硬盤基礎(chǔ)知識

1、第第5章章 硬盤基礎(chǔ)知識硬盤基礎(chǔ)知識ISSUE 1.0日期：杭州華三通信技術(shù)有限公司 版權(quán)所有，未經(jīng)授權(quán)不得使用與傳播n 自自1956年年IBM推出第一臺硬盤驅(qū)動器推出第一臺硬盤驅(qū)動器IBM RAMAC 350至今已有四、五十年了，硬盤是存儲中最基本的至今已有四、五十年了，硬盤是存儲中最基本的組件，您對它的結(jié)構(gòu)和原理了解多少呢？組件，您對它的結(jié)構(gòu)和原理了解多少呢？引入引入n 了解存儲硬盤知識了解存儲硬盤知識n 理解硬盤的工作原理理解硬盤的工作原理n 了解硬盤容量、轉(zhuǎn)速和緩存等參數(shù)了解硬盤容量、轉(zhuǎn)速和緩存等參數(shù)n 了解硬盤接口技術(shù)及其發(fā)展情況了解硬盤接口技術(shù)及其發(fā)展情況課程目標課程目標學習完本課

2、程，您應(yīng)該能夠：學習完本課程，您應(yīng)該能夠：n 硬盤的硬件結(jié)構(gòu)硬盤的硬件結(jié)構(gòu) n 硬盤的工作原理硬盤的工作原理n 硬盤的主要參數(shù)硬盤的主要參數(shù) n 硬盤接口介紹硬盤接口介紹 目錄目錄5硬盤外部結(jié)構(gòu)硬盤外部結(jié)構(gòu) l電源接口和數(shù)據(jù)接口電源接口和數(shù)據(jù)接口l控制電路板控制電路板l固定面板固定面板電源接口數(shù)據(jù)接口控制電路板固定面板6硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)l磁頭組件磁頭組件l磁頭驅(qū)動機構(gòu)磁頭驅(qū)動機構(gòu)l磁盤片磁盤片l主軸組件主軸組件l前端控制電路前端控制電路主軸組件磁頭驅(qū)動機構(gòu)磁盤片磁頭組件前端控制電路7數(shù)據(jù)傳輸芯片高速數(shù)據(jù)緩存芯片主控制芯片硬盤控制電路硬盤控制電路 l主控制芯片主控制芯片l數(shù)據(jù)傳輸芯片數(shù)據(jù)

3、傳輸芯片l高速數(shù)據(jù)緩存芯片高速數(shù)據(jù)緩存芯片8硬盤的磁頭硬盤的磁頭l磁頭是硬盤中最昂貴的部件，是硬盤技磁頭是硬盤中最昂貴的部件，是硬盤技術(shù)最重要和關(guān)鍵的一環(huán)術(shù)最重要和關(guān)鍵的一環(huán)l采用了非接觸式結(jié)構(gòu)，加電后懸浮在高采用了非接觸式結(jié)構(gòu)，加電后懸浮在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面l讀寫合一式磁頭與分離式磁頭讀寫合一式磁頭與分離式磁頭9硬盤的磁道硬盤的磁道l當磁盤旋轉(zhuǎn)時，磁頭若保持在一個位置上，當磁盤旋轉(zhuǎn)時，磁頭若保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁盤表面劃出一個圓形則每個磁頭都會在磁盤表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁道。軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁道。外圈磁道中間磁道內(nèi)圈磁道10硬盤的柱面

4、硬盤的柱面 l硬盤通常由重疊的一組盤片構(gòu)成，每個盤面硬盤通常由重疊的一組盤片構(gòu)成，每個盤面都被劃分為數(shù)目相等的磁道，并從外緣的都被劃分為數(shù)目相等的磁道，并從外緣的“0”開始編號，具有相同編號的磁道形成一個圓開始編號，具有相同編號的磁道形成一個圓柱，稱之為磁盤的柱面。柱，稱之為磁盤的柱面。 硬盤柱面11硬盤的扇區(qū)硬盤的扇區(qū) l磁盤上的每個磁道被等分為若干個弧段，這磁盤上的每個磁道被等分為若干個弧段，這些弧段就被稱為磁盤的扇區(qū)。些弧段就被稱為磁盤的扇區(qū)。單個扇區(qū)n 硬盤的硬件結(jié)構(gòu)硬盤的硬件結(jié)構(gòu) n 硬盤的工作原理硬盤的工作原理n 硬盤的主要參數(shù)硬盤的主要參數(shù) n 硬盤接口介紹硬盤接口介紹 目錄目錄

5、13硬盤工作原理硬盤工作原理 l硬盤利用特定的磁粒子的極性來記錄數(shù)硬盤利用特定的磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)據(jù)l在讀取數(shù)據(jù)時，磁頭將磁粒子的不同極在讀取數(shù)據(jù)時，磁頭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)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)使用的數(shù)據(jù)l寫數(shù)據(jù)時，正好與此相反寫數(shù)據(jù)時，正好與此相反14磁性材料層 盤片金屬性粒子呈不規(guī)則狀排列線圈磁芯S N已磁化的金屬性粒子未磁化的金屬性粒子磁記錄原理磁記錄原理 n 硬盤的硬件結(jié)構(gòu)硬盤的硬件結(jié)構(gòu) n 硬盤的工作原理硬盤的工作原理n 硬盤的主要參數(shù)硬盤的主要參數(shù) n 硬盤

6、接口介紹硬盤接口介紹 目錄目錄16硬盤的容量和轉(zhuǎn)速硬盤的容量和轉(zhuǎn)速l硬盤容量（硬盤容量（Capacity）作為計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器，容量是硬盤最主要的參數(shù)硬盤的容量以兆字節(jié)（MB）或千兆字節(jié)（GB）為單位l硬盤轉(zhuǎn)速（硬盤轉(zhuǎn)速（Rotationl Speed）轉(zhuǎn)速是指硬盤盤片每分鐘轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，單位為rpm（Revolutions Per Minute）17平均尋道時間和平均潛伏期平均尋道時間和平均潛伏期l平均尋道時間（平均尋道時間（Average Seek Time）指磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道需要的時間，這是衡量硬盤機械性能的重要指標 l平均潛伏期平均潛伏期 （Average Latency）

7、指當磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道以后，等待指定的數(shù)據(jù)扇區(qū)轉(zhuǎn)動到磁頭下方的時間18平均訪問時間和數(shù)據(jù)傳輸率平均訪問時間和數(shù)據(jù)傳輸率l平均訪問時間（平均訪問時間（Average Access Time） 指從讀/寫指令發(fā)出到第一筆數(shù)據(jù)讀/寫實際開始所用的平均時間l數(shù)據(jù)傳輸率（數(shù)據(jù)傳輸率（Data Transfer Rate ）指硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度，單位為兆字節(jié)每秒（MB/s）19硬盤緩沖區(qū)硬盤緩沖區(qū)l也稱之為緩存（也稱之為緩存（Cache）l緩沖區(qū)的基本作用是平衡內(nèi)部與外部的緩沖區(qū)的基本作用是平衡內(nèi)部與外部的數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率l為了減少主機的等待時間，硬盤會將讀為了減少主機的等待時間，硬盤會將讀取的

8、資料先存入緩沖區(qū)，等全部讀完或取的資料先存入緩沖區(qū)，等全部讀完或緩沖區(qū)填滿后再以接口速率快速向主機緩沖區(qū)填滿后再以接口速率快速向主機發(fā)送發(fā)送n 硬盤的硬件結(jié)構(gòu)硬盤的硬件結(jié)構(gòu) n 硬盤的工作原理硬盤的工作原理n 硬盤的主要參數(shù)硬盤的主要參數(shù) n 硬盤接口介紹硬盤接口介紹 目錄目錄21硬盤的接口種類硬盤的接口種類lIDE（Integrated Drive Electronics） lSCSI（Small Computer System Interface ） lFC（Fibre Channel ） lSATA（Serial ATA ） lSAS（Serial Attached SCSI ） 22I

9、DE接口接口lIDE（Integrated Drive Electronics，電子，電子集成驅(qū)動器）的本意是指把集成驅(qū)動器）的本意是指把“硬盤控制器硬盤控制器”與與“盤體盤體”集成在一起的硬盤驅(qū)動器集成在一起的硬盤驅(qū)動器 l優(yōu)點優(yōu)點價格低廉 兼容性好 23SCSI接口接口lSCSI（Small Computer System Interface，小型計算機系統(tǒng)接口）是一種與小型計算機系統(tǒng)接口）是一種與IDE完全不完全不同的接口，它不是專門為硬盤設(shè)計的，而是同的接口，它不是專門為硬盤設(shè)計的，而是一種總線型的系統(tǒng)接口。一種總線型的系統(tǒng)接口。 l優(yōu)點優(yōu)點適應(yīng)面廣 高性能 同時具備內(nèi)、外置24SAT

10、A接口接口lSATA（串行串行ATA）是一種完全不同于并行）是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤接口類型，由于采用串行的新型硬盤接口類型，由于采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)而得名方式傳輸數(shù)據(jù)而得名l優(yōu)點優(yōu)點一對一連接，獨享帶寬支持熱插拔低電壓信號帶寬升級潛力大25FC接口接口lFC最初是專門為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的最初是專門為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計的l隨著存儲系統(tǒng)對速度的需求，逐漸應(yīng)用到隨著存儲系統(tǒng)對速度的需求，逐漸應(yīng)用到硬盤系統(tǒng)中硬盤系統(tǒng)中l(wèi)優(yōu)點優(yōu)點帶寬高連接距離長連接設(shè)備數(shù)量大26SAS接口接口l和和SATA相同，都是采用串行技術(shù)以獲得更高相同，都是采用串行技術(shù)以獲得更高的傳輸速度，并通過縮短連接線改善內(nèi)部空的傳輸速度，并通過縮短連接線改善內(nèi)部空間間l優(yōu)點優(yōu)