硬盘基础知识.PPT.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,硬盘基础知识,1,什么是硬盘？,硬盘（,Hard Disk,，也称硬盘存储器）是各种数据的主要存放场所之一，平常所用的操作系统（如,Windows98,等）、各种应用软件、资料和游戏都存放在硬盘中，是计算机的重要部件之一。,2,硬盘的工作原理,硬盘存储数据是根据电、磁转换的原理来实现的。硬盘驱动器加电后，,磁盘片,由主轴电机驱动进行,高速旋转,，设置在盘片表面的,磁头,则在电路控制下,径向移动,到指定位置然后将数据存储或读出来。,当系统向硬盘写入数据时，磁头中写数据电流产生磁场使盘片表面磁性物质状态发生改变，并在写电流磁场消失后仍能保持，当系统从硬盘中读取数据时，磁头经过盘片指定区域，盘片表面磁场使磁头产生感应电流或线圈阻抗产生变化，经过相关电路处理后还原成数据。,3,硬盘的发展历史,1956,年，美国,IBM,公司制造出世界上第一块容量为,5MB,的硬盘。,1968,年，,IBM,公司又提出了温彻斯特,(Winchester),技术。温彻斯特技术的精髓是：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，并且是悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也是现代绝大多数硬盘的原型。,1973,年，,IBM,公司制造出了第一台采用温彻斯特技术的硬盘，从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础，现在使用的硬盘大多是此技术的延伸。,4,硬盘的结构,硬盘尺寸主要有,5.25,英寸和,3.5,英寸两种，现在市场上普遍使用的是,3.5,英寸硬盘。用于笔记本电脑中的有,2.5,英寸、,1.8,英寸和,0.9,英寸等几种。,硬盘主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。,5,硬盘的主要部件,6,硬盘的外部结构,在硬盘的正面都贴有硬盘的标签，标签上一般都标注着与硬盘相关的信息，例如,产品型号、产地、出厂日期、产品序列号等,。在硬盘的一端有,电源接口插座、主从设置跳线器和数据线接口插座,，而硬盘的背面则是控制电路板。,总得来说，硬盘外部结构可以分成如下几个部份：,7,硬盘正面,8,硬盘背面,9,接口,包括电源插口和数据接口两部分，其中电源插口与主机电源相联，为硬盘工作提供电力保证；数据接口则是硬盘数据和主板控制器之间进行传输交换的纽带，根据联接方式的差异，分为,EIDE,接口和,SCSI,接口等。,10,固定面板,就是硬盘正面的面板，它与底板结合成一个密封的整体，保证了硬盘盘片和机构的稳定运行。在面板上最显眼的莫过于产品标签，上面印着产品型号、产品序列号、产品、生产日期等信息。,固定面板和盘体侧面还设有安装孔，以方便安装。,除此，还有一个透气孔，它的作用就是使硬盘内部气压与大气气压保持一致。,11,固定面板,12,控制电路板,一般在硬盘的背面，大多采用贴片式元件焊接，包括,主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路,等。在电路板上还有一块高效的,单片机,ROM,芯片，,其固化的软件可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等。在电路板上还安装有容量不等的,高速缓存芯片,。,13,控制电路板,14,硬盘的内部结构,硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、磁头、盘片、主轴、电机、接口及其它附件组成，其中磁头盘片组件,(Hard Disk Assembly,，,HDA),是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部份。,15,硬盘的内部结构,将硬盘面板揭开后，内部结构即可一目了然。,16,硬盘的内部结构,细看硬盘内部结构。,17,硬盘的内部结构,细看硬盘内部结构。,18,浮动磁头组件,是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部份组成。,磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，它采用了,非接触式头、盘结构,，加后电在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间的间隙只有,0.1,0.3 m,，这样可以获得很好的数据传输率。现在转速为,7200RPM,的硬盘间隙一般都低于,0.3 m,，以利于读取较大的高信噪比信号，提供数据传输率的可靠性。,分类,19,浮动磁头组件,20,磁头驱动机构,盘硬的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。,21,磁盘片,盘片是硬盘存储数据的载体，现在硬盘的盘片大多采用,金属薄膜,材料，这种金属薄膜较软盘的不连续颗粒载体具有更高的存储密度、高剩磁及高矫正等优点。另外，,IBM,还有一种被称为,“玻璃盘片”,的材料作为盘片基质，玻璃盘片比普通盘片在运行时具有更好的稳定性。硬盘的盘片是完全平整的，简直可以当镜子使用。,22,磁盘片,23,磁盘片,磁盘片表面上以磁盘片中心为圆心，不同半径的同心圆称为,磁道,。,不同磁盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为,柱面,。,磁盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个,扇区,。,24,磁盘片,25,磁盘片,磁盘片的,数据结构,按照磁道从低到高可以分为,5,部分：,26,磁盘片,MBR,（,Master Boot Record,，主引导记录），位于硬盘的,0,柱面、,0,磁头、,1,扇区的位置，被称之为零磁道位置。它由分区命令,Fdisk,产生的。,MBR,结束标志为,55AA,。,27,磁盘片,DBR,（,DOS Boot Record,，,Dos,引导记录），该层位于硬盘的,0,柱面、,1,磁头、,1,扇区的位置，它是由格式化命令,Format,产生的。,DBR,结束标志也是,55AA,。,28,磁盘片,FAT,（,File Allocation Table,，文件分配表），位于硬盘的,0,柱面、,1,磁头、,2,扇区的位置，,FAT,表面大小由硬盘的容量来决定。,29,磁盘片,DIR,（,Directory,，文件目录），当在,DOS,模式下输入,DIR,后，屏幕上显示的内容就是该区的内容。,30,磁盘片,DATA,，数据层，主要负责硬盘中数据的存放，当数据复制到硬盘时，数据就存储在这个区中。,硬盘容量,=,柱面数*扇区数*磁头数*字节数,/,扇区,31,主轴组件,主轴组件包括主轴部件如轴承和,驱动电机（马达）,等。随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机的速度也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的,液态轴承电机技术,(FDB,，,Fluid Dynamic Bearing motors),。采用,FDB,电机不仅可以使硬盘的工作噪音降低许多，而且还可以增加硬盘的工作稳定性。,32,主轴组件,33,前置控制电路,前置电路控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等，由于磁头读取的信号微弱，将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高操作指令的准确性。,34,硬盘接口类型,IDE,有两种传输方式：,PIO,、,DMA,SCSI,两者比较,35,硬盘的性能指标,硬盘也是计算机的重要部件，同样对计算机的整体性能起着决定性的作用。我们就介绍一下硬盘主要的性能指标。,36,主轴转速,硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一，它在很大程度上决定了硬盘的速度，同时也是区别硬盘档次的重要标志。,从目前的情况来看，,7200RPM,的硬盘在国内市场已经逐步取代了,5400RPM,硬盘的地位，成为了主流，而更高转速的硬盘，如,SCSI,硬盘的主轴转速已经达到,10000RPM,甚至,15000RPM,，但由于价格原因让普通用户难以接受。,37,主轴转速,随着硬盘转速的提升，会使硬盘的发热量不断升高，若硬盘散发的热量不能及时地传导出去，硬盘就会升温。为此，可以在硬盘上安装一个硬盘散热风扇，增强散热效果。,38,单碟容量,因为标准硬盘的碟片数是有限的，靠增加碟片来扩充容量满足不断增长的存储容量的需求是不可行的。只有提高每张碟片的容量才能从根本上解决这个问题。,单碟容量的一个重要意义在于提升硬盘的数据传输速度。硬盘单碟容量的提高得益于数据记录密度的提高，而记录密度同数据传输率是成正比的，单碟容量越高，它的数据传输率也将会越高。,39,高速缓存,指在硬盘内部的高速存储器，硬盘的数据被磁头读取后先存到硬盘上的缓存芯片中，再由接口传送给系统，缓存的容量和速度都对硬盘速都有直接影响。,目前硬盘的高速缓存一般为,512KB,2MB,，最近出现的,8MB,缓存硬盘。,40,最大内部数据传输率,也叫持续数据传输率,(Sustained Transfer Rate),，单位为,Mb/s,。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线密度,(,指同一磁道上的数据容量,),。,注意，在这项指标中常常使用,Mb/s,或,Mbps,为单位，这是兆位,/,秒的意思，如果需要转换成,MB/s(,兆字节,/,秒,),，就必须将,Mbps,数据除以,8(,一字节,8,位数,),。,41,外部数据传输率,也称为突发数据传输率,(Burst Data Transfer Rate),，它是指从,硬盘缓冲区读取数据的速率,，单位为,MB/s,。,目前有,Ultra DMA/33,、,Ultra DMA/66,和,Ultra DMA/100,三种，现在主流的硬盘已经全部采用,Ultra DMA/100,技术，外部数据传输率可达,100MB/s,。,42,寻道时间,是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用的时间，单位为毫秒,(ms),。寻道时间又分为平均寻道时间和道间步进时间：,平均寻道时间则为磁头移动到正中间的磁道需要的时间，单位为毫秒,(ms),；,道间步进时间表示磁头从一个磁道转移至另一磁道的时间，单位为毫秒,(ms),。,43,潜伏期,表示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，其单位为毫秒,(ms),。,平均潜伏期就是盘片转半圈的时间。,44,全程访问时间（平均访问时间）,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，单位为毫秒,(ms),。,平均访问时间指磁头找到指定数据的平均时间，单位为毫秒,(ms),。通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。,45,连续无故障时间,(MTBF),是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。一般硬盘的,MTBF,至少在,30,000,小时以上。,46,新型磁头技术,MR,（,Magneto,一,Resistive Head,，磁阻磁头）技术可以更高的实际记录密度、记录数据，从而增加硬盘容量，提高数据吞吐率。,GMR,（,Giant Magneto Resistive,，巨型磁阻磁头）是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，从而可以实现更高的存储密度。,47,S.M.A.R.T,技术,S.M.A.R.T(Self,Monitoring,、,Analysis,Reporting Technology,，自动监测、分析和报告,),技术可有效保护硬盘，使得硬盘可以监测和分析自己的工作状态和性能，并将其显示出来。,48,SPS,防震技术,SPS(Shock Protection System,，震动保护系统,),是由昆腾公司开发，使硬盘在受到撞击时，保持磁头不受震动，磁头和磁头臂停泊在盘片上，冲击能量被硬盘其他部分吸收，这样能有效地提高硬盘的抗震性能，使硬盘在运输、使用及安装的过程中最大限度地免受震动的损坏。,49,硬盘的工作模式,硬盘的工作模式主要有三种，分别是：,NORMAL,LBA,LARGE,50,NORMAL,模式,NORMAL,（普通模式）是最早的,IDE,方式，在硬盘访问时，,BIOS,和,IDE,控制器对参数不做任何转换。该模式支持的最大硬盘的容量为,528MB,。也就是说，在此模式下，硬盘的实际物理容量再大，也只能用到其中的,528M,。,51,LBA,模式,LBA(Logical Block Addressing,，逻辑块寻址模式,),是一种克服,528MB,限制的新型硬盘存取方法。在,LBA,模式下，设置的柱面、磁头、扇区等参数并不是实际硬盘的物理参数。在访问硬盘时，由,IDE,控制器把由柱面、磁头、扇区等参数确定的逻辑地址转换为实际硬盘的物理地址。,在,LBA,模式下，管理的硬盘空间可达,8.4GB,。不过现在新主板可以使,LBA,能支持,100GB,以上的硬盘,。,52,LARGE,模式,LARGE,（大规模管理模式）在硬盘的柱面超过,1024,而又不为,LBA,支持时采用。,LARGE,模式采用的方法是把柱面数除以,2,，把磁头数乘以,2,，使得某些硬盘的柱面低于,1024,，但其结果总容量不变。在,LARGE,模式中，,可支持的最大容量为,1GB,。,53,ATA/100,ATA/100,是美国昆腾（,Quantum,）公司联合几大厂商在原有 的,ATA/66,基础上推出的新一代接口类型，它是昆腾公司在硬盘接 口开发方面已经申请专利的第三代技术。这个接口已经得到了英 特尔公司和其他一些第一流的芯片制造商的支持，目前也已被正 式确立为硬盘的下一代接口类型。其最大的特点及好处就是将硬 盘的最大外部数据传输率提高到了,100MB/s,。,ATA/100,硬盘也是采 用,40,针的接口，并且向下兼容，,ATA/100,还支持,CRC,错误检测修正 技术，这可使用户在享受高速度的同时保障用户数据的安全性及 完整性。,ATA/100(DMA100),标准于,2000,年,6,月,2,日在美国正式确立。,54,ATA/133,ATA/133,是完全延续原来并行,ATA,的技术特征，从根本上讲，它与现在广泛采用的,ATA/100,没有任何区别，只是将硬盘接口 带宽拓宽到了,133MB/s,，更大的带宽意味着系统能支持更高的 传输率。,ATA/133,的接口电缆与,ATA/100,完全一样，都是,40,针,80,芯的硬盘线，它们都支持,CRC,冗余循环校正，都支持,S.M.A.R.T,等。由于此种硬盘接口是由迈拓公司独立设立，所 以迈拓所谓的,Fast Drive,其实也就是,ATA/133,的技术核心。,55,其它类型硬盘,移动硬盘,闪存,易盘,Easy disk/,优盘,Only disk,56,移动硬盘,移动硬盘是重要的移动存储设备，它具有大容量，插拔简便，安全性可靠性强，读写速度较其他移动存储设备快的特点。随着各种产品的逐渐上市，价格也逐渐走低，移动硬盘越来越多的被人们所熟知，并且由于使用、携带都很方便等特点，被越来越多的人所接受。移动硬盘主要采用了,USB,和,IEEE1394,两种接口。,57,移动硬盘,USB,移动硬盘,IEEE1394,移动硬盘,58,闪存,闪存作为一种非易失性（简单说就是在不加电的情况下数据也不会丢失，区别于目前常用的计算机内存）的半导体存储芯片，之所以有这个名称，只因为信息在一瞬间（闪电式的，,flash,）被存储下来。它具有体积小、功耗低、不易受物理破坏的优点，是移动数码产品的理想存储介质。,59,闪存,Compact Flash,存储卡,Iomega Click,（,PC,卡）,60,闪存,SONY Memory Stick,（记忆棒）,DIAMOND RIO,（,MP3,播放器）,61,易盘,Easy disk/,优盘,Only disk,易盘,Easy disk,和优盘,Only disk,利用当前最为先进的,Flash,闪存芯片为存储介质，这样的存储介质使其具备了防磁、防震、防潮的诸多特性，大大加强了数据的安全性。这两款产品防水的性能可以说是达到了极限，将其放入水中后取出晾干，数据仍可保证不丢失，而且重量仅仅,15,克，体积有如口香糖一样大小。,易盘和优盘以目前在,PC,机、笔记本电脑上普遍流行的,USB,接口为传输通道，而且易盘无需驱动器和驱动程序，即插即用，无需重新启动计算机，大大方便了广大用户的使用。,62,易盘,Easy disk/,优盘,Only disk,易盘,Easy disk,优盘,Only disk,63,常见硬盘介绍,IBM,硬盘（现为日立）,迈拓（,Maxtor,）硬盘,希捷（,Seagate,）硬盘,西部数据（,Western Digital,）硬盘,三星（,Samsung,）硬盘,64,IBM,（现为日立）,IBM,（现为日立）硬盘,65,迈拓（,Maxtor,）,迈拓（,Maxtor,）硬盘,66,希捷（,Seagate,）,希捷（,Seagate,）硬盘,67,西部数据（,Western Digital,）,西部数据（,Western Digital,）硬盘,68,三星（,Samsung,）,三星（,Samsung,）硬盘,69,