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文檔簡介

全面的硬盤學(xué)問硬盤,英文“hard-disk”HD。是一種儲存量巨大的設(shè)備,作用是儲存計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)需要的數(shù)據(jù)。S.M.A.R.T.1956IBM公司制造出世界上第一塊硬盤350RAMAC〔RandomAccessMethodofAccountingandControl〕,5MB、盤片直徑為2450有磁頭移動著存儲數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)存取。1970年磁盤誕生1973IBM640MB“溫徹斯特”以飛速的旋轉(zhuǎn),但有好幾十公斤重。1975Soft-adjacentlayer〔軟接近層〕MR磁頭構(gòu)造產(chǎn)生1979IBM制造了薄膜磁頭,這意味著硬盤可以變的很小,速度可以更快,同體積下硬盤可以更大。1979IBM3370誕生,它是第一款承受thin-film感應(yīng)磁頭及Run-Length-Limited(RLL)編碼配置的硬盤,“2-7“RLL編碼將能減小硬盤錯(cuò)誤1986IBM93321-7run-length-limited(RLL代碼的硬盤。1989MR磁頭消滅1991IBMMR〔MagnetoResistive)G的硬G級時(shí)代。1993GMR(巨磁阻磁頭技術(shù))推出,這使硬盤的存儲密度又上了一個(gè)臺階。生疏硬盤〔如:Windows9xWindows2k…〕及全部的應(yīng)用軟件〔如:Dreamwaver、Flash、Photoshop…〕等都是位系,請見下文。一、硬盤的歷史與進(jìn)展RAMAC15GB多的硬盤,硬盤也經(jīng)受了幾代的進(jìn)展,下面就介紹一下其歷史及進(jìn)展。1.19569IBM的一個(gè)工程小組向世界呈現(xiàn)了第一臺磁盤存儲系統(tǒng)IBMRAMAC〔RandomAccessMethodofAccountingandControl〕,其磁頭可以5MB5024英寸的磁盤,這些盤片外表涂有一層磁性物質(zhì),它們被疊起來固定在一起,圍著同一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。此款RAMAC在那時(shí)主要用于飛機(jī)預(yù)約、自動銀行、醫(yī)學(xué)診斷及太空領(lǐng)域內(nèi)。2.1968IBM公司首次提出“溫徹斯特/Winchester”技術(shù),探討對硬盤技術(shù)做重“溫徹斯特””,這也是現(xiàn)代絕大多數(shù)硬盤的原型。3.1973IBM公司制造出第一臺承受“溫徹期特”技術(shù)的硬盤,從今硬盤技術(shù)的進(jìn)展有了正確的構(gòu)造根底。4.1979年,IBM再次制造了薄膜磁頭,為進(jìn)一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度供給了可能。5.80年月末期IBM對硬盤進(jìn)展的又一項(xiàng)重大奉獻(xiàn),即制造了MR〔MagnetoResistive)磁阻,這種磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)對信號變化相當(dāng)敏感,使得盤片的存儲20MB每英寸提高了數(shù)十倍。6.1991IBM3.5英寸的硬盤使用了MR磁頭,使硬盤的容量首次到達(dá)1GB,從今硬盤容量開頭進(jìn)入了GB數(shù)量級。7.199997日,Maxtor10.2GBATA而把硬盤的容量引入了一個(gè)里程碑。8.2023223日,希捷公布了轉(zhuǎn)速高達(dá)15,000RPMCheetahX15系列硬盤,其平均尋道時(shí)間只有3.9ms,這可算是目前世界上最快的硬盤了,同時(shí)它也是到目前為止轉(zhuǎn)速最高的硬盤;其性能相當(dāng)于閱讀一整部Shakespeare只花.15秒。此系列產(chǎn)品的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)48MB/s,數(shù)據(jù)緩存為4~16MB,支Ultra160/mSCSIFibreChannel(光纖通道),這將硬盤外部數(shù)據(jù)傳輸率提高到了160MB~200MB/s??偟脕碚f,希捷的此款〔“捷豹“〕CheetahX15系列將硬盤的性能提高到了一個(gè)的里程碑。9.2023316“玻璃硬盤”IBMDeskstar75GXP及Deskstar40GV,此兩款硬盤均使用玻璃取代傳統(tǒng)的在高轉(zhuǎn)速時(shí)具有更高的穩(wěn)定性。此外Deskstar75GXP系列產(chǎn)品的最高容量達(dá)75GB,這是目前最大容量的硬盤,而Deskstar40GV的數(shù)據(jù)存儲密度則高達(dá)十億數(shù)據(jù)位/每平方英寸,這再次涮數(shù)據(jù)存儲密度世界記錄。二、硬盤分類及局部袖珍周密儀器中,現(xiàn)在臺式機(jī)中常用3.5英寸的盤片〕;假設(shè)按硬盤與電腦之間的數(shù)據(jù)接口,可分為兩大類:IDESCSI接口硬盤兩大陣營。三、技術(shù)規(guī)格目前臺式機(jī)中硬盤的外形差不了多少,在技術(shù)規(guī)格上有幾項(xiàng)重要的指標(biāo):平均尋道時(shí)間〔averageseektime〕,指硬盤磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道時(shí)所用的時(shí)間,單位為毫秒〔ms〕。留意它與平均訪問時(shí)間的差異,平均尋道時(shí)間固然9ms的產(chǎn)品。平均埋伏期〔averagelatency〕,指當(dāng)磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道后,然后等待所要的數(shù)據(jù)塊連續(xù)轉(zhuǎn)動〔半圈或多些、少些〕到磁頭下的時(shí)間,單位為毫秒〔ms〕。道至道時(shí)間〔singletrackseek〕,指磁頭從一磁道轉(zhuǎn)移至另一磁道的時(shí)間,單位為毫秒〔ms〕。全程訪問時(shí)間〔maxfullseek〕,指磁頭開頭移動直到最終找到所需要的數(shù)據(jù)塊所用的全部時(shí)間,單位為毫秒〔ms〕。平均訪問時(shí)間〔averageaccess〕,指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時(shí)間,單位為所說的平均訪問時(shí)間大局部都是用平均尋道時(shí)間所代替的。最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率〔internaldatatransferrate〕,也叫持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率〔sustainedtransferrate〕,Mb/S〔留意與MB/S之間的差異〕。它指磁〔指同一磁道上的數(shù)據(jù)間隔度Mb/S或Mbps為單位,這是兆位/秒的意思,假設(shè)需要轉(zhuǎn)換成MB/S〔兆字節(jié)/秒〕,就必需將Mbps8〔8位數(shù)〕。例如,WD36400硬盤給出的最大內(nèi)部數(shù)131Mbps,MB/S16.37MB/s〔131/8〕。外部數(shù)據(jù)傳輸率:通稱突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率〔burstdatatransferrate〕,指從硬盤MB/SUltraATA/66,它的最大外部數(shù)據(jù)率即為66.7MB/sSCSIUltra160/mSCSI接口標(biāo)準(zhǔn),其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)160MB/s,承受FibraChannel〔光纖通道〕,最大外部數(shù)據(jù)傳輸將可達(dá)200MB/s。在廣告中我們有時(shí)能看到說雙Ultra160/mSCSI的接口,這理論上將最大外部數(shù)據(jù)傳輸率提高到了320MB/s,但目前似乎還沒有結(jié)合有此接口的產(chǎn)品推出。主軸轉(zhuǎn)速:是指硬盤內(nèi)主軸的轉(zhuǎn)動速度,目前ATA〔IDE〕硬盤的主軸轉(zhuǎn)速一5400~7200rpm7200RPMSCSI硬盤的主軸轉(zhuǎn)7200~10,000RPM,而最高轉(zhuǎn)速的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速高達(dá)15,000RPM〔即希捷“捷豹X15”系列硬盤〕。數(shù)據(jù)緩存:指在硬盤內(nèi)部的高速存儲器:目前硬盤的高速緩存一般為512KB~2MB,目前主流ATA2MBSCSI硬盤中16MB時(shí)具有很大的優(yōu)勢。硬盤外表溫度:它是指硬盤工作時(shí)產(chǎn)生的溫度使硬盤密封殼溫度上升狀況。生的溫度過高將影響薄膜式磁頭(包括GMR磁頭)的數(shù)據(jù)讀取靈敏度,因此硬盤工作外表溫度較低的硬盤有更好的數(shù)據(jù)讀、寫穩(wěn)定性。假設(shè)對于高轉(zhuǎn)速的SCSI11.MTBF〔連續(xù)無故障時(shí)間〕:它指硬盤從開頭運(yùn)行到消滅故障的最長時(shí)間,單位是小時(shí)。一般硬盤的MTBF3000040000小時(shí)。這項(xiàng)指標(biāo)在一般硬盤的公司網(wǎng)址中查詢。四、接口標(biāo)準(zhǔn)ATA接口,這是目前臺式機(jī)硬盤中一般承受的接口類型。ST-506/412接口:ST-506及ST-412。ST-506接口使用起來相當(dāng)簡便,它不需要任何特別的電纜及接頭,1987年左右這種接口就根本上被淘汰了,200MBIBMPC/XT和PC/AT機(jī)器ST-506/412MFM硬盤,MFM〔ModifiedFrequencyModulation〕ESDI接口:即〔EnhancedSmallDriveInterface〕1983年開發(fā)的。ST-5062…410Mbps。但其本錢較高,與后來產(chǎn)IDE接口相比無優(yōu)勢可言,因此在九十年月后就補(bǔ)淘汰了IDEEIDE接口:IDE〔IntegratedDriveElectronics〕的本意實(shí)際上是指把把握器與盤體集成在一IDE接口,也叫ATA〔AdvancedTechnologyAttachment〕接口,現(xiàn)在PCIDE兼容的,只需用一根電纜將它們與主板或接口卡連起來就可以了。把盤體與把握器集成在一起的器兼容,對用戶而言,硬盤安裝起來也更為便利。ATA-1(IDE):ATAIDE標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱,IDE實(shí)際上是指連在硬盤接口的硬盤本身。ATA在主板上有一個(gè)插口,支持一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備,每個(gè)設(shè)備的最大容504MB,ATA最早支持的PIO-0〔ProgrammedI/O-0〕3.3MB/s,ATA-13PIO4DMA模式〔沒有得到實(shí)際應(yīng)用〕,ATA-2,你需要安裝一個(gè)EIDE適配卡。ATA-2〔EIDEEnhancedIDE/FastATA〕:ATA-12PIO2DMA模式,把最高傳輸率提16.7MB/sLBABIOS固有504MB8.1GBATA-2,則可以在CMOS設(shè)置中找到〔LBA,LogicalBlockAddress〕或〔CHS,Cylinder,Head,Sector〕設(shè)備,兩個(gè)插口也分為主插口和從插口。通??蓪⒆羁斓挠脖P和CD—ROM放置486及早期的Pentium電腦是必要的,這樣可以使主插口連在快速的PCI總線上,而從插ISA總線上。ATA-3(FastATA-2):這個(gè)版本支持PIO-4,沒有增加更高速度的工作模式〔即仍為16.7MB/s),但引入了簡潔的密碼保護(hù)的安全方案,對電源治理方案進(jìn)展了修改,引入了S.M.A.R.T(Self-Monitoring,AnalysisandReportingTechnology,自監(jiān)測、分析和報(bào)告技術(shù))ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66):PIO-4下的最大數(shù)據(jù)傳輸率提高了一倍,到達(dá)33MB/s,或更高的66MB/sPC的DMA通道削減了CPUUltra-ATA,需要一個(gè)空閑的PCIUltraATAISA擴(kuò)展槽上,則該設(shè)備不行能到達(dá)其最大傳輸率,由于ISA總線8MB/s。其中的UltraATA/66〔UltraDMA/66〕是目前主流桌面硬盤承受的接口類型,其支持最大外部數(shù)據(jù)傳輸率為66.7MB/s。SerialATA:SerialATA〔即串行ATA〕,是英特爾公司在今年IDF〔IntelDeveloperForum,英特爾開發(fā)者論壇〕1位數(shù)據(jù)〔1針發(fā)ATA-100SerialATA是初始規(guī)格,它支持的最大外部100MB/s,上面介紹的那兩款I(lǐng)BMDeskstar75GXP及Deskstar40GV就是第一次承受此ATA-1002023年其次季度將推出SerialATA1x150MB/s的數(shù)據(jù)傳輸率。對于SerialATA接口,一臺電腦同時(shí)掛接兩個(gè)硬盤就沒有主、從盤之分了,各設(shè)備對電腦主機(jī)來Master,這樣我們可省了不少跳線功夫。SCSI接口:SCSISmallComputerSystemInterface(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口),它最早PCSCSISCSI-1和SCSI-2(SCSIWide與SCSIWindFast)SCSI-3,不過SCSI-2是目SCSI版本。SCSIZIPMO磁帶機(jī)、JAZ、打印機(jī)、光盤刻錄機(jī)等設(shè)備上。它的優(yōu)點(diǎn)格外多主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn):1SCSI15個(gè),而全部這些設(shè)備IRQIDE15個(gè)外設(shè)的限制。2、多任務(wù);不像IDE,SCSI允許對一個(gè)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí),另一個(gè)設(shè)備對其進(jìn)展數(shù)據(jù)查找。這將在多任務(wù)操作系統(tǒng)如Linux、WindowsNT中獲得更高的性能。3SCSI總線有160MB/sUltra160/sSCSI;這意味著你的硬盤傳輸率最高將達(dá)160MB/s(固然這是理論上的,實(shí)際應(yīng)用中可能會低一點(diǎn))。4CPU占用率SCSI到現(xiàn)在Ultra160/mSCSI,SCSI接口具有如下幾個(gè)進(jìn)展階段1、SCSI-1—最早SCSI是于1979年由美國的Shugart公司〔Seagate希捷公司的前身〕1986ANSI〔美國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會〕成認(rèn)的SASI(ShugartAssociatesSystemInterface施加特聯(lián)合系統(tǒng)接口)SCSI-1,它的特點(diǎn)是,支持同步和異步SCSI7臺85MB/S;支持WORM外圍設(shè)備。2、SCSI-2—90年月初〔1992年〕,SCSISCSI-2,當(dāng)時(shí)的SCSI-2產(chǎn)品〔通稱為FastSCSI〕是能過提高同步傳輸時(shí)的頻率使數(shù)據(jù)傳輸率10MB/S,8位的并行數(shù)據(jù)傳輸稱為:NarrowSCSI;后來消滅了16位的并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)腤ideSCSI,20MB/S。3SCSI-3—1995年推出了SCSI-3UltraSCSSCSI-3ParallelInterface〔20M/S〕它承受了同步傳輸時(shí)鐘頻率提高到20MHZ16位傳輸?shù)腤ide40MB/s1.5米。4、1997Ultra2SCSI(Fast-40),其承受了LVD〔LowVoltageDifferential,低電平微分〕傳輸模式,16位的Ultra2SCSI(LVD)接口的最高傳輸速率可達(dá)80MB/S,允許接口電纜的最長為12米,大大增加了設(shè)備的靈敏性。5、19989月更高的數(shù)據(jù)傳輸率的Ultra160/mSCSI(WideFast-80)規(guī)格160MB/s,這將給電腦系統(tǒng)帶來更高的系統(tǒng)性能?,F(xiàn)有最流行的串行硬盤技術(shù)INTEL915ICH6-MICH6SATA〔ATA,以下簡稱SATA〕和PCI-EPATA〔ATA,以下簡稱PATA〕來連接硬盤,SATA的消滅無疑是一項(xiàng)硬盤接口的革命。而如今隨著INTEL的樂觀推動,筆記本也開頭邁入SATA的陣營。關(guān)于SATA的優(yōu)勢,筆者信任諸位也都有了解。確實(shí),比起PATA,SATA有著SATA有著更深入的了解。另外由于本文主要針對筆記本和臺RAID等技術(shù)不在本文爭論范圍之內(nèi)。串行通信和并行通信再進(jìn)展具體的介紹之前,我們先了解一下串行通信和并行通信的特點(diǎn)。AB之間的信號交換僅用了兩根信號線和一根地線就完成了。這樣,在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi),二個(gè)bit的數(shù)據(jù)就會被傳輸〔每個(gè)方向一個(gè)bit,全雙工〕,假設(shè)能時(shí)鐘頻率足夠高,那么數(shù)據(jù)的傳輸速度就會足夠快。鐘內(nèi)只有一個(gè)bit被傳輸〔半雙工〕,我們也同樣可以提高時(shí)鐘頻率來提升其速度。線在一個(gè)時(shí)鐘周期里傳送更多的bit。以以下圖中,數(shù)據(jù)線已經(jīng)不是一條或者是兩條,88bitPCI32bit的數(shù)據(jù)。的傳輸技術(shù)是先進(jìn)還是落后。PATA接口的速度我們知道,ATA-3333MB/S,ATA-100的速度是100MB/S。那這個(gè)速度是如何計(jì)算出來的呢?首先,我們需要知道總線上的時(shí)鐘頻率,比方ATA-100是25MHz,PATA的并1616bit的數(shù)據(jù)。而ATA-66以上的標(biāo)準(zhǔn)為了降低總線本身的頻率,PATA被設(shè)計(jì)成在時(shí)鐘的上下沿都能傳輸數(shù)據(jù)〔類似DDR的原理〕,32bit。ATA-100的速度為:25M*16bit*2=800Mbps=100MByte/s。PATA的局限性ATA接口日益漸漸暴露出一些設(shè)計(jì)上的缺陷,其中最致命的莫過于并行線路的信號干擾問題。那各信號線之間是如何干擾的呢?1,首先是信號的反射現(xiàn)象。從南橋發(fā)出的PATA信號,通過扁長的信號線到達(dá)〔PATA。PATA硬盤后不行避開的會發(fā)生反性被破壞,引起承受端誤判。所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,都必需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路來保證信號的完整性。我們看到,從南橋發(fā)出的PATA信號一般都需要經(jīng)過一個(gè)排阻才發(fā)送到

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