第5章存儲器(硬盤)

第5章存儲器(硬盤)第一頁，共34頁。5.2硬盤認識硬盤驅動器1硬盤結構及工作原理2了解硬盤的分類及接口類型3掌握硬盤的技術指標4了解硬盤故障及維修5教學目標第二頁，共34頁。一、認識硬盤驅動器

硬盤驅動器（HardDiskDriver，HDD）是微機系統的基本外部存儲器，它的磁盤片是一般是硬質合金圓片，并固定安裝在驅動器內部，所以簡稱為硬盤。它的存儲容量大，速度快。硬盤至今仍是計算機的標準配置，并隨著存儲技術的發(fā)展，其容量由早期的10余MB發(fā)展到現在的幾百GB，使計算機具備了海量存儲的能力。第三頁，共34頁。一、認識硬盤驅動器硬盤的特點硬盤的驅動器和盤片是一個整體，硬盤的存儲介質由若干個涂有磁粉的金屬圓盤片同軸疊加在一起構成，硬盤的磁頭組與盤片是非接觸式，磁頭是漂浮在盤片上方的，因而硬盤的轉速很快，常見有5400轉/分、7200轉/分和10000轉/分。硬盤是全封閉式，硬盤采用的密封式金屬外殼使硬盤驅動器具備一定的強度，保護內部的其它組件，密封式有助于防止灰塵進入硬盤內部。第四頁，共34頁。二、硬盤的結構（1）硬盤的結構：硬盤系統由驅動器、適配器和硬盤連接線纜構成，其中適配器已集成在主板，所以從外觀上看硬盤由機械部分（也被稱為頭盤組件HDA）和電子電路部分構成。（2）硬盤機械部分的組成：主要由密封式金屬外殼、硬盤片、讀寫磁頭組、磁頭驅動臂、主軸電機、音圈電機等構成。如圖所示硬盤結構圖。第五頁，共34頁。二、硬盤的結構硬盤外觀圖第六頁，共34頁。二、硬盤的外部結構硬盤外觀圖控制電路電源接口跳線數據接口第七頁，共34頁。二、硬盤的內部結構磁盤片讀寫磁頭組磁頭驅動臂音圈電機磁頭伺服機構主軸馬達第八頁，共34頁。二、硬盤的結構（1）硬盤的磁盤片盤片是由多張上下兩面涂有磁性氧化鐵的金屬圓盤片構成一組，固定在主軸電機上，隨主軸電機轉動。盤片數量越多，硬盤的容量就越大。通常硬盤的盤片數量在三片左右，因此提高硬盤單碟容量是提高硬盤總體容量行之有效的辦法。第九頁，共34頁。二、硬盤的結構（2）讀寫磁頭組讀寫磁頭組是由每張盤片上下兩面的磁頭組成，并被固定在由音圈電機帶動的磁頭驅動臂上。在硬盤工作時，磁頭組沿盤片徑向運動，磁頭是與盤片非接觸的，漂浮在盤面上方，如因意外事故導致磁頭降落在盤面上，就可能劃傷盤片，使硬盤出現物理損壞，嚴重的會使硬盤報廢。第十頁，共34頁。二、硬盤的結構（3）主軸電機主軸電機是使盤片同步、高速、平穩(wěn)旋轉的驅動電機，它可以使盤片以5400轉/分—10000轉/分的速度轉動。目前主流的普通硬盤轉速為7200轉/分，而用于服務器的SCSI硬盤轉速在10000轉/分以上。第十一頁，共34頁。二、硬盤的結構（4）音圈電機音圈電機稱為啟動電機，利用線圈磁場改變移動并定位磁頭到指定盤片的磁道位置。（5）硬盤的控制電路用于對硬盤的控制、數據傳輸和數模轉換等，并提供硬盤與主板的接口，如IDE或SCSI接口。第十二頁，共34頁。三、硬盤的工作原理硬盤驅動器在加電正常工作后，利用硬盤控制器（HDDController）進行初始化工作，使磁頭置于盤片中心位置，然后主軸電機帶動盤片高速旋轉，裝載磁頭組的磁頭驅動臂移動磁頭到盤片表面的0磁道上方，等待指令。當接口電路接收到主機系統傳來的讀寫操作指令后，通過前置放大電路，驅動音圈電機發(fā)出磁信號，根據感應阻值變化的磁頭對盤片數據進行定位，并將接收到的數據信息解碼，再通過放大電路傳輸到接口電路，反饋給主機系統完成指令操作。第十三頁，共34頁。三、硬盤的工作原理硬盤的工作原理是利用特定的磁粒子的極性來記錄數據。磁頭在讀取數據時，將磁粒子的不同極性轉換成不同的電脈沖信號，再利用數據轉換器將這些原始信號變成電腦可以使用的數據，寫的操作正好與此相反。視頻：硬盤工作過程第十四頁，共34頁。四、硬盤的分類及接口（1）硬盤可按安裝位置分類內置式外置式（2）硬盤的接口類型：

◎IDE接口

◎

SCSI接口

◎SATA接口

◎

IEEE1394接口

◎

USB接口第十五頁，共34頁。四、硬盤的分類及接口（3）按硬盤尺寸大小分類

1.8英寸、2.5英寸、

3.5英寸、5.25英寸。

（4）按硬盤轉速分類：

4500轉、5400轉、7200轉和萬轉。

（5）按硬盤緩存分為：

2M、8M、16M。第十六頁，共34頁。硬盤的接口IDE接口：

IDE（IntegratedDriveElectronics）叫集成驅動器電子接口，也被稱為ATA接口，是硬盤主要的接口類型，，通常主板上的有兩個40芯的E-IDE插座，可支持四個IDE設備，標有Primary的為主插座，標有Secondary的為次插座。IDE接口的傳輸模式經歷了由PIO模式、DMA模式到UltraDMA模式（簡稱UDMA）三個階段。目前UltraDMA模式成為主流接口標準。主要有UltraATA33/66/100/133幾種標準，其高達傳輸速度每秒133MB。第十七頁，共34頁。硬盤的接口SCSI接口：與IDE接口從外觀就可區(qū)別，普通SCSI接口采用50芯扁平線纜，16位SCSI接口采用了68芯的扁平線纜。SCSI接口通常可支持多達15個設備，傳輸速度較E-IDE更高，其轉速在10000轉/分以上，被廣泛應用在服務器的硬盤接口上。第十八頁，共34頁。硬盤的接口IEEE1394接口：是為增強多媒體設備與計算機連接性能而設計的高速串行總線，傳輸速率可以達到400Mbps，它的優(yōu)點在于一個400Mbps的火線通道上支持多達63個設備，即時數據傳輸，支持熱插拔等，但缺點是成本較高，多用于中、高端的視頻處理系統中。第十九頁，共34頁。硬盤的接口SATA接口：Serial-ATA被稱為串行接口，是一種較新的硬盤接口方式，它的傳輸速率達到150MB/s，SATA使用了相互干擾小的串行線路進行信號傳輸，信號的清晰度較IDE更高，所以其工作頻率能夠提升較高。SATA接口方式正在成為硬盤的接口標準。SATA1.0傳輸速度為150MB/SSATA2.0傳輸速度為300MB/S第二十頁，共34頁。硬盤的接口SATA硬盤數據線SATA硬盤數據線連接第二十一頁，共34頁。硬盤的接口USB接口：是在1994年出現的通用串行總線，已發(fā)展到2.0版本，其帶寬高達480Mbps，優(yōu)點是一個USB接口理論上可連接多達127個USB設備，支持熱插拔，不占用系統IRQ資源，兼容性強，擴展性好，但缺點是設備間通信效率較低，連接線纜長度較短。第二十二頁，共34頁。硬盤的接口USB移動硬盤USB移動硬盤盒第二十三頁，共34頁。五、硬盤的技術參數（1）單碟容量是硬盤相當重要的參數之一，一定程度上決定著硬盤的檔次高低。硬盤是由多個存儲碟片組合而成的，而單碟容量就是一個存儲碟所能存儲的最大數據量。硬盤單碟容量的增加不僅僅可以帶來硬盤總容量的提升，而且也有利于生產成本的控制，提高硬盤工作的穩(wěn)定性。第二十四頁，共34頁。在同等條件下，單碟容量的增加意味著要在同樣大小的盤片上建立更多的磁道數（數據存儲在盤片的磁道中），盤片磁道密度（單位面積上的磁道數）提高，代表著數據密度的提高，這樣在硬盤工作時盤片每轉動一周，磁頭所能讀出的數據就越多，所以在相同轉速的情況下，硬盤單碟容量越大其內部數據傳輸速率就越快。另外單碟容量的提高使單位面積上的磁道條數也有所提高，這樣硬盤尋道時間也會有所下降。

第二十五頁，共34頁。五、硬盤的技術參數（2）轉速硬盤的轉速是指主軸電機的轉速，也是盤片的轉速，單位是（Round/Minute），即每分鐘圈數。硬盤的主軸轉速是決定硬盤內部數據傳輸率的決定因素之一，它在很大程度上決定了硬盤的速度，同時也是區(qū)別硬盤檔次的重要標志。常見的硬盤轉速有：

5400R/M、7200R/M、

10000R/M、15000R/M第二十六頁，共34頁。五、硬盤的技術參數（3）平均尋道時間

它是指硬盤在接收到系統指令后，磁頭從開始移動到移動至數據所在的磁道所花費時間的平均值，它一定程度上體現硬盤讀取數據的能力，是影響硬盤內部數據傳輸率的重要參數，單位為毫秒（ms）?，F今主流的硬盤產品平均尋道時間都在在9ms左右。

第二十七頁，共34頁。五、硬盤的技術參數（4）平均潛伏時間

指當磁頭移動到數據所在的磁道后，然后等待所要的數據塊繼續(xù)轉動到磁頭下的時間，一般在2ms－6ms之間。

第二十八頁，共34頁。五、硬盤的技術參數平均訪問時間指磁頭找到指定數據的平均時間，通常是平均尋道時間和平均潛伏時間之和。最能夠代表硬盤找到某一數據所用的時間，越短的平均訪問時間越好，一般在11ms－18ms之間。注意：現在不少硬盤廣告之中所說的平均訪問時間大部分都是用平均尋道時間所代替的。第二十九頁，共34頁。五、硬盤的技術參數（5）數據傳輸率：根據數據交接方的不同又分外部與內部數據傳輸率。內部數據傳輸率是指磁頭與緩沖區(qū)之間的數據傳輸率，外部數據傳輸率是指緩沖區(qū)與主機(即內存)之間的數據傳輸率。外部數據傳輸率上限取決于硬盤的接口，目前流行的UltraATA-133接口即代表外部DTR最高理論值可達133MB/s，內部數據傳輸率則是硬盤的真正數據傳輸能力，內部數據傳輸率遠小于外部數據傳輸率。第三十頁，共34頁。五、硬盤的技術參數（6）緩存容量：是指硬盤內部數據高速緩沖存儲器的大小，如512KB、1MB、2MB、8M等。用以提高硬盤的讀寫速度，硬盤的讀寫速度速度比內存慢，內存比CPU慢，因此需要高速緩存來緩解各環(huán)節(jié)速度不匹配的問題。（7）平均無故障時間

100-150萬小時