本章要点硬盘的分类、组成结构及其工作原理硬盘的安装

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(1)NORMAL普通模式
(2)LBA逻辑块模式
(3)LARGE巨大模式
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第08章 硬盘
(1)NORMAL普通模式
该模式支持的最大柱面数为1024(即使在 CMOS硬盘参数中的柱面数设置了大于1024的 数值也是按1024工作的),最大磁头数为16, 最大扇区数为63,每扇区字节数为512B。因此 支持最大硬盘容量为: 1024×16×63×512B=528MB。在此模式下, 即使硬盘的实际物理容量再大,可访问的硬盘 空间也只能是528MB。
此电路板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。电路板上有一块ROM芯片,其固化的软件可以 对硬盘进行初始化,完成加电和启动主轴电机、加电 初始寻道、定位及故障检测等操作。电路上还装有 2MB、4MB和8MB的高速缓存芯片。
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Hale Waihona Puke Baidu
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第08章 硬盘
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第08章 硬盘
浮动磁头组件 磁头驱动机构
盘片组件 主轴组件及
驱动结构
前置控制电路
图8-8 硬盘的内部结构
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第08章 硬盘
(1)浮动磁头组件 浮动磁头组件由读写磁头、传动手臂和传
动轴组成,如图8-9所示。读写磁头是多个磁 头的组合,每张盘片的上、下面各有一个磁头, 固定在由音圈电机所带动的磁头驱动臂上。加 电工作时,磁头悬浮起来,距离磁片表面间隙 只有0.1~0.3um,可以获得极高的数据传输速 率。当硬盘停止工作时,磁头停放在着陆区, 此时磁头和盘片接触。
IDE接口硬盘将控制器与盘体集成在一起, 通过专用的40芯或80芯数据线连接在主板上的 IDE接口上,如图8-2所示。80芯的数据线抗干 扰能力比40芯的数据线强,传输速度也比40芯 的数据线快,因此应用更为广泛。
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第08章 硬盘
随着数据传输速度较快的SATA接口硬盘 的出现,IDE接口硬盘有逐渐被淘汰的趋势。
盘片的每个记录表面都设有一个读写磁头,整个磁 头组件有相应的驱动机构带动,可沿径向移动。盘片 上记录信息的圆形轨迹称为磁道,每个磁道可分为多 个扇区。由于硬盘有多个盘片构成,因此各个盘片上 半径相同的所有磁道处于同一个圆柱面上,从而引入 了硬盘的“磁柱面”的概念,如图8-11所示。
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性氧化铁,通过磁头读写盘片上的数据。多个盘片构 成一个组,固定在主轴电机上,随之转动。一个组中 的盘片越多,其容量也就越大。为了克服铝材质热胀 冷缩的缺点,现在多采用玻璃材质的盘片,而且玻璃 材质盘片的容量要比铝材质盘片的容量要大。
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第08章 硬盘
(4)主轴电机
主轴电机是使盘片同步、高速、平稳转动 的电机,一般磁头以3600 r/min~10000 r/min 的速度转动。当前IDE接口的硬盘一般以7200 r/min的速度旋转,而SCSI硬盘一般以10000 r/min及以上的速度旋转。随着硬盘容量扩大, 主轴电机转速也不断提升,传统滚珠轴承电机 弊病更加突出,现在开始采用精密机械工业液 态轴承电机技术。这种电机噪音小、温度低、 抗震能力强、无磨损。
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第08章 硬盘
图8-4 SATA接口数据线、硬盘上的SATA接口及主板上的SAST接 口
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第08章 硬盘
8.3 硬盘的结构及工作原理 8.3.1 硬盘的结构 1.硬盘的外部结构
从表面来看,硬盘主要由电源接口、数据 接口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔等组 成,如图8-5所示,相同类型的硬盘其结构是 相似的。
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(1)IDE电源接头
(2)SATA电源接头
(3)转接线
图8-6 IDE,SATA接口硬盘的电源线接头
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(2)数据接口
数据接口是硬盘与主板之间传输数据的纽 带,根据连接方式可分为IDE和SATA等接口。 IDE接口为40根针,数据线分40芯和80芯两种。 而SATA接口是将并行数据传输方式改为串行数 据传输方式,这样在同一时间内只有一位数据 传输,SATA接口使用7根针。IDE接口和SATA接 口的数据线如图8-7所示。
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0面 1面
2面 3面
0磁道 1磁道 扇区
0柱面 0柱面
图8-11 磁盘的柱面、磁道和扇区
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第08章 硬盘
2.三种工作方式
在CMOS中设置硬盘时,计算机给出 NORMAL、LBA(Logical Block Addressing,逻 辑块模式)和LARGE三种模式可供选择,如果 选择不对,电脑不能启动或不能正常工作。一 般情况下是用BIOS自动检测硬盘参数,并对硬 盘参数自动设置。
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第08章 硬盘
SATA数据线
IDE数据线
图8-7 IDE和SATA数据线
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第08章 硬盘
(3)控制电路板 控制电路板安装在盘体的下方并裸露在外,有利散
热。其功能是将操作系统的命令转变成电信号,从而 控制硬盘的主传动装置在盘片上移动磁头,控制主轴 电机恒定旋转,指挥磁头完成读写操作。
(4)封闭式金属外壳 采用封闭式金属外壳,是为了防止灰尘进
入硬盘内。一旦灰尘进入硬盘,轻则划伤盘片, 破坏磁道,重则磁头损坏,硬盘报废。同时, 面板上还标注有该产品的型号、产地和设置数 据等。
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第08章 硬盘
2.硬盘的内部结构 如图8-8所示,硬盘的内部主要由浮动磁头
组件、音圈电机、金属盘片、主轴电机和前置 控制电路所组成。
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第08章 硬盘
8.2 硬盘的分类
硬盘按盘径尺寸和接口类型可进行如下分 类。
1.按盘径尺寸分类
目前的硬盘产品,按内部盘片尺寸可以分
为3.5英寸硬盘、2.5英寸硬盘和1.8英寸硬盘。
其中,3.5英寸的硬盘主要用在台式电脑中,
如图8-1所示。2.5英寸的硬盘多用于笔记本电
脑,而1.8英寸的硬盘则主要用在一些精密仪
图8-3 Cheetah 15k3的SCSI接口硬盘的接口
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第08章 硬盘
(3)SATA接口硬盘
SATA接口是一种完全不同于IDE接口的新型硬盘接 口标准,它的数据传输速率是普通IDE接口的几倍。随 着高速CPU的普及,SATA接口硬盘已逐渐流行。
SATA 1.0标准的数据传输速率的有效带宽峰值为 150MB/s;SATA 2.0标准的数据传输速率为300MB/s; SATA 3.0标准的数据传输速率为600MB/s。SATA采用点 对点传输模式,以保证每块硬盘都能够独享通道带宽, 而且没有主、从限制。SATA接口硬盘在外观上和IDE接 口硬盘没有太大的区别,如图8-4所示,只不过其数据 线更细、更长,数据线的长度可达1m。
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磁头驱动小车
传动轴
读写磁头
音圈电机 前置控制电路
传动手臂
图8-9 浮动磁头组件
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(2)音圈电机: 如图8.9所示,音圈电机是根据控制器传输的信息
编码,利用线圈磁场的改变将磁头移动到盘片磁道的 准确位置,它是一个密封性的控制系统。
(3)金属盘片 金属盘片是硬盘存储数据的载体,上下表面涂满磁
图8-2 硬盘的IDE接口、主板的IDE接口及IDE数据线
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第08章 硬盘
(2)SCSI接口硬盘
SCSI最初是为小型机研制的一种硬盘接口技术,随
着计算机技术的发展,现已被移植到普通电脑中,但 是仍然多用于服务器等高档电脑中。SCSI从刚创建的8 位发展到今天的Ultra320SCSI,数据传输速率也从 1.2MB/s发展到现在的320MB/s,已经是第六代技术, SCSI接口硬盘同样也发展到了第六代产品。
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第08章 硬盘
8.1 硬盘简介 硬盘是电脑中使用最频繁的存储设备,主
要用来存储电脑中的各类数据,它与内存不同, 存放在硬盘中的数据不会因为电脑电源关闭而 消失。硬盘由若干个钢性磁盘片组成,是机械 技术、材料技术、电磁技术和半导体技术等顶 尖技术的综合产品,是高度精密的电脑设备之 一。它的发展虽然不像CPU那样日新月异,但 是近几年在容量以及数据传输速度等方面也有 突飞猛进的发展。
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第08章 硬盘
当接口电路接收到电脑系统传来的指令信号后,通 过前置控制电路,驱动音圈电机发出磁信号,根据感 应阻值的变化,磁头对盘片进行定位,并将接收到的 数据进行解码,通过放大控制电路传输到接口电路, 反馈给主机系统完成指令的操作。硬盘断电后,在反 力矩弹簧的作用下,浮动磁头驻留到盘面的停放位置。
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第08章 硬盘
(1)IDE接口硬盘 IDE是由Western Digital与Compaq两家公司
共同研制的硬盘接口标准。IDE接口的硬盘又 称为P-ATA接口的硬盘,IDE接口硬盘有多种工 作模式:Ultra ATA 66(66MB/s)、Ultra DMA 100(100MB/s)和Ultra DMA 133(133MB/s)。
器和数码产品中,如现在的硬盘式MP4播放器
主要使用的就是1.8英寸的硬盘。
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第08章 硬盘
图8-1 3.5英寸的硬盘
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第08章 硬盘
2.按接口类型分类
硬盘按接口类型可分为IDE(Integrated Drive Electronics,集成驱动设备)接口硬盘、 SCSI(Small Computer System Interface,小型计 算机系统接口)接口硬盘和SATA(Serial Advanced Technology Attachment,一种基于行 业标准的串行硬件驱动器接口)接口硬盘。
硬盘加电正常工作后,利用控制电路中的 单片机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,如图8-10所 示。
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第08章 硬盘
00磁道
图8-10 磁头启动状态
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第08章 硬盘
(5)前置控制电路 前置控制电路用来控制磁头感应得到的信
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,所以将放大电路密 封在腔内以减少外来信号的干扰,提高操作指 令的准确性。
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第08章 硬盘
8.3.2 硬盘的工作原理 1.工作原理
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第08章 硬盘
8.7 硬盘的选购 8.8 硬盘常见故障分析与处理 8.9 实验及实训
8.9.1 实验及实训1-IDE接口硬盘的安装 8.9.2 实验及实训2-SATA接口硬盘的安装. 8.9.3 实验及实训3-IDE硬盘的BIOS设置 8.9.4 实验及实训5-硬盘的分区 8.9.5 实验及实训6-硬盘的高级格式化 8.9.6 实验及实训7-网上查询 8.10 本章小结 8.11 习题 8.12 习题参考答案
SCSI接口被广泛应用于硬盘、光驱、扫描仪、打印 机和光盘刻录机等设备上,它具有适应面广、多任务、 CPU占用率低、数据传输速率高等优点。但是SCSI接 口硬盘价格相对较高,而且使用时还必须另外购买 SCSI卡,一般用于服务器等高档电脑,很少用于普通 电脑。
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第08章 硬盘
如图8-3所示是希捷Cheetah 15K3的SCSI接口 硬盘的接口图,它是第六代SCSI接口硬盘,主 轴转速为15000r/Min,容量36.7GB,物理接口 是68针,并且具有光纤接口,接口界面采用了 UltraSCSI320规范。
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第08章 硬盘
数据接口
主从盘 跳电源线接口
图8-5 硬盘的外观
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第08章 硬盘
(1)电源接口
电源接口用于硬盘与主机电源相连,为硬 盘的工作提供能源。IDE接口硬盘的电源接口 为4针,SATA接口硬盘的电源接口为15针。但 是现在的ATX电源没有SATA接口硬盘的电源接 头,通常的做法是采用SATA电源转接线与传统 电源线转接,输入线只有4条,通过转接线转 接后有15路输出,如图8-6所示。
第08章 硬盘
本章要点
硬盘的分类、组成结构及其工作原理
硬盘的安装、BIOS相关设置、硬盘分区和高级 格式化
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第08章 硬盘
8.1 硬盘简介 8.2 硬盘的分类 8.3 硬盘的结构及工作原理
8.3.1 硬盘的结构 8.3.2 硬盘的工作原理 8.4 硬盘的主要参数和性能指标 8.4.1 硬盘的主要参数 8.4.2 硬盘的性能指标 8.5 主流硬盘简介 8.6 硬盘新技术介绍
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