什么是硬盘

什么是硬盘

硬盘概述 硬盘是一种主要的电脑存储媒介，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。不过，现在可移动硬盘越来越普及，种类也越来越多。硬盘接口分类 绝大多数台式电脑使用的硬盘要么采用 IDE 接口，要么采用 SCSI 接口。SCSI 接口硬盘的优势在于，最多可以有七种不同的设备可以联接在同一个控制器面板上。由于硬盘以每分钟3000—10000转的恒定高速度旋转，因此，从硬盘上读取数据只需要很短的时间。在笔记本电脑中，硬盘可以在空闲的时候停止旋转，以便延长电池的使用时间。老式硬盘的存储容量最小只有 5MB，而且，使用的是直径达12英寸的碟片。现在的硬盘，存储容量已从以MB为单位发展到以GB、TB为单位，台式电脑硬盘使用的碟片直径一般为3.5英寸，笔记本电脑硬盘使用的碟片直径一般为2.5英寸。新硬盘一般都在装配工厂中经过低级格式化，目的在于把一些原始的扇区鉴别信息存储在硬盘上。 sata（serial ata），即串行ata接口，它作为一种新型硬盘接口技术于2000年初由intel公司率先提出。虽然与传统并行ata存储设备相比，sata硬盘有着无可比拟的优势。而磁盘系统的真正串行化是先从主板方面开始的，早在串行硬盘正式投放市场以前，主板的sata接口就已经就绪了。但在intel ich5、sis964以及via vt8237这些真正支持sata的南桥芯片出现以前，主板的sata接口是通过第三方芯片实现的。这些芯片主要是siliconimage的sil 3112和promise的pdc20375及pdc20376，它们基于pci总线，部分产品还做成专门的pci raid控制卡。硬盘保养硬盘作为电脑各配件中非常耐用的设备之一，保养好的话一般可以用上个6～7年，下面给大家说一说怎样正确保养硬盘。 硬盘的保养要分两个方面，首先从硬件的角度看，特别是那些超级电脑DIY的玩家要注意以下问题。他们通常是不用机箱的，把电脑都摆在桌面一方面有利于散热，一方面便于拆卸方便，而这样损坏硬件的几率大大提高，特别是硬盘，因为当硬盘开始工作时，一般都处于高速旋转之中，放在桌面上没有固定，不稳定是最容易导致磁头与盘片猛烈磨擦而损坏硬盘。还有就是要防止电脑使用时温度过高，过高的温度不仅会影响硬盘的正常工作，还可能会导致硬盘受到损伤。 温度过高将影响薄膜式磁头的数据读取灵敏度，会使晶体振荡器的时钟主频发生改变，还会造成硬盘电路元件失灵，磁介质也会因热胀效应而造成记录错误。 温度过高不适宜，过低的温度也会影响硬盘的工作。所以在空调房内也应注意不要把空调的温度降得太多，这样会产生水蒸气，损毁硬盘。一般，室温保持在20～25℃为宜。接下来我们谈谈使用过程中硬盘的问题。 很多朋友在使用电脑是都没有养成好习惯，用完电脑，关机时还没有等电脑完全关机就拔掉了电源，还有人在用完电脑时直接关上开关，硬盘此时还没有复位，所以关机时一定要注意面板上的硬盘指示灯是否还在闪烁，只有当硬盘指示灯停止闪烁、硬盘结束读写后方可关闭计算机的电源开关，养成用电脑的好习惯。 有的朋友十分注意硬盘的保养，但是由于操作不得当，也会对硬盘造成一定程度的伤害。 一些人看到报刊上讲要定期整理硬盘上的信息，而他就没有体会到定期二字，每天用完电脑后都整理一便硬盘，认为这样可以提高速度，但他不知这样便加大了了硬盘的使用率，久而久之硬盘不但达不到效果，使得其反。 当然，如果您的硬盘长期不整理也是不行的，如果碎片积累了很多的话，那么我们日后在访问某个文件时，硬盘可能会需要花费很长的时间读取该文件，不但访问效率下降，而且还有可能损坏磁道。我们经常遇到的问题还不止这些。 还有就是有些朋友复制文件的时候，总是一次复制好几个文件，而换来的是硬盘的惨叫。要“定期”对硬盘进行杀毒，比如CIH会破坏硬盘的分区表，导致你的宝贵“财富”丢失。不要使用系统工具中的硬盘压缩技术，现在的硬盘非常大了，没有必要去节省那点硬盘空间，何况这样带来的是硬盘的读写数据大大地减慢了，同时也不知不觉影响了硬盘的寿命。 由此可见，养成良好的使用电脑的习惯是非常重要的，它会直接影响到电脑甚至硬盘的寿命。慢慢养成习惯，这样才能保证您的电脑长时间为您效力。硬盘物理结构1、磁头磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头，但是，硬盘的读、写却是两种截然不同的操作，为此，这种二合一磁头在设计时必须要同时兼顾到读/写两种特性，从而造成了硬盘设计上的局限。而MR磁头（Magnetoresistive heads），即磁阻磁头，采用的是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以得到最好的读/写性能。另外，MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度，因而对信号变化相当敏感，读取数据的准确性也相应提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关，故磁道可以做得很窄，从而提高了盘片密度，达到200MB/英寸2，而使用传统的磁头只能达到20MB/英寸2，这也是MR磁头被广泛应用的最主要原因。目前，MR磁头已得到广泛应用，而采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头（Giant Magnetoresistive heads）也逐渐普及。2、磁道当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5英寸软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有成千上万个磁道。3、扇区磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。1.44MB3.5英寸的软盘，每个磁道分为18个扇区。4、柱面硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的CHS的数目，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数磁头数扇区数512B。硬盘逻辑结构1. 硬盘参数释疑 到目前为止, 人们常说的硬盘参数还是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)参数。那么为什么要使用这些参数，它们的意义是什么?它们的取值范围是什么?很久以前， 硬盘的容量还非常小的时候，人们采用与软盘类似的结构生产硬盘。也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数。由此产生了所谓的3D参数 (Disk Geometry). 既磁头数(Heads)，柱面数(Cylinders)，扇区数(Sectors)，以及相应的寻址方式。 其中： 磁头数(Heads)表示硬盘总共有几个磁头,也就是有几面盘片, 最大为 255 (用 8 个二进制位存储)； 柱面数(Cylinders) 表示硬盘每一面盘片上有几条磁道,最大为 1023(用 10 个二进制位存储)； 扇区数(Sectors) 表示每一条磁道上有几个扇区, 最大为 63(用 6个二进制位存储)； 每个扇区一般是 512个字节, 理论上讲这不是必须的,但好像没有取别的值的。 所以磁盘最大容量为： 255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 8024 GB ( 1M =1048576 Bytes )或硬盘厂商常用的单位： 255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8414 GB ( 1M =1000000 Bytes )在 CHS 寻址方式中，磁头，柱面，扇区的取值范围分别为 0到 Heads - 1。0 到 Cylinders - 1。 1 到 Sectors (注意是从 1 开始)。 2. 基本 Int 13H 调用简介 BIOS Int 13H 调用是 BIOS提供的磁盘基本输入输出中断调用，它可以完成磁盘(包括硬盘和软盘)的复位，读写，校验，定位，诊，格式化等功能。它使用的就是 CHS 寻址方式， 因此最大识能访问 8 GB 左右的硬盘 (本文中如不作特殊说明，均以 1M = 1048576 字节为单位)。 3. 现代硬盘结构简介在老式硬盘中，由于每个磁道的扇区数相等，所以外道的记录密度要远低于内道， 因此会浪费很多磁盘空间 (与软盘一样)。为了解决这一问题，进一步提高硬盘容量，人们改用等密度结构生产硬盘。也就是说，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，寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位进行寻址。为了与使用3D寻址的老软件兼容 (如使用BIOSInt13H接口的软件)， 在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器，由它负责将老式3D参数翻译成新的线性参数。这也是为什么现在硬盘的3D参数可以有多种选择的原因(不同的工作模式，对应不同的3D参数， 如 LBA，LARGE，NORMAL)。 4. 扩展 Int 13H 简介虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址，但是由于基本 Int13H 的制约，使用 BIOS Int 13H 接口的程序， 如 DOS 等还只能访问 8 G以内的硬盘空间。为了打破这一限制， Microsoft 等几家公司制定了扩展 Int 13H 标准(Extended Int13H)，采用线性寻址方式存取硬盘， 所以突破了 8 G的限制，而且还加入了对可拆卸介质 (如活动硬盘) 的支持。硬盘基本参数一、容量 作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1GB=1024MB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1G=1000MB，因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘单片盘片的容量，单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。 对于用户而言，硬盘的容量就象内存一样，永远只会嫌少不会嫌多。Windows操作系统带给我们的除了更为简便的操作外，还带来了文件大小与数量的日益膨胀，一些应用程序动辄就要吃掉上百兆的硬盘空间，而且还有不断增大的趋势。因此，在购买硬盘时适当的超前是明智的。近两年主流硬盘是80G，而160G以上的大容量硬盘亦已开始逐渐普及。一般情况下硬盘容量越大，单位字节的价格就越便宜，但是超出主流容量的硬盘略微例外。时至2007年12月初，1TB（1000GB）的希捷硬盘中关村报价是￥2550元，500G的硬盘大概是￥965元。二、转速 转速(Rotational speed 或Spindle speed)是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。 早期IDE硬盘的转速一般为5200rpm或5400rpm，曾经Seagate的“大灰熊”系列和Maxtor则达到了7200rpm，是IDE硬盘中转速最快的。如今的硬盘都是7200rpm的转速，而更高的则达到了10000rpm。三、平均访问时间平均访问时间(Average Access Time)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。 平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括了硬盘的寻道时间和等待时间，即：平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。硬盘的平均寻道时间(Average Seek Time)是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间当然越小越好，目前硬盘的平均寻道时间通常在8ms到12ms之间，而SCSI硬盘则应小于或等于8ms。硬盘的等待时间，又叫潜伏期(Latency)，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。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半，一般应在4ms以下。四、传输速率 传输速率(Data Transfer Rate) 硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率。内部传输率(Internal Transfer Rate) 也称为持续传输率(Sustained Transfer Rate)，它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。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，它标称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。目前Fast ATA接口硬盘的最大外部传输率为16.6MB/s，而Ultra ATA接口的硬盘则达到33.3MB/s。 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，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但Serial ATA委员会已抢先确立了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，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。 串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说，就具有非常多的优势。首先，Serial ATA以连续串行的方式传送数据，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 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比最快的并行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的数据传输率达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。五、缓存与主板上的高速缓存（RAM Cache）一样，硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。目前，大多数IDE硬盘的缓存在128K到256K之间，而Seagate的“大灰熊”系列则使用了512K Cache。