第5章硬盘驱动器

1、第第5 5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器5.15.25.35.45.5硬盘的物理结构硬盘的物理结构硬盘的逻辑结构硬盘的逻辑结构硬盘的技术参数硬盘的技术参数不同类型的硬盘不同类型的硬盘硬盘的选购硬盘的选购 第第5章章 硬盘驱动器硬盘驱动器5.1.1 外部结构外部结构电源接口、数据接口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔电源接口、数据接口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔5.1.1 外部结构外部结构15针电源接头针电源接头5.1.1 外部结构外部结构4针针D型型-15针电源转接线针电源转接线15针电源接头针电源接头5.1.1 外部结构外部结构4针针D型型-15针电源转接线针电源转接线5.1.1 外部结构外部

2、结构5.1.1 外部结构外部结构5.1.1 外部结构外部结构5.1.1 外部结构外部结构5.1.1 外部结构外部结构5.1.1 外部结构外部结构5.1.2 内部结构内部结构u盘片及主轴机构盘片及主轴机构（盘片、主轴驱动机构）（盘片、主轴驱动机构）u磁头及附属组件磁头及附属组件 （读（读/写磁头、磁头驱动机构写磁头、磁头驱动机构u前置控制电路前置控制电路5.1.2 内部结构内部结构5.1.2 内部结构内部结构读写磁头读写磁头传动传动手臂手臂传动轴传动轴5.1.2 内部结构内部结构5.1.2 内部结构内部结构5.1.2 内部结构内部结构u硬盘加电硬盘加电控制电路初始化控制电路初始化磁头位于着陆区磁

3、头位于着陆区主轴电机旋转主轴电机旋转磁头驱动小车移动磁头驱动小车移动磁头置磁头置00道道硬盘启动，等待指令。硬盘启动，等待指令。u接口接收指令接口接收指令放大电路放大指令放大电路放大指令音圈电机发出信号音圈电机发出信号磁头定位数据磁头定位数据将接收的信息解码将接收的信息解码放大电路放大电路接口接口反馈到主机。反馈到主机。5.1.2 内部结构内部结构5. 2 逻辑结构逻辑结构5.2.1 逻辑结构组成逻辑结构组成5. 2 逻辑结构逻辑结构5.2.1 逻辑结构组成逻辑结构组成5. 2 逻辑结构逻辑结构5.2.1 逻辑结构组成逻辑结构组成硬盘容量硬盘容量 = 柱面数柱面数磁头数磁头数扇区数扇区数512

4、 B5.2.2 工作原理工作原理5.2.2 工作原理工作原理 非工作状态下非工作状态下，盘片不旋转盘片不旋转，各磁头依靠，各磁头依靠微弱的弹力与盘片表面相接触，微弱的弹力与盘片表面相接触，磁头停在磁头停在启停区（着陆区启停区（着陆区landzlandz），），需要需要读写数据读写数据时时，磁盘旋转磁盘旋转，速度达到额定高速时（，速度达到额定高速时（7200RPM7200RPM），磁头因盘片旋转产生的气流而），磁头因盘片旋转产生的气流而抬起，磁头才向数据区移动，磁头传动机抬起，磁头才向数据区移动，磁头传动机构使构使磁头作径向移动磁头作径向移动，以微小的等距离使，以微小的等距离使磁头作径向移动，盘

5、面旋转时，数据读写磁头作径向移动，盘面旋转时，数据读写按按柱面柱面进行。进行。读写完成后读写完成后，盘片停止旋转，盘片停止旋转，磁头，磁头返回启停区返回启停区。每小时数百公里每小时数百公里5.2.2 工作原理工作原理 盘片产生的气流相当强，足以使磁头托起，盘片产生的气流相当强，足以使磁头托起，与盘面保持一微小距离，距离越小，读写速与盘面保持一微小距离，距离越小，读写速度越快，对各部件的要求越高，气流使磁头度越快，对各部件的要求越高，气流使磁头脱离盘面，又能使磁头的飞行处于严格的受脱离盘面，又能使磁头的飞行处于严格的受控状态。控状态。 盘面与磁头距离很小，灰尘会导致硬盘的严盘面与磁头距离很小，灰

6、尘会导致硬盘的严重故障，所以硬盘的全部零件，均封闭在一重故障，所以硬盘的全部零件，均封闭在一个充满洁净空气的密封腔内个充满洁净空气的密封腔内。5.2.2 工作原理工作原理u记录的二进制信息的最大数量记录的二进制信息的最大数量u单位为单位为GBu存储容量存储容量C n T S Bu单盘容量单盘容量 C= T S B 2（双面记录数据）（双面记录数据）5. 3 硬盘的性能指标硬盘的性能指标1.容量容量u平均访问时间平均访问时间=平均寻道时间平均寻道时间+平均旋转等待时间平均旋转等待时间u磁盘寻道时间磁盘寻道时间u旋转等待时间旋转等待时间5. 3 硬盘的性能指标硬盘的性能指标2.平均访问时间平均访问

7、时间3转速转速主轴的转动速度：主轴的转动速度：7200 /10000 r/min7200 /10000 r/min。SCSI:10000 SCSI:10000 15000 r/min15000 r/min。转速高的硬盘读转速高的硬盘读/ /写速度快，噪音和发热量也写速度快，噪音和发热量也比较大比较大.。4存储密度存储密度位密度：位密度：沿磁道方向单位长度所能存储的二沿磁道方向单位长度所能存储的二进制位数。位进制位数。位/ /英寸（英寸（bpibpi）。道密度：道密度：指沿磁盘径向单位长度所包含的磁指沿磁盘径向单位长度所包含的磁道数，道道数，道/ /英寸（英寸（tpitpi）或道）或道/ /毫米

8、（毫米（tpmtpm）。）。面密度：面密度：指位密度与道密度的乘积，单位为指位密度与道密度的乘积，单位为位位/ /平方英寸。平方英寸。5硬盘缓存硬盘缓存硬盘内部的高速缓冲存储器，提供一个数据缓冲区域，解决硬盘与计算机其他部件速度不匹配的问题。容量为2 MB、8 MB、16 MB或更大硬盘电路板上的芯片6数据传输速率数据传输速率分为持续数据传输速率和突发数据传输速率。持续数据传输速率：硬盘单位时间内所能传送的数据量，即磁头至硬盘缓存间的数据传输速率。设磁盘转速为n转/秒，每条磁道容量为N字节，数据传输速率Dr n N（B/s）设D为位密度（位/英寸），v为磁盘旋转的线速度（英寸/秒或厘米/秒），

9、则有Dr D v / 8（B/s）h5.4.1 IDE接口接口1接线方法接线方法主板上连接硬盘和光驱的IDE插口IDE1（Primary IDE）和IDE2（Secondary IDE）。EIDE端口IDE名称可连接设备IDE1（Primary IDE）Primary Master第一个硬盘Primary Slave第二个硬盘或光驱IDE2（Secondary IDE）Secondary Master第三个硬盘或光驱Secondary Slave第四个硬盘或光驱中间带分叉的连线是用于连接主、从设备的IDE连接线，该“分叉线”蓝色接口连接到主板（Motherboard）的一个IDE接口，线中间的

10、分叉（灰色接口）连接从设备（Slave），另一头（黑色接口）连接主设备（Master）。图5.12 跳线和跳线设置 2PIO模式和模式和DMA模式模式PIO（Programming Input / Output，程序输入/输出）模式，通过CPU执行I/O端口指令来读/写数据的硬盘数据传输模式，其数据传输速率低，CPU占用率高，大量传输数据时会因为占用过多的CPU资源而导致系统停顿，无法进行其他的操作。DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）模式，不经过CPU而直接从内存存取数据的数据交换模式。把控制权交给DMA控制器（DMAC）来处理数据传送，传送完毕把信息反馈给CPU

11、，减轻了CPU占用率。ATA方式模 式数据传输速率（MB/s）PIO mode 311.1 PIO mode 416 UDMA mode 017.5 UDMA mode 126 ATA-33UDMA mode 233.3 UDMA mode 350 ATA-66UDMA mode 566.7 ATA-100UDMA mode 6100 ATA-133UDMA mode 7133 表5.3 DMA模式与PIO模式的传输速率速列表SATA以连续串行的方式传送数据，在较低的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输带宽。SATA一次只会传送1位数据，减少SATA接口的针脚数目，使连接线变得简捷，对机箱内

12、的气流及散热也有明显改善。图5.14 IDE硬盘（a）和SATA硬盘（b）连线对比图5.14 IDE硬盘（a）和SATA硬盘（b）连线对比Intel公司的ICH6系列南桥芯片相对于ICH5系列南桥芯片，所支持的SATA接口从2个增加到了4个，而IDE接口则从2个减少到了1个；ICH7系列南桥则进一步支持4个SATA II接口；ICH8/9/10系列则支持6个以上SATA II接口，并完全抛弃IDE接口。（a） （b）图5.16 支持6个SATA接口的ICH10南桥芯片硬盘性能的瓶颈集中在由硬盘内部机械机构、硬盘存储技术及磁盘转速所决定的硬盘内部数据传输速率上，即使是SATA硬盘也很难再产生什么突破。为了追求更高的速度和更强的稳定性，硬盘的存储介质开始向闪存、DRAM等半导体方