硬盘基础知识

硬盘基础知识硬盘狂涨不止西数1TB+猛禽驾到土老冒：大家好，土老冒谈硬件时间又到了，你们本周过得好吗？周末打算去什么地方Happy啊？Z博士：老土啊，趁年轻，努力工作，别整得跟游手好闲的富家公子一样整天想着玩！土老冒：我说Z博士你怎么没听懂俺的话呢？俺是问问网友们周末怎么安排，又不是鼓动他们游手好闲，您也知道，俺一直都在努力工作，可从来没偷懒哦。Z博士：是吗？那下次你吧你每天的工作日程表给我看看，鉴定鉴定，反正总觉得你小子不靠谱。土老冒：别开玩笑啦，哈哈，博士我们还是谈正事吧，网友都等不及了。Z博士：行，那你本周想听点什么？土老冒：有一个网名叫“红风”的网友前两天告诉我，土老冒谈硬件的反响没有以前大了，主要原因是脱离了它的初衷，给网友的感觉就是“有点枪”。虽然你我真的从来没有想过给谁做枪手。“红风”网友建议我们回到刚开始，和大家谈一些底层的、最简单的技术，这才是《土老冒谈硬件》的根本。Z博士：听你这么一说，我还真是有这种感觉。好吧，那我们今天的话题就围绕一些技术来谈吧，尽管它会显得枯燥一些。

西部数据在高端市场频频发力土老冒：怎么会枯燥呢？有你我在，哈哈，枯燥的东西也会让它变得有趣的。其实最近硬盘的关注度很高，不仅是因为缺货价格疯涨，还有一个重要原因是西部数据频频曝料，1TB硬盘以1700元的低价姿态出现，而150GB的猛禽系列同时也以1288元的价格来到市场，这无论是对高清视频爱好者还是追求性能至上的游戏爱好者来说都是天大的喜讯。所以今天俺觉得博士可以谈一些与硬盘技术相关的问题。

黑心“奸商”囤积硬盘净赚500万Z博士：的确如此，硬盘的价格最近我比较关注，传言中关村一“奸商”在今年暑假硬盘最低的时候囤积了大量硬盘，前几天全部出售，瞬间获利500万，简直比买彩票还来得快。而西部数据在本周确实也非常受到关注，两款高端产品双管齐下，满足了高端玩家对容量和性能的要求，那么我们就来谈谈与硬盘相关的简单技术吧。●从基础谈起

硬盘的工作原理解析土老冒：囤货“奸商”很可恶，不过如何惩罚这些不法分子是国家相关机构该做的，我们也只能干瞪眼。还是会到正事来，博士我们先从基础开始，您先给大家介绍一下硬盘的工作原理吧。Z博士：简单说来，硬盘工作原理是利用特定磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，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，写的操作正好与此相反。另外，硬盘中还有一个存储缓冲区，这是为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设的。土老冒：我听着头晕，您能举个简单的例子吗？

硬盘内部基本结构图Z博士：留声机你知道吧？其实硬盘的工作原理和有些类似。硬盘通电后即开始正常工作，它利用控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心位置，初始化完成后主轴电机将启动并以高速旋转，磁头臂也开始移动，将浮动磁头置于盘片表面的00道，令磁头处于等待指令的启动状态。当接口电路接收到计算机系统传来的指令信号后，通过前置放大控制电路，驱动音圈电机发出磁信号，随后根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。数据就这样被读取了，当我们写入数据时的步骤也与之类似。

硬盘工作原理类似留声机土老冒：留声机俺没见过，不过用磁带的录音机俺倒是知道，这个原理听起来有些类似于磁带机，不知道俺这么理解对不？●马达与盘片

硬盘中主要元素功能一Z博士：可以这么理解吧。下面我谈谈几个硬盘中几个重要部件的主要职责。首先是马达。早期的硬盘采用了滚珠轴承马达，由于噪音大，稳定性不好，因此2001年起各大硬盘厂商开始采用FDB液态轴承马达技术，液态马达技术可以让主轴转动得更快，同时大幅度地降低工作噪音，FDB电机还可以增强硬盘的防震能力，提高工作稳定性。由于FDB电机是通过液体驱动，并非传统滚珠马达那样的金属球与金属球的碰撞，因此大大地增强了硬盘工作的稳定性并降低噪音。土老冒：为什么传统滚珠马达不如液态马达呢？为什么它的工作稳定性不高，噪音也不小？

主流硬盘都采用液态马达技术Z博士：滚珠轴承是小小的金属球与金属球相碰撞来提供动力，当使用时间一旦过长，就会将滚珠的轨道变形，久而久之就会不稳定，同时增加噪音。但是在FDB液态轴承马达中，轴承功能被一个很小的液体层所替代，它的高度只有人类头发丝直经的十分之一。液态薄膜将旋转式喷灌器和轴承的固定成员分开，这将在根本上减小或消除振动，从而达到静音运作。在FDB轴承中，电机主轴通过整合在轴承上的一个更大区域来传递振动，从而大大地增强了振动的缓冲能力。此外，流体还提供着一种机械阻尼，从而减小负荷扩大化，而这是滚珠电机普通存在的问题。土老冒：行了行了，这东西技术太高深了，俺头疼，目前主流硬盘都采用液态马达技术了对吧？没有特例吧？Z博士：希捷曾经提出了SoftSonic这个名词，并将其经常与FDB联系在一起，实际上SoftSonic马达就是FDB马达，只是希捷自己的称呼，这点大家在对待希捷硬盘的时候不要感到奇怪，这就像显卡里影驰将自己的7600GS产品命名为7600GE一样。土老冒：原来如此。基本上马达的有关知识博士已经解释得比较清楚了，它的应该是推动着盘片的旋转，那忙博士再和我们谈谈盘片吧。Z博士：盘片是硬盘中承载数据存储的介制，硬盘是由多个盘片叠加在一起，互相之间由垫圈隔开。硬盘盘片是以坚固耐用的材料为盘基，其上在附着磁性物质，表面被加工的相当平滑。因为盘片在硬盘内部高速旋转（有5400转、7200转、10000转，甚至15000转），因此制作盘片的材料硬度和耐磨性要求很高，所以一般采用合金材料，多数为铝合金。土老冒：这点应该和唱片的原理差不多吧，不过硬盘的盘片所采用的材质比较坚固，而且转速也比普通的唱片高，对吗？

硬盘的盘片采用铝材料的金属盘基Z博士：对的。其实早期的硬盘盘片都是使用塑料材料作为盘基，然后再在塑料盘基上涂上磁性材料就构成了硬盘的盘片。后来随着硬盘转速和容量的提高又出现了金属盘基的盘片，金属材料的盘基具有更高的记录密度、更强的硬度，在安全性上也要强于塑料盘基。目前市场中主流的硬盘都是采用铝材料的金属盘基。盘片的存储密度大，而且硬盘工作需要稳定性，因此盘片都是密封的，大家千万别自行拆解硬盘，因为一旦进入灰尘，硬盘基本就“挂”了。土老冒：那我们经常所说的单碟容量多少G，这也是和盘片有关的吧？Z博士：是的。单碟容量一定程度上决定了硬盘性能的高低。它表示一张盘片能够容纳多少数据。单碟容量增大不仅仅可以简单地提升硬盘的容量，而且它可以令盘片的存储密度加大，尽管这对技术提出了很高的要求，但却可以帮助厂商节省成本，同时存储密度的加大可以令寻道时间缩短。2006年4月，希捷率先引入垂直记录技术，硬盘的单碟容量提升到188GB，随后又提升到了250GB，目前希捷的1TB硬盘正是采用单碟250GB的容量，一共四碟，而日立却是五碟版。●磁头与电路板

硬盘中主要元素功能二土老冒：看来在硬盘的技术上，收购迈拓后的希捷的确很强，遗憾的是希捷的价格太贵了。下面似乎该说磁头了哦。Z博士：磁头是硬盘中对盘片进行读写工作的工具，是硬盘中最精密的部位之一。磁头是用线圈缠绕在磁芯上制成的。硬盘在工作时，磁头通过感应旋转的盘片上磁场的变化来读取数据；通过改变盘片上的磁场来写入数据。为避免磁头和盘片的磨损，在工作状态时，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触，只有在电源关闭之后，磁头会自动回到在盘片上的固定位置（称为着陆区，此处盘片并不存储数据，是盘片的起始位置）。

硬盘磁头土老冒：感觉磁头就相当于留声机的唱针啊。Z博士：你可以这么理解，磁头是硬盘中最贵的配件。硬盘的磁头数取决于硬盘中的碟片数，盘片正反两面都存储着数据，所以一个盘片对应两个磁头才能正常工作。比如总容量160GB的硬盘，采用单碟容量160GB的盘片，那只有一张盘片，该盘片正反面都有数据，则对应两个磁头；而同样总容量320GB的硬盘，采用二张盘片，则只有三个磁头，其中一张盘片的一面没有磁头。土老冒：刚刚俺看见您给的图里有电路这一个元素，它主要是负责什么的？

硬盘电路板上包含多个芯片Z博士：硬盘电路板主要含有几个非常重要的芯片。1、用于驱动硬盘的主轴马达和音圈马达的电机驱动芯片。2、用于加工磁头传来信息的前置信号处理器。3、用于加快硬盘速度的缓存颗粒，类似于内存颗粒。土老冒：这几个芯片的主要功能博士也说得很清楚了，那么除了马达、盘片、磁头、电路板上的主控芯片这几个重要元素外，我们在购买硬盘时还应该注意些什么问题，或者说是应该注意哪些参数呢？●传输速率、存取时间和缓存

硬盘重要性能参数解析Z博士：通常我们测试硬盘会有以下几个数据：传输速率、存取时间、突发传输速率。首先我们来说说传输速率。硬盘的传输速率分为内部传输速率和外部传输速率。目前我们经常听到的SATA硬盘（或者叫串口硬盘），即SerialATA硬盘，它采用点对点的方式，实现了数据的分组传输从而带来更高的传输效率。SerialATA1.0版本硬盘的起始传输速率就达到150MB/s，而SerialATA3.0版本将实现硬盘峰值数据传输率为300MB/s，当然，这个传输速率是指峰值速率，并不是硬盘能持续以这个速率进行数据传输，其理论意义大于实际意义。

测试硬盘性能的常用软件：HDTune事实上，对硬盘传输速率起决定作用的还是其内部传输速率。目前硬盘的内部传输速率也正是整个PC的瓶颈所在。采用垂直记录技术的希捷7200.10系列硬盘的内部传输速率大约在72MB/S左右，与SATA3.0300MB/s的外部传输速率相比显得太渺小了。这就相当于我们修了一个8车道的马路，但每天的车流量仅需要3车道的马路就能够满足了，如何提升硬盘的内部传输速率是硬盘厂商目前亟待解决的问题。土老冒：俺听说RAID-0可以大大地提高硬盘的内部传输速率，不知道是不是真的。

RAID-0后，硬盘的性能提升明显Z博士：这当然是真的。用两块硬盘组建RAID-0系统后，硬盘的内部传输速率一般都可以超过100MB/s，这对硬盘的整体性能提升是相当明显的。当然，RAID-0会降低数据的安全性，只要其中一块硬盘出现问题，那么用户面临着RAID-0系统两块硬盘上所有数据丢失的危险。土老冒：看来组建RAID-0还是有利有弊啊，我们建议用户三思而后行。刚刚博士放了一张HDTune的图片，那个曲线是不是就是硬盘传输速率的曲线？Z博士：是的，曲线越平滑，代表您的硬盘稳定性越好，如果硬盘曲线波折较大，那么说明这款硬盘的稳定性不是很好。土老冒：那硬盘的“存取时间”又是指什么呢？Z博士：硬盘的“存取时间”是指磁头找到指定数据的平均时间，通常它是硬盘平均寻道时间和平均潜伏时间的和。平均存取时间最能代表硬盘找到某一数据所用的时间，数值越小越好。土老冒：那么什么又是“突发传输率”呢？

采用SATA接口的磁盘一般在突发传输速率上具有优势Z博士：其实这跟“外部传输速率”是一个意思。它指系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率。与接口有关，SATA3.0接口的硬盘一般在突发传输率上比较占优。土老冒：那什么是“缓存”呢？俺经常听说8M、16M，这个当然是越大越好，但它的具体作用是什么呢？Z博士：目前主流硬盘的缓存一般为8M，高端一点的达到了16M。缓存也是内存的一种，其数据交换速度相当快且运算频率高。硬盘的缓存是硬盘与外部总线交换数据的场所。硬盘读取数据的过程是将磁信号转化为电信号后，通过缓存一次次地填充与清空，再填充，再清空，一步步按照PCI总线的周期送出。数据的写入方式分为写通式和回写式两种。写通式在读硬盘数据时，系统先检查请求指令，看看所要的数据是否在缓存中，如果在的话就由缓存送出响应的数据，这个过程称为命中。这样系统就不必访问硬盘中的数据，由于缓存的速度比磁介质快很多，因此也就加快了数据传输的速度。回写式就是在写入硬盘数据时也在缓存中找，如果找到就由缓存就数据写入盘中，现在的多数硬盘都是采用的回写式硬盘，这样就大大提高了性能。因此我们在价格几乎相当的情况下，同容量的硬盘，应该尽量选择缓存大的产品。当然，16M缓存的硬盘相对8M硬盘的性能也不可能提升100%的性能，其优势还是要在进行大量读写操作时才体会得到。●杜绝坏习惯延长硬盘使用寿命的方法土老冒：Z博士谈了这么多有关硬盘的基础知识，那么我们在使用硬盘的时候应该注意些什么呢？有些人认为BT下载、硬盘碎片整理会减少硬盘的使用寿命，是这样的吗？Z博士：平时使用硬盘，一定要注意让它工作在舒适的环境下。首先，硬盘工作的环境温度不要太高，太高会令它工作不稳定。其次，硬盘工作环境不能多灰尘，前面我们也提到过，硬盘的生产都是在无尘空间里进行的，灰尘是它的天敌，如果您的硬盘内部进入了灰尘，那它的寿命也不长了，因此我们使用台式机，最好在一到两个月的时间对其进行除尘处理。

使用硬盘应该做好防震再次，要将硬盘放在无震动的环境下运行。硬盘式非常精密的配件，一个小小的震动可能导致它损坏，如果您的机箱质量不过关很可能会缩短硬盘的使用寿命。最后，我们在对硬盘进行除尘处理的时候，一定要先将身上的静电放掉，除去身上静电的方法可以用水冲洗手，也可以将手在铁管上来回摩擦。提醒大家：硬盘很脆弱，它并不“硬”！。土老冒：博士您还没谈BT下载和硬盘碎片整理这些操作呢。Z博士：很多人认为BT下载伤硬盘，实际上是因为BT下载要频繁读取和写入数据，让人产生的误区。就算我们平时使用电脑听音乐，看电影，硬盘也会频繁读取数据。就目前的主流硬盘来说，BT下载并不会对它产生太大的伤害，我们只需要将下载时的缓存设置得大一些就好了，完全不必在意。

定期整理磁盘碎片有助于减轻硬盘运行负担，延长寿命而硬盘碎片整理我觉得应该是经常的，如半月一次。我们使用电脑一段时间后，硬盘会产生大量碎片，尤其是以采用FAT32格式分区的硬盘居多。硬盘碎片增多，会让磁头频繁移动，加大读写时间，造成虚拟文件（也叫换页文件）读写