硬盤主要知識點介紹.ppt

第5章 硬盤,一、硬盤概述 （了解） 二、硬盤的結(jié)構(gòu) （掌握） 三、硬盤的接口 （掌握） 四、硬盤的技術(shù)參數(shù) （掌握） 五、硬盤的保護(hù)和選購 （了解）,主要知識點：,硬盤發(fā)展史 1956年9月，IBM的一個工程小組向世界展示了第一臺磁盤存儲系統(tǒng)IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）這套系統(tǒng)的總?cè)萘恐挥?MB，共使用了50個直徑為24英寸的磁盤。, 1973年，IBM公司制造出第一臺采用“溫徹期特”技術(shù)的硬盤IBM 3340，采用14英寸盤片。從此硬盤技術(shù)的發(fā)展有了正確的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。,溫徹斯特技術(shù)核心內(nèi)容：密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向運動，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動的盤片上方，而不與盤片直接接觸。, 1991年，IBM推出了MR磁頭，這種磁頭采取磁感應(yīng)寫入、磁阻讀取的方式，并由此誕生了3.5寸的硬盤，容量首次達(dá)到了1GB。90年代后期GMR磁頭出現(xiàn)，磁盤的存儲容量進(jìn)一步提高。 1999年9月7日，Maxtor宣布了首塊單碟容量高達(dá)10.2GB的ATA硬盤，從而把硬盤的容量引入了一個新的里程碑。 2000年2月23日，希捷發(fā)布了轉(zhuǎn)速高達(dá)15000RPM的Cheetah X15系列硬盤，其平均尋道時間僅3.9ms，它也是有始以來轉(zhuǎn)速最高的硬盤 。, 2005年，日立環(huán)儲和希捷都宣布了將開始大量采用磁盤垂直寫入技術(shù)（perpendicular recording更充分地利用的儲存空間 2007年1月，日立公司率先發(fā)布了業(yè)界首款TB容量PC硬盤產(chǎn)品Deskstar 7K1000，首次將PC的存儲容量跨入1TB大關(guān)。 2007年，新型硬盤出現(xiàn)混合硬盤和固態(tài)硬盤出現(xiàn)。,硬盤是電腦中最重要的存儲部件之一，它將所有的數(shù)據(jù)都存儲在硬盤中，當(dāng)計算機(jī)需要時，將其從硬盤中取出 硬盤尺寸主要有5.25英寸和3.5英寸兩種，現(xiàn)在市場上普遍使用的是3.5英寸硬盤。用于筆記本電腦中的有2.5英寸、1.8英寸和0.9英寸等幾種。,一 硬盤概述,硬盤的外部結(jié)構(gòu),在硬盤的正面都貼有硬盤的標(biāo)簽，標(biāo)簽上一般都標(biāo)注著與硬盤相關(guān)的信息，例如產(chǎn)品型號、產(chǎn)地、出廠日期、產(chǎn)品序列號等。在硬盤的一端有電源接口插座、主從設(shè)置跳線器和數(shù)據(jù)線接口插座，而硬盤的背面則是控制電路板。 總得來說，硬盤外部結(jié)構(gòu)可以分成如下幾個部份：,硬盤正面,硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu),硬盤的物理結(jié)構(gòu) 硬盤主要由盤片、主軸、讀寫磁頭和傳動手臂等部件組成。 1、盤片 盤片是硬盤的存儲數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在的硬盤 多采用金屬薄膜材料。影響盤片多少的最大因素 是單片容量。 2、主軸 主軸的作用是帶動盤片轉(zhuǎn)動，以方便讀寫磁 頭讀寫數(shù)據(jù)。主軸決定了硬盤的轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)在的主 軸多采用液態(tài)軸承。,主軸組件,3、讀寫磁頭 作用是讀取盤片中的數(shù)據(jù)，當(dāng)盤片在高速旋 轉(zhuǎn)時，讀寫磁頭會按指定的方向靠近盤片來讀取 數(shù)據(jù)。硬盤中的磁頭不只一個，一個盤片對應(yīng)一 個磁頭，正常關(guān)機(jī)后，讀寫磁頭會自動歸位。 4、傳動手臂 作用是定位讀寫磁頭。以傳動軸為圓心帶動 前端的讀寫磁頭在盤片旋轉(zhuǎn)的垂直方向上移動。 5、傳動軸 作用是在硬盤電機(jī)的作用下，帶動手臂轉(zhuǎn)動。,浮動磁頭組件, 硬盤的工作原理 1、硬盤的工作原理： 利用特定的磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時，將磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖信號，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將這些原始信號變成電腦可以使用的數(shù)據(jù)，寫的操作正好與此相反。,2、硬盤的工作過程： 準(zhǔn)備階段 硬盤驅(qū)動器加電后，利用單片機(jī)初始化模塊進(jìn)行初始化工作，此時磁頭置于盤片啟停區(qū)，初始化完成后主軸電機(jī)啟動并以高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的小車機(jī)構(gòu)移動，將浮動磁頭置于盤片表面的00道，處于等待指令的啟動狀態(tài)。 讀寫階段 當(dāng)接口電路接收到微機(jī)系統(tǒng)傳來的指令信號，通過前置放大控制電路，驅(qū)動音圈電機(jī)工作，磁頭準(zhǔn)確定位并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫。 結(jié)束階段 結(jié)束工作斷電狀態(tài)，浮動磁頭駐留到盤面中心。,硬盤的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1、MBR（Master Boot Record） 主引導(dǎo)記錄，位于0柱面、0磁道、1扇區(qū)的 位置。它由分區(qū)命令Fdisk產(chǎn)生。主引導(dǎo)記錄中包含了硬盤的一系列參數(shù)和一段引導(dǎo)程序 。硬盤引導(dǎo)程序的主要作用是檢查分區(qū)表是否正確 2、DBR（DOS Boot Record） DOS引導(dǎo)記錄，位于0柱面、1磁頭、1扇區(qū) 的位置，它是由格式化命令Format產(chǎn)生的。BPB參數(shù)塊記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲格式、硬盤介質(zhì)描述符、根目錄大小、FAT個數(shù)，分配單元的大小等重要參數(shù)。,3、FAT（File Allocation Table） 文件分配表，位于磁盤的0柱面、1磁頭、2 扇區(qū)的位置，F(xiàn)AT表的大小由硬盤的容量決定。 同一個文件的數(shù)據(jù)并不一定完整地存放在磁盤的一個連續(xù)的區(qū)域內(nèi)，而往往會分成若干段，像一條鏈子一樣存放。這種存儲方式稱為文件的鏈?zhǔn)酱鎯Α?（如圖） 為了實現(xiàn)文件的鏈?zhǔn)酱鎯?，硬盤上必須準(zhǔn)確地記錄哪些簇已經(jīng)被文件占用，還必須為每個已經(jīng)占用的簇指明存儲后繼內(nèi)容的下一個簇的簇號，對一個文件的最后一簇，則要指明本簇?zé)o后繼簇。這些都是由FAT表來保存的，表中有很多表項，每項記錄一個簇的信息。,4、,DIR（Directory）是根目錄區(qū)，緊接著第二FAT表（即備份的FAT表）之后，記錄著根目錄下每個文件（目錄）的起始單元，文件的屬性等。定位文件位置時，操作系統(tǒng)根據(jù)DIR中的起始單元，結(jié)合FAT表就可以知道文件在硬盤中的具體位置和大小了,5、DATA 數(shù)據(jù)區(qū)，主要負(fù)責(zé)硬盤中數(shù)據(jù)的存儲，當(dāng)數(shù) 據(jù)復(fù)制到硬盤時，數(shù)據(jù)就存儲在數(shù)據(jù)區(qū)中。,小結(jié),一個物理磁盤只有一個（分區(qū)產(chǎn)生） 每一個分區(qū)都有一個（格式化產(chǎn)生） 記錄了文件的名字及起始地址；記錄了文件在磁盤上的具體位置.通過FAT和FDT可以順利地確定文件的位置并讀取它,三 硬盤接口,三 硬盤接口,硬盤的后面就是硬盤的接口，接口主要是數(shù)據(jù)接口和電源接口。 1、硬盤的數(shù)據(jù)接口 硬盤與主板連接部分稱為硬盤的數(shù)據(jù)接口， 常見的硬盤接口有：ATA、SATA和SCSI，其 中，ATA和SATA主要用于個人電腦，而SCSI則 主要用于服務(wù)器。,（1）ATA接口 ATA接口又稱為IDE接口。其傳輸速率一 般為66MB/S、100MB/S和133MB/S，常見的外 部傳輸模式為Ultra ATA/66、 UltraATA/100、 Ultra ATA/133，目前使用的最多的是后兩者。 （2）SATA接口 串行ATA接口，其采用串行的方式傳輸數(shù) 據(jù)，并采用了點對點的 傳輸協(xié)議。其數(shù)據(jù)傳輸 率最高可達(dá)到300MB/s，支持SATA設(shè)備的熱插 拔，一臺電腦同時掛接兩SATA接口的硬盤， 沒有主、從盤之分。,（3）SCSI接口 SCSI的英文全稱為“Small Computer System Interface”（小型計算機(jī)系統(tǒng)接口），是同IDE （ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC 的標(biāo)準(zhǔn)接口，而SCSI并不是專門為硬盤設(shè)計的 接口，是一種廣泛應(yīng)用于小型機(jī)上的高速數(shù)據(jù) 傳輸技術(shù)。SCSI接口具有應(yīng)用范圍廣、多任 務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優(yōu) 點，但較高的價格使得它很難如IDE硬盤般普 及，因此SCSI硬盤主要應(yīng)用于中、高端服務(wù)器 和高檔工作站中。,（4）光纖通道 光纖通道的英文拼寫是Fibre Channel，是 為在像服務(wù)器這樣的多硬盤系統(tǒng)環(huán)境而設(shè)計， 能滿足高端工作站、服務(wù)器、海量存儲子網(wǎng) 絡(luò)、外設(shè)間通過集線器、交換機(jī)和點對點連接 進(jìn)行雙向、串行數(shù)據(jù)通訊等系統(tǒng)對高數(shù)據(jù)傳輸 率的要求。 光纖通道的主要特性有：熱插拔性、高速 帶寬、遠(yuǎn)程連接、連接設(shè)備數(shù)量大等。,2、硬盤的電源接口 ATA硬盤的電源接口是一個4針的“D型”電 源接口，SATA硬盤接口則采用了15針的扁平接口。 3、硬盤的跳線 第一組：Master:on；Slave:off將硬盤設(shè)為主盤 （強(qiáng)制設(shè)置，與數(shù)據(jù)線設(shè)置無關(guān)）。 第二組：（Cable Select）用數(shù)據(jù)線決定是主盤還 是從盤。 第三組：限制使用的容量,四 硬盤的技術(shù)參數(shù),1、容量 容量是硬盤存儲數(shù)據(jù)的多少，是硬盤的一個 重要的技術(shù)指標(biāo)。目前流行的硬盤容量多為 500GB、1TB,2TB等（3.5英寸）。 2、轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速是影響硬盤性能最重要的因素之一，目 前市場上流行的是5400rpm（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）和 7200rpm的硬盤?，F(xiàn)在7200rpm的高速硬盤技術(shù) 已經(jīng)非常成熟，而高低速硬盤性能差距比較明 顯，因此，建議選擇高速硬盤 。,3、硬盤接口技術(shù) IDE和SCSI 4、磁頭技術(shù) 目前硬盤的磁頭技術(shù)主要采用磁阻磁頭技 術(shù)、巨型磁阻磁頭技術(shù)和光學(xué)輔助溫式技術(shù)等。,5、緩存 是硬盤控制器上的一塊內(nèi)存芯片，具有極快 的存取速度，它是硬盤內(nèi)部存儲和外界接口之間 的緩沖器。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤 的傳輸速度的重要因素，能夠大幅度地提高硬盤 整體性能。 硬盤的緩存主要起三種作用：一是 預(yù)讀取。二是對寫入動作進(jìn)行緩存。三是臨時存 儲最近訪問過的數(shù)據(jù)。2MB和8MB緩存是現(xiàn)今主 流硬盤所采用，而在服務(wù)器或特殊應(yīng)用領(lǐng)域中還 有緩存容量更大的產(chǎn)品，甚至達(dá)到了16MB、 64MB等。,6、平均尋道時間 磁頭移到數(shù)據(jù)所在的磁道上所需要的時間， 一般為106毫秒。 7、平均等待時間 指讀寫磁頭移動至目標(biāo)磁道后，等待存儲數(shù) 據(jù)的時間。 8、平均訪問時間 硬盤的讀寫速度 平均訪問時間 =平均尋道時間平均等待時間,9、內(nèi)部傳輸率（Internal Transfer Rate） 是指硬盤磁頭與緩存之間的數(shù)據(jù)傳輸率，簡 單的說就是硬盤將數(shù)據(jù)從盤片上讀取出來，然后 存儲在緩存內(nèi)的速度。其速度 取決于盤片的轉(zhuǎn) 速和盤片的線密度。目前各硬盤生產(chǎn)廠家努力提 高硬盤的內(nèi)部傳輸率，除了改進(jìn)信號處理技術(shù)、 提高轉(zhuǎn)速以外，最主要的就是不斷的提高單碟容 量以提高線性密度。由于單碟容量越大的硬盤線 性密度越高，磁頭的尋道頻率與移動距離可以相 應(yīng)的減少，從而減少了平均尋道時間，內(nèi)部傳輸 速率也就提高了。目前主流的家用級硬盤，內(nèi)部 數(shù)據(jù)傳輸率基本還停留在7090 MB/s左右，而且 在連續(xù)工作時，這個數(shù)據(jù)會降到更低。,10、外部傳輸率（External data Transfer Rate） 一般也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸或接口傳輸率。是 指硬盤緩存和電腦系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸率。也 就是計算機(jī)通過硬盤接口從緩存中將數(shù)據(jù)讀出 交給相應(yīng)的控制器的速率。平常硬盤所采用的 ATA66、ATA100、ATA133等接口，是以硬盤 的理論最大外部數(shù)據(jù)傳輸率來表示的。 ATA100 中的100就代表著這塊硬盤的外部數(shù)據(jù)傳輸率理 論最大值是100MB/s；ATA133則代表外部數(shù)據(jù) 傳輸率理論最大值是133MB/s；而SATA接口的 硬盤外部理論數(shù)據(jù)最大傳輸率可達(dá) 150MB/s。 這些只是硬盤理論上最大的外部數(shù)據(jù)傳輸率， 在實際的日常工作中是無法達(dá)到這個數(shù)值的。,11、噪聲 容量大、轉(zhuǎn)速快造成噪聲 12、發(fā)熱 硬盤太熱會使硬盤不穩(wěn)定 13、數(shù)據(jù)安全： S、M、A、R、T技術(shù)： 硬盤自分析、自檢測、自 報告技術(shù)，這是目前普遍采用的數(shù)據(jù)安全技術(shù) 。 RAID技術(shù)：獨立磁盤冗余陣列技術(shù)將一個文件分散 保存、讀取，加快速度 。 14、MTBF 連續(xù)無故障時間，指硬盤開始工作到出現(xiàn)故障的時 間，以小時計算，時間越長，硬盤的穩(wěn)定性越好。,1、硬盤的保護(hù) （1）保持硬盤使用清潔 （2）注意防靜電和熱插拔 （3）避免振動和沖擊 （4）保持合理的溫度（535） 2、選購品牌 希捷（Seagate）、邁拓（Maxtor）、西部 數(shù)據(jù)（Western Digital）、 三星（Samsung）、 富士通（Fujitsu）等，同時參考速度、容量、緩 存等參數(shù)。,五 硬盤的保護(hù)和選購,選購時考慮的因素： 1、容量 （總量 單碟） 2、速度 （轉(zhuǎn)速 緩存） 3、接口技術(shù)（IDE、SATA、SCSI） 4、價格因素 （邁拓價高 西部數(shù)據(jù)價低） 5、售后服務(wù), 硬盤的日常維護(hù) 1、防震 硬盤工作時，嚴(yán)禁搬運和震動 。 2、防塵 開蓋維修時，應(yīng)在潔凈室進(jìn)行操作。 3、防潮 4、防高溫 5、防磁場 盡可能地遠(yuǎn)離磁場，以免硬盤里的數(shù)據(jù)因磁化而丟失。 6、防靜電 7、防病毒 8、切忌在硬盤工作時斷電 注意面板上的硬盤指示燈，確保硬盤完成讀、寫之后才關(guān)機(jī)。 9、要定期整理硬盤,五 硬盤選購,希捷Barracuda 1TB SATA 6Gb/s 7200.12（ST31000524AS）（ ￥370） 基本參數(shù) 適用類型 臺式機(jī) 、硬盤尺寸 3.5英寸 、硬盤容量 1000GB 、緩存 32MB 、轉(zhuǎn)速 7200rpm 、接口類型 SATA3.0（6Gbps） 性能參數(shù) 平均尋道時間 糾錯隨機(jī)讀取尋道時間：8.5ms 隨機(jī)寫入尋道時間：9.5ms 其他參數(shù) 產(chǎn)品尺寸 糾錯146.99101.626.1mm 、其他性能 糾錯保證的扇區(qū)數(shù)：1953525168、平均延遲時間：4.16ms、最大啟動電流，直流：2.0 其他特點 高度：26.1mm、寬度：101.6mm 、長度：146.99mm、重量（典型）：622k,五 硬盤選購,日立7K2000 2TB 7200轉(zhuǎn) 32MB（HDS72202