Tech 济南铁道职业技术学院计算机组装与维护技术计算机组装与维护技术信息工程系 匡桂阳第第7 7章章 硬盘驱动器硬盘驱动器v硬盘驱动器简称硬盘，是微机中最常使用的外部存储设备，它具有比其他外部存储器大得多的存储容量和快得多的存取速度等优点。v硬盘的存储介质是若干个钢性磁盘片，硬盘由此得名。硬盘驱动器7.1 硬盘驱动器的分类1按盘径尺寸分类v目前的硬盘产品按内部盘径尺寸分为5.25in、3.5in、2.5in、1.8in、1in等几种。v其中，5.25in硬盘已经退出市场；3.5in硬盘主要用在台式机中；2.5in硬盘主要用在笔记本电脑中；1.8in和1in硬盘主要用在小型笔记本电脑、PDA、MP3、CF卡中，被称为微硬盘。硬盘驱动器2按接口类型分类（1）IDE接口vIDE是智能驱动设备（Intelligent Drive Electronics）或集成驱动设备（Integrated Drive Electronics）的缩写。IDE接口是一个集成存储设备的接口，通过它，控制器被集成在硬盘驱动器或光盘驱动器中。vIDE接口硬盘采用ATA（Advanced Technology Attachment）规范，因此一般也称IDE硬盘为ATA硬盘。7.1 硬盘驱动器的分类硬盘驱动器（2）Serial ATA（简称SATA）接口 v2000年Intel发布SATA接口技术，现在SATA硬盘已经逐渐取代了传统的PATA硬盘，成为市场上的主流。SATA预计生命期为10年，计划推出3代产品。SATA 1.0数据传输速率的有效带宽峰值为150MB/s。SATA 2.0标准的数据传输速率为300MB/s。SATA 3.0标准的数据传输速率为600MB/s。目前硬盘实际应用的最新SATA版本是SATA 2.5。 7.1 硬盘驱动器的分类硬盘驱动器（3）SCSI接口 vSCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）7.1 硬盘驱动器的分类硬盘驱动器3按存储技术分类v传统的硬盘采用IBM的温彻斯特（Winchester）技术,称“温盘”。v新型的硬盘采用半导体存储技术，即固态硬盘（Solid-State Disk，SSD）7.1 硬盘驱动器的分类硬盘驱动器7.2 7.2 硬盘驱动器的结构硬盘驱动器的结构自从IBM于1956年9月向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350之后，半个世纪以来，硬盘的温彻斯特（Winchester）结构一直没有改变。本章主要介绍温彻斯特硬盘。1硬盘的外部结构v从外观上看，硬盘由电源接口、数据接口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔等组成，相同类型的硬盘结构都是相似的。硬盘驱动器（1）电源接口 电源接口与主机电源相连，为硬盘工作提供能源。IDE硬盘的电源接口为4针接口，而SATA硬盘的电源接口为15针。显然，现有的ATX电源没有这类电源插头，通常需要采用SATA电源转接线与传统电源线转接，如图7-7所示。 7.2 7.2 硬盘驱动器的结构硬盘驱动器的结构硬盘驱动器（2）数据接口（3）控制电路板（4）固定盖板（5）安装螺孔7.2 7.2 硬盘驱动器的结构硬盘驱动器的结构硬盘驱动器2硬盘的内部结构v硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、盘头组件、接口及附件等几大部分组成。v盘头组件（Hard Disk Assembly，HAD）是构成硬盘的核心，封装在硬盘的净化腔体内，包括浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片及主轴驱动机构、前置读写控制电路等。7.2 7.2 硬盘驱动器的结构硬盘驱动器的结构硬盘驱动器7.3 7.3 硬盘驱动器的基本工作原理硬盘驱动器的基本工作原理v整个硬盘系统由硬盘驱动器、硬盘适配器及连接电缆3部分组成。v硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心位置，初始化完成后主轴电动机将启动并以高速旋转，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待指令的启动状态。当接口电路接收到微机系统传来的指令信号，通过前置放大控制电路，驱动音圈电动机发出信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。结束硬盘操作后的断电状态是在反力矩弹簧的作用下使浮动磁头驻留到盘面中心实现的。v盘片的每个记录表面设有一个读写磁头，整个磁头组件由相应的驱动机构带动并可沿径向移动。硬盘与软盘一样，盘片上记录信息的圆形轨迹称为磁道，每个磁道分为多个扇区。由于硬盘由多个盘片构成，因此各个盘片上半径相同的所有磁道处于同一个圆柱面上，从而引进了硬盘柱面的概念。硬盘驱动器1容量v硬盘容量的单位为GB。目前，主流硬盘容量一般为160250GB，最大的桌面硬盘容量为1TB(1000GB)。2转速v硬盘的转速与硬盘性能关系非常大，转速是指带动碟片转动的主轴转动的速度。目前ATA和SATA硬盘的主轴转速一般为540010000r/min，主流硬盘的转速为7200r/min。7.4 7.4 硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器3缓存硬盘缓存的容量通常为2MB、8MB、16MB或更大。v理论上硬盘上的缓存越大越好，但测试发现，由于日常应用时对硬盘的读写并非那么频繁，需要暂存的数据并不是很多，8MB已经可以基本满足硬盘的需要。大的缓存对延长硬盘的寿命有一定的好处。7.4 7.4 硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器4接口v硬盘的数据接口主要有ATA（也称PATA）和SATA。目前最新接口是SATA 2.5版本。5平均寻道时间（average seek time）v平均寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间，单位为ms。注意它与平均访问时间的差别。平均寻道时间当然是越小越好，现在选购硬盘时应该选择平均寻道时间低于9ms的产品。6平均潜伏期（average latency）v平均潜伏期是指当磁头移动到数据所在的磁道后，等待所要的数据块继续转动（半圈或多些、少些）到磁头下的时间，单位为ms。7.4 7.4 硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器7单磁道时间（single track seek）v单磁道时间是指磁头从一磁道转移至另一磁道的时间，单位为ms。8全程访问时间（max full seek）v全程访问时间是指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的全部时间，单位为ms。9平均访问时间（average access）v平均访问时间是指磁头找到指定数据的平均时间，通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和，单位为ms。注意，现在不少硬盘广告中所说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时间代替的。7.4 7.4 硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器10最大内部数据传输率（maximum internal data transfer rate）v最大内部数据传输率也叫持续数据传输率（sustained transfer rate），单位为Mbit/s（注意与MB/s之间的差别）。它是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度（指同一磁道上的数据间隔度）。注意，在这项指标中常常使用Mbit/s（兆位/秒）为单位，如果需要转换成MB/s，就必须将Mbit/s数据除以8（1B=8bit）。例如，某硬盘给出的最大内部数据传输率为131Mbit/s，但如果按MB/s计算就只有16.37MB/s。7.4 7.4 硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器11外部数据传输率（external transfer rate）v是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，单位为MB/s。v目前主流硬盘普通采用的是Ultra ATA/100，它的最大外部数据率即为100MB/s。而在SCSI硬盘中，采用最新的Ultra 320 SCSI接口标准，其数据传输率可达320MB/s。v内部数据传输率与外部数据传输率的关系如图7-10所示。由于外部数据传输率受内部数 7.4 7.4 硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器的主要参数硬盘驱动器7.5 7.5 硬盘硬盘RAIDRAID技术技术v现在新出的主板芯片组的南桥芯片中都集成了SATA控制器及RAID功能，如nForce3 250支持4个SATA/PATA串行接口，支持RAID 0、1、0+1的SATA RAID和IDE PATA RAID；VT8251南桥芯片可以支持最多4个SATA设备，可以实现硬盘阵列RAID 0、1、0+1和JBOD。vRAID（Redundant Array of Independent Disks，独立磁盘冗余阵列）有时也简称磁盘阵列（Disk Array），是一种把多块独立的硬盘（物理硬盘）按不同的方式组合起来形成一个硬盘组（逻辑硬盘），从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份的技术。 硬盘驱动器（1）RAID 0 RAID 0v它以并行方式读写多个硬盘，从而组建成一个逻辑硬盘。v以3块硬盘组成的RAID 0为例，当在硬盘上写入数据时，它会将数据分割成3部分，分别同时写入3块硬盘。反之，当读硬盘时也是同样的道理，分别从3块硬盘上读数据。这样就提高了硬盘性能。vRAID 0只是单纯地提高性能，不提供数据冗余，如果其中一个硬盘出现故障将会影响到所有的数据。vRAID 0适用于对性能要求较高，而对数据安全要求不高的领域。7.5 7.5 硬盘硬盘RAIDRAID技术技术硬盘驱动器v（2）RAID 1 RAID 1v操作方式是把用户写入硬盘的数据百分之百地自动复制到另外一个硬盘上，它通过在成对的硬盘上相互备份数据以达到保障数据安全的目的。vRAID 1提供了较高的数据安全性，当一个硬盘出现故障时，可以自动切换到备份镜像硬盘上读写，从而达到保全数据的目的，它的不足是硬盘利用率会降低。7.5 7.5 硬盘硬盘RAIDRAID技术技术硬盘驱动器（3）RAID 0+1 RAID 0+1是RAID 0和RAID 1的组合，将4个硬盘以2个硬盘为一组，每一组内组成RAID 0，然后两组之间再组成RAID 1模式，以实现高性能和高安全性的统一。在性能上它相当于两块硬盘并行运行，而且只有在两组中分别有一块硬盘同时损坏时系统才会瘫痪，所以它的安全性也是相当高的。虽然它同时拥有速度和数据的可靠性，但镜像占用了一定的硬盘空间，所以硬盘使用率低，CPU占用率也比较高，而且同时需要4块或更多的硬盘来组建。RAID 0+1存储方式如图7-13所示。7.5 7.5 硬盘硬盘RAIDRAID技术技术硬盘驱动器v不管是RAID 0、RAID 1还是RAID 0+1模式，在组建时最好是使用完全一样的硬盘，这样才能达到最佳的效果。v（4）JBOD JBOD（Just a Bunch of Drives，简单硬盘串联）也称作数据迭加。它将几个物理硬盘组成单一的逻辑硬盘，并且这些硬盘是简单串联在一起的，从而扩展硬盘容量并生成一个可利用的总容量。但是，JBOD不会提高任何性能或者数据安全性。7.5 7.5 硬盘硬盘RAIDRAID技术技术硬盘驱动器7.6 7.6 主流硬盘驱动器主流硬盘驱动器v目前，经营桌面硬盘业务的主力厂商还有4家，分别是希捷（Seagate）、西部数据（Western Digital）、日立（Hitachi）和三星（Samsung）。硬盘驱动器7.7 7.7 硬盘驱动器的选购硬盘驱动器的选购v硬盘的选购与其他产品一样，在没有充足的经济实力支持下，以“够用”为原则，如果考虑得更长远一点，就是想到以后的升级等问题。在购买硬盘时应以主流产品为主，近期一般指容量为160GB或200GB，转速为7200r/min，数据缓存为2MB或8MB，接口类型为SATA 150，平均寻道时间低于9.0ms。因此，总的来说，可以结合“够用就好”和“考虑升级”两个因素选择硬盘。硬盘驱动器