硬盘详细知识

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1、一.硬盤常識與技術指標1. 磁 頭 硬盤存取數據主要是靠磁頭.磁頭的發展先后經歷“亞鐵鹽類磁頭(MONOLITHIC HEAD HEAD)” “MIG(METAL IN GAP)磁頭”“薄 膜磁頭(THIN FILM HEAD)”,這些傳統 的磁頭都是讀寫合一.電磁 感應式磁頭.現在流行的MR磁頭(Magnetoresistive heads)，即磁阻 磁頭,采用的是分離式的磁頭結構:寫入磁頭仍采用的磁感磁頭疼 (MR磁頭不能進行寫操作)，讀取磁頭則采用新型的MR磁頭，即所 謂的感應寫.磁阻 讀.這樣，在設計時就可以針對兩者的不同特性分 別進行優化，以得到最好的讀/寫 性能.2. 轉速 主軸馬

2、達帶動盤片高速旋轉，產生浮力使磁頭飄浮在盤片上方.要 將所要存取信息 的扇區帶到磁頭下方，轉速越快，等待時間也就越 短.換句話說，轉速在很大程度上 決定了硬盤的存取速度.3. 單盤容量口單盤容量指單張盤片的容量，單盤的容量越大，實現大容量硬盤 也就越容易，尋找數 據所需的時間相對少一點.4. 硬盤的技術指標口容量當然是越大越好.口 Rotational Speed（轉速）現有轉速從 3600rpm.4500rpm.5400rpm.7200rpm 到 10000rpm 不等. 理論上,轉速越快 越好.口 Cache （高速緩存）有兩种形式，寫通式（Write-Through）和回寫式（Write

3、-Back）,現在硬 盤多數用的是性能較好的回寫式Cache，它的作用就是系統在從硬 盤中讀數據時，先檢查Cache中有沒有所需的數據,若有,就直接 Cache中讀取，因為Cache的存取速度比硬盤要快 幾百倍.口 Average Access Time（帄均訪問時間）口 Average Seek Time（帄均尋道時間）和 Average Latency Time（帄均 潛伏時間）.帄均尋道時間指的是硬盤在盤面上移動讀/寫到指定磁 道所用的時間，一般在8ms到16ms之間帄均潛伏期是指定的磁道 旋轉到磁頭下所用的時間,一般在2ms到6ms之間帄均訪問時間為 帄均尋道時間和帄均潛伏時間之和，所

4、以硬盤的帄均訪問時間一般 為11ms到18ms之間.二.硬盘是计算机中最重要的部件之一，按不同的接口和外形尺寸，其种类有很多，除了现在最常见的台式机中使用的3.5英寸EIDE和SATA接的产品外，还有其他类型的硬盘。1、SCSI 硬盘目前计算机中最大的速度瓶颈来自于硬盘。受制于IDE接口 的局限，IDE硬盘速度的提高已趋于极限。SCSI硬盘的外观与普通硬盘基本一致， 但现在SCSI硬盘的最高转速已达到了 10000转/分，帄均寻道时 间在6ms左右，数据传输率可达到160MB/S,尤为关键的是SCSI 盘的CPU占有率非常低，在5%左右。这些都使得SCSI硬盘的性 能比IDE硬盘有较大的提高。

5、现在7200转的SCSI盘价位已到了 可接受的水帄，如果经济条件许可，选用SCSI盘将有效提高计算 机整机性能。除此以外，SCSI接和EIDE接相比还有一个很大的技 术优势，那就是SCSI接中的设备可以同时使用数据总线进行数 据传输，而EIDE接中联接在同一条数据线上的设备只能交替 （占用数据线）进行传输；EIDE只能联接四块设备，而SCSI接可 以联接7至15台设备。目前SCSI硬盘接有三种，分别是50针、 68针和80针。我们常见到硬盘型号上标有“N”“W”“SCA”是表示接针数的。N即窄口（Narrow）, 50针；W即宽口（Wide）,68 针；SCA 即单接头(Single Conn

6、ectorAttachment),80 针。其中 80针的SCSI盘一般支持热插拔。2、活动硬盘以前个人计算机，主要的存储设备是固定硬盘和软盘。固 定硬盘为计算机提供了大容量的存储介质，但是其盘片无法更换 存储的信息也不便于携带和交换。而软盘则容量太小，可靠性也 差。一般活动硬盘同样采用Winchester硬盘技术，所以具有固定 硬盘的基本技术特征，速度快，帄均寻道时间在12 毫秒左右，数 据传输率可达10M/S,容量能达到10GB以上。活动硬盘的盘片和 软盘一样，是可以从驱动器中取出和更换的，存储介质是盘片中 的磁合金碟片。根据容量不同，活动硬盘的盘片结构分为单片单 面、单片双面和双片双面三

7、种，相应驱动器就有单磁头、双磁头 和四磁头之分。活动硬盘接方式SCSI、并口、USB等四种方式。 用户可以根据自己的需求和计算机的配置情况选择不同的接口方 式。不过活动硬盘只是昙花一现的产品。随着使用笔记本硬盘的 USB移动硬盘价格的下跌和USB接的普及，使得USB移动硬盘已经取代了活动硬盘。3、笔记本硬盘笔记本电脑内部空间狭小、电池能量有限，再加上移动中的 难以避免的磕碰，对其部件的体积、功耗和坚固性等提出了很高 的要求。由于笔记本电脑硬盘比通常的桌面硬盘有着更高的品质 要求，生产的厂家不多，当今笔记本硬盘市场85%以上的份额被 Hitachi（日立、IBM）、Toshiba冻芝）和富士通这

8、三家公司占领。笔记本硬盘最大的特点就是小巧轻便，它的直径一般仅为2.5 英寸（还有 1.8 英寸的产品），厚度也远低于3.5英寸硬盘。大多数 产品厚度仅有9.5m m,重量尚不足百克，堪称小巧玲珑。目前笔 记本电脑硬盘的发展方向就是外形更小、质量更轻、容量更大。 除了常见的为2.5英寸规格,还有一种为 1.8英寸规格,主要由东 芝生产,随着轻薄机型的热销, 1.8 寸笔记本硬盘的前景也十分广 阔，收购了 IBM硬盘事业部的日立也在今年发布了 1.8寸的笔记 本硬盘产品：Travelstar C4K40-20。另外东芝和富士通都曾经推出 过 PC 卡接口的 1.8 英寸硬盘,老机器用来升级容量十

9、分方便。现 在Iomega公司计划在2004年中期推出采用DCT（数字捕捉技术） 的移动式1.8英寸硬盘。这种硬盘小到可以装进笔记本电脑的PC Card中，容量可达到2.5GB以上，而价格仅10美元。4、微型硬盘越来越小也是硬盘的发展方向之一，除了1.8 寸的硬盘，更小的1英寸HDD(Micro Drive),容量已达到了 4GB,其外观和接为CF TYPE II 型卡，传送模式为 Ultra DMA mode 2。随着数码产品对大容量和小体积存储介质的要求,早在1998 年IBM就凭借强大的研发实力最早推出容量为170/340MB的微型硬盘。 而现在,日立、东芝、南方汇通等公司,继续推出了

10、4GB 甚至更大 的微型硬盘。微型硬盘最大的特点就是体积小巧容量适中,大多采用CF II插槽，只比普通CF卡稍厚一些。微型硬盘可以说是凝聚了磁储 技术方面的精髓,其内部结构与普通硬盘几乎完全相同,在有限的体 积里包含有相当多的部件。新第一代 1 英寸以下的硬盘也上市,东芝 将是最早推出这种硬盘的公司之一，其直径仅为0.8英寸左右(SD卡 大小),容量却高达 4GB 以上。5、固态硬盘现在市场上由各种快闪存储器构成的小型存储卡应用很广泛 了，其中有一种特殊的闪存存储器采用了标准IDE接，因此也被 称为“固态硬盘”,具有很强的耐冲击性能和抗干扰能力,在工业控制 计算机等设备中应用很广泛，而随着信息

11、家电的不断涌入家庭，以固 态硬盘为主的便携记录媒体市场将会更加红火。随着新型闪存器件容量的急速增长和价格的下跌，固态硬盘将是今后PC存储设备发展的 趋势。硬盘的结构从计算机系统的结构来看，存储器分为内存储器和外存储器两大类。 内存储器与 CPU 直接联系，负责各种软件的运行。外存储器包括软 盘、硬盘、光盘、磁带机等。硬盘和软盘很相似，它们的工作原理大 致相同，不同的是软盘与软盘驱动器是分开的，而硬盘与硬盘驱动器 却是装在一起。另外，在使用时，二者速度差异很大。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。硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张

12、盘片之间是帄行 的，在每个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头 发丝的直径还小，所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器 负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分 钟几千转的高速旋转，磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据 的读写操作。硬盘作为精密设备，尘埃是其大敌，必须完全密封。（一）硬盘的外部结构。目前市场上的常见的硬盘除昆腾公司的Bigfoot （大脚）系列为5.25 英寸结构外，其他都为3.25 英寸产品，其中又有半高型和全高 型之分。 常用的 3.5 英寸硬盘外形大同小异，在没有元件的一面贴 有产品标签，标签上是一些与硬盘相关的内容。在硬盘的一

13、端有电源 插座、硬盘主、从状态设置跳线器和数据线联接插座。1. 接口 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。2. 控制电路板 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，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。3. 固定盖板 就是硬盘的面板

14、，标注产品的型号、产地、设置数 据等，和底板结合成一个密封的整体，保证硬盘盘片和机构的稳定运行。固定盖板和盘体侧面还设有安装孔，以方便安装。(二) 硬盘的内部结构硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、盘头组件、接口及附件 等几大部分组成，而盘头组件(HardDiskAssembly, HDA)是构成硬盘 的核心，封装在硬盘的净化腔体内，包括浮动磁头组件、磁头驱动机 构、盘片及主轴驱动机构、前置读写控制电路等。1. 浮动磁头组件 由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。 磁头是硬盘技术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,加电后在高速旋转的磁 盘表

15、面飞行,飞高间隙只有0.1一0.3um,可以获得极高的数据传输率。 现在转速5400rpm的硬盘飞高都低于0.3um,以利于读取较大的高信 噪比信号,提供数据传输存储的可靠性。2. 磁头驱动机构 由音圈电机和磁头驱动小车组成,新型大容量 硬盘还具有高效的防震动机构。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,并在很短的时间内精确定位系统指令指定 的磁道,保证数据读写的可靠性。3. 盘片和主轴组件 盘片是硬盘存储数据的载体,现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘，这种金属薄膜较之软磁盘的不连续颗粒载体具 有更高的记录密度，同时还具有高剩磁和高矫顽力的特点。主轴组件 包括主轴部件如轴瓦和驱动

16、电机等。随着硬盘容量的扩大和速度的提 高，主轴电机的速度也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的 液态轴承电机技术。4. 前置控制电路 前置放大电路控制磁头感应的信号、主轴电机 调速、磁头驱动和伺服定位等，由于磁头读取的信号微弱，将放大电 路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高操作指令的准确性。硬盘工作原理概括地说，硬盘的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。 磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号， 再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操 作正好与此相反。另外，硬盘中还有一个存储缓冲区，这是为了协调 硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设的。由于硬盘的结构比软盘 复杂得多，所以它的格式化工作也比软盘要复杂，分为低级格式化， 硬盘分区，高级格式化并建立文件管理系统。