存储硬盘基础知识与存储架构

NS
磁芯(Core)
Binary 0 (同性)
Binary 1 (异性)
盘 片
硬盘主要参数
– 容量 – 转速 – 缓存 – 平均访问时间 – 寻道时间 – 内部数据传输率 – 外部数据传输率
–S.M.A.R.T.技术 –DFT技术 –MTBF –AFR
硬盘主要参数：容量
扇区
– 容量(Capacity) • 磁头(Head) • 磁道(Track) • 柱面(Cylinder) • 扇区(Sector)
AFR值是根据制造商每年回收的不合格产品占年度总产量的比 例计算出来的，企业级磁盘驱动器产品的AFR值一般都会控制 在1%以下
介面(Interface)
缓存Cache)
S.M.A.R.T.技术
Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology –最早由Compaq 和 IBM推动, 目的是尽可能预测硬盘 的可靠性，在硬盘损坏之前给用户警告
很多由硬盘部件功能性衰减的问题是可以预测的，通 过以下参数 –磁头飞行高度 –信息输出效率 –旋转启动时间 –寻道失败率 –寻道时间的效率
存储技术与产品基础
• 存储硬盘基础知识
目录
• 硬件结构 • 工作原理 • 主要参数 • 硬盘接口及发展介绍 • 目前主要使用的硬盘及
型号编码 • DAS、NAS、SAN
硬件结构
盘片 (Media)
磁头停放区 (Parking Zone)
音圈马达 (Voice Coil Motor)
主轴马达 (Spindle Motor)
– 平均寻道时间=（最大寻道时间+最小寻道时间）/3
硬盘主要参数--内部数据传输率
– 数据从磁盘表面传输到硬盘的缓存的速率 – 单位为每秒百万位元 (Mbits/sec)
磁盘表面
读写磁头
磁场资料
缓存
硬盘主要参数--外部数据传输率
数据由缓存经由介质传输到系统主机的速率 单位为 (Mbytes/sec) 一定比内部数据传输速率快
Aluminu m Media
硬件结构：硬盘磁头技术
– 磁头(Head) – 磁道(Track) – 柱面(Cylinder) – 扇区(Sector)
扇区
1磁道 0磁道
n磁道
硬件结构：磁头与柱面
硬件结构：硬盘受撞击
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硬件结构：磁道
1磁道 n磁道
硬件结构：扇区
扇区
工作原理
硬盘最基本的功能就是存储电脑資料, 并且当需要時读取出來供电脑运算与处理
1磁道
0磁道 n磁道
格式化容量 =柱面数 X 每磁道扇区数 X 磁 头数 X 扇区字节数
硬盘主要参数：转速
– 硬盘主轴马达转速 – 单位为每分钟转速 (rpm) – 主轴马达转速越快，就越快存取资料 – 目前大多数硬盘主轴马达转速：
5,400及7,200RPM(ATA), 7,200、10,000、及15000RPM （SCSI）
DFT技术
–DFT（Drive Fitness Test，驱动器健康检测）
–IBM公司为其PC硬盘开发的数据保护技术,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。
–DFT软件是一个独立的不依赖操作系统的软件，它可 以在用户其他任何软件失效的情况下运行。
可靠性指标-MTBF
入(t)
温度应力因子
上电时间对可靠性指标的影响
通常硬盘：2400小时/年（6.5小时/天）（见下表） 商用硬盘：4000小时/年（11小时/天） 高可靠性硬盘：8766小时/年（24小时/天）
2.5
2
1.5
1
0.5
0 492 1764 3036 4308 5580 6852 8124 1128 2400 3672 4944 6216 7488 8760 每年上电时间
早期失效期
使用寿命பைடு நூலகம்偶然失效期
生产 阶段
现场运行
耗损失效期
t
MTBF＝
8760 年返修率
温度对可靠性指标的影响
通常，硬盘的工作环境温度为25℃～40℃
1.1 1
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 25 26 30 34 38 42 46 50 54 58 62 66 70 环境温度（℃）
硬盘主要参数 --缓存
– 缓存 • 缓存是硬盘与外部总线交换数据的场所 • 硬盘上的记忆晶片用来暂时存放数据以增强硬 盘性能 • EDO、SDRAM
硬盘主要参数—平均访问时间
平均访问时间：硬盘磁头找到目标数据的平均时间。
平均寻道时间：硬盘磁头从一个柱面移动到另一个 柱 面所需要的平均时间。
平均潜伏时间(等待时间)：当磁头移动到数据所在 的磁道后，等待目标扇区可用的平均时间。平均潜 伏时间一般取盘片旋转一周所需时间的一半
平均访问时间 = 平均寻道时间 + 平均潜伏时间
硬盘主要参数--寻道时间
磁场资料
– 磁头寻找资料所在轨道所需的时间
– 单位为毫秒 (千分之秒)
– 时间越短表示读写资料的速度越快
– 最大寻道时间：
读写磁头
从最内道到最外道或从最外道到最内道所需时间
– 最小寻道时间：
磁头从所在磁道移动到相邻磁道所需时间
磁头 传动部件
基座(Base Plate) 接口
硬件结构：玻璃盘片和铝合金盘片
玻璃盘片
优点
存储密度高,容量大 磁盘寿命长 抗冲击的可靠性高
缺点:
价格昂贵 要使用磁头加载/卸载技术
Glas s Medi a
铝合金盘片
优点
技术成熟 价格便宜
缺点
对冲击较为敏感 对温度较为敏感
MTBF倍数
Annualized Failure Rate (AFR)
MTBF值：数字游戏？ 举例：一个失效率是在“一年365天、一天24小时不间断”循 环工作条件下测出的，另一个是在“每天8小时不间断”循环 工作条件下测出的，两款产品的性能高低一下子就比较出来。
AFR，“按年计算的失效率” ，与MTBF不同的是，AFR能够 更合理地反映磁盘驱动器的失效率。
磁盘表面
读写磁头
磁场资料
主轴马达带动 磁盘旋转
读写磁头在磁盘 表面上方飞行
磁记录原理
线圈(Coil)
磁芯(Core)
SN
磁性材料层 (Magnetic Film)
金属性粒子呈 不规则状排列
盘
已磁化的金属性粒子
片
未磁化的金属性粒子
磁记录原理
线圈(Coil)
磁性材料层 (Magnetic Film)