硬 盘

图5.1.2 硬盘控制电路板
3．接口 接口包括电源接口和数据接口。其中电源接口与主 机电源相连接，为硬盘供电；数据接口则是硬盘数据与 主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，用一根数 据电缆将数据接口与主板IDE接口相连，通常所说的40 针、80芯的接口电缆是指数据电缆，数据接口又分为 IDE接口和SCSI接口两种，如图5.1.3所示。
在硬盘转速相同的情况下，单碟容量越大，硬盘的 数据传输速率也就越快。
（4）平均潜伏期。平均潜伏期是指磁盘转动半圈所 用的时间，单位为ms。盘片转得越快，潜伏期越短。显 然，同一转速的硬盘的平均潜伏期是固定的。如7200 rpm时约为4.167 ms，5400 rpm时约为5.556 ms。
（5）硬盘表面温度。在经过连续不断的读/写操 作后，硬盘内部电子元件的温度就会升高，硬盘的温 度也就会随之上升，当上升到一定程度时就会影响薄 膜式磁头的数据读取灵敏度，硬盘就会出现不稳定的 情况。因此表面温度较低的硬盘有更稳定的数据读/写 性能。
图5.1.6 浮动磁头装置
3．主轴组件 主轴组件包括轴承、马达等。用户存取的资料是通过 马达的转动被带到磁头下方的，因而马达的转速越快，用 户存取数据的时间就越短，磁盘马达的转速决定了硬盘最 终的速度。
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三、硬盘的性能指标 我们只有熟悉硬盘的性能指标，才能根据这些指标 来判断硬盘品质的优劣，硬盘的性能指标很多，其中主 要的几个性能指标如下： （1）主轴转速。硬盘主轴马达带动盘片高速旋转， 产生浮力使磁头源浮在盘片上方，将所要存取资料的扇 区带到磁头下方来进行数据的存取。转速越快，数据传 输率就越高，硬盘性能就越好。目前的硬盘转速有5 400 r/m和7 200 r/m，也有一些高端硬盘达到了10 000 r/m，甚 至15 000 r/m。
第五章 硬 盘
第一节 硬盘的基础知识 第二节 硬盘的分类 第三节 硬盘编号识别 第四节 硬盘的选购 本章小结 习题五
第一节 硬盘的基础知识
硬盘的发展速度很快，其容量和性能都在不断提高， 它是计算机硬件系统的重要组成部分。本节将介绍一些硬 盘的基础知识，包括硬盘的结构、硬盘的接口标准以及硬 盘的性能指标和硬盘的主要参数。
一、硬盘的外部结构 硬盘的外部结构包括固定面板、控制电路板和接口。 1．硬盘的固定面板 为了让硬盘盘片和机构能够稳定运行，硬盘正面的面 板与底板结合成一个密封体。在面板上贴有产品标签，标 注着产品型号、产品序列号、产品生产日期等信息。此外， 还有一个透气孔，可以使硬盘内部气压与大气气压保持一 致，如图5.1.1所示。
标准IDE接口只支持两个设备，每个硬盘的最大硬 盘空间也只能达到528 MB，现在普遍使用增强型IDE （EIDE）标准，它最多可支持4个设备，支持大容量的 硬盘。
IDE接口技术从诞生以来就一直在不断地发展，性 能也在不断提高。IDE接口类型的硬盘技术成熟、价格 便宜、性能好且兼容性强，所以在PC中得到了非常广泛 的应用，几乎占据了PC硬盘中的所有市场。
第三节 硬盘编号识别
和CPU、内存一样，硬盘也有自己的“身份证”， 即硬盘编号，下面介绍品牌硬盘编号识别方法。
一、西部数据（Western Digital）硬盘型号识别方法 西部数据的编号标注形式因产品系列而异，编号方式 显得简洁明了，由12个数字或者字母组成。在12个编号中， 前6个编号为主编号，后面的6个编号为附加编号。其主打 的鱼子酱系列的标注方式为“厂商代号+容量+转速，缓存 +接口类型”。简单的表示为WD“XXXX，X，X-XX，X， X，XX”。 前六位主编号： “WD”是“Western Digital”的简称，表示其为西部数 据公司的产品。
（6）高速缓冲。因为硬盘的速度相对于内存来说 非常慢，因而在二者之间加入了缓冲，缓冲的速度不如 内存快，但是比硬盘要快得多，因而缓冲容量大时，每 次交换的数据量就多，硬盘的读/写速度就快，性能就 好。目前的高速缓冲通常在512 KB～2 MB之间。
（7）全程访问时间。全程访问时间是指磁头移动到 最后一个所需数据的全部时间。平均访问时间通常可以看 做是平均寻道时间与平均潜伏时间之和，单位是ms。当 然平均访问时间越小，硬盘速度越快。
SCSI接口的硬盘多用于服务器和高档电脑中。各大 硬盘厂家都有SCSI硬盘生产，而且都有7 200 r/m的产品， IBM和Seagate已有10 000 r/m的硬盘（近期Seagate已将转 数提高到15 000 r/m）。IBM的产品多见于高端市场，零 售市场中的主要品牌是Seagate和Quantum。
图5.1.3 硬盘的接口
二、硬盘的内部结构 硬盘的内部结构由盘片、浮动磁头组件、主轴、 电机、接口等组成，其中磁头组件是构成硬盘的最主 要部分，被封装在硬盘的净化腔体内，如图5.1.4所示 为硬盘的内部结构图。
传动轴
传动手臂
磁盘盘片 主轴
读写磁头 图5.1.4 硬盘的内部结构图
1．盘片 盘片是硬盘存储数据的载体，它的表面光滑平整且涂 有磁粉，这些磁粉被划分成若干个同心圆，称为磁道。磁 粉就好像是无数任意排列的小磁铁，这些小磁铁受到磁头 泊磁力影响而改变其排列方向。利用磁头的磁力控制小磁 铁的方向，从而用来存储信息，如图5.1.5所示。
现在的大容量硬盘都采用新型GMR巨阻型磁头，碟 片的记录密度可以大大提高，相应的碟片容量也就得到 了提高。有的大容量硬盘的单碟容量达到了40 GB。
提高单碟容量的另一个重要意义在于它提高了数据 传输率。单碟容量越大表示扇区间的密度越大，因为硬 盘是以连续的方式写入数据磁道的，所以如果能将所写 入的数据都集中于单碟上，读取时自然就能够提升硬盘 持续数据的传输速度。
二、按接口类型分类 随着电脑技术的不断发展和人们对硬盘容量、存取速 度要求的不断提高，硬盘接口技术也在不断地推陈出新， 并且出现了多种不同架构的硬盘接口技术方案，按硬盘和 电脑之间的数据接口类型的不同，可以将硬盘分为IDE接 口、SCSI接口和SATA接口硬盘3大类型。
1．IDE接口的硬盘 IDE（Integrated Drive Electronics，电子集成驱动器） 接口又称为ATA接口，ATA是最早IDE标准的正式名称。 IDE接口把盘体和控制器集成在一起，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，同时硬 盘制造也变得更容易。
3．SATA接口的硬盘 SATA（Serial ATA，串行ATA）接口采用连续串行的 方式实现数据传输，先把8 bit数据打包，然后把这个数据 包转移到线缆后传到主机，数据传输率为150 MB/s。
SATA硬盘的出现，缓解了磁盘系统的瓶颈问题，首先 SATA是以串行的方式传送数据，这可使连接电缆数目变少， 效率提高。其次，SATA有更高的起点，可发展的潜力大， Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150 MB/s，这比ATA 133所能达到的133 MB/s的最高数据传输率还高，而Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300 MB/s。最后，Serial ATA 具有更强的系统拓展性，由于Serial ATA采用点对点的传输 协议，这样可以使每个驱动器独享带宽，而且在拓展Serial ATA设备方面会更有优势。
（2）平均寻道时间。平均寻道时间是指在读取或 写入数据时，磁盘面上的磁头移动到所指定的磁道所需 的时间。平均寻道时间越小，硬盘速度就越快，性能就 越好。目前这项指标在9～10 ms 之间。
（3）单碟容量。前面已经介绍过，硬盘盘体是由 盘片重叠在一起构成的，而重叠的碟片数量是有限的， 通常的IDE硬盘只有4张碟片，靠增加碟片数量来增加硬 盘容量是不可行的。只有提高每张碟片的容量才能提高 硬盘容量。
合适的交错因子可以使当前扇区到下一个待读/写扇 区间没有或具有最短的等待时间，从而提高硬盘的读写 速度。
第二节 硬盘的分类
硬盘有两种分类方法：按盘径尺寸分类和按接口分 类。通常我们所说的硬盘分类，主要是根据接口技术的 不同来划分的。
一、按盘径尺寸分类 盘径尺寸指的是硬盘内部盘片的直径，按直径的大 小可以把硬盘分为5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸、1.8英寸 硬盘。其中台式机中使用的是5.25英寸和3.5英寸硬盘， 目前台式机中常用的是3.5英寸硬盘；笔记本电脑中使用 的是2.5英寸和1.8英寸硬盘。
2．SCSI接口的硬盘 SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机 系统接口）最早研制于20世纪70年代末。经过不断的发展， 今天的SCSI已划分为SCSI-1，SCSI-2以及最新的SCSI-3三 个类型。不过，目前最为流行的版本是SCSI-2。
目前，SCSI硬盘接口有三种，分别是50针、68针和 80针。我们常见的硬盘型号上标有“N”“W”“SCA”，就 是表示接口针数的。N即窄口（Narrow），50针；W即宽 口（Wide），68针；SCA即单接头（Single ConnectorAttachment），80针。其中80针的SCSI硬盘一 般支持热插拔。
（3）每磁道扇区数。可以把磁道进一步划分为扇区， 每个扇区是512个字节。硬盘容量由磁头数、柱面数和扇 区数共同决定，硬盘容量的计算公式为：硬盘容量=磁头 数×柱面数×扇区数×512（字节）。
（4）交错因子。硬盘的扇区编号不是连续的，通常 两个连续的逻辑扇区要间隔成几个物理扇区，这个间隔 数目就是交错因子。
四、硬盘的主要参数 硬盘的主要参数有磁头数、柱面、每磁道扇区数和 交错因子。 （1）磁头数。硬盘的每一个盘片均有两个磁面，每 个磁面都有一个磁头，磁头数的多少与硬盘内部的盘片 数有关。一般情况下，磁头数数量是盘片数的两倍。 （2）柱面。硬盘由一组重叠的盘片组成，每个盘面 都被划分为数量相等的磁道，最外圈是0磁道，内部的磁 道编号依次加1。具有相同磁道编号的磁道形成一个圆柱， 因而磁道数就等于柱面数。
图5.1.1 硬盘的正面
2．控制电路板 硬盘的背面是控制电路板，它采用贴片式焊接，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。电路板上还有一块ROM芯片，里面固 化进行硬盘初始化的程序。在电路板上还安装容量不等的 高速数据缓存芯片，如图5.1.2所示为硬盘控制电路板。
图5.1.5 磁盘盘片
2．浮动磁头组件 浮动磁头组件由读写磁头、传动手臂及 传动轴组 成。每个盘面有一个磁头，最上面的盘面上的磁头为0号 磁头，从上往下依此类推。读取数据时，盘片高速旋转， 传动手臂以传动轴为圆心带动前端的读写磁头在盘片旋 转的垂直方向来回移动，通过磁头感应盘片上的磁信号 来读取数据或改变磁性来写入信息，此时磁头处于离盘 面0.2～0.5 µm的位置，如图5.1.6所示。
（8）连续无故障时间。连续无故障时间是指硬盘从 开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。一般的硬 盘无故障时间在30 000小时以上。
（9）外部数据传输率。外部数据传输率是指硬盘缓 冲区读取数据的速率。
（10）S.M.A.R.T。S.M.A.R.T（Self-Monitoring Analysis Reporting Technology，自动监测分析报告技术） 用来监测和分析硬盘自身的工作状态和性能，用户可以 通过S.M.A.R.T随时掌握硬盘的运行状况，从而避免硬盘 中数据的丢失。
第一部分的四个“X”表示硬盘的容量，通常由3到4位 数字组成，单位为GB。其标识和希捷是一样的，如4位的 “1200”代表120 GB，3位的“800”则代表80 GB。
第二部分的“X”表示为硬盘转速及缓存容量。 “A”表示转速是5 400 rpm的鱼子酱硬盘。 “B”表示转速是7 200 rpm的鱼子酱硬盘。 “E”表示转速是5 400 rpm的Protege系列硬盘。 “J”表示转速是7 200 rpm，数据缓存为8 MB的高端鱼 子酱硬盘。 “S”表示转速是7 200 rpm，数据缓存为8 MB的最高端 桌面硬盘Raptor系列。