第5章存儲(chǔ)器(硬盤)

第5章存儲(chǔ)器(硬盤)第一頁，共34頁。5.2硬盤認(rèn)識(shí)硬盤驅(qū)動(dòng)器1硬盤結(jié)構(gòu)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(shù)指標(biāo)4了解硬盤故障及維修5教學(xué)目標(biāo)第二頁，共34頁。一、認(rèn)識(shí)硬盤驅(qū)動(dòng)器

硬盤驅(qū)動(dòng)器（HardDiskDriver，HDD）是微機(jī)系統(tǒng)的基本外部存儲(chǔ)器，它的磁盤片是一般是硬質(zhì)合金圓片，并固定安裝在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部，所以簡稱為硬盤。它的存儲(chǔ)容量大，速度快。硬盤至今仍是計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，并隨著存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，其容量由早期的10余MB發(fā)展到現(xiàn)在的幾百GB，使計(jì)算機(jī)具備了海量存儲(chǔ)的能力。第三頁，共34頁。一、認(rèn)識(shí)硬盤驅(qū)動(dòng)器硬盤的特點(diǎn)硬盤的驅(qū)動(dòng)器和盤片是一個(gè)整體，硬盤的存儲(chǔ)介質(zhì)由若干個(gè)涂有磁粉的金屬圓盤片同軸疊加在一起構(gòu)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(zhuǎn)速很快，常見有5400轉(zhuǎn)/分、7200轉(zhuǎn)/分和10000轉(zhuǎn)/分。硬盤是全封閉式，硬盤采用的密封式金屬外殼使硬盤驅(qū)動(dòng)器具備一定的強(qiáng)度，保護(hù)內(nèi)部的其它組件，密封式有助于防止灰塵進(jìn)入硬盤內(nèi)部。第四頁，共34頁。二、硬盤的結(jié)構(gòu)（1）硬盤的結(jié)構(gòu)：硬盤系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)器、適配器和硬盤連接線纜構(gòu)成，其中適配器已集成在主板，所以從外觀上看硬盤由機(jī)械部分（也被稱為頭盤組件HDA）和電子電路部分構(gòu)成。（2）硬盤機(jī)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(qū)動(dòng)臂、主軸電機(jī)、音圈電機(jī)等構(gòu)成。如圖所示硬盤結(jié)構(gòu)圖。第五頁，共34頁。二、硬盤的結(jié)構(gòu)硬盤外觀圖第六頁，共34頁。二、硬盤的外部結(jié)構(gòu)硬盤外觀圖控制電路電源接口跳線數(shù)據(jù)接口第七頁，共34頁。二、硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)磁盤片讀寫磁頭組磁頭驅(qū)動(dòng)臂音圈電機(jī)磁頭伺服機(jī)構(gòu)主軸馬達(dá)第八頁，共34頁。二、硬盤的結(jié)構(gòu)（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(gòu)成一組，固定在主軸電機(jī)上，隨主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。盤片數(shù)量越多，硬盤的容量就越大。通常硬盤的盤片數(shù)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(jié)構(gòu)（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(jī)帶動(dòng)的磁頭驅(qū)動(dòng)臂上。在硬盤工作時(shí)，磁頭組沿盤片徑向運(yùn)動(dòng)，磁頭是與盤片非接觸的，漂浮在盤面上方，如因意外事故導(dǎo)致磁頭降落在盤面上，就可能劃傷盤片，使硬盤出現(xiàn)物理損壞，嚴(yán)重的會(huì)使硬盤報(bào)廢。第十頁，共34頁。二、硬盤的結(jié)構(gòu)（3）主軸電機(jī)主軸電機(jī)是使盤片同步、高速、平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它可以使盤片以5400轉(zhuǎn)/分—10000轉(zhuǎn)/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。目前主流的普通硬盤轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分，而用于服務(wù)器的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)/分以上。第十一頁，共34頁。二、硬盤的結(jié)構(gòu)（4）音圈電機(jī)音圈電機(jī)稱為啟動(dòng)電機(jī)，利用線圈磁場改變移動(dòng)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(shù)據(jù)傳輸和數(shù)模轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)器在加電正常工作后，利用硬盤控制器（HDDController）進(jìn)行初始化工作，使磁頭置于盤片中心位置，然后主軸電機(jī)帶動(dòng)盤片高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭組的磁頭驅(qū)動(dòng)臂移動(dòng)磁頭到盤片表面的0磁道上方，等待指令。當(dāng)接口電路接收到主機(jī)系統(tǒng)傳來的讀寫操作指令后，通過前置放大電路，驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)發(fā)出磁信號(hào)，根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭對盤片數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，并將接收到的數(shù)據(jù)信息解碼，再通過放大電路傳輸?shù)浇涌陔娐罚答伣o主機(jī)系統(tǒng)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(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖信號(hào)，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將這些原始信號(hào)變成電腦可以使用的數(shù)據(jù)，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(nèi)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(zhuǎn)速分類：

4500轉(zhuǎn)、5400轉(zhuǎn)、7200轉(zhuǎn)和萬轉(zhuǎn)。

（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(qū)動(dòng)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(gè)40芯的E-IDE插座，可支持四個(gè)IDE設(shè)備，標(biāo)有Primary的為主插座，標(biāo)有Secondary的為次插座。IDE接口的傳輸模式經(jīng)歷了由PIO模式、DMA模式到UltraDMA模式（簡稱UDMA）三個(gè)階段。目前UltraDMA模式成為主流接口標(biāo)準(zhǔn)。主要有UltraATA33/66/100/133幾種標(biāo)準(zhǔn)，其高達(dá)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?？芍С侄噙_(dá)15個(gè)設(shè)備，傳輸速度較E-IDE更高，其轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)/分以上，被廣泛應(yīng)用在服務(wù)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(qiáng)多媒體設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接性能而設(shè)計(jì)的高速串行總線，傳輸速率可以達(dá)到400Mbps，它的優(yōu)點(diǎn)在于一個(gè)400Mbps的火線通道上支持多達(dá)63個(gè)設(shè)備，即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，支持熱插拔等，但缺點(diǎn)是成本較高，多用于中、高端的視頻處理系統(tǒng)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(dá)到150MB/s，SATA使用了相互干擾小的串行線路進(jìn)行信號(hào)傳輸，信號(hào)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(biāo)準(zhǔn)。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(shù)據(jù)線SATA硬盤數(shù)據(jù)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(xiàn)的通用串行總線，已發(fā)展到2.0版本，其帶寬高達(dá)480Mbps，優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)USB接口理論上可連接多達(dá)127個(gè)USB設(shè)備，支持熱插拔，不占用系統(tǒng)IRQ資源，兼容性強(qiáng)，擴(kuò)展性好，但缺點(diǎn)是設(shè)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(dòng)硬盤USB移動(dòng)硬盤盒第二十三頁，共34頁。五、硬盤的技術(shù)參數(shù)（1）單碟容量是硬盤相當(dāng)重要的參數(shù)之一，一定程度上決定著硬盤的檔次高低。硬盤是由多個(gè)存儲(chǔ)碟片組合而成的，而單碟容量就是一個(gè)存儲(chǔ)碟所能存儲(chǔ)的最大數(shù)據(jù)量。硬盤單碟容量的增加不僅僅可以帶來硬盤總?cè)萘康奶嵘?，而且也有利于生產(chǎn)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(shù)（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在盤片的磁道中），盤片磁道密度（單位面積上的磁道數(shù)）提高，代表著數(shù)據(jù)密度的提高，這樣在硬盤工作時(shí)盤片每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，磁頭所能讀出的數(shù)據(jù)就越多，所以在相同轉(zhuǎn)速的情況下，硬盤單碟容量越大其內(nèi)部數(shù)據(jù)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(shù)也有所提高，這樣硬盤尋道時(shí)間也會(huì)有所下降。

第二十五頁，共34頁。五、硬盤的技術(shù)參數(shù)（2）轉(zhuǎn)速硬盤的轉(zhuǎn)速是指主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也是盤片的轉(zhuǎn)速，單位是（Round/Minute），即每分鐘圈數(shù)。硬盤的主軸轉(zhuǎn)速是決定硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)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(shí)也是區(qū)別硬盤檔次的重要標(biāo)志。常見的硬盤轉(zhuǎn)速有：

5400R/M、7200R/M、

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

它是指硬盤在接收到系統(tǒng)指令后，磁頭從開始移動(dòng)到移動(dòng)至數(shù)據(jù)所在的磁道所花費(fèi)時(shí)間的平均值，它一定程度上體現(xiàn)硬盤讀取數(shù)據(jù)的能力，是影響硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的重要參數(shù)，單位為毫秒（ms）。現(xiàn)今主流的硬盤產(chǎn)品平均尋道時(shí)間都在在9ms左右。

第二十七頁，共34頁。五、硬盤的技術(shù)參數(shù)（4）平均潛伏時(shí)間

指當(dāng)磁頭移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在的磁道后，然后等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到磁頭下的時(shí)間，一般在2ms－6ms之間。

第二十八頁，共34頁。五、硬盤的技術(shù)參數(shù)平均訪問時(shí)間指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時(shí)間，通常是平均尋道時(shí)間和平均潛伏時(shí)間之和。最能夠代表硬盤找到某一數(shù)據(jù)所用的時(shí)間，越短的平均訪問時(shí)間越好，一般在11ms－18ms之間。注意：現(xiàn)在不少硬盤廣告之中所說的平均訪問時(shí)間大部分都是用平均尋道時(shí)間所代替的。第二十九頁，共34頁。五、硬盤的技術(shù)參數(shù)（5）數(shù)據(jù)傳輸率：根據(jù)數(shù)據(jù)交接方的不同又分外部與內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率。內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率是指磁頭與緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，外部數(shù)據(jù)傳輸率是指緩沖區(qū)與主機(jī)(即內(nèi)存)之間的數(shù)據(jù)傳輸率。外部數(shù)據(jù)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(dá)133MB/s，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率則是硬盤的真正數(shù)據(jù)傳輸能力，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率遠(yuǎn)小于外部數(shù)據(jù)傳輸率。第三十頁，共34頁。五、硬盤的技術(shù)參數(shù)（6）緩存容量：是指硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)高速緩沖存儲(chǔ)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(nèi)存慢，內(nèi)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(shí)間

100-150萬小時(shí)