第6章硬盘驱动器软盘驱动器 共29页

2 .软驱的结构和工作原理
软盘驱动器从功能结构上来看，主要 由主轴驱动系统、磁头定位系统、状态检 测系统和读写系统几部分组成。软驱工作 时，盘片夹紧机构把软盘压紧在主轴上， 主轴电机拖动软盘旋转，使盘片与主轴电 机做同步旋转运动。同时磁头定位机构将 磁头迅速、准确地送到需要读写的磁道上， 在读主轴驱动是指软驱中驱动盘片旋转的 装置，它由主轴驱动电机、主轴部件、主 轴稳速系统电路组成。
(2) 磁头定位系统
磁头定位系统主要由步进电机、磁头 小车、小车导轨和相应的定位控制电路等 部分组成，其作用是准确、迅速地将磁头 定位于指定的位置上。
(3) 状态检测系统 盘片插入检测装置 0磁道检测装置 索引信号检测装置 写保护检测装置 (4) 读写系统 读电路 写电路 抹电路
2．EIDE接口
EIDE(Enhanced IDE)接口是一种增强 型的IDE接口，又称ATA-2接口。
IDE接口（包括EIDE接口）与外部总 线交换数据时，有PIO模式、DMA(或称 Fast ATA)模式、Ultra DMA模式三种控制 数据流的模式。
（1）Ultra DMA/33
（2）Ultra DMA/66
在Serial ATA 1.0版中，规定数据传输 速率为150MB/s，已经超过了现有最快的 Ultra DMA/133（Ultra ATA/133）。在 Serial ATA 2.0版中，规定数据传输速率为 300MB/s。而且随着未来后续版本的推出， 数据传输速率可允许提高到1.5GB/s、 3.0GB/s和5.0GB/s。
（3）Ultra DMA/100(ATA/100)
（4）Ultra DMA/133(ATA/133)
3．SCSI接口
SCSI(Small Computer System Interface)是 小型计算机系统接口，最初是为小型计算机研制的， 现已被完全移植到微机上。它有以下几个标准：
（1）SCSI-1
“液态轴承马达”可以有效地解决这些问题。 它使用黏膜液态轴承，以油膜代替滚珠，有效地 降低了因金属摩擦而产生的噪声和发热。
在防震技术方面，各大生产商还增加了独特 的技术来提升硬盘的质量。
6.5 软盘、软驱的结构和工作原理
1. 软盘 微机目前仍在使用的软盘片一般都是
3.5英寸1.44MB规格，有关软盘片的组织结 构和使用详见第5章5.1。
4．Serial ATA接口
Serial ATA接口传输数据时只需要用一 根4芯电缆与设备相连，用4个针（第1针为数 据发送端、第2针为数据接收端、第3针为供 电端、第4针为地线）就能完成所有的数据交 换工作。实际使用中，Serial ATA接口硬盘 使用7芯信号电缆线、15芯专用电源线。考虑 到兼容性，Serial ATA接口硬盘还提供IDE接 口硬盘标准电源接口。
第6章 硬盘、软盘驱动器
6.1 硬盘的结构和工作原理 6.2 硬盘的主要技术指标 6.3 硬盘接口 6.4 硬盘的新技术 6.5 软盘、软驱的结构和工作原理
6.1 硬盘的工作原理和结构
硬盘驱动器简称硬盘，是微机系统中 最重要的外部存储设备，操作系统及所有 的应用软件等都存储在硬盘中。硬盘的存 储容量极大，速度在所有外部设备中是最 快的。硬盘驱动器的盘片是涂有金属氧化 物的刚性金属盘片，所以称为硬盘。它与 软盘最明显的区别是，硬盘的生产过程是 在无尘环境中进行的，盘片和磁头全部密 封在金属盒子中，因此它的容量在出厂之 前就已经固定了。
（3）固定面板
3．硬盘的内部结构
硬盘的内部结构主要包括盘片和主轴组件、 浮动磁头组件、磁头驱动机构、前置控制电路等 几部分，其中磁头和盘片组件是构成硬盘的核心， 它密封在硬盘的净化腔体内。如图3-26所示。
（1）盘片和主轴组件
盘片是硬盘存储数据的载体，现在的硬盘盘 片大多采用铝金属材料制成，有些硬盘盘片是用 玻璃材料制成的，这种盘片与铝合金盘片相比具 有更好的稳定性和更大的容量。
从上到下依次为IDE接口、SCSI接口、Serial ATA接口
5．IEEE 1394接口
IEEE 1394接口理论上数据传输率可达 400MB/s以上，但硬盘内部数据传输率较 低，距离理论值相差甚远。目前符合IEEE 1394接口的硬盘大多为带有IEEE 1394转 接卡的EIDE接口硬盘 。
（2）SCSI-2
（3）SCSI-3
现在SCSI接口硬盘的针数有3种，分别为50针、 68针和80针，可通过硬盘标牌上的标记来识别。 “N”、“W”、“SCA”就是表示接口针数的，N （Narrow）即窄口，50针； W（Wide）即宽口， 68针；SCA（Single Connector Attachment）即 单接头，80针。其中80针的SCSI硬盘支持热插拔。
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前置控制电路的作用是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，将放大电路密封在硬盘腔体 内可减少外来信号的干扰。
6.2 硬盘的主要技术指标
1．硬盘容量
硬盘容量是指硬盘能够存储数据的总量，通常 以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位。影响 硬盘容量大小的因素有单碟容量和盘片数量。
3．S.M.A.R.T.技术
S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology，自监测、分析及报告)
4．RAID技术
RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks，廉价冗余磁盘阵列)技术 5．噪音与防震技术
6.3 硬盘接口
1．IDE接口
IDE(Integrated Drive Electronics，集成驱 动电子接口) ，也称为AT-Bus或ATA(Advanced Technology Attachment)接口。
IDE接口的最大特点是把控制器集成到了驱动 器的内部。
IDE接口采用40线单组扁平电缆与硬盘连接， 一个接口可连2个硬盘或光驱，最初的数据传输率 只有1.25MB/s，最大为8.3MB/s，所支持的硬盘容 量最大为528MB。
2．转速
硬盘的转速是指带动盘片旋转的主轴电机的最 高旋转速度，目前主流IDE硬盘的转速一般为每分 钟7200转。通常，转速越高，硬盘的数据传输率也 越高，综合性能也越佳。
3．内部数据传输率
内部数据传输率也称为持续数据传输 率，它是指从磁头到硬盘高速缓存之间的 传输速度。
主流硬盘的内部数据传输率大多在 40～60MB/s之间，只有外部数据传输率的 60%左右。
5．数据缓存(Cache)
数据缓存是指在硬盘内部的高速缓冲 存储器。使用硬盘Cache后，可将磁头需 要读取的数据事先放到Cache中，大大提 高了硬盘读取数据的速度。另一方面，将 要写入硬盘的数据事先存放到Cache中， 等到磁头空闲时再从Cache写入盘片。
6．硬盘速度参数
平均寻道时间(Average Seek Time) 平均潜伏时间(Average Latency Time) 平均访问时间(Average Access Time) 7．平均无故障时间（MTBF） 平均无故障时间是指硬盘从开始运行到出 现故障的平均时间，一般硬盘至少在30000～ 40000小时之间。
1．硬盘的工作原理
硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制 电路中的初始化模块进行初始化工作，此时 磁头置于盘片中心位置。初始化完成后，主 轴电机启动并高速旋转，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。当主机下达存取 盘片上数据的命令时，通过前置放大控制电 路，发出驱动电机运动的信号，控制磁头定 位机构将磁头移动，搜寻定位它要存取数据 的磁道扇区位置，进行数据读写。
4．外部数据传输率
外部数据传输率也称为突发数据传输 率，它是指从硬盘高速缓存到系统总线之 间的传输速度。外部数据传输率与硬盘接 口类型和高速缓存大小有关。目前，主流 硬盘通常采用Ultra ATA 133接口，它的最 大外部数据传输率即为133MB/s；SATA接 口硬盘的外部数据传输率为150MB/s；而 SCSI接口硬盘的外部数据传输率可达 160MB/s。
主轴组件包括轴承和驱动电机等。
（2）浮动磁头组件
磁头组件是硬盘中最精密的部件之一，它由 读写磁头、传动手臂、传动轴三个部分组成，它 是用集成工艺制成的多个磁头的组合。
（3）磁头驱动机构
磁头驱动机构的作用是在硬盘寻道时用来移 动磁头的，一般由电磁线圈电机、磁头驱动小车、 防震动装置组成。
（4）前置控制电路
2．硬盘的外部结构
（1）接口 接口包括电源接口插座和数据接口插座两部分。
（2）控制电路板 硬盘控制电路板上有三个主要的芯片：主控制芯
片、数据传输芯片、高速缓存芯片。其中，主控制芯 片负责硬盘数据读写指令等工作；数据传输芯片则是 将硬盘磁头前置控制电路读出的数据经过校正及变换 后，通过数据接口传输到主机系统；高速缓存芯片是 为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设置。
6．USB接口
USB接口与IEEE 1394接口类似，也属 于外置接口。
6.4 硬盘的新技术
1．新型磁头技术
目前硬盘广泛使用的磁头有两种： MR(Magneto Resistive)磁阻磁头和 GMR(Grand Magneto Resistive)巨磁阻磁头。
2．PRML读取通道技术
PRML(Partial Response Maximum Likelihood，部分响应完全匹配)