硬盤知識詳解

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　　硬盤知識詳解

　　硬盤的接口包括電源接口、數(shù)據(jù)接口和跳線三部分。

　　電源接口與主機(jī)電源相連，為硬盤工作提供動力。接口的形狀呈梯形，可以防止插反。

　　數(shù)據(jù)接口由兩列并列的針組成，是硬盤和主板控制器之間傳輸數(shù)據(jù)的接口。根據(jù)連接方式的不同，分成EIDE和SCSI兩大類。EIDE接口成本較低，速度也能滿足普通用戶的需求，大多數(shù)硬盤都使用它，主板上也集成了相應(yīng)的EIDE控制器和兩個舊E接口。SCSI接口價格較高，但在傳輸速度和 CPU占用率上有不小的優(yōu)勢，通常在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、圖形工作站上使用。但是除了少數(shù)集成了SCSI控制器和接口的高端主板以外，通常都要另外接一塊SCSI卡才能使用。數(shù)據(jù)線是連接硬盤和主板或SCSI卡的中介，根據(jù)接口的不同，數(shù)據(jù)線的種類也不同，但是看起來都是由許多細(xì)線并排組成的一條灰色的帶子。數(shù)據(jù)線的一邊都有一根紅色的線，標(biāo)志這根線是1線，把數(shù)據(jù)線插入數(shù)據(jù)接口時把這根紅線對準(zhǔn)電源接口的方向，就不會插反。不過現(xiàn)在的數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)線上都有防反插的設(shè)計，如果沒有把數(shù)據(jù)線接頭上的突起對準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口上的缺口，是插不進(jìn)去的。普通的IDE數(shù)據(jù)線是40根，和舊E接口的40針一一對應(yīng)，而支持ATA/66或者ATA/100的數(shù)據(jù)線有80根，多出來的40根作為地線使用，以屏蔽高速傳輸時相互間的干擾，不過整根線的寬度并沒有增加，所以看起來每根線都細(xì)了不少。SCSI接口的針數(shù)較IDE接口多，所以數(shù)據(jù)線也要寬不少。

　　跳線是用來對硬盤的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置的。IDE接口的硬盤分為主盤或從盤兩種狀態(tài)，一條數(shù)據(jù)線上能同時接一主一從兩個設(shè)備，必須通過跳線進(jìn)行正確的設(shè)置，否則這條數(shù)據(jù)線上的兩個設(shè)備都不能正常工作。

　　硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要指密封腔以內(nèi)的部分，由盤頭組件、固定面板、接口和其他附件組成。

　　盤頭組件(HAD)

　　盤頭組件是硬盤的核心部分，數(shù)據(jù)的最終存取由它直接負(fù)責(zé)。盤頭組件包括盤片、主軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)、浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)和前驅(qū)控制電路等。這些部分全部都密封在一個密封腔內(nèi)。

　　硬盤在沒有工作時，磁頭停放在盤片最內(nèi)圈的起停區(qū)，當(dāng)硬盤通電開始工作后，先在固化ROM的指揮下進(jìn)行一系列的初始化工作，完成以后再啟動主軸電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)，磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)則將懸浮的磁頭置于盤片表面的0道處，等接收到主機(jī)的指令后再進(jìn)行定位、讀取數(shù)據(jù)、解碼等一系列工作，最后通過接口線路反饋給主機(jī)。遇到因正常關(guān)機(jī)或突發(fā)事件斷電時，反力矩彈簧會將磁頭自動移回起停區(qū)內(nèi)，防止劃傷盤片。

　　盤片和主軸組件

　　盤片和主軸組件是兩個緊密相連的部分。盤片是一個圓形的薄片，上面涂了一層磁性材料以記錄數(shù)據(jù)。除了舊M最新的75GXP系列采用了玻璃盤片以外，大多數(shù)硬盤都采用金屬盤片。各大硬盤生產(chǎn)廠家都致力于使用新技術(shù)來提高盤片上數(shù)據(jù)記錄的密度，使磁頭在盤片上移動相同的距離時能讀取更多的數(shù)據(jù)。一個硬盤內(nèi)通常放有幾張盤片，它們共同連接在主軸上。主軸由主軸電機(jī)驅(qū)動帶動盤片高速旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度越快，磁頭在相同時間內(nèi)相對盤片移動的距離就越大，也就能讀取更多的信息。但隨著轉(zhuǎn)速的提高，傳統(tǒng)滾珠軸承電機(jī)磨損加劇、發(fā)熱過高、噪聲加大等種種弊病就暴露無遺了。各大硬盤廠商紛紛改用以油膜代替滾珠的液體軸承電機(jī)，不但可以減小發(fā)熱和噪聲，而且增加了主軸組件的抗震能力，延長了使用壽命。所以液體軸承電機(jī)得以大行其道，現(xiàn)在的高速硬盤幾乎全部用它做主軸驅(qū)動電機(jī)。

　　浮動磁頭組件

　　浮動磁頭組件由讀寫磁頭、傳動手臂和傳動軸三部分組成。在盤片高速旋轉(zhuǎn)時，傳動手臂以傳動軸為圓心帶動前端的讀寫磁頭在盤片旋轉(zhuǎn)的垂直反向上移動，磁頭感應(yīng)盤片上的磁信號來讀取數(shù)據(jù)或改變磁性涂料的磁性以達(dá)到寫入信息的目的。讀寫磁頭實際上是由集成的多個磁頭組成的，和盤片并沒有直接的接觸，不過與盤片之間的距離只有0.1-0.3μm，一旦受到震蕩就會和盤片相撞，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。所以運(yùn)轉(zhuǎn)中的硬盤非常脆弱，絕對不能受到任何碰撞。

　　磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)

　　由磁頭驅(qū)動小車、電機(jī)和防震機(jī)構(gòu)組成。其作用是對磁頭進(jìn)行驅(qū)動和高精度的定位，使磁頭能迅速、準(zhǔn)確地在指定的磁道上進(jìn)行讀寫?，F(xiàn)在的硬盤所使用的磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)中已經(jīng)淘汰了老式的步進(jìn)電機(jī)和力矩電機(jī)，以速度更快、安全性更高的音圈電機(jī)取而代之，獲得更高的平均無故障時間和更低的尋道時間。

　　前驅(qū)控制電路

　　密封在屏蔽腔體內(nèi)的放大線路，主要作用是控制磁頭的感應(yīng)信號、主軸電機(jī)調(diào)速、驅(qū)動磁頭和伺服定位等。

　　硬盤性能參數(shù)

　　讓我們一起了解一下硬盤的主要性能參數(shù)：

　　硬盤容量

　　硬盤內(nèi)部往往有多個疊起來的磁盤片，所以說硬盤容量=單碟容量X碟片數(shù)，單位為GB。硬盤容量越大越好，可以裝下更多的數(shù)據(jù)。但要特別說明的是，單碟容量對硬盤的性能有一定的影響:單碟容量越大，硬盤的密度越高，磁頭在相同時間內(nèi)可以讀取到更多的信息，這就意味著讀取速度得以提高。目前市場上主流硬盤的容量為80一120GB。

　　轉(zhuǎn)速

　　硬盤轉(zhuǎn)速(Rotation speed)對硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率有直接的影響，從理論上說，轉(zhuǎn)速越快越好，因為較高的轉(zhuǎn)速可縮短硬盤的平均尋道時間和實際讀寫時間，從而提高硬盤的讀寫速度。可任何事物都有兩面性，在轉(zhuǎn)速提高的同時，硬盤的發(fā)熱量也會增加，它的穩(wěn)定性就會有一定程度的降低。所以說在技術(shù)成熟的情況下，應(yīng)該盡量選用高轉(zhuǎn)速的硬盤。

　　緩存

　　一般硬盤的平均訪問時間為十幾毫秒，但RAM(內(nèi)存)的速度要比硬盤快幾百倍。所以RAM通常會花大量的時間去等待硬盤讀出數(shù)據(jù)，從而也使CPU效率下降。于是，人們采用了高速緩沖存儲器(又叫高速緩存)技術(shù)來解決這個矛盾。

　　簡單地說，硬盤上的緩存容量是越大越好，大容量的緩存對提高硬盤速度很有好處，不過提高緩存容量就意味著成本上升。目前市面上的硬盤緩存容量通常為2-8MB。

　　平均尋道時間(Average seek time)

　　意思是硬盤磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道時使用的時間，單位為毫秒(ms)。平均訪問時間越短，硬盤速度越快。

　　硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率(Data transfer rate)

　　也稱吞吐率，它表示在磁頭定位后，硬盤讀或?qū)憯?shù)據(jù)的速度。硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率有兩個指標(biāo)。

　　突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率(Burst data transfer rate)，也稱為外部傳輸率(External transfer rate)或接口傳輸率，即微機(jī)系統(tǒng)總線與硬盤緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率。突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率與硬盤接口類型和硬盤緩沖區(qū)容量大小有關(guān)。目前支持ATA/100的硬盤最快的傳輸速率能達(dá)到1 OOMb/s。

　　持續(xù)傳輸率(Sustained transfer rate)，也稱為內(nèi)部傳輸率(Internal transfer rate )，它反映硬盤緩沖區(qū)未用時的陛能。內(nèi)部傳輸率主要依賴硬盤的轉(zhuǎn)速。

　　控制電路板

　　電路板上面主要集成了用于調(diào)節(jié)硬盤盤片轉(zhuǎn)速的主軸調(diào)速電路、控制磁頭的磁頭驅(qū)動與伺服電路、讀寫電路及控制與接口電路等。除了這些保證硬盤基本功能的基礎(chǔ)電路以外，新式的硬盤上大多還有自己的專用電路，主要是提供S.M.A.R.下(自我監(jiān)測、分析和報告系統(tǒng))的支持和各廠商自己開發(fā)的提高硬盤可靠性的技術(shù)在硬件上的支持。此外，電路板上還有一塊類似于BIOS芯片作用的ROM。其中固化的程序可以在硬盤加電以后自動執(zhí)行啟動主軸電機(jī)、初始化尋道、定位和自檢等一系列初始化動作。另外，硬盤上也自帶了一定數(shù)量的緩存，其作用在前面已經(jīng)介紹過。硬盤的控制芯片負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的交換和處理，是硬盤的核心部件之一。