计算机硬件认识硬盘

计算机维护基础课程主讲1第五讲硬盘驱动器硬盘驱动器和适配器硬盘驱动器与软盘驱动器相似，工作原理相同，都属于磁表面存储器。有四大系统组成，主轴驱动系统，磁头定位检测系统，数据读写系统和接口控制系统。适配器一般在主板上。235.1认识硬盘5.1.1硬盘的历史与发展从第一块硬盘RAMAC的产生到现在单碟容量高达15GB多的硬盘，硬盘也经历了几代的发展，下面就介绍一下其历史及发展。

1.1956年9月，IBM的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM350RAMAC（RandomAccessMethodofAccountingandControl），其磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，这套系统的总容量只有5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，它们被叠起来固定在一起，绕着同一个轴旋转。此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内。4

2.1968年IBM公司首次提出“温彻斯特/Winchester”技术，探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。“温彻斯特”技术的精隋是：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，

磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也是现代绝大多数硬盘的原型。

3.1973年IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术的硬盘，从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。5

4.1979年，IBM再次发明了薄膜磁头，为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。

5.80年代末期IBM对硬盘发展的又一项重大贡献，即发明了MR（MagnetoResistive)磁阻，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度能够比以往20MB每英寸提高了数十倍。

6.1991年IBM生产的3.5英寸的硬盘使用了MR磁头，使硬盘的容量首次达到了1GB，从此硬盘容量开始进入了GB数量级。7.1999年9月7日，Maxtor宣布了首块单碟容量高达10.2GB的ATA硬盘，从而把硬盘的容量引入了一个新里程碑。6

8.2000年2月23日，希捷发布了转速高达15，000RPM的CheetahX15系列硬盘，其平均寻道时间只有3.9ms，这可算是目前世界上最快的硬盘了，同时它也是到目前为止转速最高的硬盘；其性能相当于阅读一整部Shakespeare只花.15秒。此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s，数据缓存为4~16MB，支持Ultra160/mSCSI及FibreChannel(光纤通道)，这将硬盘外部数据传输率提高到了160MB~200MB/s。总得来说，希捷的此款（"捷豹"）CheetahX15系列将硬盘的性能提高到了一个新的里程碑。79.2000年3月16日，硬盘领域又有新突破，第一款“玻璃硬盘”问世，这就是IBM推出的Deskstar75GXP及Deskstar40GV，此两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料，这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性。另外玻璃材料在高转速时具有更高的稳定性。此外Deskstar75GXP系列产品的最高容量达75GB，这是目前最大容量的硬盘，而Deskstar40GV的数据存储密度则高达14.3十亿数据位/每平方英寸，这再次涮新数据存储密度世界记录。

8硬盘领域在2001年中发了比较大的格局变化，Maxtor收购了著名的昆腾硬盘，这一下加大了Maxtor的市场竞争能力和技术实力，我们都知道昆腾硬盘的技术水平绝对是一流的。硬盘容量的增长速度在2001年中得到了很大的提升，容量在突破了40GB以后，呈现了翻倍增长的趋势，尽管我们现在使用的主板大部分还不支持很大容量的硬盘，但是硬盘厂商们仍然是不遗余力的推出了120GB、160GB的超大容量硬盘，以此来显示自己的技术实力。

10.技术回顾：

硬盘容量是硬盘技术中最敏感的，就像显卡领域中速度一样。在硬盘容量技术方面，蓝色巨人IBM一向是走在其他厂商的前列，

9。在2001年3月的时候，Maxtor也提出了自己的“BigDrives”技术。我们知道硬盘的容量和扇区都是由三个数值决定，它们分别是柱面数（Cylinder）、磁头数（Head）、扇区数（Sector），简称CHS。ATA规范规定的接口CHS寄存器配置是28bit，也就是C：16bit；H：8bit；S：4bit。在2001年中，IBM提出一个AntiFerromagneticallyCoupled（反铁磁性耦合）介质技术，就是在磁盘的表面再加上了一层很薄的存储层。我们目前使用的3.5英寸硬盘碟片的最大容量是单碟140GB，也就是每英寸40GB，但是如果采用IBM的这个新技术，我们可以将每英寸的碟片容量提升到100GB10我们应该记得很多年前的8.4GB硬盘限制的问题吧，那时候的操作系统访问硬盘需要通过DOS下的INT13API接口，虽然硬盘的CHS寄存器是28bit，但是瓶颈在于INT13API的C：10bit；H：8bit；S：6bit，这样能访问的最大容量也就是210×28×（26-1）=16515072个扇区，第一个扇区不能为0，所以减去1。每扇区是512字节，所以最大容量就是8.46GB（硬盘厂商都是以1000为换算单位），这样就产生了8.4容量的限制。在那之后，Windows系统可以通过32bit的DiskAccess直接访问硬盘，这样瓶颈就转回了硬盘的CHS寄存器身上，一共28bit的CHS寄存器可寻址最大容量是228-1，也就是268435455个扇区，每个扇区512字节，总容量就是137.4GB，这就是我们目前的硬盘容量限制。11但是Maxtor的BigDrives打破了这个限制，把28bit的CHS寄存器限制提升到了48bit，也就是CHS都是16bit，这样容量限制就是144PB（1PB=1,000,000GB），但是我们到目前使用的操作系统都是32bit寻址，所以瓶颈在于操作系统了，不过即便是32bit，我们受到的限制也是2199GB，这足够我们今后很多年的发展了。：）

在接口标准方面，2001年一直在使用比较新的ATA100接口，但是硬盘发展速度太快了，当初我们还在讨论由于硬盘内部传输速率影响，ATA100有没有用武之地的问题。而现在硬盘技术的发展已经使ATA133也成为了瓶颈，所以我们早在1年多以前就听说Intel联合很多厂商制定了一个全新的ATA接口规格，那就是SerialATA规格，这种规格不但加快了传输的速度，也改善了机箱里面走线凌乱的状况，12这也应该是一种很好的ATA标准。但是如果想全面实现SerialATA，那还需要硬盘、主板的支持，从目前的情况来看，在2003年下半年实现少量出货。硬盘领域的一个巨头Maxtor为了解决在SerialATA出台之前的这段时间内硬盘传输瓶颈的问题，便提出了ATA100的改进方案，这就是FastDrives，也就是ATA133，这个规格的好处就是完全匹配现有的ATA100规格，可以在目前的接口上继续使用，这样就降低了很多成本。所以ATA133刚一推出就得到了不少厂商的支持，也让我们暂时解决了硬盘传输瓶颈问题，但是我们可以预见，ATA133只是一种过渡性的标准，毕竟他没有使传输的速度得到本质的提升，而且相对于SerialATA150的简洁来说，更是没有优势了。ATA166只是提了一下就完事了。135.1.2硬盘分类目前的硬盘产品内部盘片有：5.25，3.5，2.5和1.8英寸（后两种常用于笔记本及部分袖珍精密仪器中，现在台式机中常用3.5英寸的硬盘）；如果按硬盘与电脑之间的数据接口，目前可分为两大类：IDE接口及SCSI接口硬盘两大阵营。当SerialATA大量使用时，硬盘接口将有多种形式，包括USB及1394火线等。在缓存方面，没有很多的厂商跟进，只有WD（西部数据）推出了一款8MB缓存的100GB硬盘，一下子成为了市场的热点。虽然大家都对这款硬盘趋之若骛，但是它的价格还是比较昂贵，所以真正购买的人还是很少.145.1.3技术规格

目前台式机中硬盘的外形差不了多少，在技术规格上有几项重要的指标：

1.平均寻道时间（averageseektime），指硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间，单位为毫秒（ms）。注意它与平均访问时间的差别，平均寻道时间当然是越小越好，现在选购硬盘时应该选择平均寻道时间低于9ms的产品。2.平均等待时间（averagelatency），指当磁头移动到数据所在的磁道后，然后等待所要的数据块继续转动（平均为半圈）到磁头下的时间，单位为毫秒（ms）。15

3.平均访问时间（averageaccess），指磁头找到指定数据的平均时间，单位为毫秒。通常是平均寻道时间和平均等待时间之和。4.最大内部数据传输率（internaldatatransferrate），也叫持续数据传输率（sustainedtransferrate），单位Mb/S（注意与MB/S之间的差别）。它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位密度。计算公式为：

D=位密度(位/英寸)*转/秒*2ЛR*英寸/转。

注意，在这项指标中常常使用Mb/S或MB/S，注意区别。16

5.外部数据传输率：通称突发数据传输率（burstdatatransferrate），指从硬盘缓冲区读取数据的速率，在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，单位为MB/S。目前主流硬盘普通采用的是UltraATA/66和UltraATA/100，它的最大外部数据率即为66.7MB/s或100MB/s，而在SCSI硬盘中，采用最新的Ultra160SCSI接口标准，其数据传输率可达160MB/s，采用FibraChannel（光纤通道），最大外部数据传输将可达200MB/s，理论上将最大外部数据传输率提高到了320MB/s，但目前好像还没有见到此接口的产品出现。17

6.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5400~7200rpm，主流硬盘的转速为7200RPM，至于SCSI硬盘的主轴转速可达一般为7200~10，000RPM，而最高转速的SCSI硬盘转速高达15，000RPM（希捷“捷豹X15”系列硬盘）。

7.数据缓存：指在硬盘内部的高速存储器：目前硬盘的高速缓存一般为512KB~2MB，目前主流ATA硬盘的数据缓存应该为2MB，而在SCSI硬盘中最高的数据缓存现在已经达到16MB。这对于大数据缓存的硬盘在存取零散文件时具有很大的优势。18

8.硬盘表面温度：它是指硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升情况。这项指标厂家并不提供，一般只能在各种媒体的测试数据中看到。硬盘工作时产生的温度过高将影响薄膜式磁头MR(包括GMR磁头)的数据读取灵敏度，因此硬盘工作表面温度较低的硬盘有更好的数据读、写稳定性。如果对于高转速的SCSI硬盘一般来说应该加一个硬盘冷却装置，这样硬盘的工作稳定性才能得到保障。19

9.MTBF（连续无故障时间）：它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MTBF至少在30000或40000小时。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。205.2硬盘的接口5.2.1ST-506/412接口：这是希捷开发的一种硬盘接口，首先使用这种接口的硬盘为希捷的ST－506及ST－412。ST－506接口使用起来相当简便，它不需要任何特殊的电缆及接头，但是它支持的传输速度很低，因此到了1987年左右这种接口就基本上被淘汰了，采用该接口的老硬盘容量多数都低于200MB。早期IBMPC/XT和PC/AT机器使用的硬盘就是ST－506/412硬盘或称MFM硬盘，MFM（ModifiedFrequencyModulation）是指一种编码方案。21

5.2.2ESDI接口：即（EnhancedSmallDriveInterface）接口，它是迈拓公司于1983年开发的。其特点是将编解码器放在硬盘本身之中，而不是在控制卡上，理论传输速度是前面所述的ST-506的2倍，一般可达到10Mbps。但其成本较高，与后来产生的IDE接口相比无优势可言，因此在九十年代后就被淘汰了。见教材P87页225.2.3IDE及EIDE接口IDE（IntegratedDriveElectronics）的本意实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，我们常说的IDE接口，也叫ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口，现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的，只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容，对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。ATA是最早的IDE标准的正式名称，IDE实际上是指连在硬盘接口的硬盘本身。23ATA标准目前板本是ATA-5即Ultra100有时也写成ATA100标准。5.2.4ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66)：

这是常见的标准将PIO-4下的最大数据传输率提高了一倍，达到33MB/s，或66MB/s或100MB/sUltraDMA/100在使用条件上要求较高，一般在实际使用时较少达到此速度。245.2.5SCSI接口：

SCSI就是指SmallComputerSystemInterface(小型计算机系统接口)，它最早研制于1979，原是为小型机的研制出的一种接口技术，但随着电脑技术的发展，现在它被完全移植到了普通PC上。现在的ＳＣＳＩ可以划分为SCSI-1和SCSI-2(SCSIWide与SCSIWindFast)，最新的为SCSI-3，不过SCSI-2是目前最流行的SCSI版本。SCSI广泛应用于如：硬盘、光驱、ZIP、MO、扫描仪、磁带机、JAZ、打印机、光盘刻录机等设备上。255.2.6串行ATA(serialATA)目前的并行（parallel）ATA接口（用来连接硬盘与光驱的接口）从80年代一直用到今天，其速度最高只有每秒133MB，并在传输过程中存在一个不可避免的问题：线路间的信号会互相干扰。因此，在人们对硬盘传输速率要求越来越高的同时，ParallelATA（并行ATA）显得力不从心了。明年初，更快的ATA接口将会得到广泛应用，而且也将成为PC里名符其实的最快速接口。这种新的界面叫做serialATA（串行ATA），将以每秒150MB的速度起跳，比最新的ATA/133还要高出约13%。而且随着未来后续版本的发展，其接口速率还可扩展到2X和4X(300MB/S和600MB/S)。

26虽然SerialATA规格才刚定案不久，但SerialATA联盟的厂商成员，仍极力推广他们的应用方案，从目前的发展趋势来看，SerialATA必定是明年中主板平台的必要配备，甚至成为新一代南桥芯片的标准规格。从传统的作法，主板厂商会通过附加SerialATA控制芯片的方式让主板同时提供传统Parallel并行ATA接口，以及先进的SerilATA磁盘控制接口，以此规格上的来作为宣传的亮点。

275.3硬盘的管理与维护

硬盘是微机系统中保存信息资源的重要外部设备。然而一些用户常因缺少硬盘的基本知识和使用经验而无法正确管理、维护硬盘，甚至对硬盘进行一些错误操作或不必要的操作（如经常对硬盘进行低级格式化或强行关机），以至影响系统的正常运行、数据的安全性及硬盘的使用寿命。因此对硬盘正确进行管理与维护便显得很重要了。1.保持电脑工作环境清洁,硬盘是一密封体，仅以带有超精细过滤纸的呼吸孔与外界相通。28因此它可以在普通无净化装置的室内环境中使用。但若环境中灰尘过多，会被吸附到PCBA的表面、主轴电机的内部以及堵塞呼吸过滤器。硬盘的制造过程是在绝对无尘的环境下进行，哪怕是一粒小小的灰尘都可能使整块硬盘报废，虽然硬盘有坚硬的外壳保护，但请您还是不要在电脑旁吸烟，保持电脑工作环境清洁。2.硬盘拆装时要注意防止静电3.减少震动与冲击

如今的硬盘转速已今非昔比了，微机工作或刚关机时，严禁搬运机器，以免磁头与盘片产生撞击而擦伤盘片表面的磁层，从而导致硬盘的物理损害（这种损伤往往是致命的）。294.养成正确关机的习惯5.保持合理的使用温度（1-40℃）6.养成经常整理硬盘的习惯7.时常备份重要信息8.建立恢复系统

使用NortonUtilities瑞星软件等工具软件将硬盘分区表、引导记录以及CMOS信息保存到软盘上，以防万一。或用GHOST将C盘做成IMAGE文件，当系统损坏时可以用GHOST克隆技术恢复C盘系统。9.及时删除不再使用的文件、临时文件等。10.注意预防病毒和特洛依木马程序

拥有两套不同的杀毒软件就显得很重要了。305.4硬盘的分区、格式化、系统安装5.4.1分区

在新硬盘使用前或要对硬盘重新设定逻辑分区大小以及硬盘的操作系统损坏严重或在SCANDISK中有报告有坏扇区，当有以上情况时最好重新分区再重新格式化一遍，这叫对硬盘彻底格式化(或全面格式化)，这样做过以后，有关硬盘的问题概率降为最低。用FDISK命令分区，对于大容量硬盘则分区时间较长，目前一般使用DM软件对硬盘进行全面格式化，DM其实只是对硬盘作快速分区格式化，如果硬盘中有非DOS分区，则还是应使用FDISK命令比较可靠。31FDISK命令的主窗口32这是选1后进入创建子窗口显示情况33这是选2后进入设置活动分区窗口STATU一栏为“A”即表示活动分区已设好。34这是选3后进入删除命令窗口显示删除时每次只能删除一项，顺序为4、3、2、1

35这是选4后进入信息显示窗口显示情况有逻辑分区时可选Y继续看逻辑分区(盘符)信息36要重新分区首先要将原有的分区都删除掉，再重新创建主分区和扩展分区的大小，之后再对扩展分区划分大小。如果只想改变扩展分区中各逻辑分区的大小(如D、F、E)可以不删除主活动分区(C)，5.4.2格式化

在多数情况下不用对存盘FDISK，而只须要重新格式化后就可以安装操作系统，格式化的命令是FORMAT盘符/参数参数一般是/s/q两种。目前一般使用DM做硬盘格式化操作。下面是DM软件的使用介绍：这是IBM公司的DM，不同硬盘厂家有各自的DM。DM只能在DOS中使用。375.4.3系统安装一般在安装系统之前要进行必要的硬盘格式化操作，以保证系统安装的顺利进行。目前对硬盘安装操作系统有以下几种基本方法：1.从光盘安装，这是单机用户常用方法，要有一张WIN98启动盘和一张PWIN98的安装光盘，先用WIN98启动软盘启动微机后，从