硬盤(pán)全面知識(shí)

　　硬盤(pán)是電腦主要的存儲(chǔ)媒介之一，由一個(gè)或者多個(gè)鋁制或者玻璃制的碟片組成。碟片外覆蓋有鐵磁性材料。為幫助電腦學(xué)習(xí)者更好地了解硬盤(pán)，下面學(xué)習(xí)啦小編就整理了硬盤(pán)知識(shí)的全面解析，供大家參考和學(xué)習(xí)，也希望能在學(xué)習(xí)后對(duì)你有所幫助。

　　1. 硬盤(pán)的類型：

　　目前有好幾種：IDE(ATA)硬盤(pán)，SATA硬盤(pán)，SCSI硬盤(pán)和SAS硬盤(pán)。

　　IDE硬盤(pán)也叫ATA硬盤(pán)，是采用并行傳輸技術(shù)的硬盤(pán)。IDE的英文全稱為“Integrated Drive Electronics”，即“電子集成驅(qū)動(dòng)器”，它的本意是指把“硬盤(pán)控制器”與“盤(pán)體”集成在一起的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。把盤(pán)體與控制器集成在一起的做法減少了硬盤(pán)接口的電纜數(shù)目與長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫搅嗽鰪?qiáng)。

　　IDE硬盤(pán)的接口類型：ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA

　　IDE硬盤(pán)優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低廉、兼容性強(qiáng)、性價(jià)比高。

　　IDE硬盤(pán)缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸速度慢、線纜長(zhǎng)度過(guò)短、連接設(shè)備少。

　　SATA硬盤(pán)采用串行傳輸技術(shù)，分為第一代SATA和第二代SATA2，其中SATA2可以達(dá)到3Gbps，速度比IDE快多了。

　　目前情況下，SATA硬盤(pán)分為原生和橋接兩種：

　　1.原生SATA硬盤(pán)

　　這是真正的SATA硬盤(pán)，采用真正的SATA控制器，而最新的SATAⅡ支持NCQ(Native Command Queuing，原生命令隊(duì)列)，這個(gè)技術(shù)允許硬盤(pán)對(duì)讀/寫(xiě)命令重新排序，允許硬盤(pán)根據(jù)哪一個(gè)功能最接近于磁頭當(dāng)前所在的位置來(lái)執(zhí)行。

　　2.橋接SATA硬盤(pán)

　　只是將普通的IDE硬盤(pán)通過(guò)橋接控制芯片將其轉(zhuǎn)化為SATA硬盤(pán)，通過(guò)“主板-硬盤(pán)”采用橋接芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)“串→并”、“并→串的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在性能上比起IDE硬盤(pán)并沒(méi)有太大的提升，反而影響帶寬。

　　橋接SATA硬盤(pán)一般都是采用Narvell公司的88i8030芯片或Silicon Image公司的Sil3611芯片，如果你在自己SATA硬盤(pán)上發(fā)現(xiàn)了這兩種芯片，那就是橋接SATA硬盤(pán)，如果沒(méi)有的話，那么恭喜你，這就是原生SATA硬盤(pán)。

　　BIOS中激活SATA硬盤(pán)：

　　在主板的BIOS設(shè)置程序中，一般會(huì)有一個(gè)關(guān)于SATA硬盤(pán)的設(shè)置選項(xiàng)：SATA MODE，一個(gè)是增強(qiáng)模式，一個(gè)是兼容模式，如果是兼容模式的話就是ATA/133。

　　SATA硬盤(pán)與傳統(tǒng)的并行ATA硬盤(pán)相比具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)：首先是SATA的傳輸速度快，除此之外，SATA硬盤(pán)還具有安裝方便、容易散熱、支持熱插拔等諸多優(yōu)點(diǎn)，這些都是并行ATA硬盤(pán)無(wú)法與之相比的。

　　還有一種硬盤(pán)叫SCSI硬盤(pán)，SCSI是Small Computer System Interface(小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口)的縮寫(xiě)，使用50針接口，外觀和普通硬盤(pán)接口有些相似。用在服務(wù)器上面比較多，速度快，穩(wěn)定性很好，比較適合做磁盤(pán)陣列。

　　SCSI硬盤(pán)的優(yōu)勢(shì)：

　　(1)轉(zhuǎn)速高達(dá)15000RPM。高轉(zhuǎn)速意味著硬盤(pán)的平均尋道時(shí)間短，能夠迅速找到需要的磁道和扇區(qū)。

　　(2)SCSI硬盤(pán)可支持多個(gè)設(shè)備，SCSI-2(Fast SCSI)最多可接7個(gè)SCSI設(shè)備，Wide SCSI-2以上可接16個(gè)SCSI設(shè)備。也就是說(shuō)，所有的設(shè)備只需占用一個(gè)IRQ，同時(shí)SCSI還支持相當(dāng)廣的設(shè)備，如CD-ROM、DVD、CDR、硬盤(pán)、磁帶機(jī)、掃描儀等。

　　PS：IRQ全稱為Interrupt Request，即是“中斷請(qǐng)求”的意思。

　　IRQ的作用就是在我們所用的電腦中，執(zhí)行硬件中斷請(qǐng)求的動(dòng)作，用來(lái)停止其相關(guān)硬件的工作狀態(tài)，比如我們?cè)诖蛴∫环輬D片，在打印結(jié)束時(shí)就需要由系統(tǒng)對(duì)打印機(jī)提出相應(yīng)的中斷請(qǐng)求，來(lái)以此結(jié)束這個(gè)打印的操作。在每臺(tái)電腦的系統(tǒng)中，是由一個(gè)中斷控制器8259或是8259A的芯片(現(xiàn)在此芯片大都集成到其它的芯片內(nèi))來(lái)控制系統(tǒng)中每個(gè)硬件的中斷控制。目前共有16組IRQ，去掉其中用來(lái)作橋接的一組IRQ，實(shí)際上只有15組IRQ可供硬件調(diào)用。

　　(3)SCSI還允許在對(duì)一個(gè)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，另一個(gè)設(shè)備對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)查找。這就可以在多任務(wù)操作系統(tǒng)如Linux、Windows NT中獲得更高的性能。

　　(4)SCSI占用CPU極低，在多任務(wù)系統(tǒng)中占有著明顯的優(yōu)勢(shì)。由于SCSI卡本身帶有CPU，可處理一切SCSI設(shè)備的事務(wù)，在工作時(shí)主機(jī)CPU只要向SCSI卡發(fā)出工作指令，SCSI卡就會(huì)自己進(jìn)行工作，工作結(jié)束后返回工作結(jié)果給CPU，在整個(gè)過(guò)程中，CPU均可以進(jìn)行自身工作。

　　(5)SCSI設(shè)備還具有智能化，SCSI卡自己可對(duì)CPU指令進(jìn)行排隊(duì)，這樣就提高了工作效率。在多任務(wù)時(shí)硬盤(pán)會(huì)在當(dāng)前磁頭位置，將鄰近的任務(wù)先完成，再逐一處理其他任務(wù)。

　　(6)最快的SCSI總線有320MB/s的帶寬，這要求使用一個(gè)64位的133MHz的PCI插槽，因此在普通PC機(jī)中所能達(dá)到的最大速度為160MB/s，理論上也就意味著硬盤(pán)傳輸率可高達(dá)160MB/s。(不過(guò)型號(hào)舊的SCSI就沒(méi)這么快了)

　　最新的一種叫SERIAL ATTACHED SCSI，簡(jiǎn)稱SAS硬盤(pán)，在SCSI的基礎(chǔ)上采用串行的傳輸技術(shù)。本質(zhì)上SAS硬盤(pán)就是改良的SCSI硬盤(pán)。最新的SAS二代可以達(dá)到6Gbps的速度。

　　2. 硬盤(pán)的RAID功能：

　　RAID(Redundant Array of Independent Disk 獨(dú)立冗余磁盤(pán)陣列)技術(shù)是加州大學(xué)伯克利分校1987年提出，最初是為了組合小的廉價(jià)磁盤(pán)來(lái)代替大的昂貴磁盤(pán)，同時(shí)希望磁盤(pán)失效時(shí)不會(huì)使對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)受損失而開(kāi)發(fā)出一定水平的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)。RAID就是一種由多塊廉價(jià)磁盤(pán)構(gòu)成的冗余陣列，在操作系統(tǒng)下是作為一個(gè)獨(dú)立的大型存儲(chǔ)設(shè)備出現(xiàn)。RAID可以充分發(fā)揮出多塊硬盤(pán)的優(yōu)勢(shì)，可以提升硬盤(pán)速度，增大容量,提供容錯(cuò)功能夠確保數(shù)據(jù)安全性，易于管理的優(yōu)點(diǎn)，在任何一塊硬盤(pán)出現(xiàn)問(wèn)題的情況下都可以繼續(xù)工作，不會(huì)受到損壞硬盤(pán)的影響。

　　RAID的幾種工作模式

　　(1) RAID 0

　　即Data Stripping數(shù)據(jù)分條技術(shù)。RAID 0可以把多塊硬盤(pán)連成一個(gè)容量更大的硬盤(pán)群，可以提高磁盤(pán)的性能和吞吐量。RAID 0沒(méi)有冗余或錯(cuò)誤修復(fù)能力，成本低，要求至少兩個(gè)磁盤(pán)，一般只是在那些對(duì)數(shù)據(jù)安全性要求不高的情況下才被使用。

　　a、RAID 0最簡(jiǎn)單方式

　　就是把x塊同樣的硬盤(pán)用硬件的形式通過(guò)智能磁盤(pán)控制器或用操作系統(tǒng)中的磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序以軟件的方式串聯(lián)在一起，形成一個(gè)獨(dú)立的邏輯驅(qū)動(dòng)器，容量是單獨(dú)硬盤(pán)的x倍,在電腦數(shù)據(jù)寫(xiě)時(shí)被依次寫(xiě)入到各磁盤(pán)中，當(dāng)一塊磁盤(pán)的空間用盡時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)被自動(dòng)寫(xiě)入到下一塊磁盤(pán)中，它的好處是可以增加磁盤(pán)的容量。速度與其中任何一塊磁盤(pán)的速度相同，如果其中的任何一塊磁盤(pán)出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)將會(huì)受到破壞，可靠性是單獨(dú)使用一塊硬盤(pán)的1/n。

　　b、RAID 0的另一方式

　　是用n塊硬盤(pán)選擇合理的帶區(qū)大小創(chuàng)建帶區(qū)集，最好是為每一塊硬盤(pán)都配備一個(gè)專門(mén)的磁盤(pán)控制器，在電腦數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)同時(shí)向n塊磁盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù),速度提升n倍。提高系統(tǒng)的性能。

　　(2) RAID 1

　　RAID 1稱為磁盤(pán)鏡像：把一個(gè)磁盤(pán)的數(shù)據(jù)鏡像到另一個(gè)磁盤(pán)上，在不影響性能情況下最大限度的保證系統(tǒng)的可靠性和可修復(fù)性上，具有很高的數(shù)據(jù)冗余能力，但磁盤(pán)利用率為50%，故成本最高，多用在保存關(guān)鍵性的重要數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。RAID 1有以下特點(diǎn)：

　　a、RAID 1的每一個(gè)磁盤(pán)都具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的鏡像盤(pán)，任何時(shí)候數(shù)據(jù)都同步鏡像，系統(tǒng)可以從一組鏡像盤(pán)中的任何一個(gè)磁盤(pán)讀取數(shù)據(jù)。

　　b、磁盤(pán)所能使用的空間只有磁盤(pán)容量總和的一半，系統(tǒng)成本高。

　　c、只要系統(tǒng)中任何一對(duì)鏡像盤(pán)中至少有一塊磁盤(pán)可以使用，甚至可以在一半數(shù)量的硬盤(pán)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)系統(tǒng)都可以正常運(yùn)行。

　　d、出現(xiàn)硬盤(pán)故障的RAID系統(tǒng)不再可靠，應(yīng)當(dāng)及時(shí)的更換損壞的硬盤(pán)，否則剩余的鏡像盤(pán)也出現(xiàn)問(wèn)題，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰。

　　e、更換新盤(pán)后原有數(shù)據(jù)會(huì)需要很長(zhǎng)時(shí)間同步鏡像，外界對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)不會(huì)受到影響，只是這時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的性能有所下降。

　　f、RAID 1磁盤(pán)控制器的負(fù)載相當(dāng)大，用多個(gè)磁盤(pán)控制器可以提高數(shù)據(jù)的安全性和可用性。

　　(3) RAID 0+1

　　把RAID0和RAID1技術(shù)結(jié)合起來(lái)，數(shù)據(jù)除分布在多個(gè)盤(pán)上外，每個(gè)盤(pán)都有其物理鏡像盤(pán)，提供全冗余能力，允許一個(gè)以下磁盤(pán)故障，而不影響數(shù)據(jù)可用性，并具有快速讀/寫(xiě)能力。RAID0+1要在磁盤(pán)鏡像中建立帶區(qū)集至少4個(gè)硬盤(pán)。

　　(4) RAID 2

　　電腦在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)在一個(gè)磁盤(pán)上保存數(shù)據(jù)的各個(gè)位，同時(shí)把一個(gè)數(shù)據(jù)不同的位運(yùn)算得到的海明校驗(yàn)碼保存另一組磁盤(pán)上，由于海明碼可以在數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤的情況下將錯(cuò)誤校正，以保證輸出的正確。但海明碼使用數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，使得輸出數(shù)據(jù)的速率取決于驅(qū)動(dòng)器組中速度最慢的磁盤(pán)。RAID2控制器的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。

　　(5) RAID 3：帶奇偶校驗(yàn)碼的并行傳送

　　RAID 3使用一個(gè)專門(mén)的磁盤(pán)存放所有的校驗(yàn)數(shù)據(jù)，而在剩余的磁盤(pán)中創(chuàng)建帶區(qū)集分散數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。當(dāng)一個(gè)完好的RAID 3系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，只需要在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)盤(pán)中找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)塊進(jìn)行讀取操作即可。但當(dāng)向RAID 3寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，必須計(jì)算與該數(shù)據(jù)塊同處一個(gè)帶區(qū)的所有數(shù)據(jù)塊的校驗(yàn)值，并將新值重新寫(xiě)入到校驗(yàn)塊中，這樣無(wú)形雖增加系統(tǒng)開(kāi)銷。當(dāng)一塊磁盤(pán)失效時(shí)，該磁盤(pán)上的所有數(shù)據(jù)塊必須使用校驗(yàn)信息重新建立，如果所要讀取的數(shù)據(jù)塊正好位于已經(jīng)損壞的磁盤(pán)，則必須同時(shí)讀取同一帶區(qū)中的所有其它數(shù)據(jù)塊，并根據(jù)校驗(yàn)值重建丟失的數(shù)據(jù)，這使系統(tǒng)減慢。當(dāng)更換了損壞的磁盤(pán)后，系統(tǒng)必須一個(gè)數(shù)據(jù)塊一個(gè)數(shù)據(jù)塊的重建壞盤(pán)中的數(shù)據(jù)，整個(gè)系統(tǒng)的性能會(huì)受到嚴(yán)重的影響。RAID 3最大不足是校驗(yàn)盤(pán)很容易成為整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸，對(duì)于經(jīng)常大量寫(xiě)入操作的應(yīng)用會(huì)導(dǎo)致整個(gè)RAID系統(tǒng)性能的下降。RAID 3適合用于數(shù)據(jù)庫(kù)和WEB服務(wù)器等。

　　(6) RAID 4

　　RAID4即帶奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu)，RAID4和RAID3很象，它對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)是按數(shù)據(jù)塊進(jìn)行的，也就是按磁盤(pán)進(jìn)行的，每次是一個(gè)盤(pán)，RAID4的特點(diǎn)和RAID3也挺象，不過(guò)在失敗恢復(fù)時(shí)，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設(shè)計(jì)難度也要大許多，而且訪問(wèn)數(shù)據(jù)的效率不怎么好。

　　(7) RAID 5

　　RAID 5把校驗(yàn)塊分散到所有的數(shù)據(jù)盤(pán)中。RAID 5使用了一種特殊的算法，可以計(jì)算出任何一個(gè)帶區(qū)校驗(yàn)塊的存放位置。這樣就可以確保任何對(duì)校驗(yàn)塊進(jìn)行的讀寫(xiě)操作都會(huì)在所有的RAID磁盤(pán)中進(jìn)行均衡，從而消除了產(chǎn)生瓶頸的可能。RAID5的讀出效率很高，寫(xiě)入效率一般，塊式的集體訪問(wèn)效率不錯(cuò)。RAID 5提高了系統(tǒng)可靠性，但對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟⑿行越鉀Q不好，而且控制器的設(shè)計(jì)也相當(dāng)困難。

　　(8) RAID 6

　　RAID6即帶有兩種分布存儲(chǔ)的奇偶校驗(yàn)碼的獨(dú)立磁盤(pán)結(jié)構(gòu)，它是對(duì)RAID5的擴(kuò)展，主要是用于要求數(shù)據(jù)絕對(duì)不能出錯(cuò)的場(chǎng)合，使用了二種奇偶校驗(yàn)值，所以需要N+2個(gè)磁盤(pán)，同時(shí)對(duì)控制器的設(shè)計(jì)變得十分復(fù)雜，寫(xiě)入速度也不好，用于計(jì)算奇偶校驗(yàn)值和驗(yàn)證數(shù)據(jù)正確性所花費(fèi)的時(shí)間比較多，造成了不必須的負(fù)載，很少人用。

　　(9) RAID 7

　　RAID7即優(yōu)化的高速數(shù)據(jù)傳送磁盤(pán)結(jié)構(gòu)，它所有的I/O傳送均是同步進(jìn)行的，可以分別控制，這樣提高了系統(tǒng)的并行性和系統(tǒng)訪問(wèn)數(shù)據(jù)的速度;每個(gè)磁盤(pán)都帶有高速緩沖存儲(chǔ)器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以使用任何實(shí)時(shí)操作芯片，達(dá)到不同實(shí)時(shí)系統(tǒng)的需要。允許使用SNMP協(xié)議進(jìn)行管理和監(jiān)視，可以對(duì)校驗(yàn)區(qū)指定獨(dú)立的傳送信道以提高效率。可以連接多臺(tái)主機(jī)，當(dāng)多用戶訪問(wèn)系統(tǒng)時(shí)，訪問(wèn)時(shí)間幾乎接近于0。但如果系統(tǒng)斷電，在高速緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)就會(huì)全部丟失，因此需要和UPS一起工作，RAID7系統(tǒng)成本很高。

　　(10) RAID 10

　　RAID10即高可靠性與高效磁盤(pán)結(jié)構(gòu)它是一個(gè)帶區(qū)結(jié)構(gòu)加一個(gè)鏡象結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到既高效又高速的目的。這種新結(jié)構(gòu)的價(jià)格高，可擴(kuò)充性不好。

　　個(gè)人使用磁盤(pán)RAID主要是用RAID0、 RAID1或RAID0+1工作模式。

　　3. 硬盤(pán)的NCQ技術(shù)

　　NCQ(Native Command Queuing本地命令排隊(duì))技術(shù)。它是一種使硬盤(pán)內(nèi)部?jī)?yōu)化工作負(fù)荷執(zhí)行順序，通過(guò)對(duì)內(nèi)部隊(duì)列中的命令進(jìn)行重新排序?qū)崿F(xiàn)智能數(shù)據(jù)管理，改善硬盤(pán)因機(jī)械部件而受到的各種性能制約。NCQ技術(shù)是SATAⅡ規(guī)范中的重要組成部分，也是SATAⅡ規(guī)范唯一與硬盤(pán)性能相關(guān)的技術(shù)。

　　只要硬盤(pán)是SATA2的硬盤(pán)，那么肯定支持NCQ技術(shù)。但是NCQ不僅要硬盤(pán)支持，還需要主板的支持，具體請(qǐng)看主板說(shuō)明書(shū)。