重 点 核 心 课 程 教 材 新编计算机组装与维护培训教程 （1）电源接口。硬盘的电源接口主要用于连接硬盘的 IDE 电缆，通

3、过主板给硬盘提供电源，如图 5.1.2 所示。 图 5.1.2 IDE 电源接口 （2）跳线。跳线主要指 Master，Slave 的跳线接口，即主、从盘跳线设置，当使用两个硬盘时，其中一个硬盘的跳线要设置为 Master，另一硬盘的跳线则设置为 Slave，如图 5.1.3 所示。 （a） （b） 图 5.1.3 硬盘接口的跳线设置 （a）主盘跳线设置； （b）从盘跳线设置 （3）数据线接口。数据线接口主要是连接主板硬盘的数据线接口，通过此接口可使主板中存储的数据调入系统内部，如图 5.1.4 所示。 图 5.1.4 数据线接口 （4）控制电路板。控制电路板通常在硬盘的背面，主要是控制硬盘和

4、计算机之间的数据传输。硬盘的电路板可以交换使用，这样可以用来检测硬盘是否损坏。例如在硬盘读不出数据的时候，就可以通过交换硬盘的电路板来检测硬盘本身有没有物理损伤。 （5）控制芯片。硬盘的主要控制芯片负责数据的交换和处理，是硬盘的核心部件之一。 硬盘的正面面板上主要有产品标签和透气孔，其中产品标签上标示产品型号、产品序列号、生产日期等信息。透气孔使硬盘内部气压与大气气压保持一致，还用于硬盘工作时的散热，如图 5.1.5所示。 产品标签 透气孔图 5.1.5 硬盘正面 48新 需 求 技 能 导 航第五章 硬盘驱动器 二、硬盘的内部结构 硬盘的内部结构如图 5.1.6 所示。主要由控制电路板、磁头

5、、盘片、主轴、电机及其他附件组成。其中磁头、盘片组件构成整个硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路几个部分。 主轴磁盘盘片传动轴读写磁头 反力矩弹簧装传动手臂 图 5.1.6 硬盘内部结构 三、硬盘的工作原理 硬盘驱动器是由磁盘和磁头及控制电路组成，信息存储在磁盘上，由磁头负责读出和写入，如图5.1.7 所示。在硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模块进行初始化，此时磁头置于盘片中心位置，初始化完成后主轴电机将启动并高速旋转，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的 00 道，处于等待指令的启动状态。当

6、接口电路接收到微机系统传来的指令信号，通过前置放大控制电路，驱动音圈电机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收到的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。结束硬盘操作的断电状态，在反力矩弹簧的作用下浮动磁头驻留到盘面中心。 图 5.1.7 硬盘盘片的磁道和扇区 四、硬盘的分类 硬盘的接口可以说是硬盘另一个非常重要的技术指标，硬盘可根据不同的接口进行分类。 目前，硬盘接口主要有以下几种：IDE（ATA） ，SCSI，Fiber Channel（光纤） ，IEEE 1394（火线） ，49计 算 机 培 训 重 点 核 心 课 程

7、教 材 新编计算机组装与维护培训教程 USB 硬盘等。而最为常见的是 IDE 硬盘，其价格便宜、而且性能也比较优良。 1IDE 接口硬盘 IDE（Integrated Drive Electronics，集成驱动器电子接口）的原意是指把控制器及盘体集成在一起的硬盘驱动器。 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， 数据传输的可靠性得到了增强， 硬盘制造变得更容易， 因此厂商不需要担心自己的硬盘是否与其他厂商控制器兼容，对用户而言，硬盘的组装也更方便。常说的 IDE 接口也叫 ATA 接口，这种接口的硬盘是现在台式机普遍使用的硬盘。 ATA 接口发展到今天，大致可分为 AT

8、A-1，ATA-2，ATA-3，ATA-4，ATA-5，ATA-6，ATA-7 等类型。ATA 接口的优点是价格低廉、兼容性好、性价比高等，但它同时也存在数据传输速度慢、只能内置使用、对接口电缆的长度的要求很严格的缺点。 2Serial ATA 接口 Serial ATA 即串行 ATA，简称 SATA，是一种完全不同于并行 ATA 的新型硬盘接口类型。SATA以连续串行的方式传送数据，每次传送一位数据，就减少了 ATA 接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也得到了相应的提高。 SATA 采用的是点对点的传输协议，由于不存在主/从问题，所以每个驱动器不仅能够独享带宽，还使得 ATA 设备的

9、使用更加便利。 通过增加通道的数目， 可连接多台设备。 SATA 采用 7 针数据电缆，主要有 4 个针脚，第 1 针用于发送信号，第 2 针用于接收信号，第 3 针用于供应电源，第 4 针用于接地线，最长可以达到 1 m，而并行 ATA 只能达到 40 cm，因此再不会出现因过多的引脚而使针变弯或断针的现象。 SATA 硬盘的理论传输速率可以达到 150 MB/s， 这与目前处于市场主流地位的 ATA/100 硬盘相比具有一定的优势。 SATA 支持热插拔，就像 USB 一样，Serial ATA 可以在不关机的情况下完成添加或移除硬盘，而且不会对硬盘和控制器造成损坏。 2005 年，SAT

10、A 接口的硬盘开始成为主流产品，市场上出现了大量的 SATA 硬盘。此外，SATA接口规范也得到了进一步发展，由原来的 SATA 1.0 发展到 SATA 2 规范。 从外观上看，SATA 2 接口与 SATA 1.0 规范的接口并没有什么不同，SATA 2 具有如下 5 个主要特点： （1）3 Gb/s 高传输速率（300 MB/s） 。虽然目前硬盘的内部传输速率还没有超过 100 MB/s，但SATA 2 结合 Port Multiplier 技术后，使得一个接口可以连接 48 个设备，此时 300 MB/s 的外部传输速度就有用武之地了。 （2）Native Command Queuin

11、g（NCQ） 。改进性能的技术，比如 NCQ、乱序执行、数据的分散和集合，这些技术用良好的策略来提高性能。 （3）Enclosure Management。改进可维护性的举措，称为“Enclosure Management” ，比如风扇控制、温度控制、新硬盘指示、坏硬盘指示、硬盘状态指示等。这些举措可以解决用户不知道哪一个硬盘坏了的问题，使得用户的数据更加保险。 （4）Port Multiplier。端口选择功能，简单来说就是为一个硬盘提供了两条到控制器的连接，其中一条是冗余。这样不但可以用 RAID 防止硬盘损坏，还能用“Port Multiplier”来防止连接线损坏。 （5）可升级到 S

12、AS。SAS（Serial Attached SCSI）就是串行的 SCSI，由于 SAS 规范里面的物理50新 需 求 技 能 导 航第五章 硬盘驱动器 和电路规范都和 SATA2 的一样，所以我们以后可以把 SATA2 的硬盘直接插到 SAS 接口上使用，做到可升级即可在串行的 SCSI 接口上使用。 3SCSI 接口硬盘 SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）硬盘最早研制于 1979 年，它广泛应用于硬盘、光驱、ZIP、MO、扫描仪、磁带机、JAZ、打印机、光盘刻录机等设备上，由于这种接口技术有着传输速度快、价格高的特点，所以其主要

13、用在一些较高端的工作站、服务器上。 目前 SCSI 有很多种规格，如表 5.1 所示。 表 5.1 SCSI 规格 性能指标 SCSI 标准 型 号 信号位宽 （位） 总线频率 （MHz）最大数据传输率 （MB）/s 电缆最大长度 （m） SCSI1 SCSI-1 8 5 5 6 FAST SCSI 8 10 10 6 WIDE SCSI 16 5 10 3 SCSI2 FAST WIDE SCSI 16 10 20 3 Ultra SCSI 8 20 20 1.5 SCSI3 WIDE Ultra SCSI 16 20 40 1.5 Ultra2 SCSI 8 40 40 25 Ultra

14、2 WIDE Ultra2 SCSI 16 40 80 12 Ultra3 SCSI 16 80 160 12 Ultra 3 Ultra160 SCSI 16 80 160 12 Ultra 320 SCSI Ultra320 SCSI 16 160 320 12 SCSI 硬盘的优点是适应面广，在一块 SCSI 控制卡上可以同时连接 15 个设备。 （1）高性能。具有多任务、带宽高及少 CPU 占用率等特点，具有内置和外置两种。 （2）SCSI 硬盘的缺点是价格昂贵、安装复杂。 4IEEE 1394 接口硬盘 IEEE 1394 是为增强外部多媒体设备与电脑连接性能而设计的高速串行总线，传

15、输速率可达到400 Mb/s，利用 IEEE 1394 技术可以方便地把电脑与摄像机、高速硬盘、音响设备等多种多媒体设备连接。 IEEE 1394 有以下优点： （1）即时数据传输（Real-Time Date Transfer） 。 （2）支持热插拔，驱动程序安装容易。 （3）快速，目前的 IEEE 1394 支持 400 Mb/s 的传输率。 （4）通用 I/O 连接头，点对点的通讯架构。 IEEE 1394 的缺点是价格昂贵。 5Fiber Channel（光纤通道） 光纤通道是一种跟 SCSI 或 IDE 大不相同的接口， 它和以太网的转换接头相似。 它专为网络设计，后来随着存储器对高

16、带宽的需求，慢慢移植到现在的存储系统上来了。光纤通道通常用于连接一个SCSI RAID（或其他一些比较常用的 RAID 类型） ，以满足高端工作站或服务器对高数据传输率的要求。 光纤通道的优点如下： （1）具有很好的升级性。 51计 算 机 培 训 重 点 核 心 课 程 教 材 新编计算机组装与维护培训教程 （2）可以用非常长的光纤电缆（带有 Fiber Optic Cabling 时，光纤长度可以超过 10 km） 。 （3）具有非常宽的带宽（现在一般的光纤都具有 1.06 GB/s 带宽，而如果采用多光纤通道可以达到更宽的带宽） 。 （4）具有很强的通用性。 光纤通道的缺点如下： （1）价格非常昂贵。 （2）组建复杂。 6USB 接口硬盘 USB（Universal Serial Bus）是在 1994 年由 Compaq，IBM，Microsoft 等几家公司联合提出的。不过在早期没有得到普及，其原因主要是当时的主板结构以 Bady-A