硬盘基础知识详解ppt课件

1、.,硬盘的发展历史 硬盘的分类 硬盘主要技术参数 拆块硬盘来看看 硬盘分区 硬盘格式,.,硬盘的发展历史 硬盘的分类 硬盘主要技术参数 拆块硬盘来看看 硬盘分区 硬盘格式,.,硬盘容量发展表,.,硬盘容量发展表,.,硬盘的发展历史,1956-1966 世界上的第一款硬盘是由IBM于1956年设计并制造的。 这款名为IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control）的硬盘产品体积十分庞大，但容量仅为5MB,.,总共使用了50张24英寸的碟片,只有一个磁头,存储密度=2000bit/平方英寸 ，数据处理能力为1.1KB/s,I

2、BM 350 RAMAC,.,硬盘的发展历史,1967-1976 1968年，硬盘发展史中的第一个历史性突破由IBM公司完成IBM研发成功了“温盘”技术，即Winchester技术。 Winchester技术主要针对硬盘的物理结构提出了更多的改进。简单概括为：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,.,十公斤重, 容量是60M, 存储密度=1.7MB /每平方英寸,现代硬盘之父 IBM 3340硬盘(1973年),.,硬盘的发展历史,1977-1986 首先是1979年，IBM发明了薄膜磁头，该技术为进一步减小硬盘体积、增大容量、提

3、高读写速度提供了可能, 几年后IBM公司发明了MR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/每英寸提高数十倍。,.,1977-1986 薄膜磁头硬盘,.,硬盘的发展历史,1987-1996 首先是1987年，当时的一家硬盘设计生产商PrairieTek推出了第一款2.5英寸的硬盘产品，该产品的容量为10MB 1991年，IBM推出了第一款容量为1GB的3.5英寸硬盘。这款编号为0663-E12的硬盘的出现，标志着硬盘存储进入GB时代, 硬盘使用了MR磁头，使得普通电脑用户使用的硬盘容量首次达到了1GB。 磁头技术进一步发展出现了GMR（GaintMag

4、neto Resistive，巨磁阻）磁头技术，使存储密度更上一层楼。 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。,.,硬盘的发展历史,1997-2007 IDE走了，SATA来了,.,硬盘的发展历史 硬盘的分类 硬盘主要技术参数 拆块硬盘来看看 硬盘分区 硬盘格式,.,1、盘径： 5.25in、3.5in、2.5in和1.8in。 2、安装位置： 内置式与外置式。 3、接口类型： （1） IDE硬盘 采用Ultra ATA设计规范。如Ultra ATA/100、Ultra ATA/133。 （2） SATA硬盘 优点：

5、 支持热插拔、传输速度快 、执行效率高、布线简洁与更 长的信号 传输距离（ 1m45cm ）等 。 （3）SCSI硬盘 优点：应用面广、多任务、宽带宽以及少CPU占用率。 （4）其它接口盘：SAS；光纤盘。,硬盘的分类,.,不同盘径硬盘,1.8英寸盘,2.5英寸盘,3.5英寸盘,.,IDE外部接口,不同的硬盘接口-IDE,不同的硬盘接口-SATA,.,硬盘的发展历史 硬盘的分类 硬盘主要技术参数 拆块硬盘来看看 硬盘分区 硬盘格式,.,硬盘主要技术参数,单碟容量 单碟容量（storage per disk），是硬盘相当重要的参数之一，一定程度上决定着硬盘的档次高低 提高硬盘工作的稳定性 在相同

6、转速的情况下，硬盘单碟容量越大其内部数据传输速率就越快,.,硬盘主要技术参数,硬盘的转速 硬盘的主轴转速指的是硬盘的碟片每分钟的转数，用rpm来表示（Round Per Minute，转/分钟），一般硬盘的主轴转速为3600rpm7200rom，高级硬盘转速更高。 高转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间（硬盘在相同的时间内可以读写更多的内容），从而提高硬盘的运行速度和性能,.,硬盘主要技术参数,硬盘的平均寻道时间 平均寻道时间（Average Seek Time）是指硬盘的磁头移到盘面指定磁道所需的时间。平均寻道时间越小，硬盘的运行速度也就越快,.,硬盘主要技术参数,硬盘的平均等待 平均

7、等待时间（Average Latency Time）是指磁头已处于要访问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间 平均等待时间通常为盘片旋转一周所需的时间的一半,.,硬盘主要技术参数,硬盘的平均访问时间 平均访问时间平均寻道时间平均等待时间,.,硬盘主要技术参数,硬盘的外部数据传输率 外部传输率（External Transfer Rate）也称为突发数据传输率（Burst Data Transfer Rate）或接口传输率 它指的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关,.,硬盘主要技术参数,硬盘的内部数据传输率 内部传输率（Intern

8、al Transfer Rate）也称为持续传输率，它硬盘磁头从缓存中读写数据的速度 它反映了硬盘缓冲区未使用时的性能。内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度,.,硬盘主要技术参数,硬盘的缓存 由于硬盘磁头和盘片之间的读写是机械动作，速度相对较慢，因此硬盘通过将数据暂存在一个比磁盘速度快得多的缓冲区，即硬盘上的缓存 直接从缓存中读取数据比从磁盘中直接读取要快得多，所以缓存对大幅度提高硬盘的速度有着重要的意义。理论上，缓存的容量越大越好,.,硬盘的发展历史 硬盘的分类 硬盘主要技术参数 拆块硬盘来看看 硬盘分区 硬盘格式,.,.,.,硬盘正面的9个安装螺丝拆卸下来。 外围的7个螺丝 标签下面隐藏有2

9、个螺丝,.,成功拆开硬盘,.,将电路板分离出来 电路板和硬盘体之间还有一层软垫，以减免两者间发生短路的几率,.,此图可以看到，硬盘的主控芯片型号，缓存和电机控制芯片。,.,硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、磁头、盘片、主轴、电机、接口及其它附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部份。,.,磁盘片是数据的载体，盘片大多采用铝金属薄膜材料，有更高的存储密度、高剩磁及高矫顽力等优点。硬盘盘片是完全平整的，简直可以当镜子使用。,.,一般硬盘的盘片是由多个重叠在一起并由垫圈隔开的盘片组成，也就是

10、我们常说的该硬盘是几碟装,.,.,硬盘的主轴组件包括主轴部件如轴承和驱动电机等。随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机马达的速度也在不断提升，轴承也从滚珠轴承进化到油浸轴承再到液态轴承，处于不断的改良当中，目前液态轴承已经成为绝对的主流市场。,.,.,.,电磁线圈电机包永久磁铁，是磁头驱动的关键。当硬盘受动强裂震动时，对磁头及盘片起保护使用，以避免磁头将盘片刮伤,.,硬盘的发展历史 硬盘的分类 硬盘主要技术参数 拆块硬盘来看看 硬盘分区 硬盘格式,.,什么是分区,计算机中存放信息的主要的存储设备就是硬盘，但是硬盘不能直接使用，必须对硬盘进行分割，分割成的一块一块的硬盘区域就是磁盘分区。 打个

11、比方：给定一个全空的仓库区，库管员需要进行功能划区再使用: 卸货区、记录区、消防区、叉车停放区、A类货架区、B类货架区,为什么要对磁盘进行分区,工厂生产的硬盘必须经过低级格式化、分区和高级格式化（简称为格式化）三个处理步骤后，电脑才能利用它们存储数据。其中磁盘的低级格式化通常由生产厂家完成，目的是划定磁盘可供使用的扇区和磁道并标记有问题的扇区。,.,磁盘分区的类型,在传统的磁盘管理中，将一个硬盘分为两大类分区：主分区和扩展分区 主分区是能够安装操作系统，能够进行计算机启动的分区，可以直接格式化，然后安装系统，存放文件。（一个硬盘中最多只能存在4个主分区。） 一个硬盘上如果超过4个以上的磁盘分区

12、的话，那么就需要使用扩展分区了。如果使用扩展分区，那么一个物理硬盘上最多只能分3个主分区和1个扩展分区。 扩展分区不能直接使用，它必须经过第二次分割成为一个一个的逻辑分区，然后才可以使用。一个扩展分区中的逻辑分区可以分多个。 注：扩展分区理论上还可以再分下一级扩展分区,.,磁盘分区的格式,常见硬盘的格式有： FAT(FAT16) 软盘使用,目前已被淘汰 FAT32 NTFS 具有磁盘配额,设置权限等功能 ext2 ext3 注：磁盘分区之后，必须经过格式化才能够正式使用。,是Linux 系统中标准的文件系统,.,硬盘的内部结构抽象,盘面 磁道 扇区 柱面,.,磁盘寻址相关概念,1.盘面：盘片的

13、上下两个面，又名磁头号，按上到下的顺序从0依次编号，盘片在214不等，通常只有23个盘片； 2.磁道：磁盘在低级格式化的时候被划分成的同心圆轨迹，按外到里的顺序从0依次编号； 3.扇区：每段圆弧为一个扇区，从1开始编号，每个扇区中的数据作为一个单元同时读出或写入,最小的读写单位 扇区内部的数据时连续流式记录的；,.,柱面：同一磁道，竖直方向构成的圆柱面，从0开始编号； 数据读写是按照柱面进行，即磁头读写数据时首先在同一柱面内从0磁道开始操作，依次向下在同一柱面的不同盘面进行操作；,磁盘寻址相关概念,.,.,每个扇区可以存放512个字节和一些其他信息：即数据存储的数据段和数据存储地点的标示符 e

14、g扇区头标：标示柱面、磁头、扇区号以及是否为坏区、校验码等伺服信息,.,硬盘的寻址模式,硬盘最主要的功能就是存取数据，这些数据都是按一定的规则存储在盘片上的。 当需要存储或读取某些数据时，就要知道其所在的具体位置，而寻址具有这个作用，它实际上就是磁头在盘片上定位数据的一个过程。 进行数据恢复时寻址尤为重要，是因为数据丢失后，在“我的电脑”等位置中将无法找到文件，甚至无法找到文件夹或分区。若要恢复这些丢失的数据，就需要使用底层的寻址技术来查找，从而将其恢复。,.,C/H/S寻址,柱面(Cylinder),磁头(Header)和扇区(Sector)，即C/H/S地址 磁头读取扇区头标中的CHS可获

15、得当前位置； 磁头最多255（8位二进制） 柱面最多1023(10个二进制位) 扇区最多63（6个二进制）,LBA寻址,LBA编址方式：直线性，扇区为等长，0编号 实际磁头、磁道、扇区信息都保存在硬盘控制电路的ROM芯片中（有更多的磁道、扇区），在访问磁盘的时候硬盘控制器将这种逻辑地址转化为物理地址,.,1C/H/S 寻址模式,C/H/S（Cylinder/Head/Sector）寻址模式也称为三维地址模式，是硬盘最早采用的寻址模式，它是在硬盘容量较小的前提下产生的。 硬盘的C/H/S 3D 参数既可以计算出硬盘的容量，也可以确定数据所在的具体位置。这是因为扇区的三维物理地址与硬盘上的物理扇区

16、一一对应，即三维物理地址可完全确定硬盘上的物理扇区。三维物理地址通常以C/H/S 的次序来书写，如C/H/S 为0/1/1，则第一个数字0 指0 柱面，第二个数字1 指1 磁头（盘面），第三个数字1 指1 扇区，表示该数据位于硬盘1 盘面上的0 磁道1 扇区。现在定位已完成，硬盘内部的参数和主板BIOS 之间进行协议，正确发出寻址信号，从而正确定位数据位置。 早期硬盘柱面的最大数为1024，磁头的最大数为16，扇区的最大数为63，因此，能寻址的扇区数是1 032 192（10241663）。而一个扇区规定为512B，这也就是说，如果以C/H/S 寻址模式寻址，则IDE 硬盘的最大容量只能为小于

17、或等于528.4MB,.,2LBA 寻址模式,早期硬盘设计上的不合理使得盘片没有得到很好的利用，为了解决这一问题以进一步提高硬盘容量，生产厂商以等密度结构生产硬盘，从而使盘片上外圈磁道的扇区比内圈磁道多。采用这种结构后，硬盘不再具有实际的3D 参数，因此也不能直接使用C/H/S 寻址方式，此时就要用到线性寻址方式即LBA 寻址。 LBA 寻址模式以扇区为单位进行寻址，在该模式中，盘片上的所有物理扇区都是一个连续的、线性编号的存储空间，即由0 开始一直排列到某个最大值，并且连成一条线，这样只用一个序数就确定了一个唯一的物理扇区。此时，要定位到硬盘上的某个位置，只需要给出其LBA 数即可。这种寻址

18、模式所表示的数据位置已不是它在盘片上的物理地址，而是逻辑地址。,.,C/H/S与LBA的转换关系,LBA=（CCS）PHPS+（HHS）PS+（SSS）,CS:柱面号 C初始柱面号 HS:磁头号 H初始磁头号 SS :扇区号 S初始扇区号 PS 表示每磁道扇区数， PH 表示每柱面总的磁道数。,.,硬盘的内部结构抽象,盘面 磁道 扇区 柱面,.,Master boot record,MBR定义：全称为Master Boot Record，即硬盘的主引导记录 MBR位置：硬盘0磁头0柱面1扇区(共512BIT)，主引导程序占446Bytes，DPT占64Bytes，硬盘有效标志占2Bytes M

19、BR包含内容：主引导程序、硬盘分区表DPT(DISK Partition table)、硬盘有效标志（55AA） 作用： 主引导程序：在操作系统安装时写入，是一段引导程序，用于引导操作系统 硬盘分区表：确定磁盘的分区 硬盘有效标志：一个标志位，用于检查MBR有的效性,.,Master boot record,.,Master boot record,.,硬盘分区表结构,.,硬盘分区表结构,.,在MBR分区表中最多4个主分区或者3个主分区1个扩展分区，也就是说扩展分区只能有一个，然后可以再细分为多个逻辑分区 扩展引导记录EBR和MBR结构相同，记录相应的逻辑分区 在MBR分区表中，一个分区最大的

20、容量为2T，且每个分区的起始柱面必须在这个disk的前2T内,相关推论,.,第一个扇区中的只预留了4个分区表项，我们的要想使用更多的分区，需要借助扩展分区。 扩展分区不能直接使用，需要继续划分逻辑分区，逻辑分区数量不限，数量受制于操作系统的设计,相关推论,00FEFFFF0FFEFFFF0088A9030008B717 0F系统标志代表扩展分区,.,由此可见逻辑分区链表是单向的，一旦断开，系统后面的分区就会丢失，当然实际上数据还在,.,硬盘首扇区信息,.,MBR分区的缺陷,尽管目前MBR分区类型占了绝大多数，但是他有很多缺陷： MBR 磁盘只支持 4 个分区表项； 每个分区长度至少占用一个柱面

21、； 最大支持2TB硬盘； ,.,GUID分区表格式 （Globally Unique Identifier Partition Table Format）,GUID分区表(简称GPT。使用GUID分区表的磁盘称为GPT磁盘)是源自EFI标准的一种较新的磁盘分区表结构的标准。与目前普遍使用的主引导记录(MBR)分区方案相比，GPT提供了更加灵活的磁盘分区机制。它具有如下 优点： 1、支持2TB以上的大硬盘。 2、每个磁盘的分区个数几乎没有限制。为什么说“几乎”呢？是因为 Windows系统最多只允许划分128个分区。不过也完全够用了。 3、分区大小几乎没有限制。又是一个“几乎”。因为它用64位的

22、整数表 示扇区号。夸张一点说，一个64位整数能代表的分区大小已经是个“天 文数字”了，若干年内你都无法见到这样大小的硬盘，更不用说分区了。 4、分区表自带备份。在磁盘的首尾部分分别保存了一份相同的分区表。 其中一份被破坏后，可以通过另一份恢复。 5、每个分区可以有一个名称(不同于卷标)。,.,操作系统对GUID分区表支持,既然GUID分区方案具有如此多的优点，在分区时是不是可以全部采用这种方案呢？不是的。并不是所有的Windows系统都支持这种分区方案。 请看下表：,.,MBR引导全过程,.,硬盘的发展历史 硬盘的分类 硬盘主要技术参数 拆块硬盘来看看 硬盘分区 硬盘格式,.,常用的分区格式,

23、FAT16 FAT32 NTFS ext2 ext3 XFS,不同的分区格式有不同的特点，各有优点，技术侧重也不一样。 我们将以最简单的FAT32的模型来做为讲解,.,分区格式要实现那些功能,实现文件目录管理 存放文件 读取文件 删除文件 存储区域回收和优化 文件日志 文件统计信息,.,一个个扇区如何使用呢，我怎么来存储我的文件？,.,先分个区吧！ 分出个不同功能区来!,.,怎么来管理一个分区? 怎么存放目录? 怎么存放文件? 怎么删除文件?,.,给所有分区建立一个状态表如何？ 一个状态表项来记录一个簇（多个连续的扇区）的状态 取个名吧： FAT表(File Allocation Table)文件配置表,一个状态表项记录一个簇，什么不记录一个扇区呢？ 有了FAT表的分区是不是相当于一本书有了目录？,.,一个