第7章硬盘驱动器

第7章硬盘驱动器要求了解硬盘驱动器的分类和组成结构，掌握硬盘驱动器的工作原理及主要性能指标，了解主流硬盘的型号，掌握硬盘驱动器的安装和BIOS设置、制作启动盘、硬盘的分区和高级格式化。7.1硬盘驱动器的分类1.按盘径尺寸分类:有5.25、3.5(常用)、2.5、1.8英寸

图7-1硬盘的外观

(1)IDE接口(IntegratedDriveElectronics)“集成驱动设备”：指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器。主要用于硬盘和光驱与计算机的连接。工作模式分DMA33(传输速率

33MB/S)，DMA66、DMA100最高DMA133。符合ATA规范，也称ATA接口。外观如图7-2。2.按接口类型分类SerialATA(简称SATA)SATA硬盘接口、采用点对点的传输模式，每块硬盘独享通道带宽。SATA1．0数据传输速率的有效带宽峰值为150MB/s。SATA2．0标准的数据传输速率为300MB/s，SATA3．0标准的数据传输速率为600MB/s，。SATA接口硬盘的外观如图7-3所示。图7-3SATA接口及数据连接线(2)SerialATA接口（SATA）SCSI(SmallComputerSystemInterface，小型计算机系统接口)最初是为小型机研制的一种接口技术，现在它被完全移植到了普通微机上。传输速率160MB/S，CPU占用率低10%，适用多任务。图7-4所示是希捷Cheetah15K3的SCSI硬盘及其接口，它是第六代SCSI硬盘，主轴转速为15000r/min（转/分），36.7GB容量，物理接口是68针，接口界面采用了UltraSCSI320规范。(3)SCSI接口7.2硬盘驱动器的组成结构1.硬盘的外部结构硬盘从外观上看，由电源接口、数据接口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔等组成，相同类型的硬盘结构都是相似的，如图7-5所示，左图是IDE接口的硬盘，右图是SATA接口的硬盘。图7-5硬盘的外部结构

电源接口：电源接口与主机电源相连，为硬盘工作提供能源。IDE硬盘的电源接口为4针接口，而SATA硬盘的电源接口为15针。显然，现有的ATX电源没有这类电源插头，通常需要采用SATA电源转接线与传统电源线转接，如图7-6所示数据接口：数据接口是硬盘数据和主板控制器之间进行传输交换的纽带，根据连接方式的差异，分为IDE、SATA等接口。IDE接口为40根针，数据线分40线和80线两种。如图7-7a所示，SATA硬盘使用7针端口，如图7-7b所示。图7-7IDE的数据线和SATA的数据线目前常用的两种接口的硬盘比较硬盘IDE接口与SATA接口的比较：IDE(ATA)电源线—4针，数据线—40线/80线；传输速率DMA66传输速率66MB/S，最高DMA133133MB/S，兼容性好；共享带宽。SATA电源线—15针（可由转接线转成4针）

数据线—7线/4线目前速率SATA1.0150MB/S、SATA2.0300MB/S；点对点传输，独占带宽。SATA接口需要Intel865和915档次以上芯片组的支持。965以上芯片组不支持IDE。SATA2.0的NCQ技术NCQ(NativeCommandQueuing，原生命令队列)技术可以对读写硬盘的指令执行顺序进行优化，避免像传统硬盘那样机械地按照接收指令的先后顺序移动磁头读写硬盘的不同位置，与此相反，它会在接收命令后对其进行排序，排序后的磁头将以高效率的顺序进行寻址，从而避免磁头反复移动带来的损耗，延长硬盘寿命。控制电路板；控制电路板采用贴片式元件焊接，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，ROM芯片、缓存RAM等。固定盖板：硬盘的固定盖板面板上标注有产品的型号、产地、设置数据等，它与底板结合成一个密封的整体，以保证硬盘盘片和机构的稳定运行。安装螺孔：用于硬盘的安装，对于3.5in的产品，固定盖板和侧面都有安装孔，可以方便灵活地安装。2.硬盘的内部结构硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、盘头组件、盘片、接口及附件等几大部分组成，如图7-8所示。浮动磁头组件：读取数据信号；控制电路：信号放大、控制、传送；盘片：是存储数据的载体，多采用金属薄膜磁盘；液态轴承：以油膜代替滚珠，无磨损、抗震。7.3硬盘驱动器的工作原理硬盘系统由硬盘驱动器、适配器及连接电缆三部分组成。初始化完成后，主轴电机启动并高速旋转，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的00道。存储区由盘片、面、磁道(同心圆)、扇区组成。多个盘面的相同磁道形成硬盘的“磁柱面”。7.4硬盘驱动器的主要性能指标1.容量(Capacity)主流硬盘容量80~250GB，影响硬盘容量的因素为单片容量和盘片数量。计算机中按1GB=1024MB，硬盘厂家按1GB=1000MB所以在计算机中显示出来的硬盘容量一般情况下要比硬盘容量的标称值小。

2.平均寻道时间(averageseektime)：从初始位置移动到数据所在磁道所需要的时间（ms）。3.平均潜伏时间（Averagelatency）：磁头移动到数据所在磁道后，等待所要数据块到来所需的时间。（ms)

4.单磁道时间（SingleTrackSeek）：相邻磁道的移动时间。(ms)

5.全程访问时间（MaxFullSeek）：磁头开始移动至找到数据块所需的时间。(ms)

6.平均访问时间（AverageAccess）：磁头找到指定数据的平均时间。是平均寻道时间与平均潜伏时间之和。

(ms)7.最大内部数据传输率（MaximumInternalDataTransferRate）：磁头到硬盘缓存区的最大数据传输率，速度16MB/S外部数据传输率示意图如图7-12所示。图7-12硬盘内部数据传输率与外部数据传输率示意图8.外部数据传输率（ExternalTransferRate)外部数据传输率指从硬盘缓冲区读取数据的速率，可达133MB/s或更高，比内部数据传输快。在硬盘特性表中常以数据接口速率代替，单位为MB/s。内部数据传输率与外部数据传输率的关系如图7-9所示，由于外部数据传输速率受内部数据传输速率制约，所以无法达到标称的速率。9．主轴转速(rotationalspeed)主轴转速是指硬盘内主轴的转动速度，目前ATA(IDE)硬盘的主轴转速一般为5400~7200r/min，主流硬盘的转速为7200r/min，SCSI硬盘的主轴转速一般可达7200～10000r/min，而最高转速的SCSI硬盘转速高达15000r/min。10．缓存(BufferMemory)硬盘缓存是指在硬盘内部的高速存储器其作用是提供一个数据的缓冲区域，把从硬盘读取的数据暂时保存，然后一次性传输出去，或者把从总线传输来的数据暂时保存，然后逐渐写入硬盘。解决CPU与硬盘之间巨大的速度差异。目前，硬盘缓存的容量通常为512KB、2MB、8MB、16MB或更大。11.硬盘表面温度：硬盘工作时，封壳的温度。12.平均故障间隔时间：硬盘开始运行到出现故障的时间间隔。(一般5年左右）13.单碟容量：硬盘中的存储碟片一般有1~4片，3.5in的单碟容量可达40GB。14.数据保护技术：S.M.A.R.T自监测、分析、报告技术。RAID(RedundantArrayoflndependentDisks，独立磁盘冗余阵列)有时也简称磁盘阵列(DiskArray)，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。(1)RAID0提高性能、数据安全性不变。RAID0存储方式如图7—13所示。7.5硬盘RAID技术图7-13RAID0存储方式(2)RAID1安全性提高、性能不变。RAID1存储方式如图7-11所示。(3)RAID0+1性能提高、安全性加强。RAID0+1存储方式如图7-12所示。(4)JBOD增大容量。JBOD(JustaBunchofDrives,简单硬盘串联）也称作数据迭加。SATA硬盘在设置RAID模式时，一般都需要安装主板芯片组厂商所提供的驱动，但也有少数较老的SATARAID控制器在打了最新补丁的某些版本的WindowsXP系统里不需要加载驱动就可以组建RAID。7.6主流硬盘介绍目前，市场上主流是7200dmin、SATA或SATA/300串口桌面硬盘，容量80GB、160GB、250GB等表7—1列出了目前市场上的主流产品的技术参数。表7-1主流7200r/min桌面硬盘技术参数一览7.7硬盘驱动器的选购硬盘的选购与其他产品一样，在没有充足的经济实力支持下，以“够用”为原则，如果考虑得更长远一点，就是想到以后的升级等问题。在购买硬盘时以主流产品为主，近期一般指：容量为160GB或200GB，转速为7200r／min，数据缓存为2MB或8MB，接口类型为UltraATAl33或SATAl50，平均寻道时间低于9．0ms。因此总的说来，一般情况下，可以结合“够用就好”和“考虑升级”两个因素选择硬盘。7.8实习实习1——IDE接口硬盘驱动器的安装：1、将硬盘固定在安装架上。水平放置时，电路面朝下，标签面向上，如图7-15所示。图7-15硬盘跳线图2、连接硬盘电源线在电源插座与数据线插座之间有4组跳线插针，可根据硬盘上的标签和使用需要进行跳线。如图7-16所示。。图7-16硬盘主、从跳线插座3.连接硬盘数据线80芯专用数据线连接主硬盘，如图7-17所示。图7-1780芯数据线先将IDE线的蓝色插头插在主板上的IDE1插座中，如图7-18所示。然后再将黑色IDE插头插到硬盘上的IDE插座中，硬盘线的有色边对准插座的第一脚，如图7-19所示。图7-18主板上IDE接口图7-19连接硬盘数据线实习2——SATA接口硬盘的安装SATA硬盘与IDE硬盘一样，需要连接数据线和电源线。SATA数据线为扁长形（见图7-20），直接连接主板和硬盘上的相应接口即可，如图7-20所示。图7-20硬盘SATA接口数据线和电源线的连接实习3IDE硬盘的BI