硬盘基础知识.

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硬盘也是计算机的重要部件,同样对计 算机的整体性能起着决定性的作用。我 们就介绍一下硬盘主要的性能指标。
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主轴转速
硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输 率的决定因素之一,它在很大程度上决定 了硬盘的速度,同时也是区别硬盘档次的 重要标志。
从目前的情况来看,7200RPM的硬盘在国 内市场已经逐步取代了5400RPM硬盘的地 位,成为了主流,而更高转速的硬盘,如 SCSI硬盘的主轴转速已经达到10000RPM甚 至15000RPM,但由于价格原因让普通用户 难以接受。
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全程访问时间(平均访问时间)
指磁头开始移动直到最后找到所需要的 数据块所用的全部时间,单位为毫秒 (ms)。
平均访问时间指磁头找到指定数据的平 均时间,单位为毫秒(ms) 。通常是平均 寻道时间和平均潜伏时间之和。
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连续无故障时间(MTBF)
是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时 间,单位是小时。一般硬盘的MTBF至少在 30,000小时以上。
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硬盘的工作模式
硬盘的工作模式主要有三种,分别是: NORMAL LBA LARGE
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NORMAL模式
NORMAL(普通模式)是最早的 IDE 方式, 在硬盘访问时,BIOS 和 IDE 控制器对 参数不做任何转换。该模式支持的最大 硬盘的容量为528MB。也就是说,在此模 式下,硬盘的实际物理容量再大,也只 能用到其中的 528M。
盘片是硬盘存储数据的载体,现在硬 盘的盘片大多采用金属薄膜材料,这 种金属薄膜较软盘的不连续颗粒载体 具有更高的存储密度、高剩磁及高矫 正等优点。另外,IBM还有一种被称为 “玻璃盘片”的材料作为盘片基质, 玻璃盘片比普通盘片在运行时具有更 好的稳定性。硬盘的盘片是完全平整 的,简直可以当镜子使用。
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磁盘片
DIR(Directory,文件目录),当在 DOS模式下输入DIR后,屏幕上显示的 内容就是该区的内容。
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磁盘片
DATA,数据层,主要负责硬盘中数据 的存放,当数据复制到硬盘时,数据 就存储在这个区中。
硬盘容量 =柱面数*扇区数*磁头数*字节数/扇区
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主轴组件
分类
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浮动磁头组件
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磁头驱动机构
盘硬的寻道是靠移动磁头,而移动磁 头则需要该机构驱动才能实现。磁头 驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动 小车、防震动装置构成,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,并能在很短的时间内 精确定位系统指令指定的磁道。
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磁盘片
注意,在这项指标中常常使用Mb/s或Mbps 为单位,这是兆位/秒的意思,如果需要 转换成MB/s(兆字节/秒),就必须将Mbps 数据除以8(一字节8位数)。
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外部数据传输率
也称为突发数据传输率(Burst Data Transfer Rate) ,它是指从硬盘缓 冲区读取数据的速率,单位为MB/s。
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主轴转速
随着硬盘转速的提升, 会使硬盘的发热量不 断升高,若硬盘散发 的热量不能及时地传 导出去,硬盘就会升 温。为此,可以在硬 盘上安装一个硬盘散 热风扇,增强散热效 果。
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单碟容量
因为标准硬盘的碟片数是有限的,靠增加 碟片来扩充容量满足不断增长的存储容量 的需求是不可行的。只有提高每张碟片的 容量才能从根本上解决这个问题。
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主轴组件
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前置控制电路
前置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。
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硬盘接口类型
IDE 有两种传输方式:PIO、DMA SCSI 两者比较
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硬盘的性能指标
硬盘基础知识
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什么是硬盘?
硬盘(Hard Disk,也称硬盘存储器)是 各种数据的主要存放场所之一,平常所 用的操作系统(如Windows98等)、各种 应用软件、资料和游戏都存放在硬盘中, 是计算机的重要部件之一。
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硬盘的工作原理
硬盘存储数据是根据电、磁转换的原理来实 现的。硬盘驱动器加电后,磁盘片由主轴电 机驱动进行高速旋转,设置在盘片表面的磁 头则在电路控制下径向移动到指定位置然后 将数据存储或读出来。
目前硬盘的高速缓存一般为512KB~2MB, 最近出现的8MB缓存硬盘。
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最大内部数据传输率
也叫持续数据传输率(Sustained Transfer Rate),单位为Mb/s。它是指磁 头至硬盘缓存间的最大数据传输率,一般 取决于硬盘的盘片转速和盘片线密度(指 同一磁道上的数据容量)。
1968年,IBM公司又提出了温彻斯特 (Winchester)技术。温彻斯特技术的精髓是: “密封、固定并高速旋转的镀磁盘片,磁头沿 盘片径向移动,并且是悬浮在高速转动的盘片 上方,而不与盘片直接接触”,这也是现代绝 大多数硬盘的原型。
1973年,IBM公司制造出了Байду номын сангаас一台采用温彻斯
特技术的硬盘,从此硬盘技术的发展有了正确
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磁盘片
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磁盘片
磁盘片表面上以磁盘片中心为圆心, 不同半径的同心圆称为磁道。
不同磁盘片相同半径的磁道所组成的 圆柱称为柱面。
磁盘片被分成许多扇形的区域,每个 区域叫一个扇区。
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磁盘片
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磁盘片
磁盘片的数据结构按照磁道从低到高 可以分为5部分:
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磁盘片
MBR(Master Boot Record,主引导记 录),位于硬盘的0柱面、0磁头、1扇 区的位置,被称之为零磁道位置。它 由分区命令Fdisk产生的。MBR结束标 志为55AA。
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新型磁头技术
MR(Magneto一Resistive Head,磁阻磁 头)技术可以更高的实际记录密度、记 录数据,从而增加硬盘容量,提高数据 吞吐率。
GMR(Giant Magneto Resistive,巨型 磁阻磁头)是利用特殊材料的电阻值随 磁场变化的原理来读取盘片上的数据, 使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜 结构,从而可以实现更高的存储密度。
目前有Ultra DMA/33、Ultra DMA/66 和Ultra DMA/100三种,现在主流的 硬盘已经全部采用Ultra DMA/100技 术,外部数据传输率可达100MB/s。
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寻道时间
是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所 用的时间,单位为毫秒(ms)。寻道时间 又分为平均寻道时间和道间步进时间:
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硬盘的内部结构
将硬 盘面 板揭 开后, 内部 结构 即可 一目 了然。
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硬盘的内部结构
细 看 硬 盘 内 部 结 构 。
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硬盘的内部结构
细 看 硬 盘 内 部 结 构 。
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浮动磁头组件
是硬盘中最精密的部位之一,它由读写磁头、 传动手臂、传动轴三部份组成。
磁头是硬盘技术中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,加后电在高速旋转的 磁盘表面移动,与盘片之间的间隙只有0.1~ 0.3 μm ,这样可以获得很好的数据传输率。 现在转速为7200RPM的硬盘间隙一般都低于0.3 μm,以利于读取较大的高信噪比信号,提供 数据传输率的可靠性。
单碟容量的一个重要意义在于提升硬盘的 数据传输速度。硬盘单碟容量的提高得益 于数据记录密度的提高,而记录密度同数 据传输率是成正比的,单碟容量越高,它 的数据传输率也将会越高。
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高速缓存
指在硬盘内部的高速存储器,硬盘的数 据被磁头读取后先存到硬盘上的缓存芯 片中,再由接口传送给系统,缓存的容 量和速度都对硬盘速都有直接影响。
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硬盘的主要部件
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硬盘的外部结构
在硬盘的正面都贴有硬盘的标签,标 签上一般都标注着与硬盘相关的信息, 例如产品型号、产地、出厂日期、产 品序列号等。在硬盘的一端有电源接 口插座、主从设置跳线器和数据线接 口插座,而硬盘的背面则是控制电路 板。
总得来说,硬盘外部结构可以分成如 下几个部份:
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控制电路板
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硬盘的内部结构
硬盘内部结构由固定面板、控制电路 板、磁头、盘片、主轴、电机、接口 及其它附件组成,其中磁头盘片组件 (Hard Disk Assembly,HDA)是构成硬 盘的核心,它封装在硬盘的净化腔体 内,包括有浮动磁头组件、磁头驱动 机构、盘片、主轴驱动装置及前置读 写控制电路这几个部份。
平均寻道时间则为磁头移动到正中间的 磁道需要的时间,单位为毫秒(ms) ;
道间步进时间表示磁头从一个磁道转移 至另一磁道的时间,单位为毫秒(ms)。
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潜伏期
表示当磁头移动到数据所在的磁道后, 等待所要的数据块继续转动(半圈或 多些、少些)到磁头下的时间,其单 位为毫秒(ms)。
平均潜伏期就是盘片转半圈的时间。
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硬盘正面
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硬盘背面
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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。
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固定面板
就是硬盘正面的面板,它与底板结合成一个 密封的整体,保证了硬盘盘片和机构的稳定 运行。在面板上最显眼的莫过于产品标签, 上面印着产品型号、产品序列号、产品、生 产日期等信息。
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S.M.A.R.T技术
S.M.A.R.T(Self-Monitoring、 Analysis&Reporting Technology,自 动监测、分析和报告)技术可有效保护硬 盘,使得硬盘可以监测和分析自己的工 作状态和性能,并将其显示出来。
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SPS防震技术
SPS(Shock Protection System,震动保 护系统) 是由昆腾公司开发,使硬盘在 受到撞击时,保持磁头不受震动,磁头 和磁头臂停泊在盘片上,冲击能量被硬 盘其他部分吸收,这样能有效地提高硬 盘的抗震性能,使硬盘在运输、使用及 安装的过程中最大限度地免受震动的损 坏。
固定面板和盘体侧面还设有安装孔,以方便 安装。
除此,还有一个透气孔,它的作用就是使硬 盘内部气压与大气气压保持一致。
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固定面板
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控制电路板
一般在硬盘的背面,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。
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磁盘片
DBR(DOS Boot Record,Dos引导记 录),该层位于硬盘的0柱面、1磁头、 1扇区的位置,它是由格式化命令 Format产生的。DBR结束标志也是55AA。
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磁盘片
FAT(File Allocation Table,文件 分配表),位于硬盘的0柱面、1磁头、 2扇区的位置,FAT表面大小由硬盘的 容量来决定。
主轴组件包括主轴部件如轴承和驱动电 机(马达)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(FDB,Fluid Dynamic Bearing motors)。采用FDB电机不仅可 以使硬盘的工作噪音降低许多,而且还 可以增加硬盘的工作稳定性。
当系统向硬盘写入数据时,磁头中写数据电流 产生磁场使盘片表面磁性物质状态发生改变, 并在写电流磁场消失后仍能保持,当系统从硬 盘中读取数据时,磁头经过盘片指定区域,盘 片表面磁场使磁头产生感应电流或线圈阻抗产 生变化,经过相关电路处理后还原成数据。
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硬盘的发展历史
1956年,美国IBM公司制造出世界上第一块容 量为5MB的硬盘。
的结构基础,现在使用的硬盘大多是此技术的
延伸。
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硬盘的结构
硬盘尺寸主要有5.25英寸和3.5英寸两 种,现在市场上普遍使用的是3.5英寸 硬盘。用于笔记本电脑中的有2.5英寸、 1.8英寸和0.9英寸等几种。
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。
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