硬盘存储之基础知识.ppt

存储技术与产品基础,存储硬盘基础知识,目录,硬件结构工作原理主要参数硬盘接口及发展介绍目前主要使用的硬盘及型号编码,硬件结构,主轴马达(SpindleMotor),音圈马达(VoiceCoilMotor),磁头,基座(BasePlate),磁头停放区(ParkingZone),盘片(Media),传动部件,接口,硬件结构：玻璃盘片和铝合金盘片,玻璃盘片优点存储密度高,容量大磁盘寿命长抗冲击的可靠性高,缺点:价格昂贵要使用磁头加载/卸载技术,铝合金盘片优点技术成熟价格便宜,缺点对冲击较为敏感对温度较为敏感,硬件结构：硬盘磁头技术,磁头(Head)磁道(Track)柱面(Cylinder)扇区(Sector),扇区,1磁道,n磁道,0磁道,硬件结构：磁头与柱面,硬件结构：硬盘受撞击,15of23,硬件结构：磁道,1磁道,n磁道,硬件结构：扇区,扇区,工作原理,磁盘表面,主轴马达带动磁盘旋转,硬盘最基本的功能就是存储电脑資料,并且当需要時读取出來供电脑运算与处理,读写磁头,磁记录原理,磁记录原理,硬盘主要参数,容量转速缓存平均访问时间寻道时间内部数据传输率外部数据传输率,S.M.A.R.T.技术DFT技术MTBFAFR,硬盘主要参数：容量,容量(Capacity)磁头(Head)磁道(Track)柱面(Cylinder)扇区(Sector)格式化容量=柱面数X每磁道扇区数X磁头数X扇区字节数,扇区,1磁道,n磁道,0磁道,硬盘主要参数：转速,硬盘主轴马达转速单位为每分钟转速(rpm)主轴马达转速越快，就越快存取资料目前大多数硬盘主轴马达转速：5,400及7,200RPM(ATA),7,200、10,000、及15000RPM（SCSI）,硬盘主要参数-缓存,缓存缓存是硬盘与外部总线交换数据的场所硬盘上的记忆晶片用来暂时存放数据以增强硬盘性能EDO、SDRAM,硬盘主要参数平均访问时间,平均访问时间：硬盘磁头找到目标数据的平均时间。平均寻道时间：硬盘磁头从一个柱面移动到另一个柱面所需要的平均时间。平均潜伏时间(等待时间)：当磁头移动到数据所在的磁道后，等待目标扇区可用的平均时间。平均潜伏时间一般取盘片旋转一周所需时间的一半平均访问时间=平均寻道时间+平均潜伏时间,硬盘主要参数-寻道时间,磁头寻找资料所在轨道所需的时间单位为毫秒(千分之秒)时间越短表示读写资料的速度越快最大寻道时间：从最内道到最外道或从最外道到最内道所需时间最小寻道时间：磁头从所在磁道移动到相邻磁道所需时间平均寻道时间=（最大寻道时间+最小寻道时间）/3,读写磁头,硬盘主要参数-内部数据传输率,读写磁头,缓存,数据从磁盘表面传输到硬盘的缓存的速率单位为每秒百万位元(Mbits/sec),硬盘主要参数-外部数据传输率,缓存Cache),数据由缓存经由介质传输到系统主机的速率单位为(Mbytes/sec)一定比内部数据传输速率快,介面(Interface),S.M.A.R.T.技术,Self-Monitoring,AnalysisandReportingTechnology最早由Compaq和IBM推动,目的是尽可能预测硬盘的可靠性，在硬盘损坏之前给用户警告,很多由硬盘部件功能性衰减的问题是可以预测的，通过以下参数磁头飞行高度信息输出效率旋转启动时间寻道失败率寻道时间的效率,DFT技术,DFT（DriveFitnessTest，驱动器健康检测）IBM公司为其PC硬盘开发的数据保护技术,通过使用DFT程序访问IBM硬盘里的DFT微代码对硬盘进行检测。DFT软件是一个独立的不依赖操作系统的软件，它可以在用户其他任何软件失效的情况下运行。,可靠性指标-MTBF,温度对可靠性指标的影响,通常，硬盘的工作环境温度为2540,通常硬盘：2400小时/年（6.5小时/天）（见下表）商用硬盘：4000小时/年（11小时/天）高可靠性硬盘：8766小时/年（24小时/天）,上电时间对可靠性指标的影响,AnnualizedFailureRate(AFR),MTBF值：数字游戏？举例：一个失效率是在“一年365天、一天24小时不间断”循环工作条件下测出的，另一个是在“每天8小时不间断”循环工作条件下测出的，两款产品的性能高低一下子就比较出来。,AFR，“按年计算的失效率”，与MTBF不同的是，AFR能够更合理地反映磁盘驱动器的失效率。AFR值是根据制造商每年回收的不合格产品占年度总产量的比例计算出来的，企业级磁盘驱动器产品的AFR值一般都会控制在1%以下,硬盘接口及发展介绍,ATA接口SATA接口SCSI接口SAS接口FC接口,WhatareIDE？,IDE-IntegratedDriveElectronics电子集成驱动器,WhatareATA？,ATA：AdvancedTechnologyAttachment高级技术附加装置7个版本：ATA-1-ATA-7（ATA133）速率基本上走到了极限,ATA数据传输模式,PIO模式：ProgrammingInput/OutputModel通过CPU执行I/O端口指令来进行数据的读写的数据交换模式DMA模式：DirectMemoryAccess直接内存访问不经过CPU而直接从内存了存取数据的数据交换模式UltraDMA：UltraDirectMemoryAccess高级直接内存访问增加了CRC（CyclicRedundancyCheck循环冗余码校验）技术，提高数据传输过程中的准确,WhatareSATA？,SATA：SerialAdvancedTechnologyAttachment串行ATA这是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而得名。具有结构简单、支持热插拔、传输速率快的优点2000年Intel联合IBM、Maxtor、Seagate等厂商合作开发2002年SerialATA1.0标准150MB/s2005年SerialATAII300MB/s,SATA传输机制,利用单个路径串行一位一位传送数据，用另外一条路径给发送端返回接收确认的信号1500MHZ内嵌时钟*1（每个时钟周期一位）*80%(8b/10b编码效率/8（每字节8位)=150MB/s,SATA与PATA对比,WhatareSCSI？,SCSI：SmallComputerSystemInterface小型计算机系统接口。特点：应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔。SCSI必须要有专门的SCSI控制器，也就是一块SCSI控制卡，才能支持SCSI设备,WhatareSCSI？,80-pinMaleSCAConnector,80-pin(SCA)SCSI,SCSI与ATA区别,ATA：桌面/笔记本ATA磁盘中，如果用户提出数据传输请求，CPU先对该命令作出响应后再传达给主板南桥或板载磁盘控制芯片上，之后再通过ATA总线将数据操作命令传递给硬盘的主控芯片。SCSI：企业级在SCSI系统有一块专门的SCSI控制芯片。负责管理SCSI总线外，还承担设备读写的控制职能，管理所有SCSI相关的读写请求、总线控制和数据传输职能，CPU要做的工作只是将起始命令传递给SCSI控制芯片，之后便可彻底抛开不管做其他事情。,WhatareSAS？,SAS接口是SCSI的升级，为串行传输模式。SAS是一种点对点、全双工、双端口的接口，支持在SATA兼容的电缆和连接器上传输SCSI协议,SAS的两大主要技术,差分信号技术,SAS的两大主要技术,差分信号技术,SAS的两大主要技术,串行总线技术,SAS的扩展性,EdgeExpander：连接64个SAS/串行ATA存储设备FanoutExpander：连接64个“EdgeExpander,SAS系统的极限容量就是“64644096”个终端设备,WhatareFC？,FC-AL(光纤通道仲裁环FibreChannelArbitratedLoop)，是一种双端口的串行存储接口，支持全双工工作方式。利用类似于SATA/SAS所用的4芯连接，提供一种单环拓扑结构，一个控制器能访问126个硬盘,40-pinMaleFC-SCAIIConnector,典型连接方式,各接口的对比,各种类型应用,目前主要使用的硬盘,HSFM,Seagate硬盘及型号编码,1-STSeagateTechnology(希捷)2-FormFactor(外型规格)1=3.5英寸，半高，1.6英寸(41mm)3=3.5英寸，扁平型，1英寸(25.4mm)3-硬盘容量(GB)前两位代表整数部分最后一位代表小数部分4-系列代号5-Interface(接口类型)A=UltraATAIDE/EIDEFC=FibreChannel光纤通道LC=热插拔Ultra160SCSILW=非热插拔Ultra160SCSIST380011AST336607LCST373405FC,Maxtor硬盘及型号编码,X,X,XXX,X,X,1,2,3,4,1,-,系列型号,9DiamondMax,系列,(5400rpm),3DiamondMaxVL,系列,(5400rpm),5DiamondMaxPlus,