硬盘基础知识的简单介绍

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硬盘的硬件结构 硬盘的工作原理 硬盘的主要参数 硬盘接口介绍 硬盘的品牌
硬盘外部结构
• 电源接口和数据接口 • 控制电路板 • 固定面板
控制电路板 固定面板
电源接口 数据接口
硬盘内部结构
• 磁头组件 • 磁头驱动机构 • 磁盘片 • 主轴组件 • 前端控制电路
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磁盘片 磁头组件 前端控制电路
片。
•
3、寿命相对短，一般闪存的固态硬盘写入寿命为1万
到10万次，特制的可达100万到500万次，这对U盘或其他
数码产品来说不算什么，但固态硬盘在系统上的写入速度 会很容易超过这个数量。
•
4、可靠性相对低，如果固态硬盘数据损坏后是难以
修复的，目前的数据修复技术基本不可能在损坏的芯片中
恢复数据。而机械硬盘还能挽回一些数据。
硬盘的接口种类
• IDE（Integrated Drive Electronics） • SCSI（Small Computer System Interface
） • FC（Fibre Channel ） • SATA（Serial ATA ） • SAS（Serial Attached SCSI ）
• 平均潜伏期 （Average Latency）
– 指当磁头移动到数据所在的磁道以后，等待指定的数 据扇区转动到磁头下方的时间
平均访问时间和数据传输率
• 平均访问时间（Average Access Time）
– 指从读/写指令发出到第一笔数据读/写实际开 始所用的平均时间
• 数据传输率（Data Transfer Rate ）
传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间。SAS是新一代的SCSI技
术。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为
了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，提供与串行ATA (Serial
ATA，缩写为SATA)硬盘的兼容性。
SAS
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HDD基础知识
DD0B66 Alvin
引入
自1956年IBM推出第一台硬盘驱动器IBM RAMAC 350至今已有五、六十年了，硬盘 是存储中最基本的组件，您对它的结构和 原理了解多少呢？
课程目标
学习完本课程，你应该能够学到： • 了解存储硬盘知识 • 理解硬盘的工作原理 • 了解硬盘容量、转速和缓存等参数 • 了解硬盘接口技术及其发展情况
SATA接口
What is NCQ?
• NCQ的英文缩写是：Native Command Queuing,意思是“原生命 令排序”指可以排列硬盘所接收到的指令以改进性能.
原生命令排序的原理是将所接受到的命令以某种顺序进行重新排序， 排序的目的在于让磁头能集中寻址，减少磁头不必要的来回寻址以缩 短整体用时，有效改变硬盘的响应速度和总的传输速度。要减少寻道 时间，一般的做法就是对任务的重新排序。因为如果我们的定位任务 按照先来后道的顺序依次进行，那延迟肯定很大。
– 指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（ MB/s）
数据传输率
• 内部数据传输率（Internal Transfer Rate）是指磁头与缓存之间的数 据传输率，即硬盘将数据从盘片上读取出来，然后存储在缓存内的速 度。它可以明确表现出硬盘的读写速度，也是评价一个硬盘整体性能 的决定性因素。有效地提高硬盘的内部数据传输率，才能对硬盘子系 统的性能有最直接、最明显的提升。目前为了提高硬盘性能，各硬盘 生产厂家都不约而同地采用努力提高硬盘的内部数据传输率的方法。 除了改进信号处理技术、提高转速以外，最主要的方法就是不断的提 高单碟容量以提高线性密度。
固态硬盘与机械硬盘的比较
• 固态硬盘相比机械硬盘，有以下优点：
•
1、存取速度快，这也是固态硬盘最大的优点，固态
硬盘没有磁头，采用快速随机读取，读延迟极小，无论是
启动系统还是运行大型软件，固态硬盘的速度相比主流的
机械硬盘有了质的飞跃。
•
2、防震抗摔，固态硬盘内部不存在任何机械活动部
件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。这样
主轴组件
磁头驱动机构
硬盘控制电路
• 主控制芯片 • 数据传输芯片 • 高速数据缓存芯片
高速数据缓 存芯片
数据传输芯片
主控制芯片
硬盘的磁头
• 磁头是硬盘中最昂贵的部件，是硬盘技术 最重要和关键的一环
• 采用了非接触式结构，加电后悬浮在高速 旋转的磁盘表面
• 读写合一式磁头与分离式磁头
硬盘的磁道
• 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。
ATA接口
• ATA(Advanced Technology Attachment), 又称 IDE(Integrated Drive Electronics电子集成驱动器。它 的本意是指把“硬盘控制器”与 “盘体”集成在一起的硬盘驱动 器)或称PATA(Parallel ATA), 不支 持热插拔。
并。因此现在市面上已基本看不到昆腾硬盘，只在一些二手市场中时
有出现；而迈拓硬盘也只有少量在出售。
Extend Knowledge
• 固态硬盘简介
（Solid State Disk或Solid State Drive，简
称 S S D）
固态硬盘定义
• 固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive，简称SSD）,也称作电子硬盘或者固态电子 盘，是由控制单元和固态存储单元（DRAM或 FLASH芯片）组成的硬盘。固态硬盘的存储介质 分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作为 存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质 ，目前绝大多数固态硬盘采用的是闪存介质。存 储单元负责存储数据，控制单元负责读取、写入 数据。由于固态硬盘没有普通硬盘的机械结构， 也不存在机械硬盘的寻道问题，因此系统能够在 低于1ms的时间内对任意位置存储单元完成输入/ 输出操作
固态硬盘缺点
• 1、成本高、容量小，相比机械硬盘，一般的固态硬盘容 量小得多，目前容量较大的固态硬盘也只有256GB。价钱
方面，目前一个固态盘（基于闪存）的价钱是机械硬盘的 5-10倍，甚至200-300倍（基于DRAM）。
•
2、写入速度相对慢，固态硬盘在数据读取上优势明
显，但在数据写入上比传统硬盘要来慢，而且容易产生碎
输数据时会对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误则
自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。而且SATA接
口的传输速度较IDE要高，Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达
150MB/s，而目前的SATA II的数据传输率则已经高达300MB/s。除此
之外，SATA接口还具有结构简单、支持热插拔等优点.
硬盘的容量和转速
• 硬盘容量（Capacity）
– 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
• 硬盘转速（Rotationl Speed）
– 转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单 位为rpm（Revolutions Per Minute）
SATA硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档
工作站中。
SCSI接口
FC接口
•
FC硬盘是指采用FC-AL( Fiber Channel Arbitrated Loop，光纤通道仲
裁环) 接口模式的磁盘。FC-AL使光纤通道能够直接作为硬盘连接接口，
为高吞吐量性能密集型系统的设计者开辟了一条提高I/O性能水平的途
外圈磁道
中间磁道 内圈磁道
硬盘的柱面
• 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。
硬盘柱面
硬盘的扇区
• 磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段， 这些弧段就被称为磁盘的扇区。
单个扇区
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径。目前高端存储产品使用的都是FC接口的硬盘。
• 主要特点：支持热插拔，高速带宽，远程连接，连接设备数量大（最 大127）
• 目前传输速率为4Gb/s
FC接口
SAS
•
SAS 是Serial Attached SCSI的缩写，即串行连接SCSI。和现在
流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的
平均寻道时间和平均潜伏期
• 平均寻道时间（Average Seek Time）
– 指磁头移动到数据所在磁道需要的时间，这是衡量硬
盘机械性能的重要指标。单位为毫秒（ms）。不同品
牌、不同型号的产品其平均寻道时间也不一样，但这 个时间越低，则产品越好，现今主流的硬盘产品平均 寻道时间都在在9ms左右。
ATA接口
•
ATA接口具有价格低廉、稳定性好、速度快、标准化程度高等优
点。ATA接口标准不断更新，目前已开发出了:
ATA-1（IDE的最初版本） ATA-2（Enhanced IDE，EIDE） ATA-3 Ultra ATA/33 Ultra ATA/66 Ultra ATA/100 Ultra ATA/133
即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到
正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞
时能够将数据丢失的可能性降到最小。
•
3、发热低、零噪音，由于没有机械马达，闪存芯片
发热量小，工作时噪音值为0分贝，闪存芯片发热量小。
•
4、体积小，相比传统的机械硬盘，固态硬盘体积更
小，重量更轻，方便携带。
数据传输率
• 外部数据传输率（External Transfer Rate）也称为突发数据传输或 接口传输率，指硬盘缓存和电脑系统之间的数据传输率，即电脑通过 硬盘接口从缓存中将数据读出并交给相应的控制器的速率。硬盘所采 用的ATA66、ATA100、ATA133、SATAII等接口就是以硬盘的理论最 大外部数据传输率来表示的，如SATAII接口的外部数据最大传输率可 达300MB/s。但是这些只是理论上的传输率，实际工作中并不能达到 这个数值，而更多时候是取决于硬盘的内部数据传输率。
硬盘的品牌
•
目前硬盘的品牌主要有希捷（Seagate）、三星（Samsung）、东
芝（Toshiba）、富士通（Fujitsu）、西部数据（Western Digital）、
迈拓（Maxtor）、昆腾（Quantum）、日立（Ｈitachi）、IBM等。其
中迈拓公司于2000年并购昆腾，而迈拓公司又在2006年与希捷公司合
Q&A
THANKS
最高数据传输率也由最初的33 MB/s提高到133 MB/s；另外，自ATA-
3开始加入一种新的标准，使IDE接口可支持光盘驱动器。
SATA接口
•
SATA（Serial ATA）接口即串行ATA接口，它是一种完全不同于
并行ATA的新型硬盘接口类型，因为采用串行方式传输数据而得名。
SATA总线使用嵌入式时钟信号，使其具备了更强的纠错能力，在传
SCSI接口
•
SCSI（Small Computer System Interface）接口即小型计算机
系统接口。与ATA接口完全不同，它基于一种广泛应用于小型机上的
高速数据传输技术，可以同时挂接7个不同的设备。SCSI接口具有多
任务、带宽大、CPU占用率低、支持热插拔等优点，但较高的价格，
以及在使用时必须另外购买SCSI接口卡的问题，使得它很难如IDE和
硬盘缓冲区
• 也称之为缓存（Cache） • 缓冲区的基本作用是平衡内部与外部的数
据传输率 • 为了减少主机的等待时间，硬盘会将读取
的资料先存入缓冲区，等全部读完或缓冲 区填满后再以接口速率快速向主机发送
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硬盘工作原理
• 硬盘利用特定的磁粒子的极性来记录数据 • 在读取数据时，磁头将磁粒子的不同极性
转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转 换器将这些原始信号变成电脑可以使用的 数据 • 写数据时，正好与此相反
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