硬盘主要知识点介绍

1、第第5章章 硬盘硬盘一、硬盘概述（了解）二、硬盘的结构（掌握）三、硬盘的接口（掌握）四、硬盘的技术参数 （掌握）五、硬盘的保护和选购（了解）主要知识点：硬盘发展史硬盘发展史 1956年年9月，月，IBM的一个工程小组向世界展示了的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）这套）这套系统的总容量只有系统的总容量只有5MB，共使用了，共使用了50个直径为个直径为24英寸的磁盘。英寸的磁盘。 1973年，年，IBM公司制造出第一台采用公司制造出第一台采用“温彻期

2、特温彻期特”技术的硬盘技术的硬盘IBM 3340，采用，采用14英寸盘片。从此英寸盘片。从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。硬盘技术的发展有了正确的结构基础。 1991年，年，IBM推出了推出了MR磁头，这种磁头采取磁感应磁头，这种磁头采取磁感应写入、磁阻读取的方式，并由此诞生了写入、磁阻读取的方式，并由此诞生了3.5寸的硬盘，寸的硬盘，容量首次达到了容量首次达到了1GB。90年代后期年代后期GMR磁头出现，磁磁头出现，磁盘的存储容量进一步提高。盘的存储容量进一步提高。 1999年年9月月7日，日，Maxtor宣布了首块单碟容量高达宣布了首块单碟容量高达10.2GB的的ATA硬盘，从而把硬盘

3、的容量引入了一个新硬盘，从而把硬盘的容量引入了一个新的里程碑。的里程碑。 2000年年2月月23日，希捷发布了转速高达日，希捷发布了转速高达15000RPM的的Cheetah X15系列硬盘，其平均寻道时间仅系列硬盘，其平均寻道时间仅3.9ms，它，它也是有始以来转速最高的硬盘也是有始以来转速最高的硬盘 。 2005年，日立环储和希捷都宣布了将开始大量采年，日立环储和希捷都宣布了将开始大量采用磁盘垂直写入技术（用磁盘垂直写入技术（perpendicular recording更充更充分地利用的储存空间分地利用的储存空间 2007年年1月，日立公司率先发布了业界首款月，日立公司率先发布了业界首款

4、TB容量容量PC硬盘产品硬盘产品Deskstar7K1000，首次将，首次将PC的存储容量跨入的存储容量跨入1TB大关。大关。 2007年，新型硬盘出现混合硬盘和固态硬盘出年，新型硬盘出现混合硬盘和固态硬盘出现。现。 硬盘是电脑中最重要的存储部件之一，它将所有的数据都存储在硬盘中，当计算机需要时，将其从硬盘中取出硬盘尺寸主要有5.25英寸和3.5英寸两种，现在市场上普遍使用的是3.5英寸硬盘。用于笔记本电脑中的有2.5英寸、1.8英寸和0.9英寸等几种。一一 硬盘概述硬盘概述硬盘的外部结构在硬盘的正面都贴有硬盘的标签，标签上一般都标注着与硬盘相关的信息，例如产品型号、产地、出厂日期、产品序列号

5、等。在硬盘的一端有电源接口插座、主从设置跳线器和数据线接口插座，而硬盘的背面则是控制电路板。总得来说，硬盘外部结构可以分成如下几个部份：硬盘正面硬盘的内部结构硬盘的物理结构硬盘的物理结构 硬盘主要由盘片、主轴、读写磁头和传动手臂硬盘主要由盘片、主轴、读写磁头和传动手臂等部件组成。等部件组成。1、盘片、盘片 盘片是硬盘的存储数据的载体，现在的硬盘盘片是硬盘的存储数据的载体，现在的硬盘 多采用金属薄膜材料。影响盘片多少的最大因素多采用金属薄膜材料。影响盘片多少的最大因素 是单片容量。是单片容量。2、主轴、主轴 主轴的作用是带动盘片转动，以方便读写磁主轴的作用是带动盘片转动，以方便读写磁 头读写数据

6、。主轴决定了硬盘的转速。现在的主头读写数据。主轴决定了硬盘的转速。现在的主 轴多采用液态轴承。轴多采用液态轴承。主轴组件3、读写磁头、读写磁头 作用是读取盘片中的数据，当盘片在高速旋作用是读取盘片中的数据，当盘片在高速旋 转时，读写磁头会按指定的方向靠近盘片来读取转时，读写磁头会按指定的方向靠近盘片来读取 数据。硬盘中的磁头不只一个，一个盘片对应一数据。硬盘中的磁头不只一个，一个盘片对应一 个磁头，正常关机后，读写磁头会自动归位。个磁头，正常关机后，读写磁头会自动归位。4、传动手臂、传动手臂 作用是定位读写磁头。以传动轴为圆心带动作用是定位读写磁头。以传动轴为圆心带动 前端的读写磁头在盘片旋转

7、的垂直方向上移动。前端的读写磁头在盘片旋转的垂直方向上移动。5、传动轴、传动轴 作用是在硬盘电机的作用下，带动手臂转动。作用是在硬盘电机的作用下，带动手臂转动。浮动磁头组件2、硬盘的工作过程：、硬盘的工作过程： 准备阶段准备阶段 硬盘驱动器加电后，利用单片机初始化硬盘驱动器加电后，利用单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片启停区，模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片启停区，初始化完成后主轴电机启动并以高速旋转，装载初始化完成后主轴电机启动并以高速旋转，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的的00道，处于等待指令的启动状态。道，处于等

8、待指令的启动状态。 读写阶段读写阶段 当接口电路接收到微机系统传来的指令当接口电路接收到微机系统传来的指令信号，通过前置放大控制电路，驱动音圈电机工信号，通过前置放大控制电路，驱动音圈电机工作，磁头准确定位并进行数据的读写。作，磁头准确定位并进行数据的读写。 结束阶段结束阶段 结束工作断电状态，浮动磁头驻留到盘结束工作断电状态，浮动磁头驻留到盘面中心。面中心。硬盘的数据结构1、MBR（Master Boot Record） 主引导记录，位于0柱面、0磁道、1扇区的 位置。它由分区命令Fdisk产生。主引导记录中包含了硬盘的一系列参数和一段引导程序 。硬盘引导程序的主要作用是检查分区表是否正确

9、2、DBR（DOS Boot Record） DOS引导记录，位于0柱面、1磁头、1扇区 的位置，它是由格式化命令Format产生的。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数，分配单元的大小等重要参数。3、FAT（File Allocation Table） 文件分配表，位于磁盘的0柱面、1磁头、2 扇区的位置，FAT表的大小由硬盘的容量决定。同一个文件的数据并不一定完整地存放在磁盘的一个连续的区同一个文件的数据并不一定完整地存放在磁盘的一个连续的区域内，而往往会分成若干段，像一条链子一样存放。这种存域内，而往往会分成若干段，像一条链子

10、一样存放。这种存储方式称为文件的链式存储。储方式称为文件的链式存储。 （如图）（如图）为了实现文件的链式存储，硬盘上必须准确地记录哪些簇已经为了实现文件的链式存储，硬盘上必须准确地记录哪些簇已经被文件占用，还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内容被文件占用，还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内容的下一个簇的簇号，对一个文件的最后一簇，则要指明本簇的下一个簇的簇号，对一个文件的最后一簇，则要指明本簇无后继簇。这些都是由无后继簇。这些都是由FAT表来保存的，表中有很多表项，每表来保存的，表中有很多表项，每项记录一个簇的信息。项记录一个簇的信息。4、DIR（Directory）是根目录区，紧接着第

11、二FAT表（即备份的FAT表）之后，记录着根目录下每个文件（目录）的起始单元，文件的属性等。定位文件位置时，操作系统根据DIR中的起始单元，结合FAT表就可以知道文件在硬盘中的具体位置和大小了 5、DATA 数据区，主要负责硬盘中数据的存储，当数 据复制到硬盘时，数据就存储在数据区中。小结小结一个物理磁盘只有一个（分区产生）每一个分区都有一个（格式化产生）记录了文件的名字及起始地址；记录了文件在磁盘上的具体位置.通过FAT和FDT可以顺利地确定文件的位置并读取它三 硬盘接口 蓝色 接头接主板 灰色接头接从设备 黑色 接头接主设备 花边线 三 硬盘接口 硬盘的后面就是硬盘的接口，接口主要是数据接

12、口和电源接口。1、硬盘的数据接口 硬盘与主板连接部分称为硬盘的数据接口， 常见的硬盘接口有：ATA、SATA和SCSI，其 中，ATA和SATA主要用于个人电脑，而SCSI则 主要用于服务器。（1）ATA接口 ATA接口又称为IDE接口。其传输速率一 般为66MB/S、100MB/S和133MB/S，常见的外 部传输模式为Ultra ATA/66、 UltraATA/100、 Ultra ATA/133，目前使用的最多的是后两者。（2）SATA接口 串行ATA接口，其采用串行的方式传输数 据，并采用了点对点的 传输协议。其数据传输 率最高可达到300MB/s，支持SATA设备的热插 拔，一台电

13、脑同时挂接两SATA接口的硬盘， 没有主、从盘之分。（3）SCSI接口 SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”（小型计算机系统接口），是同IDE （ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC 的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的 接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据 传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任 务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优 点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普 及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器 和高档工作站中。（4）光纤通道 光纤通道的英文拼写是Fibre Channel，是 为在像服

14、务器这样的多硬盘系统环境而设计， 能满足高端工作站、服务器、海量存储子网 络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接 进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输 率的要求。 光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速 带宽、远程连接、连接设备数量大等。2、硬盘的电源接口 ATA硬盘的电源接口是一个4针的“D型”电 源接口，SATA硬盘接口则采用了15针的扁平接口。3、硬盘的跳线 第一组：Master:on；Slave:off将硬盘设为主盘 （强制设置，与数据线设置无关）。 第二组：（Cable Select）用数据线决定是主盘还 是从盘。 第三组：限制使用的容量四 硬盘的技术参数1、容量、容量 容量是硬

15、盘存储数据的多少，是硬盘的一个容量是硬盘存储数据的多少，是硬盘的一个 重要的技术指标。目前流行的硬盘容量多为重要的技术指标。目前流行的硬盘容量多为 500GB、1TB,2TB等（等（3.5英寸）。英寸）。2、转速、转速 转速是影响硬盘性能最重要的因素之一，目转速是影响硬盘性能最重要的因素之一，目 前市场上流行的是前市场上流行的是5400rpm（每分钟转数）和（每分钟转数）和 7200rpm的硬盘。现在的硬盘。现在7200rpm的高速硬盘技术的高速硬盘技术 已经非常成熟，而高低速硬盘性能差距比较明已经非常成熟，而高低速硬盘性能差距比较明 显，因此，建议选择高速硬盘显，因此，建议选择高速硬盘 。3

16、、硬盘接口技术 IDE和SCSI 4、磁头技术、磁头技术 目前硬盘的磁头技术主要采用磁阻磁头技目前硬盘的磁头技术主要采用磁阻磁头技 术、巨型磁阻磁头技术和光学辅助温式技术等。术、巨型磁阻磁头技术和光学辅助温式技术等。5、缓存、缓存 是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快 的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间 的缓冲器。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的缓冲器。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘 的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘 整体性能。整体性能。 硬盘的缓存

17、主要起三种作用：一是硬盘的缓存主要起三种作用：一是 预读取。二是对写入动作进行缓存。三是临时存预读取。二是对写入动作进行缓存。三是临时存 储最近访问过的数据。储最近访问过的数据。2MB和和8MB缓存是现今主缓存是现今主 流硬盘所采用，而在服务器或特殊应用领域中还流硬盘所采用，而在服务器或特殊应用领域中还 有缓存容量更大的产品，甚至达到了有缓存容量更大的产品，甚至达到了16MB、 64MB等。等。6、平均寻道时间、平均寻道时间 磁头移到数据所在的磁道上所需要的时间，磁头移到数据所在的磁道上所需要的时间， 一般为一般为106毫秒。毫秒。7、平均等待时间、平均等待时间 指读写磁头移动至目标磁道后，等

18、待存储数指读写磁头移动至目标磁道后，等待存储数 据的时间。据的时间。8、平均访问时间、平均访问时间 硬盘的读写速度硬盘的读写速度 平均访问时间平均访问时间 =平均寻道时间平均等待时间平均寻道时间平均等待时间 9、内部传输率（Internal Transfer Rate） 是指硬盘磁头与缓存之间的数据传输率，简是指硬盘磁头与缓存之间的数据传输率，简 单的说就是硬盘将数据从盘片上读取出来，然后单的说就是硬盘将数据从盘片上读取出来，然后 存储在缓存内的速度。存储在缓存内的速度。其速度 取决于盘片的转 速和盘片的线密度。目前各硬盘生产厂家努力提 高硬盘的内部传输率，除了改进信号处理技术、 提高转速以外

19、，最主要的就是不断的提高单碟容 量以提高线性密度。由于单碟容量越大的硬盘线 性密度越高，磁头的寻道频率与移动距离可以相 应的减少，从而减少了平均寻道时间，内部传输 速率也就提高了。目前主流的家用级硬盘，内部 数据传输率基本还停留在7090 MB/s左右，而且 在连续工作时，这个数据会降到更低。 10、外部传输率（External data Transfer Rate） 一般也称为突发数据传输或接口传输率。是一般也称为突发数据传输或接口传输率。是 指硬盘缓存和电脑系统之间的数据传输率。指硬盘缓存和电脑系统之间的数据传输率。也 就是计算机通过硬盘接口从缓存中将数据读出 交给相应的控制器的速率。平常

20、硬盘所采用的 ATA66、ATA100、ATA133等接口，是以硬盘 的理论最大外部数据传输率来表示的。 ATA100 中的100就代表着这块硬盘的外部数据传输率理 论最大值是100MB/s；ATA133则代表外部数据 传输率理论最大值是133MB/s；而SATA接口的 硬盘外部理论数据最大传输率可达 150MB/s。 这些只是硬盘理论上最大的外部数据传输率， 在实际的日常工作中是无法达到这个数值的。11、噪声、噪声 容量大、转速快造成噪声容量大、转速快造成噪声 12、发热、发热 硬盘太热会使硬盘不稳定硬盘太热会使硬盘不稳定 13、数据安全：、数据安全： S、M、A、R、T技术：技术： 硬盘自

21、分析、自检测、自硬盘自分析、自检测、自 报告技术，这是目前普遍采用的数据安全技术报告技术，这是目前普遍采用的数据安全技术 。 RAID技术：独立磁盘冗余阵列技术将一个文件分散技术：独立磁盘冗余阵列技术将一个文件分散 保存、读取，加快速度保存、读取，加快速度 。14、MTBF 连续无故障时间，指硬盘开始工作到出现故障的时连续无故障时间，指硬盘开始工作到出现故障的时 间，以小时计算，时间越长，硬盘的稳定性越好。间，以小时计算，时间越长，硬盘的稳定性越好。1、硬盘的保护 （1）保持硬盘使用清洁 （2）注意防静电和热插拔 （3）避免振动和冲击 （4）保持合理的温度（535）2、选购品牌 希捷（Seagate）、迈拓（Maxtor）、西部 数据（Western Digital）、 三星（Samsung）、 富士通（Fujitsu）等，同时参考速度、容量、缓 存等参数。五五 硬盘的保护和选购硬盘的保护和选购 五五 硬盘选购硬盘选购希捷Barracuda 1TB SATA 6Gb/s 7200.12（ST31000524AS）（ ￥370）基本参数