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1、外部存储设备硬盘,计算机科 李俊岭,本节主要内容,软驱简介 硬盘的工作原理 硬盘的外部结构 硬盘的内部结构 硬盘的性能指标 主要硬盘品牌 硬盘常见故障 使用硬盘的注意事项,软驱及软盘简介,由于软盘容量小、速度慢，目前已经基本上被淘汰，而被优盘所取代。 但它对计算机的影响仍然存在： 1、盘符的分配： A、B 软盘 C、D. 硬盘及光盘,2、从非硬盘引导系统 当硬盘系统损坏时，需要从其它设备启动，必须要使用软驱或虚拟软驱技术。,软驱及软盘简介,用表面涂有磁性材料柔软的聚酯材料制成。常用软盘容量为1.44MB,硬盘的磁道、扇区、柱面,硬盘片由涂有磁性材料的铝合金构成 磁性圆盘高速旋转产生的托力使磁头

2、悬浮在盘面上而不接触盘面,硬盘的工作原理,硬盘的工作原理,1、写入数据： 对磁道的可磁化单元进行磁化。磁化单元的南北极分布表示0或1。 2、读数据： 硬盘高速旋转，磁头径向移动，先定位，再读取数据。 3、删除数据： 只删除索引，不删除数据本身。,硬盘的外部结构,硬盘的外部结构包括硬盘接口、控制电路板、固定盖板组成。 1、硬盘接口： 电源接口 数据接口：硬盘数据接口主要有IDE、S-ATA、SCSI三类。 IDE接口有：33/66/100/133四种标准。 S-ATA接口有：150/300两种标准。,硬盘的外部结构,2、控制电路板： 控制电路板上主要有缓存、硬盘BIOS、各种电路（主轴调速电路、

3、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路）。,硬盘的外部结构,3、固定盖板（印刷面板）： 印刷面板上标识了硬盘的型号、产地、容量、接口类型、设置数据等。,硬盘的内部结构,硬盘的内部结构由固定面板、控制电路、接口、附件、盘头组件（浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片及主轴驱动机构、前置读写控制电路）组成。,硬盘的性能指标,要考虑购买什么样的硬盘，需要考察硬盘容量、缓存容量、转速、单碟容量、接口类型（数据传输率）、平均寻道时间、硬盘表面温度、噪声大小、质保时间等因素。,硬盘的性能指标硬盘容量,硬盘容量的大小决定了硬盘存放数据的多少，是购买硬盘要考虑的最重要的性能指标。 硬盘的容量有40GB、6

4、0GB、80GB、100GB、120GB、160GB、200GB，硬盘技术还在继续向前发展，更大容量的硬盘还将不断推出。,硬盘的性能指标硬盘容量,操作系统中硬盘的容量少于标称容量。标称40GB的硬盘，在操作系统中显示只有38GB；80GB的硬盘只有75GB。这是硬盘厂商对容量的计算方法和操作系统有不同而造成的。 操作系统对容量的计算以每1024为一进制的，而硬盘厂商以每1000为一进制的。以120GB的硬盘为例： 厂商容量计算方法：120GB120,000MB120，000，000KB120，000，000，000字节 换算成操作系统计算方法：120，000，000，000字节/1024117

5、,187,500KB/1024114，440.91796875MB114GB,硬盘的性能指标缓存容量,缓存（Cache memory）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缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同，缓存在其中起到一个缓冲的作用。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整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据，如果有大缓存，则可以将那些零碎数据暂存在缓存中，减小外系统的负荷，也提高了数据的传输速度。,硬盘的性能指标缓存容量,硬盘的缓存主要起三种作用：一是预读取。当

6、开始读取数据时，硬盘上的控制芯片控制磁头把正在读取的簇的下几个簇中的数据读到缓存，当需要读取下几个簇中的数据时，直接把缓存中的数据传输到内存中即可；二是对写入动作进行缓存。当硬盘接到写入数据的指令之后，先暂时存储在缓存里，而硬盘则在空闲时再将缓存中的数据写入到盘片上。第三个作用就是临时存储最近访问过的数据。硬盘内部的缓存会将读取比较频繁的一些数据存储在缓存中，再次读取时就可以直接从缓存中直接传输。,硬盘的性能指标缓存容量,缓存容量的大小不同品牌、不同型号的产品各不相同。2MB和8MB缓存是现今主流硬盘所采用，而在服务器中甚至达到了16MB、64MB等。 大容量的缓存可以在硬盘进行读写工作状态下

7、，让更多的数据存储在缓存中，以提高硬盘的访问速度，但并不意味着缓存越大就越出众。缓存的应用存在一个算法的问题，即便缓存容量很大，而没有一个高效率的算法，那将导致应用中缓存数据的命中率偏低，无法有效发挥出大容量缓存的优势。,硬盘的性能指标转速,硬盘转速是指硬盘主轴马达每分钟转动的圈数。转速越快，磁头读写数据的速度也越快。 目前硬盘的转速主要有5400RPM、7200RPM、10000RPM、15000RPM等几种。,硬盘的性能指标单碟容量,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。 硬盘是由多个存储碟片组合而成的，而单碟容量就是一个存

8、储碟所能存储的最大数据量。硬盘厂商在增加硬盘容量时，可以通过两种手段：一个是增加存储碟片的数量，但受到硬盘整体体积和生产成本的限制，碟片数量都受到限制，一般都在5片以内；而另一个办法就是增加单碟容量。,硬盘的性能指标单碟容量,同时，硬盘单碟容量的增加不仅仅可以带来硬盘总容量的提升，而且也有利于生产成本的控制，提高硬盘工作的稳定性。单碟容量的增加意味着厂商要在同样大小的盘片上建立更多的磁道数（数据存储在盘片的磁道中），虽然这在技术难度上对厂商要求很高，但盘片磁道密度（单位面积上的磁道数）提高，代表着数据密度的提高，这样在硬盘工作时盘片每转动一周，磁头所能读出的数据就越多，所以在相同转速的情况下，

9、硬盘单碟容量越大其内部数据传输速率就越快。另外单碟容量的提高使单位面积上的磁道条数也有所提高，这样硬盘寻道时间也会有所下降。,硬盘的性能指标单碟容量,另外单碟容量的增加也能在一定程度上节省产品成本，举个例子来说，同样的120GB的硬盘，如果采用单碟容量40GB的盘片，那么将要有三张盘片和六个磁头；而采用单碟容量80GB的盘片，那么只需要两张盘片和三个个磁头（盘片正反两面都可以存储数据，一面需要一个磁头。 2000年时出现了单碟容量40GB的硬盘产品，直到2001中旬才全面在市场中普及。到了2002年推出了单碟容量60GB的硬盘产品。,硬盘的性能指标单碟容量,最早的单碟容量80GB的硬盘产品是M

10、axtor于2002年10月发布的Diamond Max Plus 9，希捷也紧随其后推出了酷鱼7200.7系列与5400.1系列单碟80GB的硬盘。 希捷在2003年的9月发布了单碟容量达100GB酷鱼7200.7 Plus 200GB硬盘，使得硬盘单碟容量又达到了一个新的高度。,硬盘的性能指标单碟容量,2005年9月，希捷发布了酷鱼7200.9系列硬盘，单碟容量提高到160GB，这是传统的水平记录技术的技术极限。 垂直记录技术：传统的水平记录技术让数据位平铺在磁介质上，而垂直记录技术却让数据位竖立在磁介质上，极大的提高了磁记录密度，当然也就提高了单碟容量。垂直记录技术还能在不提高转速的情况

11、下，提高硬盘的数据传输率。 2006年4月，希捷发布了采用垂直记录技术的酷鱼7200.10(Barracuda 7200.10)系列硬盘，最大单碟容量提高到188GB。,硬盘的性能指标接口类型,硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度，在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。从整体的角度上，硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI和光纤通道四种。 IDE接口硬盘多用于家用产品中，也部分应用于服务器。 SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场。 而光纤通道只在高端服务器上，价格昂贵。 SA

12、TA是种新生的硬盘接口类型，还正出于市场普及阶段，在家用市场中有着广泛的前景。 在大类别下，又可以分出多种具体的接口类型。,硬盘的性能指标接口类型,IDEIDE（Integrated Drive Electronics），即“电子集成驱动器”，它指把硬盘控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器。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。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE接口技术拥有价格低廉、兼容性强的特点。 IDE代表着硬盘的一种类型，ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。它是目前

13、市场的主流。,硬盘的性能指标接口类型,IDE硬盘中，Ultra DMA模式 的硬盘是主流。 Ultra DMA 硬盘有DMA 66/100 /133三个标准。其中的数字代表硬盘的外部数据传输率。 Ultra DMA/66/100/133专用的硬盘连接线是在旧有IDE排线的规格上略作修改。除沿用40芯的IDE接头外，排线更换成80芯，在原有40芯排线的每条线芯之间，都多加一条线来相隔，并与原有的7条地线相连，把构成Crosstalk现象的电磁波滤走而增加了数据传输的稳定性。Ultra DMA66接口的硬盘能够向下兼容。,硬盘的性能指标接口类型,SCSI SCSI的英文全称为“Small Comp

14、uter 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。,硬盘的性能指标接口类型,光纤通道 光纤通道最初是专门为网络系统设计的，后来逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘大大提高了多硬盘系统的通信速度。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

15、大等。 光纤通道是为在像服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。,硬盘的性能指标接口类型,SATA 使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范，2002年，确立了Serial ATA 2.0规范。 Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，

16、与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。,硬盘的性能指标接口类型,串口硬盘是由于采用串行方式传输数据，具有非常多的优势。首先，Serial ATA一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。 实际上，Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次，Serial ATA的起点更高、发展潜力更大，Serial ATA 1

17、.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比目前最新的并行ATA（即ATA/133）所能达到133MB/s的最高数据传输率还高，而在Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。,SATA与ATA区别,SATA用7针数据连接器，ATA用40针连接器。 ATA的粗电缆装配较困难，还会堵住气流、导致发热。SATA安装简单，紧凑性为主板腾出了空间。 信号电压：ATA5伏而SATA0.7伏。 SATA有嵌入计时和数据完整性检查功能 。 SATA可以为每个连接设备提供全部带宽 。 采用柔韧的细电缆、热插拔连接器、提高了数据可靠性和保障性

18、。,硬盘的性能指标平均寻道时间,平均寻道时间是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到移动至数据所在的磁道所花费时间的平均值，它一定程度上体现硬盘读取数据的能力，是影响硬盘内部数据传输率的重要参数，单位为毫秒（ms）。不同品牌、不同型号的产品其平均寻道时间也不一样，但这个时间越低，则产品越好，现今主流的硬盘产品平均寻道时间都在在9ms左右。,硬盘的性能指标平均寻道时间,平均寻道时间实际上是由转速、单碟容量等多个因素综合决定的一个参数。硬盘的转速越高，平均寻道时间就越低；单碟容量越大，其平均寻道时间就越低。当然处于市场定位以及噪音控制等方面的考虑，厂商也会人为的调整硬盘的平均寻道时间。 在硬盘

19、上数据是分磁道、分簇存储的，经常的读写操作后，往往数据并不是连续排列在同一磁道上，所以磁头在读取数据时往往需要在磁道之间反复移动，因此平均寻道时间在数据传输中起着十分重要的作用。在读写大量的小文件时，平均寻道时间也起着至关重要的作用。在读写大文件或连续存储的大量数据时，平均寻道时间的优势则得不到体现，此时单碟容量的大小、转速、缓存就是较为重要的因素。,硬盘的性能指标噪声与质保,噪声是指硬盘工作时发出的声音大小。 质保时间是指硬盘厂商提供的换货时间。在此时间内当硬盘出现问题时有厂商负责免费维修或更换。一般而言，是三个月无条件更换，一年或三年免费维修，当无法维修时更换。,硬盘的性能指标硬盘表面温度

20、,指硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升情况。硬盘工作时产生的温度过高将影响薄膜式磁头(包括MR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。,主要硬盘品牌,希捷（Seagate) 迈拓昆腾(Maxtor) 西部数据(West Digital) 三星(Samsung) 日立IBM (Hitachi),硬盘常见故障,BIOS中检测不到硬盘： 用排除法：电源线/数据线/接触不良/电路板 硬盘出现咔咔声： 盘体损坏，报废。 有时能检测到硬盘，有时不能： 更换排线/接口/电路板 有坏道： 低格/隔离。 感染病毒： 清除病毒,注意事项,硬盘应固定好。 防尘 防磁 防

21、病毒 不能带电操作或强行关机/开机 磁盘扫描或碎片整理。,1、Maxtor（迈拓）XXXXXXX 第一部分表示产品系列型号。2R-Fireball 531DX美钻一代，2B-Fireball 541DX美钻二代，2F-Fireball 3，4W-Diamondmax 536DX星钻二代，4D、4K、4G-Diamondmax 540X星钻三代，4R-Diamondmax 16星钻四代，5T-Diamondmax Plus60金钻六代，6L-Diamondmax Plus D740X金钻七代，6E-Diamondmax Plus8，6Y-Diamondmax Plus9。 第二部分表示容量，单位

22、是GB。 第三部分表示缓存容量、接口及主轴马达类型。H-Ultra ATA100接口、2MB缓存，J-Ultra ATA133接口、2MB缓存并使用滚珠轴承马达（Ball Bearing Motor），L-Ultra ATA133接口、2MB缓存并使用液态轴承马达（Fluid Dynamic Bearing Motor），P-Ultra ATA133接口、8MB缓存并使用液态轴承马达，M-串行ATA150接口（Serial ATA150）、8MB缓存并使用液态轴承马达。 第四部分表示使用的磁头数，也就是记录面数量，由此也能推算出单碟容量。,2、Western Digital（WD，西数） 西部

23、数据（WD）的IDE硬盘包括Caviar（鱼子酱）和Experl（专家）两个系列，不过后者早就已经停产。目前WD硬盘基本分为三类：高端的BB系列，中端的AB系列，低端的EB系列，其中只有BB系列硬盘才是7200转的产品。西数硬盘的编号通常由主编号和附加编号构成，但西数公司没有对零售市场公开附加编号的具体含义。 主编号部分：WDXXXXXX 第一部分WD表示Western Digital西数公司的产品。 第二部分表示容量，单位是GB。 第三部分的英文字母表示转速及缓存容量。A-5400，B-7200，J-7200并具有8MB缓存。 第四部分表示接口类型。A-Ultra ATA66，B-Ultra

24、 ATA100。 附加编号部分：XXXXXX 第一部分为OEM客户标识，00为零售市场，其它则为OEM客户代码。 第二部分为同系列的版本代码，对应单碟容量，CP-Protg系列（即通常所说的EB系列）40GB单碟容量的版本，CB-Caviar5400系列（即AB系列）40GB单碟容量的版本，CA-Caviar7200系列（即BB系列）40GB单碟容量的版本，CR-Caviar SE 7200系列（即具有8MB缓存的JB系列）40GB单碟容量的版本。 第三部分为Firmware版本。,3、Seagate（希捷） 希捷硬盘目前主要有U5、U6和酷鱼（Barracuda）三、酷鱼四等系列产品，其中U5、U6系列是5400rpm的产品，而酷鱼三和酷鱼四系列是7200rpm的产品。希捷硬盘的编号比较简单，无论什么系