HDD_Introduction

转速
转速(Rotational Speed 或Spindle speed),是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一 分钟内所能完成的最大转数.转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一,它是决定硬盘内部传输 率的关键因素之一,在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快,硬盘寻找文件的速度 也就越快,相对的硬盘的传输速度也就得到了提高.硬盘转速以每分钟多少转来表示,单位表示为 RPM,RPM是Revolutions Per minute的缩写,是转/每分钟.RPM值越大,内部传输率就越快,访问时间 就越短,硬盘的整体性能也就越好
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• 数据保护 S.M.A.R.T.技术
S.M.A.R.T.技术的全称是Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology，即“自 监测、分析及报告技术”.在ATA-3标准中,S.M.A.R.T.技术被正式确立.S.M.A.R.T.监测的对 象包括磁头、磁盘、马达、电路等,由硬盘的监测电路和主机上的监测软件对被监测对象的运 行情况与历史记录及预设的安全值进行分析、比较,当出现安全值范围以外的情况时，会自动 向用户发出警告，而更先进的技术还可以提醒网络管理员的注意，自动降低硬盘的运行速度， 把重要数据文件转存到其它安全扇区,甚至把文件备份到其它硬盘或存储设备.通过S.M.A.R.T. 技术，确实可以对硬盘潜在故障进行有效预测,提高数据的安全性。但我们也应该看到， S.M.A.R.T.技术并不是万能的，它只能对渐发性的故障进行监测,而对于一些突发性的故障, 如盘片突然断裂等，硬盘再怎么smart也无能为力了.因此不管怎样,备份仍然是必须的.
缓存
缓存（Cache memory）是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部 存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同，缓存在其 中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度 地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，有大缓存， 则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度 ECC（Error Correction Code 错误修正码）是一种主要应用在工作站以及各类服务器中的资料完整 性检测技术。
HDD Agenda
机械硬盘和固态硬盘
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• HDD SSD
HDD 接口类型
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• • •
IDE SASA SCSI 光纤
HDD 接口模式• Nhomakorabea• •
IDE AHCI RAID
QA
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机械硬盘HDD 机械硬盘HDD
制造厂商
希捷(Seagate） 西部数据(Western Digital) 日立(HITACHI) 东芝(TOSHIBA) 三星(Samsung)
SSD硬盘优点 1. 存取速度方面:
SSD采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快，而且寻道时间几乎为 0,这样的特质在作为系统盘时候，可以明显加快操作系统启动速度和软件启动速度。 2. 抗震性能方面: SSD由于完全没有机械结构，所以不怎么怕震动和冲击，不用担心因为震动造成 无可避免的数据损失。 3. 发热功耗方面: SSD不同于传统硬盘，不存在盘片的高速旋转，所以发热也明显低于机械硬盘， 而FLASH芯片的功耗极低，这对于笔记本用户来说，这意味着电池续航时间的增加。 4. 使用噪音方面: SSD没有盘体机构，不存在磁头臂寻道的声音和高速旋转时候的噪音，所以SSD工 作时候完全不会产生噪音，这对于喜欢晚上挂机下载的朋友来说无疑是福音。
硬盘的工作原理
磁头靠近主轴接触的表面,即线速度最小的地方,是一个特殊的区域,它不存放任 何数据,称为启停区或着陆区（Landing Zone)启停区外就是数据区.在最外圈,离主轴 最远的地方是“0”磁道，硬盘数据的存放就是从最外圈开始的.那么,磁头是如何找 到“0”磁道的位置的呢?在硬盘中还有一个叫“0”磁道检测器的构件,它是用来完成 硬盘的初始定位. 硬盘不工作时,磁头停留在启停区,当需要从硬盘读写数据时,磁盘开始旋转.旋转速度 达到额定的高速时，磁头就会因盘片旋转产生的气流而抬起,这时磁头才向盘片存放 数据的区域移动盘片旋转产生的气流相当强,足以使磁头托起,并与盘面保持一个微小 的距离.这个距离越小,磁头读写数据的灵敏度就越高,当然对硬盘各部件的要求也越 高.早期设计的磁盘驱动器使磁头保持在盘面上方几微米处飞行.稍后一些设计使磁头 在盘面上的飞行高度降到约0.1μm～0.5μm，现在的水平已经达到 0.005μm～ 0.01μm，这只是人类头发直径的千分之一 气流既能使磁头脱离开盘面，又能使它保持在离盘面足够近的地方,非常紧密地 跟随着磁盘表面呈起伏运动，使磁头飞行处于严格受控状态。磁头必须飞行在盘面上 方,而不是接触盘面，这种位置可避免擦伤磁性涂层,而更重要的是不让磁性涂层损伤 磁头 但是,磁头也不能离盘面太远,否则,就不能使盘面达到足够强的磁化,难以读出盘 上的磁化翻转（磁极转换形式，是磁盘上实际记录数据的方式）
扇区
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段便是磁盘的扇区,每个扇区 可以存放512个字节的信息,磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时,要以扇区为 单位.
柱面
硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外 缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面.磁 盘的柱面数与一个盘单面上的磁道数是相等的.无论是双盘面还是单盘面,由于 每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数.所谓硬盘的CHS，即 Cylinder(柱面)Head(磁头)Sector（扇区),只要知道了硬盘的CHS的数目,即可 确定硬盘的容量,硬盘的容量=柱面数*磁头数*扇区数*512B.
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硬盘的工作过程
未启动时,磁头置于盘片的最内圈 加电后,主轴电机启动,并以高速旋转,产生的气流将磁头托起,并移 至最外圈,等待下一步的指令操作 当主机下达存取数据时,磁头驱动机构移动到磁头,搜索数据所在的 磁道,扇区,进行数据读写
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基本参数 容量
作为计算机系统的数据存储器,容量是硬盘最主要的参数.硬盘的容量以兆字节(MB)或千兆字 节(GB)为单位,1GB=1024MB.但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1G=1000MB,因此我们在BIOS中或 在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小.
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ZonedZoned-bit recording
Zoned-bit recording（ZBR 区位记录）是一种物理优化硬盘存储空间的方法，此方法通过将更多 的扇区放到磁盘的外部磁道而获取更多存储空间，也称为zone-bin recording，zone recording， zone-density recording或者multiple-zone recording
为了有效利用外部磁道空间， 让所有的磁道扇区存储数据密 度一致，就需要保证所有扇区 的弧长一致。这样就要根据磁 道的半径来重新分配扇区数目 .Zoned0bit recording 方法通 过将磁道分组（这种磁道组称 为zone）实现了这一目标。内 部磁道的扇区数目较少,外部磁 道的扇区数目较多.这样,外部 磁道和内部磁道的存储空间利 用率都相等,充分利用了整个硬 盘的空间.
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固态硬盘SSD 固态硬盘SSD
SSD硬盘定义
Solid State Disk 是由控制单元和存储单元(DRAM或FLASH芯片)两部分组成,存储单元负责存 储数据,控制单元负责读取,写入数据.拥有速度快,耐用防震,无噪音,重量轻等优点
SSD硬盘工作原理
SSD是固态硬盘,它的存储介质是闪存flash,传统的硬盘式利用磁介质来记忆,工作原理很简单, 利用电擦除来进行读写,读的速度非常快,写的话就比较一般,因为在写的时候,如果有内容的block, 需要先做erase,然后才能重新写，好处就是没有机械装置,他的抗震性能比较优异.目前来讲,分 SLC.MLC,TLC等.它的生产跟半导体制程技术一样的,因此可以大规模的量产,不需要太多技术,但是做 硬盘的厂家就很少了,因为硬盘有个wafer技术是一般厂家的硬件无法做到了.
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固态硬盘SSD 固态硬盘SSD
闪存
闪存分为SLC和MLC两种,.SLC全称是单层式储存(Single Level Cell),是指一个Block(块，Flash的基本 存储单元,也可称为Cell)只有两种电荷值，高低不同的电荷值表明0或者1,因为只需要一组高低电压就 可以区分出0或者1信号. MLC的全称是多层式储存(Multi Leveled Cell),同上面说的SLC不同,MLC充分 利用块的技术，它采用较高的电压驱动，通过不同级别的电压在一个块中记录两组位信息(00、01、11、 10),这样就可以将原本SLC的记录密度理论提升一倍
硬盘尺寸
3.5寸台式机硬盘 2.5寸笔记本硬盘 1.8寸微型硬盘
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制造厂商
希捷(Seagate） 西部数据(Western Digital) 日立(HITACHI) 东芝(TOSHIBA) 三星(Samsung)
硬盘尺寸
3.5寸台式机硬盘 2.5寸笔记本硬盘 1.8寸微型硬盘
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垂直记录技术
垂直记录技术的硬盘， 由于其数据存放方式从横 放转为竖放，因此在同等 面积的的盘片上就可以存 放更多的存储单元，大大 增加单碟硬盘的容量；加 上数据的排列更加紧密， 在不提高硬盘转速的情况 下，磁头可以减少移动距 离和次数，从而提高硬盘 的内部传输速度；以上种 种改进使得硬盘的读取次 数和时间大大减少，所以 采用垂直记录技术的硬盘 都比一般的硬盘更静发， 热量更低；同样320GB的硬 盘，只用一只盘片就能实 现，成本控制上的优势是 非常明显的。
传输速率
传输速率(Data Transfer Rate) 硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度,单位为兆字节每秒 (MB/s).硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率. 内部传输率(Internal Transfer Rate) 也称为持续传输率(Sustained Transfer Rate),它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。 内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度. 外部传输率(External Transfer Rate)也称为突发数据传输率(Burst Data Transfer Rate) 或接口传输率，它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率,外部数据传输率与硬盘接口类 型和硬盘缓存的大小有关.
DFT技术
DFT（Drive Fitness Test，驱动器健康检测）技术是IBM公司为其PC硬盘开发的数据保护技 术，它通过使用DFT程序访问IBM硬盘里的DFT微代码对硬盘进行检测,可以让用户方便快捷地 检测硬盘的运转状况.据研究表明，在用户送回返修的硬盘中，大部分的硬盘本身是好的。 DFT能够减少这种情形的发生，为用户节省时间和精力，避免因误判造成数据丢失。它在硬盘 上分割出一个单独的空间给DFT程序，即使在系统软件不能正常工作的情况下也能调用. DFT微代码可以自动对错误事件进行登记，并将登记数据保存到硬盘上的保留区域中.DFT微代 码还可以实时对硬盘进行物理分析，如通过读取伺服位置错误信号来计算出盘片交换、伺服 稳定性、重复移动等参数，并给出图形供用户或技术人员参考。这是一个全新的观念，硬盘 子系统的控制信号可以被用来分析硬盘本身的机械状况.
平均访问时间
平均访问时间(Average Access Time)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置,并且从目标磁 道上找到要读写的数据扇区所需的时间.平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括了硬盘的寻 道时间和等待时间，即：平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间.
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• 硬盘结构
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盘面
硬盘的盘片一般用铝合金材料做基片，高速硬盘也可能用玻璃做基片。硬盘 的每一个盘片都有两个盘面（Side），即上、下盘面，一般每个盘面都会利 用 ，都可以存储数据，成为有效盘片，也有极个别的硬盘盘面数为单数
磁道
当磁盘旋转时,磁头若保持在一个位置上,则每个磁头都会在磁盘表面划出一 个圆形轨迹,这些圆形轨迹就叫做磁道