硬盘基础知识的简单介绍

1、HDD基础知识DD0B66Alvin引入自1956年IBM推出第一台硬盘驱动器IBM RAMAC 350至今已有五、六十年了，硬盘是存储中最基本的组件，您对它的结构和原理了解多少呢？课程目标了解存储硬盘知识理解硬盘的工作原理了解硬盘容量、转速和缓存等参数了解硬盘接口技术及其发展情况学习完本课程，你应该能够学到：硬盘的硬件结构 硬盘的工作原理硬盘的主要参数 硬盘接口介绍硬盘的品牌 目录硬盘外部结构电源接口和数据接口控制电路板固定面板电源接口数据接口控制电路板固定面板硬盘内部结构磁头组件磁头驱动机构磁盘片主轴组件前端控制电路磁头驱动机构磁盘片磁头组件前端控制电路主轴组件硬盘控制电路主控制芯片数据传

2、输芯片高速数据缓存芯片硬盘的磁头磁头是硬盘中最昂贵的部件，是硬盘技术最重要和关键的一环采用了非接触式结构，加电后悬浮在高速旋转的磁盘表面读写合一式磁头与分离式磁头硬盘的磁道当磁盘旋转时，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。外圈磁道中间磁道内圈磁道硬盘的柱面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。硬盘柱面硬盘的扇区磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段就被称为磁盘的扇区。单个扇区硬盘的硬件结构 硬盘的工作原理硬盘的主要参数 硬盘接口介绍

3、硬盘的品牌目录硬盘工作原理硬盘利用特定的磁粒子的极性来记录数据在读取数据时，磁头将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据写数据时，正好与此相反目录硬盘的硬件结构 硬盘的工作原理硬盘的主要参数 硬盘接口介绍 硬盘的品牌硬盘的容量和转速硬盘容量（Capacity）作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位硬盘转速（Rotationl Speed）转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm（Revolutions Per Minute）平均寻道时间和平均潜伏期平均寻道时间（Averag

4、e Seek Time）指磁头移动到数据所在磁道需要的时间，这是衡量硬盘机械性能的重要指标。单位为毫秒（ms）。不同品牌、不同型号的产品其平均寻道时间也不一样，但这个时间越低，则产品越好，现今主流的硬盘产品平均寻道时间都在在9ms左右。平均潜伏期 （Average Latency） 指当磁头移动到数据所在的磁道以后，等待指定的数据扇区转动到磁头下方的时间平均访问时间和数据传输率平均访问时间（Average Access Time） 指从读/写指令发出到第一笔数据读/写实际开始所用的平均时间数据传输率（Data Transfer Rate ）指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s） 内

5、部数据传输率（Internal Transfer Rate）是指磁头与缓存之间的数据传输率，即硬盘将数据从盘片上读取出来，然后存储在缓存内的速度。它可以明确表现出硬盘的读写速度，也是评价一个硬盘整体性能的决定性因素。有效地提高硬盘的内部数据传输率，才能对硬盘子系统的性能有最直接、最明显的提升。目前为了提高硬盘性能，各硬盘生产厂家都不约而同地采用努力提高硬盘的内部数据传输率的方法。除了改进信号处理技术、提高转速以外，最主要的方法就是不断的提高单碟容量以提高线性密度。数据传输率 外部数据传输率（External Transfer Rate）也称为突发数据传输或接口传输率，指硬盘缓存和电脑系统之间的

6、数据传输率，即电脑通过硬盘接口从缓存中将数据读出并交给相应的控制器的速率。硬盘所采用的ATA66、ATA100、ATA133、SATAII等接口就是以硬盘的理论最大外部数据传输率来表示的，如SATAII接口的外部数据最大传输率可达300MB/s。但是这些只是理论上的传输率，实际工作中并不能达到这个数值，而更多时候是取决于硬盘的内部数据传输率。数据传输率硬盘缓冲区也称之为缓存（Cache）缓冲区的基本作用是平衡内部与外部的数据传输率为了减少主机的等待时间，硬盘会将读取的资料先存入缓冲区，等全部读完或缓冲区填满后再以接口速率快速向主机发送目录硬盘的硬件结构 硬盘的工作原理硬盘的主要参数 硬盘接口介

7、绍硬盘的品牌硬盘的接口种类IDE（Integrated Drive Electronics） SCSI（Small Computer System Interface ） FC（Fibre Channel ） SATA（Serial ATA ） SAS（Serial Attached SCSI ） ATA接口ATA(Advanced Technology Attachment), 又称IDE(Integrated Drive Electronics电子集成驱动器。它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器)或称PATA(Parallel ATA), 不支持热插拔。ATA接口

8、ATA接口具有价格低廉、稳定性好、速度快、标准化程度高等优点。ATA接口标准不断更新，目前已开发出了:ATA-1（IDE的最初版本）ATA-2（Enhanced IDE，EIDE）ATA-3Ultra ATA/33Ultra ATA/66Ultra ATA/100Ultra ATA/133 最高数据传输率也由最初的33 MB/s提高到133 MB/s；另外，自ATA-3开始加入一种新的标准，使IDE接口可支持光盘驱动器。 SATA接口SATA（Serial ATA）接口即串行ATA接口，它是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，因为采用串行方式传输数据而得名。SATA总线使用嵌入式时钟信

9、号，使其具备了更强的纠错能力，在传输数据时会对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误则自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。而且SATA接口的传输速度较IDE要高，Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，而目前的SATA II的数据传输率则已经高达300MB/s。除此之外，SATA接口还具有结构简单、支持热插拔等优点.SATA接口NCQ的英文缩写是：Native Command Queuing,意思是“原生命令排序”指可以排列硬盘所接收到的指令以改进性能. 原生命令排序的原理是将所接受到的命令以某种顺序进行重新排序，排序的目的在于让磁头能集中寻址，减少

10、磁头不必要的来回寻址以缩短整体用时，有效改变硬盘的响应速度和总的传输速度。要减少寻道时间，一般的做法就是对任务的重新排序。因为如果我们的定位任务按照先来后道的顺序依次进行，那延迟肯定很大。What is NCQ?SCSI接口SCSI（Small Computer System Interface）接口即小型计算机系统接口。与ATA接口完全不同，它基于一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术，可以同时挂接7个不同的设备。SCSI接口具有多任务、带宽大、CPU占用率低、支持热插拔等优点，但较高的价格，以及在使用时必须另外购买SCSI接口卡的问题，使得它很难如IDE和SATA硬盘般普及，因此SCSI

11、硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。SCSI接口FC接口 FC硬盘是指采用FC-AL( Fiber Channel Arbitrated Loop，光纤通道仲裁环) 接口模式的磁盘。FC-AL使光纤通道能够直接作为硬盘连接接口，为高吞吐量性能密集型系统的设计者开辟了一条提高I/O性能水平的途径。目前高端存储产品使用的都是FC接口的硬盘。主要特点：支持热插拔，高速带宽，远程连接，连接设备数量大（最大127）目前传输速率为4Gb/sFC接口SAS SAS 是Serial Attached SCSI的缩写，即串行连接SCSI。和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都是采用串行

12、技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间。SAS是新一代的SCSI技术。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性，提供与串行ATA (Serial ATA，缩写为SATA)硬盘的兼容性。SAS目录硬盘的硬件结构 硬盘的工作原理硬盘的主要参数 硬盘接口介绍硬盘的品牌硬盘的品牌目前硬盘的品牌主要有希捷（Seagate）、三星（Samsung）、东芝（Toshiba）、富士通（Fujitsu）、西部数据（Western Digital）、迈拓（Maxtor）、昆腾（Quantum）、日立（itachi）、IBM等。其中迈拓公司于

13、2000年并购昆腾，而迈拓公司又在2006年与希捷公司合并。因此现在市面上已基本看不到昆腾硬盘，只在一些二手市场中时有出现；而迈拓硬盘也只有少量在出售。Extend Knowledge固态硬盘简介（Solid State Disk或Solid State Drive，简称 S S D）固态硬盘定义固态硬盘（Solid State Disk或Solid State Drive，简称SSD）,也称作电子硬盘或者固态电子盘，是由控制单元和固态存储单元（DRAM或FLASH芯片）组成的硬盘。固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM作为存储介质，目

14、前绝大多数固态硬盘采用的是闪存介质。存储单元负责存储数据，控制单元负责读取、写入数据。由于固态硬盘没有普通硬盘的机械结构，也不存在机械硬盘的寻道问题，因此系统能够在低于1ms的时间内对任意位置存储单元完成输入/输出操作固态硬盘与机械硬盘的比较固态硬盘相比机械硬盘，有以下优点：1、存取速度快，这也是固态硬盘最大的优点，固态硬盘没有磁头，采用快速随机读取，读延迟极小，无论是启动系统还是运行大型软件，固态硬盘的速度相比主流的机械硬盘有了质的飞跃。2、防震抗摔，固态硬盘内部不存在任何机械活动部件，不会发生机械故障，也不怕碰撞、冲击、振动。这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。3、发热低、零噪音，由于没有机械马达，闪存芯片发热量小，工作时噪音值为0分贝，闪存芯片发热量小。4、体积小，相比传统的机械硬盘，固态硬盘体积更小，重量更轻，方便携带。固态硬盘缺点1、成本高、容量小，相比机械硬盘，一般的固态硬盘容量小得多，目前容量较大的固态硬盘也只有256GB。价钱方面，目前一个固态盘（基于闪存）的价钱是机械硬盘的5-10倍，甚至