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1、 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -1- 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 5.1 硬盘结构硬盘结构 5.2 硬盘接口硬盘接口 5.3 硬盘技术硬盘技术 5.4 硬盘数据结构硬盘数据结构 5.5 硬盘选购硬盘选购 5.6 硬盘的初始化硬盘的初始化 5.7 硬盘优化硬盘优化 5.8 硬盘日常维护硬盘日常维护 5.9 硬盘故障分析与排除硬盘故障分析与排除 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -2- Cache（高速缓冲存储器），Cache速度与CPU相当， CPU直接访问Cache可从计算机整体提高速度，并具 有预测功能。 计算机中运行速度的由快到慢为：CPUCPU内部 L1 Cach

2、eCPU内部L2 CacheL3Cache内 存硬盘中的Cache（光盘中的Cache）硬盘 中的数据（光盘中的数据）。 容量分别为：L1 Cache：16KB-64KB，甚至达到 512KB；L2 Cache：128KB-512KB，甚至达到8M； L3Cache：512KB-1MB； 硬盘上：128KB-4MB； CDROM：64KB-256KB，甚至达到512KB。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -3- 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -4- 常见的外存主要 有：硬盘，光盘， 软盘，U盘 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -5- 硬盘外观硬盘外观 第第5 5章章 硬盘驱

3、动器硬盘驱动器 -6- 硬盘驱动器硬盘驱动器 硬盘是计算机中最重要的外存储器。WindowsXP操作系 统、办公软件、游戏软件等都存放在硬盘上。现在普遍使用 的是3.5英寸硬盘，存储容量有80GB、120GB、160GB等。 马达 钢性磁片 磁头及定位 系统 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -7- 硬盘结构硬盘结构 空气过滤片 主轴（电动机与 轴承在其下方 音圈电动机 永磁铁 磁盘 磁头 磁头臂 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -8- 硬盘驱动器硬盘驱动器 1973年，IBM公司推出了首台温彻斯特硬盘，它的 特点是：“工作时，磁头悬浮在高速转动的盘片上方， 而不与盘片直接接触，磁头

4、沿高速旋转的盘片上做径向 移动”，这就是现在所有硬盘的雏形。虽然今天的硬盘 已经发生了翻天覆地的变化，高端硬盘容量已高达上百 个GB，但它仍然没有脱离“温彻斯特”的工作模式。 硬盘工作的基本原理硬盘工作的基本原理其实也很简单，就是利用磁粉 粒子的极性来记录数据，通过磁头实现电磁信号的转换。 磁头在读取数据时，根据磁粉粒子的不同极性转换成不 同的电信号。写数据时正好相反，是根据不同的电信号 改变磁粉粒子的极性。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -9- 硬盘写入保存和读取数据的原理类似于录音机录音 和放音的过程。写入数据时，通过磁头对盘片表面的可 磁化单元进行磁化，将二进制的数字信息记录在高

5、速旋 转的盘片上。读取数据时，只需把磁头移动到相应的位 置读取此处的磁化编码状态即可。 关于硬盘的一些参数： 容量容量：千兆字节（GB） 缓存缓存：为了提高硬盘的读写速度2MB 转速转速：硬盘内电机主轴的转动速度 7200转/分钟 （RPM：Round Per Minute） 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -10- 主流硬盘厂商：主流硬盘厂商：IBM、希捷（Seagate）、西部数据和迈拓 (Maxtor的金钻七代) 保修问题：保修问题：硬盘的保修期一般都是三年。 注意：注意： 1、为保护硬盘，硬盘正在读写文件时不能关掉电源 2、在工作时严禁搬运硬盘，以免磁头与盘片产生撞击 而擦伤盘片

6、表面的磁层 磁盘的最外层是第0道，最里面为第N道，每个磁道 上记录的信息一样多，磁道都是一些同心圆。在内圈磁道上 的记录密度比外圈磁道上的记录密度大。 磁盘：磁道为同心圆 磁带：磁道为平行于磁带长度方向的平行线 光盘：光道为螺旋线 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -11- 5.1 5.1 硬盘结构硬盘结构 硬盘的英文全称是Hard Disk（有时也简称HD）， 它主要由固定面板、控制电路板、磁头组、盘片组、 主轴电机、接口及其它附件组成。其中磁头组和盘片 组件是构成硬盘的核心，它们被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、盘片组、 主轴驱动装置及读写控制电路几个部分。

7、5.1.1 硬盘外部结构 从外形上看硬盘像一个长方型的金属盒子。从硬 盘的正面我们通常可以看到产品标签、安装螺丝和透 气孔。总的来说，硬盘外部结构可以分成接口、控制 电路板、固定面板三个部分。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -12- 1接口 硬盘接口包括电源接口插座和数据接口插座两部分， 其中电源插座与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电 压。 2控制电路板 大多数的硬盘控制电路板都采用贴片式焊接，它包括 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。 3 固定面板 硬盘的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，保证了硬盘腔体中的盘片、磁头和其

8、 它机构能在绝对无尘的环境下稳定运行。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -13- 硬盘驱动器硬盘驱动器 磁头采用接触式启停，系统不工作时，磁头 接触在磁盘表面的特定区域。盘面上设了着陆区， 磁头不工作时停在着陆区，而不接触数据区，减 少了破坏数据的可能性。 盘片之间使用垫圈垫圈隔开 硬盘盘片早期是塑料，现在一般采用铝合金 材料，使得盘片材料的硬度和耐磨性更好。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -14- 5.1.2 硬盘内部结构硬盘内部结构 硬盘的内部结构主要包括盘片组、磁头驱动机 构、磁头组、主轴电机等几个部分。所有的盘片都固 定在一个旋转轴上，这个轴就称为盘片主轴。 所有盘片之间

9、是绝对平行的，在每个盘片的存 储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发 丝的直径还要小。所有的磁头连在一个磁头控制器上， 由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的 半径方向作径向运动，而盘片以每分钟数千转的速度 在高速旋转，这样磁头就能对盘片上的指定位置进行 数据的读写操作。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -15- 硬盘内部结构硬盘内部结构 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -16- 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -17- 1 盘片组 盘片是硬盘存储数据的载体，现在硬盘盘片 大多采用铝金属薄膜材料制成。 硬盘盘片组一般是由一片或几片圆形盘片 叠加而成，不同容量的

10、硬盘盘片数是不同的。每 个盘片有两个面，每个面都可以记录数据。为了 有效地管理数据，提高读写数据的效率，通常将 盘片分成为面、磁道、扇区、柱面和着陆区。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -18- （1）面。按照磁盘面的多少，依次称为0面、1面、 2面等。对应于每个面都要有一个读写磁头，称为0 磁头（head）、1磁头、2磁头等。为了能读写每个 面上的数据，硬盘的磁头数与盘面数相同。 （2）磁道。在盘片表面上以盘片圆心为中心，分 出不同半径的同心圆用来存放数据，我们称这样的 圆周为一个磁道（Track）。针对不同的磁道从外 向内可以编上不同的号，即磁道号（从第0道第N 道）。 第第5 5章

11、章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -19- （3）柱面。在硬盘中我们将不同盘片相同半径的磁 道组成的空心圆柱体称为柱面（Cylinders）。这样 硬盘的柱面数就等于每个面的磁道数。 （4）扇区。为了有效的管理硬盘数据，将每个磁道 划分成若干段，每段称为一个扇区（Sector）。并 规定一个扇区存放512字节的数据，在硬盘上每个磁 道上的扇区数相同。 硬盘存储容量计算公式为： 硬盘容量硬盘容量= =磁头数磁头数柱面数柱面数每磁道扇区数每磁道扇区数512512字节字节 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -20- 0柱面 1柱面 2柱面 0号读写头 1号读写头 2号读写头 3号读写头 扇区 0面 1面

12、 2面 3面 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -21- 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -22- （5）着陆区。着陆区（landing Zone）是指硬 盘不工作时磁头停放位置的区域，通常指定一个 靠近主轴的内层柱面作为着陆区。着陆区不用来 存储数据，因此可以避免硬盘受到震动时以及在 开、关电源瞬间磁头紧急降落时所造成的数据丢 失。目前，一般硬盘在电源关闭时会自动将磁头 停在着陆区内。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -23- 2主轴组件 包括轴承和驱动电机等。 3 磁头驱动机构 磁头驱动机构在硬盘寻道时用来移动磁头。由 电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成。 4磁头组

13、件 是硬盘中最精密的部件之一，是由读写磁头、 传动手臂、传动轴三个部分组成。它采用了非接触 式磁头结构，加电后磁头在高速旋转的磁盘表面移 动，磁头与盘片之间的间隙只有0.10.3m，这样 可以获得很好的数据传输率、较高的信噪比和数据 传输的可靠性。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -24- 5.2 硬盘接口硬盘接口 1、IDE IDE(Integrated Drive Electronics)，即“电子集成 驱动器”，是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起 的硬盘驱动器。 时至今日这一接口技术仍在不断地发展，并且仍是PC 机中硬盘接口中的绝对主流，随着其接口技术的飞速发展， 引入了许多

14、新技术，使这一IDE接口标准得到了质的飞跃， 通常不再以IDE标称，而是以诸如ATA、Ultra ATA、DMA、 Ultra DMA等标注。 IDE接口经历过ATA、ATA33、ATA66、ATA100、ATA133 等几种速度规格，后面的数字可以标明这种接口的传输速 率，比如ATA100接口就可以达到100MB/s的速度。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -25- 价格低廉价格低廉 兼容性非常好兼容性非常好 速度慢速度慢 只能内置使用只能内置使用 对接口电缆的长度对接口电缆的长度 有很严格的限制有很严格的限制 IDE（Integrated Drive Electronics，集成驱动

15、电 子设备），IDE接口常常叫做ATA(Advanced Technology Attachment )接口。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -26- IDE接口硬盘俗称并行规格的PATA硬盘。 在数据的传输上来看，这种IDE接口硬盘有一 些滞后，因为主流的PATA硬盘仅能支持ATA/100和 ATA/133两种数据传输规范，传输速率最高只能达 到每秒100或133MB。另外硬盘所使用的80-pin数据 线在机箱内部杂而乱，会阻碍空气在机箱里的流动， 从而影响到系统的散热。虽然劣势明显，由于原有 的主板平台并不支持SATA接口，这种IDE接口的 PATA大容量硬盘还是首选，还有一些用户

16、认为这 类型的硬盘在技术上成熟、稳定，所以也选择这类 型的PATA硬盘。 2、PATA硬盘硬盘 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -27- 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -28- 串行ATA（Serial ATA）接口是串行传输数 据的接口，它能以连续串行的方式传送数据， 在同一时间点内只会有1位数据传输。这样能减 少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少， 效率也会更高。实际上仅用四支针脚就能完成实际上仅用四支针脚就能完成 所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、 发送数据和接收数据发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降 低系统能耗和

17、减小系统复杂性。 SATA硬盘硬盘 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -29- 其次，Serial ATA的起点更高、发展潜力更 大，Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达 150MB/s，这比目前的并行ATA（即ATA/133）所 能达到133MB/s的最高数据传输率还高，而在 Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s，最 终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -30- 由于串行ATA使用点对点的协议，采用这种接口， 一台计算机同时连接两个硬盘时就没有主、从硬盘之分 了，免去了用户设置硬盘主从跳线的麻烦。此外

18、，串行 ATA接口不再受单通道只能连接两块硬盘的限制，它可 以同时连接多个硬盘，这一点也是传统并行ATA接口无 法相比的。同时它不但支持硬盘，还支持CD、DVD等 存储设备。目前串行ATA接口已经进入实用阶段，有的 主板芯片已经开始支持串行ATA接口，希捷等公司已研 制出320G串行ATA接口的硬盘。 实际使用中，串行ATA硬盘使用7芯数据线，15芯 Serial ATA专用电源线。不过考虑的兼容性，串行ATA硬 盘还提供IDE硬盘标准电源接口。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -31- SATASATA（串口硬盘）数据线（串口硬盘）数据线 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -32-

19、 SCSI接口硬盘接口硬盘 SCSI接口（Small Computer System Interface）， 又称小型计算机系统接口，是一种总线型接口，适用 于多任务的操作系统，一般在服务器中使用。SCSI接 口的主要特点是： （1）支持多个设备。SCSI-2最多可接7个SCSI设备， 而Wide SCSI-2可接15个SCSI设备。 （2）占用CPU资源极低，由于SCSI卡本身带有自 己的CPU，可以处理绝大数SCSI设备的任务。SCSI设 备对CPU的依赖性大约只有4%左右。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -33- （3）同样条件下处理单任务时，SCSI硬盘比IDE 硬盘 要慢，因

20、为SCSI硬盘标识硬盘扇区使用了线性的概念。 SCSI在处理多任务时的优势是IDE所望尘莫及的。 （4）SCSI接口类型。SCSI-1 是最早的标准规格，现 在已被淘汰。SCSI-2使用同步传输方式，它支持设备 最大个数又分两种，一种是支持7个设备数，另一种 是支持15个设备数。目前，SCSI-3还没有统一规格， 但是已经出现有4种类型SCSI-3规格，如 Fast-20 SCSI 、Ultra Wide SCSI、 Ultra2 SCSI、 Ultra2 Wide。 不同的SCSI接口类型使用不同规格的接口，在 购买SCSI硬盘时要注意，不能混淆。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -3

21、4- SCSI接口优点接口优点： 适应面广，在一块SCSI 控制卡上就可以同时挂接 15个设备 高性能（具有多任务、 宽带宽及少CPU占用率 等特点） 具有外置和内置两种 SCSI接口缺点接口缺点： 价格昂贵 安装复杂 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -35- USB接口硬盘接口硬盘 Universal Serial Bus（通用串行总线）是在1994年年底 由Compaq、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。 USB 接口优点： 价格低廉 连接简单快捷，兼容性强， 具有很好的扩展性 高速度，USB2.0接口的传 输速度高达480Mbps，是串 口的4000多倍 USB 接口

22、缺点： 设备之间的通信效率低 连接电缆的长度比较短 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -36- 5.3 硬盘技术硬盘技术 5.3.1磁盘阵列RAID技术 我们可以把RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）理解成一种使用磁盘驱动器的方法，它是将一组 磁盘驱动器用某种逻辑方式联系起来，作为逻辑上的一 个磁盘驱动器来使用。一般情况下，组成的逻辑磁盘驱 动器的容量要略小于各个磁盘驱动器容量的总和。 RAID的具体实现可以通过硬件也可以靠软件方法来完 成，如Windows NT/2000/XP操作系统就提供RAID软件 功能。常用的磁盘阵列有三种模式：RA

23、ID0、RAID1和 RAID5。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -37- RAID0 无差错控制带区组无差错控制带区组 将数据一分为二，提高一倍的速度。将数据一分为二，提高一倍的速度。 RAID0模式把数据分散到多块硬盘上进行并行 存贮，在进行数据存取时，能同时对这几个磁盘进 行存贮访问，通过并行存贮访问来提高磁盘的整体 数据传输速度。而这些磁盘驱动器在逻辑上又是一 个磁盘驱动器，所以使用RAID0技术可以使数据传 输达到单个磁盘驱动器的几倍、甚至几十倍的速率。 组成RAID0的单个磁盘驱动器数量越多，数据传输 速度会越快。它的缺点是只要有一块硬盘损坏，均 将造成数据因不完整而无法使

24、用。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -38- RAID 0示意图示意图 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -39- RAID1 镜像结构镜像结构 RAID1模式主要采用冗余技术来提高数据的 完整性和安全性。每一个磁盘驱动器都配有一个镜 像磁盘驱动器，镜像磁盘驱动器随时保持与原磁盘 驱动器相同的内容，实现数据的自动备份。 例如当数据写入一块硬盘时，RAID1 控制器 同时将同样的数据写到另外一块硬盘上。第二块硬 盘就完全成了第一块硬盘的镜像，一旦第一块硬盘 损坏，第二块硬盘将自动接管工作。它特别适合于 安全性要求很高的场合。RAID 1模式的缺点是有 效容量利用率只有50，成本较高。

25、 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -40- RAID 1示意图示意图 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -41- RAID5 RAID5 分布式奇偶校验的独立磁盘结构分布式奇偶校验的独立磁盘结构 RAID5模式采用多块硬盘并行存储的模式， 但在写入数据时总在其中的某块硬盘上写有该组 数据的校验和，即使某一块硬盘损坏，其数据也 可以通过其他硬盘上的数据恢复出来。它既具有 快速性又有较高的安全性，是目前采用最多、最 流行的RAID模式，当然相应的成本也要高些。 RAID技术也在向家用计算机上转移，目前有 的计算机主板上已开始固化了支持RAID0、RAID1 及RAID0+1 等技术的芯片

26、，安装了RAID接口。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -42- RAID 5架构的工作原理架构的工作原理 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -43- 开始时RAID方案主要针对SCSI硬盘系统，系统成本比较 昂贵。1993年HighPoint公司推出了第一款IDE-RAID控制芯片， 能够利用相对廉价的IDE硬盘来组建RAID系统，从而大大降低 了RAID的“门槛”。 个人用户也开始关注这项技术，因为硬盘是现代个人计算 机中发展最为“缓慢”和最缺少安全性的设备，而用户存储在 其中的数据却常常远超计算机的本身价格。在花费相对较少的 情况下，RAID技术可以使个人用户也享受到成倍的磁盘

27、速度提 升和更高的数据安全性。 面向个人用户的IDE-RAID芯片一般只提供了RAID 0、 RAID 1和RAID 0+1(RAID 10)等RAID规范的支持，虽然在技术 上无法与商用系统相提并论，但是对普通用户来说其提供的速 度提升和安全保证已经足够了。 个人电脑用户要求逐渐提高的今天，在主板上板载RAID芯 片的厂商已经不在少数，用户完全可以不用购置RAID卡，直接 组建自己的磁盘阵列，感受磁盘狂飙的速度。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -44- 5.3.2玻璃盘片 玻璃盘片与铝合金盘片相比，拥有以下优点： （1）表面平滑 （2）热形变率更低 （3）具有更高的强度和硬度 （4）

28、发热量低 采用玻璃来做硬盘基片时，能大大增加硬盘 的工作稳定性，提高数据传输率，硬盘的单碟容 量也可以大大提高。同时使用价格相对低廉的玻 璃代替铝合金材料，还可以降低生产成本。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -45- 5.3.3 S.M.A.R.T. 技术 硬盘自我监测、分析及报告S.M.A.R.T.（Self- Monitoring，Analysis and Reporting Technology）技 术是一种对硬盘故障预先报警，防止数据丢失的技 术。它可以监控磁头、磁盘、电机、电路等部件。 5.3.4 噪音与安全防震技术。 现在许多硬盘都应用了先进技术来给硬盘“消 音”。比如希捷

29、公司采用的“液态轴承马达”技术。 IBM公司的DFT（Disk Fitness Test）技术、迈 拓公司的ShockBlock技术以及希捷公司的SeaShield 技术能使硬盘承受较高的冲击。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -46- 5.3.5笔记本硬盘技术。 Drive-TIP通过温度感应器来监测并报告硬 盘温度是否明显超过预先设定的温度阈值，一 旦超过设定温度时，立即采取相应的措施，关 闭硬盘来降低温度。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -47- 5.4 硬盘数据结构硬盘数据结构 硬盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为5 部分：MBR区、DBR区、FAT区、DIR区和

30、DATA区。 1MBR区 主引导记录区MBR（Main Boot Record）位于整个硬 盘的0磁道、0柱面、1扇区上，即硬盘第一个扇区。在 主引导区内主要有两项内容： （1）主引导记录。主引导记录是一段程序代码，其 作用主要是对硬盘上安装的操作系统进行引导。 （2）主引导分区表。主引导分区表DPT（Disk Partition Table）是用来存储硬盘主引导分区信息的。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -48- 2DBR区 操作系统引导记录区DBR（Dos Boot Record）通常位于硬盘的0磁道1柱面1扇区，是 操作系统可以直接访问的第一个扇区，它包括 一 个 引 导 程 序

31、 和 一 个 被 称 为 B P B （ B i o s Parameter Block）的分区参数记录表。引导程序 的主要任务是当MBR将系统控制权交给它时， 判断该分区根目录前两个文件是不是操作系统 的引导文件。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -49- 3FAT区 簇是文件或数据存储在硬盘中时所占用的最小 单位。簇大小一般由分区的格式或分区的大小决定， 一个簇可能包括扇区数为4、16、32或64个不等。 对一个文件来说，不论该文件大小如何，都至少要 占用一个簇，即使一个很小的文件，它也要占用一 个簇，剩余的空间会全部闲置在那里，形成了硬盘 空间的浪费。所以簇的大小将影响着硬盘空间的

32、利 用率和性能。 簇：文件存储的最小单位，与分区格式有关。 软盘：1簇 = 1扇区 硬盘：1簇 = x个扇区 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -50- 由于在磁盘上会经常删除和添加文件，同一个 文件的数据并不一定完整地存放在磁盘的一个连续 的区域内，而往往会被分成若干段，但仍会像一条 链子一样存放，这种存储方式称为文件的链式存储。 为了实现文件的链式存储，硬盘上必须准确地 记录哪些簇已经被文件占用，还必须为每个已经占 用的簇指明存储后继内容的下一个簇的簇号，对一 个文件的最后一簇，则要指明本簇无后继簇，这些 都是由FAT表来保存的。 FAT的格式常见的是FAT16和FAT32格式。 第第

33、5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -51- 4DIR区 根目录区DIR（Directory）紧接在FAT表之 后，记录着根目录下每个文件目录的起始单元、 文件的属性等。 5DATA区 数据区DATA是硬盘上真正意义上的存储 数据的地方，位于DIR区之后，占据硬盘上的 大部分数据空间。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -52- 5.5 硬盘选购硬盘选购 5.5.1 硬盘容量 一般来说单碟容量和盘片数量是决定硬盘容量 大小的两个主要因素。 单碟容量也就是在单张盘片上所能存储的数据 总量，单碟容量是以G为单位。单碟容量对硬盘大 小起着至关重要的作用，单碟容量越大，制造大容 量硬盘也就越容易，硬

34、盘的生产成本也会随之降低。 同时单碟容量还是决定硬盘速度的关键因素，其重 要性仅次于转速，因为单碟容量越大，寻找数据所 需的时间也会相对减少。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -53- 单碟容量是仅次于硬盘转速的重要因素，单碟上的容 量越大代表扇区间的密度越密，加上硬盘在写入数据至磁道 时是以连续的方式写入的，所以如果能将所写入的数据集中 于单碟上，在读取时就能提升硬盘持续数据的传输速度了， 这就是为何目前单碟容量为80GB的 5400转硬盘，会比早期 7200转的60GB硬盘性能好。市面上的硬盘主流已经过渡到单 碟80 GB，而且希捷已经推出了单碟容量为100GB的硬盘产 品。如果你大

35、容量硬盘时，最好留意一下这个指标了，因为 在硬盘转速相同的情况下，单碟容量大的比单碟容量小的硬 盘在相同的时间内可以读取更多的文件，硬盘的传输速率也 会加快。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -54- 硬盘单碟容量的增加不仅带来硬盘总容量的 提升，也有利于硬盘工作的稳定性。单碟容量的增 加意味着厂商在同样大小的盘片上建立更多的磁道 数（数据存储在盘片的磁道中），虽然在技术难度 上对厂商要求很高，但盘片磁道密度（单位面积上 的磁道数）提高，代表着数据密度的提高。这样在 硬盘工作时盘片每转动一周，磁头所能读出的数据 就越多，所以在相同转速的情况下，硬盘单碟容量 越大其内部数据传输速率就越快。

36、另外单碟容量的 提高使单位面积上的磁道条数也有所提高，这样硬 盘寻道时间寻道时间也会有所下降。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -55- 另外单碟容量的增加也能在一定程度上节省产 品成本，举个例子来说，同样的120GB的硬盘，如果 采用单碟容量40GB的盘片，那么将要有三张盘片和 六个磁头；而采用单碟容量80GB的盘片，那么只需 要两张盘片和三个磁头（盘片正反两面都可以存储 数据，一面需要一个磁头），这样就能在尽可能节 省更多的成本的条件下提高硬盘的总容量。单碟容 量的增加也对磁头提出了更高的要求。 相同容量的硬盘，单碟容量越大就意味着数据 密度也越大，在转速一样的情况下单碟容量大的硬

37、盘读取数据时速度就会更快，用户在购买时也一定 要注意单碟容量的参数值。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -56- 我们在用计算机检测硬盘容量时可能会发 现硬盘上标称的容量要大于计算机检测的容量， 这主要是硬盘制造商采用硬盘容量的换算单位 与计算机的换算单位不同。硬盘的容量以兆字 节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1 GB=1024 MB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通 常取1 GB=1000 MB，因此大家在BIOS中或在格 式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值小。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -57- 5.5.2主轴转速 主轴转速指的是硬盘内主轴电机的旋转速度， 其单位是rp

38、m（Round Per Minute）每分钟旋转次 数。更快的转速可以使盘片转动一周的时间缩短， 使平均等待时间和平均寻道时间缩短，能更快地 寻找所需要的数据，同时硬盘的内部传输率也会 提高，使读写速度加快。 如今IDE硬盘的转速多为5400rpm、7200rpm 和10000rpm，目前主轴电机转速最高可达 15,000rpm。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -58- 5.5.3 硬盘高速缓存 通过Cache算法，将使硬盘可能要读取的数 据事先放到高速缓存中，大大提高了硬盘读取 数据的速度。另一方面，将硬盘要写的数据事 先放到高速缓存中，等到硬盘空闲时再写入硬 盘，以提高硬盘的工作效

39、率。所以高速缓存对 硬盘性能提高起着很大的作用，高速缓存的容 量与速度直接关系到硬盘的传输数据的速度。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -59- 硬盘背面的一颗内存颗粒模样的芯片就是缓存硬盘背面的一颗内存颗粒模样的芯片就是缓存 了，用于充当硬盘内部传输和外部接口之间的缓冲了，用于充当硬盘内部传输和外部接口之间的缓冲 器器。缓存大小对硬盘整体性能的影响比较明显，尤 其在处理较多零碎数据时大缓存的优势十分突出。 早期IDE硬盘缓存多为2MB，高端系列也有配备 8MB甚至16MB的产品；S-ATA串口硬盘缓存通常都串口硬盘缓存通常都 是是8MB。 高速缓存越快越好，越大越好。特别是在读取零 碎

40、的文件数据时，高速缓存具有非常大的优势，硬盘 的容量越大，需要的高速缓存容量就越大。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -60- 5.5.4 硬盘速度参数 （1）平均寻道时间（Average Seek Time）：硬盘得 到指令后移动磁头到指定磁道寻找相应目标数据所 用的时间，它反映了磁头作径向运动的速度，代表 硬盘读写数据的能力，单位为毫秒ms。 （2）平均潜伏时间（Average Latency Time）：相应 数据所在的扇区转到磁头下方的时间，它反映了盘 片的转速大小。潜伏时间小代表硬盘的读写数据的 等待时间短，硬盘的数据传输率也会提高。 （3）平均访问时间（Average Acc

41、ess Time）：平均 寻道时间与平均潜伏时间之和和，它代表硬盘找到某 一数据所用的时间。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -61- 平均访问时间（平均存取时间）：平均访问时间（平均存取时间）： （平均）寻道时间磁头移动至指定磁道寻找目 标数据所用的时间就称为寻道时间寻道时间，当然这个时间 是越短越好，这一指标与前面提到的单碟容量关系这一指标与前面提到的单碟容量关系 密切。密切。 转速提高幅度之大的确是“史无前例”。不过 我们要冷静地看待这个提高。首先，转速提高提升 的是磁头“平均潜伏时间”。转速提高的只是“平 均潜伏时间”而不是“平均寻道时间”（Average Seek Time），

42、后者基本上可以说和转速无关。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -62- 外存的存取时间主要包括两部分：其一是寻找 信息道所需的找道时间ts，其二是等待所需读写的 扇区旋转到读写头下方的等待时间tw。显然，寻找 相邻道的找道时间最短，而从首道到末道或反之的 找道时间最长，前者称最小找道时间，后者称最大 找道时间，两者的平均值即平均找道时间。同样， 等待时间也有最小和最大之分。而磁盘和光盘则以 每转时间的一半为平均等待时间。 因此，平均存取时间 ta=(ts+tw)max+(ts+tw)min/2 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -63- 数据传输率 数据传输率分为外部数据传输率和内部

43、数据传输率。 （1）外部数据传输率指）外部数据传输率指硬盘缓存向外传输数据的硬盘缓存向外传输数据的 速度速度，ATA100接口的接口的100MB/s其实就是指这个速度其实就是指这个速度， 所以更多人把外部数据传输率叫做接口传输率外部数据传输率叫做接口传输率，好像 更贴切一些。 （2）内部数据传输率才是衡量硬盘性能的真正标准， 转速、单碟容量等方面的规格提升最终都是为了提高 内部数据传输率，不过目前的硬盘受限于机械结构设 计，内部数据传输率普遍不高，性能较好的硬盘也就 4050MB/s，远低于ATA100/133的接口速度。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -64- 外部数据传输率外部数据

44、传输率（External Transfer Rate）：计 算机通过接口与硬盘的高速缓存传输数据的速度。 它与硬盘的接口类型有直接关系。 内部数据传输率内部数据传输率（Internal Transfer Rate）：从 硬盘的高速缓存到硬盘磁头之间的数据传输速度， 一般取决于硬盘的盘片转速和盘片的磁道密度。现 在的主流硬盘的内部数据传输率大多在20MB/S到 50MB/S之间。 一般在硬盘的转速相同时，单碟容量越大则硬一般在硬盘的转速相同时，单碟容量越大则硬 盘的内部数据传输率越大；单碟容量相同时，硬盘盘的内部数据传输率越大；单碟容量相同时，硬盘 的转速越高，硬盘的内部数据传输率就越高。的转速

45、越高，硬盘的内部数据传输率就越高。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -65- 最大内部数据传输率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）。也叫 持续数据传输率（sustained transfer rate）。一般采 用UDMA/66技术的硬盘的内部传输率也不过25- 30MB/s，只有极少数产品超过30MB/s，由于内部 数据传输率才是系统真正的瓶颈，因此大家在购买 时要分清这两个概念。 （转速相同时，单碟容量大意味着可以读取更多的（转速相同时，单碟容量大意味着可以读取更多的 文件。）文件。） 第第5 5章章 硬盘驱动

46、器硬盘驱动器 -66- 应该清楚的是只有内部传输率向外部传输率 接近靠拢，有效地提高硬盘的内部传输率才能对 磁盘子系统的性能有最直接、最明显的提升。目 前各硬盘生产厂家努力提高硬盘的内部传输率， 除了改进信号处理技术、提高转速以外，最主要 的就是不断地提高单碟容量以提高线性密度。由 于单碟容量越大的硬盘线性密度越高，磁头的寻 道频率与移动距离可以相应减少，从而减少了平 均寻道时间，内部传输速率也就提高了。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -67- 5.5.5 其它问题 目前7200转的硬盘发热量普遍高于5400转的 硬盘，到夏天时最好配上辅助散热的硬盘风扇。 准确辨认硬盘工作时的各种声音

47、对于我们正 确判断硬盘的故障也是很必要的。7200转硬盘噪 音普遍大于5400转硬盘，一些采用特殊静音技术 的硬盘噪声要小于普通硬盘。 从硬盘性能指标来看，应挑选硬盘容量大、 单碟容量大、转速高、高速缓存大、寻道时间短、 数据传输率高的硬盘。 坚持将“高性价比”和“好用够用”相结合。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -68- MTBF (连续无故障时间连续无故障时间) 可靠性是指在给定的时间内，计算机系统能 正常运转的概率。常用平均无故障时间（ MTBF： Mean Time Between Failures）来衡量。 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MTB

48、F至少在30000小时 以上。这项指标在一般的产品广告或常见的技术 特性表中并不提供，需要时可专门上网到具体生 产该款硬盘的公司网址中查询。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -69- 5.6 硬盘的初始化硬盘的初始化 对硬盘进行低级格化、分区、高级格式化后才能使 用，这个过程称为硬盘的初始化。 5.6.1 硬盘低级格式化 硬盘的低级格式化主要作用是： （1）在硬盘上建立管理硬盘的物理数据结构，包括每 道物理扇区数、扇区编号、柱面数等一些关键性的标志。 （2）将硬盘上的物理坏扇区找出来，并在坏扇区的头 部做上特殊标记。硬盘高级格式化时会识别这些特殊标 记，并在文件分配表FAT中对坏扇区所在

49、的簇作上标记， 以便在存储文件数据时避开坏扇区所在的簇。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -70- 5.6.2 硬盘分区 硬盘分区遵循着“主分区扩展分区逻辑 分区”的次序原则，而删除分区则与之相反。一 个硬盘可以划分多个主分区，但没必要划分那么 多，一个足矣。主分区之外的硬盘空间就是扩展 分区，而逻辑分区是对扩展分区再行划分得到的。 创建分区目的是设置硬盘的各项逻辑参数， 指定硬盘主引导记录 MBR和引导记录备份存放的 物理位置。进行分区前我们有必要了解硬盘分区 的相关术语。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -71- 1主分区。（主分区一般就是C盘） 包含操作系统启动所必需的文件和

50、数据的 硬盘分区叫主分区，系统将从这些分区查找和 调用启动操作系统所必须的文件和数据。一个 操作系统必须有一个主分区，并且只能有一个 活动主分区。一个硬盘最多可以有4个主分区。 主分区的特性是在任何时刻只能有一个是活动 的，当一个主分区被激活以后，同一硬盘上的 其它主分区就不能再被访问。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -72- 2扩展分区。在主分区以外的空间建立的 硬盘分区称为扩展分区。扩展分区不能像主分区 一样能被直接使用，必须再在其上创建可为操作 系统直接识别的逻辑硬盘，即逻辑分区。 3逻辑分区。相对于主分区来说，逻辑分 区并不属于某个操作系统，只要它的文件系统与 启动的操作系统兼

51、容，则该操作系统就能访问它。 逻辑分区D 逻辑分区E 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -73- 5.6.3 硬盘分区格式 1FAT16格式 采用16位的空间分配表，当簇的长度为32KB时， 最大可以支持2GB的磁盘分区。几乎所有操作系统都 支持它。FAT16格式最大的缺点是磁盘利用效率低。 2FAT32格式 微软公司推出的一种全新的磁盘分区格式，FAT32 格式采用32位的文件分配表，使其对磁盘的管理能力 大大增强，突破了FAT16对每一个分区的容量只有2GB 的限制，最高可达128TB。在Win98/ME中使用FAT32 分区格式，但Win2000/XP也兼容FAT32分区格式。 第第

52、5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -74- 3NTFS格式 NTFS格式是Windows NT/2000/XP系列操作 系统采用的磁盘分区格式。它能对用户的操作 进行记录，能对用户权限进行非常严格的限制， 使每个用户只能按照系统赋予的权限进行操作， 充分保护了系统与数据的安全。加上具有其它 分区格式所不具备的一些功能，如不易产生文 件碎片等。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -75- 4EXT2格式 EXT2格式是Linux操作系统专用的磁盘分 区格式，它的磁盘分区格式与其它操作系统完 全不同，它有NTFS的安全性和稳定性优点，并 拥有较快的运行速度和较小的CPU占有率，死 机的机会大大

53、减少。目前支持这一分区格式的 操作系统只有Linux操作系统。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -76- 5.6.4 硬盘的高级格式化： 硬盘高级格式化的主要目的是：在硬盘上 的0柱面0磁头第一扇区上写入磁盘引入记录； 在硬盘上建立文件分配表FAT和文件目录表 FDT；建立文件系统以及其它操作系统管理所 需要的信息。在进行硬盘高级格式化时，可以 使用专用的如DM格式化软件，但通常使用 DOS或Windows自带的格式化程序Format.Com。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -77- 5.6.5 分区的备份与恢复 对硬盘分区的数据保护十分重要，一旦分区损坏，系 统则会立即瘫痪，整

54、个硬盘上的数据将有可能丢失。所以我 们必须学会硬盘分区的备份与恢复技巧，在完成新系统安装 后就应及时备份分区表的内容。 可以应用DEBUG方法或者使用Norton Disk Editor、 KV3000等工具软件备份 、恢复主引导区的数据。 注意：一定要使用完全相同的硬盘分区表，否则是无 法恢复备份的 。 通过软盘启动后，如果硬盘可以被访问，则说明只是 操作系统被破坏，可以用重新安装操作系统的方法来恢复。 如果不能访问硬盘，则可能是主引导区被破坏了。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -78- 5.7 硬盘优化硬盘优化 5.7.1 磁盘碎片整理 硬盘在存放文件时是按顺序存放的，也就是说从前

55、 到后哪个地方有空间就存到该空间处。在硬盘上会经常 删除或再写入文件，如果删除文件后再写入文件时，存 入的文件会首先存在刚被删除后的文件所占用的空间， 如果该空间大小不够存放的话，同一个文件的另一个部 分又会被顺序存放在下一个已被删除的文件所占用的空 间。这样同一个文件可能会存放在硬盘上的不同地方， 形成了所谓的文件碎片，即磁盘碎片。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -79- 当读一个文件时，如果该文件被存放到硬盘的不同 地方，磁头要读这个文件时，必须重新定位到该文件存 放的不同位置，这将大大降低了硬盘的读取速度，写文 件时也同样如此。在一个硬盘上重复删除、写入不同文 件的次数越多，形成

56、磁盘碎片的现象就会越严重。 清除磁盘上的文件碎片实际就是使硬盘上的每个文 件重新按顺序存放。要清除磁盘上的文件碎片可以使用 一些磁盘管理工具软件，如Norton Unitities，Windows中 “附件”也包含有“磁盘碎片整理”工具。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -80- 5.7.2 删除硬盘中的垃圾文件 硬盘中的垃圾文件是指在安装、卸载和执行软件过 程中产生的临时文件等，这些文件会随着软件的使用不 断的增加，并占用大量的硬盘空间。 1删除临时文件删除临时文件 删除目录“C:Windows Temp”中所有文件，这些文 件 是 安 装 软 件 时 留 下 的 。 还 有在 C:W

57、INDOWSApplication DataMicrosoftWord目录中会 有大量的.wbk、.tmp 等文件，这些文件是在编辑文档中 留下的，可以直接删除。还可以有选择地删除硬盘其它 目录中后缀名为.tmp、 .001、.bak等备份文件。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -81- 2删除注册表中已卸载软件的注册项删除注册表中已卸载软件的注册项 许多软件在卸载之后仍会在注册表内留下痕迹，久 而久之就会使注册表越来越臃肿，浪费硬盘的空间，并 影响系统启动速度。 3删除多余的删除多余的DLL等文件等文件 在注册表中打开“HKEY_LOCAL_MACHINE S o f t w a r

58、e C u r r e n t Ve r s i o n S h a r e d D L L s ” 如果某个DLL文件所对应的数值为“0”，即表示该DLL 文件对系统已没有用处了，我们可以直接将其删除。 4调整回收站。调整回收站。 将鼠标移到回收站图标上，打开回收站属性，就可 以根据需要分别减少每个驱动器回收站的大小。 第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器 -82- 5.7.3 合理分区 硬盘进行合理分区不但有助于平时对硬盘上的文件进 行管理，提高操作效率，也可以提高系统的运行速度。 1主分区大小要适中。主分区大小要适中。一般要将主分区尽量控制在 1020GB之间。 2分区的个数和大小。分区的个数和大小。分区的个数和大小要根据个 人的情况、使用经验和习惯综合考虑。 3安装多个操作系统。安装多个操作系统。安装多个操作系统时必须为 每个操作系统单独划分一个分区，同样每个分区不要装 太多的相关软件。 4分区的格式。分区的格式。根据安装的操作系统和选择不