硬盘驱动器分类、工作原理和注意事项

1、硬盘驱动器分类、工作原理和注意事项4-1 移动存储器4-2 硬盘驱动器的分类和结构4-3 硬盘驱动器的工作原理及主要性能指标4-4 硬盘驱动器的接口标准4-5 硬盘驱动器的安装与使用及使用注意事项4-1 移动存储器 4-1-1 移动存储器的分类 移动存储器是指便携式的数据存储装置，指带有存储介质且（一般）自身具有读写介质的功能，不需要或很少需要其他装置（例如计算机）的协助。现代的移动存储主要有移动硬盘、USB盘和各种记忆卡。（1）移动硬盘 移动硬盘(Mobile Hard disk)是以硬盘为存储介质，计算机之间交换大容量数据，强调便携性的存储产品。市场上的主要品牌有：希捷、东芝、三星、爱国者

2、等。（2）闪盘 闪存盘是一种采用USB接口的无需物理驱动器的微型高容量移动存储产品。它采用的存储介质为闪存(Flash Memory)，且将驱动器及存储介质合二为一，所以不需要额外的驱动器，只要接上电脑上的USB接口就可独立地存储读写数据。 4-1-2 移动存储器的应用（1）存储数据的工具（2）转移数据的媒介（3）系统启动工具（特别在安装系统时）（4）密码钥匙（如U盾）4-2 硬盘驱动器的分类和结构4-2-1按硬盘与微机之间数据接口分类 通常分为：IDE、ATA、SATA、SATA、SATA、SCSI等。4-2-2硬盘驱动器的结构大多数硬盘把磁盘、磁头、电机集中到一个全封闭的超净腔体中，在外面

3、有放大器、控制电路、接口电路等部件。用户没有净化条件，不允许自行打开盘腔。在硬盘驱动器背面有一块电路板，电路板和内部磁头通过一条软电路连接。在驱动器的一端有一个标准的电源接口，接口旁边是IDE接口或SATA接口。在电源接口与IDE接口之间有一个跳线装置，使用它可以设置硬盘的主、从工作状态（ SATA接口硬盘没有跳线装置）。上图是一个机械硬盘，即是传统普通硬盘，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。磁盘的盘片在一个盘腔中可以有一个或多个盘片。磁盘驱动机构，主轴电机和盘片主轴直接连接，多数硬盘的主轴电机转速在7200转。提高主轴转速是提高硬盘速度

4、的途径之一。磁盘的读写头，硬盘的每个磁面都有一个读写磁头，磁头数是硬盘的一个重要技术指标。磁头安装在一个有弹簧加载的活动臂上，有一个盘片，就有两个磁头，磁头数是盘片数的2倍。磁头是悬浮在磁盘表面读取信息的；硬盘读取、写入、保存数据，其原理是改变高速旋转盘面上的磁颗粒的极性。硬盘采用非接触的头、盘结构。4-3 硬盘存储工作原理及主要性能指标4-3-1 硬盘存储工作原理硬盘中的机械机构是：硬盘盘片、磁盘驱动机构、读写磁头、磁头定位机构等。这几个部分要能步调统一地协调工作离不开控制电路，硬盘上的控制电路装在一块电路板上，它含有驱动主轴的驱动和控制电路，还有根据预约约定的逻辑向硬盘控制器发送数据的电路

5、。控制电路负责把接口传来的数据转换送到读写磁头，负责确定磁盘上什么地方是空，把数据写到磁盘上的指定位置，或负责从磁盘上找到数据存储的位置，把数据从硬盘盘片上读出来，并转换成符合接口标准的信号，传送到接口。4-3-2 硬盘存储器主要性能指标A 存储容量 硬盘的第一性能指标。通常以MB即兆字节为单位，1M=1024*1024。B 硬盘速度 衡量硬盘速度的性能指标主要有：C 平均寻道时间（即寻址时间）是硬盘在盘面上移动读写磁头至指定的磁道所用的时间。D 平均寻道时间，反映了硬盘磁头的移动定位速度，它直接影响硬盘的访问速度。E 平均等待时间，是指磁头已处于要访问的磁道，等待要访问的扇区旋转至磁头下方的

6、时间。F 平均访问时间，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全部时间，包括寻址+等待时间。时间越短越好。G 数据传输率，表示在磁头定位后，磁盘读写或写数据的速度。用兆字节每秒（MB/s）或兆比特每秒 （Mbps），硬盘的数据传输率越高表明其传输数据的速度越快。MB/s的含义是兆字节每秒，指每秒传输的字节数量； Mbit/s的含义是兆比特每秒，指每秒传输的比特位数。MB/s中的B字母是Byte的含义，Byte是字节数，bit是位数，在计算机中每八位为一字节，也就是1Byte8bit，是1：8的对应关系。因此1MB/s等于8Mbit/s。但在硬盘的数据传输率

7、上二者就不能用一般的MB和Mbit的换算关系（1B=8bit）来进行换算。因为在Mbit中还包含有许多bit（位）的辅助信息，不完全是硬盘传输的数据，简单的用8来换算，将无法得到真实的内部数据传输率数值。 硬盘的数据传输率分为突发数据传输率（外部）和持续传输率（内部）突发数据传输率也称为外部传输率，或接口传输率，即微机系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，它与硬盘接口类型和硬盘缓冲区容量大小有关,支持ATA-133(IDE)的硬盘传输率可达133MB/s ，而SATA 1.0 接口的硬盘传输率可达传输率可达300MB/s 。持续传输率也称为内部传输率，它反映硬盘缓冲区与硬盘磁头之间交换数据的速

8、度。内部传输率依赖硬盘的主轴旋转速度。在单碟容量相同时，转速高的硬盘的内部传输率高。目前家用级硬盘，内部数据传输率基本还停留在7090 MB/s .内部传输率可以明确表现出硬盘的读写速度，它的高低才是评价一个硬盘整体性能的决定性因素，它是衡量硬盘性能的真正标准。 高速缓冲区CACHERAM的速度要比硬盘快几百倍，人们在硬盘中设计了一个专门的存储器 一个速度很快的RAM，称为高速缓冲存储器。这样，往硬盘上存储数据时，只要把数据写到CACHE中，直到磁盘空闲时才把高速缓存中的数据写入硬盘，而CPU则不用管它；读盘时，系统检查数据是否在高速缓存中，如果有需要读的数据，则被选中，就可以直接从CACHE

9、中把它读出来，而不用花大量的时间去等待硬盘读出数据，从而提高了CPU工作效率。通常硬盘容量越大，缓冲区越大，因此即使是EIDE接口的硬盘，为了提高性能，至少也要拥有256KB的高速缓存。目前硬盘的高速缓冲在8MB-16MB。4-4 硬盘驱动器的接口标准一般硬盘的接口有三类：IDE（AT或ATX）(并口)类SATA（串口）： SATA、SATA、SATASCSI（用于苹果机、中高端服务器、高档工作站）IDE接口SATA接口4-4-1 ATA硬盘接口标准ATA接口标准是IDE硬盘的特定接口标准。ATA/IDE推出在1986年，作为一种工业标准，沿用至今。1993年推出一个扩展的ATA接口标准，即A

10、TA-2。这个标准增加了快速的PIO模式和DMA模式；改进了硬盘的自动识别功能，这对于即插即用（PnP）和与后续标准的兼容性都具有重要作用；支持LBA模式。后又推出ATA-3标准。PIO模式与DMA模式硬盘与主机进行数据交换的方式有两种，一种是通过CPU执行I/O端口指令来进行数据的读写的PIO模式；另一种是不经过CPU的DMA方式。 PIO（Programming Input/Output）模式，这种模式使用PC I/O端口指令来传送所有的命令、状态和数据。这种指令只需一次取指令就可重复多次地完成I/O操作。可达到高的数据传输率。DMA（Direct Memory Access）（指导内存直

11、接读取），它表示数据不经过CPU，而直接在硬盘和内存之间传送。4-4-2 Serial ATA也就是串行ATA它与目前广泛采用的ATA/100或ATA/133等接口最根本的不同在于，以前硬盘所有的ATA接口类型都是采用并行方式进行数据通信，因而统称并行ATA。 而Serial ATA，顾名思义，也就是采用串行方式（Serial ATA采用“序列式”的结构，把若干位（bit）数据打包，然后采用比并行式更高的速度（高50%），把数据分组形式传输至主机的方式） 进行数据传输。Intel公司865芯片组以后都支持。 AMD公司K8T800芯片组以后都支持。 nVIDIA公司nForce3芯片组以后都支

12、持。 4-4-3 SCSI接口硬盘SCSI即是小型计算机系统接口（ Small Computer System Interface ），是同IDE（ATA）完全不同的接口，SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，而是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。SCSI接口是一个通用接口，在SCSI母线上可以连接主机适配器和八个SCSI外设控制器，外设可以包括磁盘、磁带、CD-ROM、可擦写光盘驱动器、打印机、扫描仪和通讯设备等

13、。SCSI还是一种多任务接口，设有母线仲裁功能。挂在一个SCSI母线上的多个外设可以同时工作。SCSI接口可以同步或异步传输数据，同步传输速率可以达到10MB/s，异步传输速率可以达到。SCSI的版本有： SCSI-1、 SCSI-2 SCSI-3SCSI设备还具有智能化，SCSI卡自己可对CPU指令进行排队，这样就提高了工作效率。 使用SCSI硬盘时需要在主板上扩充专门的SCSI接口卡，并安装专门的驱动程序，每个SCSI卡可同时连接7个外设。 SCSI硬盘和IDE硬盘可以一起使用，但在启动时首先启动主板的BIOS，然后才会引导SCSI控制卡的BIOS，所以，IDE硬盘有较高的优先权作为启动盘

14、。4-4-4 RAID标准什么是RAID RAID是Redundant Array of Independent Disk的缩写，翻译成中文意思是“独立磁盘冗余阵列”，意为独立冗余磁盘阵列，是磁盘阵列在技术上实现的理论标准，其目的在于减少错误、提高存储系统的性能与可靠度。常用的等级有1、3、5 级等。 简单的说，RAID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技术。组成磁盘阵列的不同方式成为RAID级别（RAID Levels）。数据备份的功能是在用户数据一旦发生损坏后，利用备份信息可以使损坏数据得以恢复，

15、从而保障了用户数据的安全性。在用户看起来，组成的磁盘组就像是一个硬盘，用户可以对它进行分区，格式化等等。总之，对磁盘阵列的操作与单个硬盘一模一样。不同的是，磁盘阵列的存储速度要比单个硬盘高很多，而且可以提供自动数据备份。 最常用到的是RAID0、RAID1和RAID0+1。RAID0指加速、RAID1指备份、RAID0+1既能备份又能加速。不过，备份功能需两块硬盘，所以，RAID0功能是最廉价的。 RAID0：将多个较小的磁盘合并成一个大的磁盘，不具有冗余，并行I/O，速度最快。RAID0亦称为带区集。它是将多个磁盘并列起来，成为一个大硬盘。在存放数据时，其将数据按磁盘的个数来进行分段，然后同

16、时将这些数据写进这些盘中。 所以，在所有的级别中，RAID0的速度是最快的。但是RAID0没有冗余功能的，如果一个磁盘（物理）损坏，则所有的数据都无法使用。 RAID1：两组相同的磁盘系统互作镜像，速度没有提高，但是允许单个磁盘错，可靠性最高。RAID1就是镜像。其原理为 在主硬盘上存放数据的同时也在镜像硬盘上写一样的数据。当主硬盘（物理）损坏时，镜像硬盘则代替主硬盘的工作。因为有镜像硬盘做数据备份，所以RAID1的数据安全性在所有的RAID级别上来说是最好的。但是其磁盘的利用率却只有50%，是所有RAID上磁盘利用率最低的一个级别。 RAID3:存放数据的原理和RAID0、RAID1不同。R

17、AID3是以一个硬盘来存放数据的奇偶校验位，数据则分段存储于其余硬盘中。它象RAID0一样以并行的方式来存放数，但速度没有RAID0快。如果数据盘（物理）损坏，只要将坏硬盘换掉，RAID 控制系统则会根据校验盘的数据校验位在新盘中重建坏盘上的数据。不过，如果校验盘（物理）损坏的话，则全部数据都无法使用。利用单独的校验盘来保护数据虽然没有镜像的安全性高，但是硬盘利用率得到了很大的提高，为n-1。 RAID5：向阵列中的磁盘写数据，奇偶校验数据存放在阵列中的各个盘上，允许单个磁盘出错。RAID5也是以数据的校验位来保证数据的安全，但它不是以单独硬盘来存放数据的校验位，而是将数据段的校验位交互存放于

18、各个硬盘上。这样，任何一个硬盘损坏，都可以根据其它硬盘上的校验位来重建损坏的数据。硬盘的利用率为n-1。 下图是磁盘阵列卡，插入主板PCI槽4-4-5 SSD固态硬盘 固态硬盘（Solid State Disk）是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘，由控制单元和存储单元（FLASH芯片、DRAM芯片）组成。固态硬盘在接口的规范和定义、功能及使用方法上与普通硬盘的完全相同，在产品外形和尺寸上也完全与普通硬盘一致。被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。(下页图为大固态硬盘主控芯片品牌、型号、产品) SSD固态硬盘的优点有：读写速度快、防震抗

19、摔性、低功耗、无噪音、工作温度范围大、轻便 缺点是：（1）与相同价位的硬盘相比，存储容量相差大（2）固态硬盘闪存具有擦写次数限制，导致使用寿命短（3）售价稍高（市场上的64GB 固态硬盘产品的价格大约在在400人民币左右，而128GB的产品价格大约在800人民币）4-5 硬盘驱动器的安装与使用及注意事项 4-5-1 硬盘驱动器的安装1 、 IDE硬盘的主、从盘跳线安装硬盘时，首先要注意正确识别硬盘的主从跳线，在每一台IDE设备上都有设置主（Master）、从（Slave）方式的跳线，用来区别一条线上的两个设备。在安装时，注意使用细纹螺钉。连接电源线和数据电缆，IDE、EIDE接口的硬盘为40芯

20、的扁平电缆，SCSI接口的硬盘为50芯的扁平电缆。一般来说，硬盘出厂时默认的设置是作为主盘，当只安装一个硬盘时是不需要改动的；但当安装多个硬盘时，就需要对硬盘跳线重新设置了。硬盘上的跳线比较简单，其跳线位置多在硬盘后面数据线接口和电源线接口之间。跳线数据线接口电源接口跳线如果跳线卡接在第一排，则为master or single 盘。表示设置硬盘为主盘或该通道上只单独连接一个硬盘，即该硬盘独占一个IDE通道，这个通道上不能有从盘。注意，电脑启动的时候，进入的是主盘。slave 则是设为从盘。该图显示，如果将所有的跳线卡拨下来，则为从盘。Master with a non-ATA compatible slave 表