微机接口论文-硬盘结构与接口

1、成都大CHENGDU UNIVERSITY微机接口论文题目：硬盘结构与接口姓名：学号:20071041 班级:07级计科1班硬盘结构与接口硬盘(Hard Disc Drive简称HDD全名 温彻斯特式硬盘) 是电脑主要的存储媒介之一， 由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。世界上第一块硬盘是IBM的IBM 350 RAMAC,，它相当于两个冰箱的体积，不过其储 存容量只有5MB。温彻斯特式硬盘并不是第一块硬盘的名字，它是1973年IBM 3340的绰号，这个名字来源于他两个 30MB的储存单元，恰是当时出

2、名的 温彻斯特来福枪”的口径和 填弹量。发展至09年，希捷已经推出了 2500G的硬盘，相当于1/4大脑的容量。相当于世 界上第一块硬盘容量的 50万倍。另外硬盘的价格也从95年的4000多块钱/GB降低到现在的8毛钱/GB。价格大概降低了 5000倍。硬盘的接口分类硬盘的分类如果按硬盘与微机之间的数据接口类型分类的话，可分为IDE接口、SCSI接口和Serial ATA接口硬盘三大类。另外还有用于移动硬盘的USB接口和1394接口硬盘。IDE 接口( ATA 接口)：IDE 是智能驱动设备(Intlligent Drive Electronics)或集成驱动设备(Integrated Dri

3、veElectronics )的缩写。IDE 接口硬盘采用 ATA (advaneed technology attachment)规范，因 此一般也称IDE硬盘为ATA硬盘。早期的IDE接口有两种传输模式，一个是PI0(Programming I/O )模式，另一个是DMA(Direct Memory Access )。虽然DMA模式系统资源占用少，但需要额外的驱动程序或设置，因此被接受的程度比较低。后来在对速度要求愈来愈高的情况下，DMA模式由于执行效率较好，操作系统开始直接支持，而且厂商更推出了愈来愈快的DMA模式传输速度标准。从英特尔的430TX芯片组开始，提供了对Ultra DMA

4、33的支持，提供了最大 33MB/sec的的数据传输率，以后又很快发展到了ATA 66，ATA 100以及迈拓提出的ATA 133标准，分别提供66MB/sec ，100MB/sec 以及133MB/sec 的最大数据传输率。SCSI 接口:SCSI （ Small Computer System In terface小型计算机系统接口）这是一种专门为小型计算机系统设计的存储单元接口模式，它是在1979年由美国的施加特 （Shugart）公司（希捷的前身）研发并制订，并于1986年获得ANSI（美国标准协会）承认。 现在的SCSI已经是第六代产品，从最初的8位接口发展到现在的Ultra 320

5、 SCSI接口，传输速率从 1.2MB/S 发展到了 320MB/S。SCSI接口相对于IDE来说性能明显比IDE要好，SCSI控制器上有一个相当于CPU的芯片，能够处理大部分工作，减轻了中央处理器的负担（CPU占用率 SISC为10%左右，IDE为80%左右），同一时间推出的硬盘中，SCSI系产品的转速、缓存容量和数据传输率均比 IDE系高。但是 SCSI的价格过于昂贵，主要面向服务器和 工作站市场。Serial ATA 接口：Serial ATA 接口即串行 ATA。传统ATA采用并行方式传送数据，而SATA采用串行方式传送数据。与传统的秉性 ATA相比，SATA具有比较大的优势。Seri

6、al ATA 以连续串行的方式传送数据，可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。可以比并行ATA数据传输率高。Serial ATA 一次只会传送 1位数据，这样能减少SATA接口的针脚数目，SATA只有4脚（并行 ATA有40脚），分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据。Serial ATA 1.0 定义的数据传输率可达150MB/S ，相比目前最快的并行ATA（即ATA/133）所能达到133MB/sec 的最高数据传输率还高，而在已经发布的Serial ATA 2.0 的数据传输率将达到300MB/sec ，最终Serial ATA 3.0将实现600MB/sec

7、 的最高数据传输率。SATA虽然数据传送率比串行ATA要高，但是对硬盘的性能影响不大。因为目前硬盘性能的瓶颈集中在由硬盘内部机械机构和硬盘存储技术、磁盘转速所决定的硬盘内部数据传输率上面。目前最顶级的 15000转SCSI硬盘其内部数据传输率也不过才80MB/S左右，所以普通的串行ATA已经够用了。按硬盘尺寸来分类可以分为5.25英寸硬盘、3.5寸台式机硬盘、2.5寸笔记本硬盘、1.8寸微型硬盘、1.3寸微型硬盘、1.0寸微型硬盘、0.85寸微型硬盘。现在广泛应用的是 3.5寸硬盘。硬盘的物理结构图片见后页。硬盘主要有固定面板、控制电路、盘头组件、接口及附件组成。其中盘头组件使 硬盘的核心，它

8、被封装在净化腔体内，包括浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片和主 轴驱动机构、前置读 /写控制电路等。如上图。磁头：磁头是硬盘的核心部件之一，它的主要功能是把数据在电信号和磁信号之间进行相互转换。平时磁头在空闲状态都是停在盘片旁边的磁头停泊区。磁头被固定在磁头 臂上，靠音圈马达来驱动。盘片：构成硬盘的盘片是硬盘存贮系统用来存贮数据的载体，现在的盘片大都采用铝合金基质的金属薄膜磁盘。磁道：当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨 迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。相邻磁道之间有不写入数据的磁道间隙。扇区：磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区。柱面：

9、硬盘通常由重叠的一组盘片构成， 每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的性能指标硬盘的重要指标有容量、速度、接口、缓冲区等。硬盘容量作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。现在的主流硬盘已经达到几 百G甚至上T的容量。硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘单 片盘片的容量，单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。硬盘的速度硬盘的速度受多方面影响。1. 转速 转速，是硬盘内电机主轴的旋转速度，也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最 大转数。现在硬盘一般都是 7200 转2. 平均访问时

10、间 平均访问时间 (Average Access Time) 是指磁头从起始位置到达目标磁道位置， 并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。平均访问时间 = 平均寻道时间 +平均等待时间。 其中硬盘的平均寻道时间 (Average Seek Time) 是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间；等待时间，又叫潜伏期 (Latency) ，是指磁头已处于要访问的磁道， 等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时 间。3. 传输速率 传输速率 (Data Transfer Rate) 硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单 位为兆字节每秒( MB/s )。传输速率受平均访问时间和接口速率影

11、响。缓存 与主板上的高速缓存( RAM Cache )一样，硬盘缓存的目的是为了解决系统前 后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。缓存并不是越大越好，大容量的缓存虽然可以在硬盘进行读写工作状态下，让更 多的数据存储在缓存中，以提高硬盘的访问速度，但并不意味着缓存越大就越出众。 缓存的应用存在一个算法的问题，即便缓存容量很大，而没有一个高效率的算法，那 将导致应用中缓存数据的命中率偏低，无法有效发挥出大容量缓存的优势。移动硬盘移动硬盘就是使用 USB 接口或者 1394 接口便于携带的硬盘， 因为接口的限制所 以移动硬盘数据传送速度要比普通硬盘小的多，目前主流 2.5 英寸品牌移动硬盘

12、的读 取速度约为 15-25MB/s ，写入速度约为 8-15MB/s 。因为目前 U 盘的容量在一直增大 预计今后 U 盘将会取代移动硬盘。磁盘阵列磁盘阵列简称 RAID ( Redundant Arrays of Inexpensive Disks， RAID )是由一个硬盘控制器来控制多个硬盘的相互连接，使多个硬盘的读写同步，减少错误，增加 效率和可靠度的技术。关于单硬盘和双硬盘的安装 安装硬盘一定要设置好硬盘的主从顺序。若只有一块硬盘就设置成主( Master ) 若有两块硬盘要把一块设置成主( Master )一块设置成从( Slave )。低级格式化 低级格式化又称为物理格式化，就是将空白的磁盘划分出柱面和磁道，