1. 硬盘的结构及组成
文件系统结构,理解文件系统,要从文件储存说起。
硬盘结构:
2. 现在电脑硬盘的结构是怎样的,每层的材料是什么呀
先说一下现代硬盘的工作原理
现在的硬盘,无论是IDE还是SCSI,采用的都是温彻思特“技术,都有以下特点:
1。磁头,盘片及运动机构密封。
2。固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑。
3。磁头沿盘片径向移动。
4。磁头对盘片接触式启停,但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。
盘片:硬盘盘片是将磁粉附着在铝合金(新材料也有用玻璃)圆盘片的表面上.这些磁粉
被划分成称为磁道的若干个同心圆,在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小
磁铁,它们分别代表着0和1的状态。当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时,其排列的
方向会随之改变。利用磁头的磁力控制指定的一些小磁铁方向,使每个小磁铁都可以用来
储存信息。
盘体:硬盘的盘体由多个盘片组成,这些盘片重叠在一起放在一个密封的盒中,它们在主
轴电机的带动下以很高的速度旋转,其每分钟转速达3600,4500,5400,7200甚至以上。
磁头:硬盘的磁头用来读取或者修改盘片上磁性物质的状态,一般说来,每一个磁面都会
有一个磁头,从最上面开始,从0开始编号。磁头在停止工作时,与磁盘是接触的,但是
在工作时呈飞行状态。磁头采取在盘片的着陆区接触式启停的方式,着陆区不存放任何数
据,磁头在此区域启停,不存在损伤任何数据的问题。读取数据时,盘片高速旋转,由于
对磁头运动采取了精巧的空气动力学设计,此时磁头处于离盘面数据区0.2---0.5微米高
度的”飞行状态“。既不与盘面接触造成磨损,又能可*的读取数据。
电机:硬盘内的电机都为无刷电机,在高速轴承支撑下机械磨损很小,可以长时间连续工
作。高速旋转的盘体产生了明显的陀螺效应,所以工作中的硬盘不宜运动,否则将加重轴
承的工作负荷。硬盘磁头的寻道饲服电机多采用音圈式旋转或者直线运动步进电机,在饲
服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道,所以在硬盘工作时不要有冲击碰撞,搬动时要小
心轻放。
原理说到这里,大家都明白了吧?
首先,磁头和数据区是不会有接触的,所以不存在磨损的问题。
其次,一开机硬盘就处于旋转状态,主轴电机的旋转可以达到4500或者7200转每分钟,这
和你是否使用FLASHGET或者ED都没有关系,只要一通电,它们就在转.它们的磨损也和软
件无关。
再次,寻道电机控制下的磁头的运动,是左右来回移动的,而且幅度很小,从盘片的最内
层(着陆区)启动,慢慢移动到最外层,再慢慢移动回来,一个磁道再到另一个磁道来寻
找数据。不会有什么大规模跳跃的(又不是青蛙)。所以它的磨损也是可以忽略不记的。
那么,热量是怎么来的呢?
首先是主轴电机和寻道饲服电机的旋转,硬盘的温度主要是因为这个。
其次,高速旋转的盘体和空气之间的摩擦。这个也是主要因素。
而硬盘的读写???
很遗憾,它的发热量可以忽略不记!!!!!!!!!!
硬盘的读操作,是盘片上磁场的变化影响到磁头的电阻值,这个过程中盘片不会发热,磁
头倒是因为电流发生变化,所以会有一点热量产生。写操作呢?正好反过来,通过磁头的
电流强度不断发生变化,影响到盘片上的磁场,这一过程因为用到电磁感应,所以磁头发
热量较大。但是盘片本身是不会发热的,因为盘片上的永磁体是冷性的,不会因为磁场变
化而发热。
但是总的来说,磁头的发热量和前面两个比起来,是小巫见大巫了。
热量是可以辐射传导的,那么高热量对盘片上的永磁体会不会有伤害呢?其实伤害是很小
的,永磁体消磁的温度,远远高于硬盘正常情况下产生的温度。当然,要是你的机箱散热
不好,那可就怪不了别人了。
我这里不得不说一下某人的几个错误:
一。高温是影响到磁头的电阻感应灵敏度,所以才会产生读写错误,和永磁体没有关系。
二。所谓的热膨胀,不会拉近盘体和磁头的距离,因为磁头的飞行是空气动力学原理,在
正常情况下始终和盘片保持一定距离。当然要是你大力打击硬盘,那么这个震动......
三。所谓寻道是指硬盘从初使位置移动到指定磁道。所谓的复位动作,并不是经常发生的
。因为磁道的物理位置是存放在CMOS里面,硬盘并不需要移动回0磁道再重新出发。只要
磁头一启动,所谓的复位动作就完成了,除非你重新启动电脑,不然复位动作就不会再发
生。
四。IDE硬盘和SCSI硬盘的盘体结构是差不多的。只是SCSI硬盘的接口带宽比同时代的ID
E硬盘要大,而且往往SCSI卡往往都会有一个类似CPU的东西来减缓主CPU的占用率。仅此
而已,所以希捷才会把它的SCSI硬盘的技术用在IDE硬盘上。
五。硬盘的读写是以柱面的扇区为单位的。柱面也就是整个盘体中所有磁面的半径相同的
同心磁道,而把每个磁道划分为若干个区就是所谓的扇区了。硬盘的写操作,是先写满一
个扇区,再写同一柱面的下一个扇区的,在一个柱面完全写满前,磁头是不会移动到别的
磁道上的。所以文件在硬盘上的存储,并不是像一般人的认为,是连续存放在一起的(从
使用者来看是一起,但是从操作系统底层来看,其存放不是连续的)。所以FLASHGET或者
ED开了再多的线程,磁头的寻道一般都不会比你一边玩游戏一边听歌大。当然,这种情况
只是单纯的下载或者上传而已,但是其实在这个过程中,谁能保证自己不会启动其它需要
读写硬盘的软件?可能很多人都喜欢一边下载一边玩游戏或者听歌吧?更不用说WINDOWS
本身就需要频繁读写虚拟内存文件了。所以,用FG下载也好,ED也好,对硬盘的折磨和平
时相比不会太厉害的。
六。再说说FLASHGET为什么开太多线程会不好和ED为什么硬盘读写频繁。首先,线程一多
,cpu的占用率就高,换页动作也就频繁,从而虚拟内存读写频繁,至于为什么,学过操
作系统原理的应该都知道,我这里就不说了。ED呢?同时从几个人那里下载一个文件,还
有几个人同时在下载你的文件,这和FG开多线程是类似的。所以硬盘灯猛闪。但是,现在
的硬盘是有缓存的,数据不是马上就写到硬盘上,而是先存放在缓存里面,,然后到一定
量了再一次性写入硬盘。在FG里面再怎么设置都好,其实是先写到缓存里面的。但是这个
过程也是需要CPU干预的,所以设置时间太短,CPU占用率也高,所以硬盘灯也还是猛闪的
,因为虚拟文件在读写。
七。硬盘读写频繁,磁头臂在寻道伺服电机的驱动下移动频繁,但是对机械来说这点耗损
虽有,其实不大。除非你的硬盘本身就有机械故障比如力臂变形之类的(水货最常见的故
障)。真正耗损在于磁头,不断变化的电流会造成它的老化,但是和它的寿命相比.....
.应该也是在合理范围内的。除非因为震动,磁头撞击到了盘体。
八。受高温影响的最严重的是机械的电路,特别是硬盘外面的那块电路板,上面的集成块
在高温下会加速老化的。所以IBM的某款玻璃硬盘,虽然有坏道,但是一用某个软件,马
上就不见了。再严重点的,换块线路板,也就正常了。就是这个原因.
打了这么多字,实在是太累了。
总之,硬盘会因为环境不好和保养不当而影响寿命,但是这绝对不是软件的错。
FLASHGET也好,ED也好,FTP也好,它们虽然对硬盘的读写频繁,但是还不至于比你一般玩游
戏一般听歌对硬盘伤害大.说得更加明白的话,它们对硬盘的所谓耗损,其实可以忽略不记
.不要因为看见硬盘灯猛闪,就在那里瞎担心.不然那些提供WEB服务和FTP服务的服务器,
它们的硬盘读写之大,可绝非平常玩游戏,下软件的硬盘可比的。
硬盘有一个参数叫做连续无故障时间。它是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间,单
位是小时,英文简写是MTBF。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。具体情况可以看
硬盘厂商的参数说明。这个连续无故障时间,大家可以自己除一下,看看是多少年。然而
大家自己想想,自己的硬盘平时连续工作最久是多长时间。
目前我使用的机器,已经连续开机1年了,除了中途有几次关机十几分钟来清理灰尘外,
从来没有停过(使用金转6代40G)。另外还有三台使用SCSI硬盘的服务器,是连续两年没
有停过了,硬盘的发热量绝非平常IDE硬盘可比(1万转的硬盘啊)。
在这方面,我想我是有发言权的。
最后补充一下若干点:
一。硬盘最好不要买水货或者返修货。水货在运输过程中是非常不安全的,虽然从表面上
看来似乎无损伤,但是有可能在运输过程中因为各种因素而对机械体造成损伤。返修货就
更加不用说了。老实说,那些埋怨硬盘容易损坏的人,你们应该自己先看看,自己的硬盘
是否就是这些货色。
二。硬盘的工作环境是需要整洁的,特别是注意不要在频繁断电和灰尘很多的环境下使用
硬盘。机箱要每隔一两个月清理一下灰尘。
三。硬盘的机械最怕震动和高温。所以环境要好,特别是机箱要牢固,以免共震太大。电
脑桌也不要摇摇晃晃的。
四。要经常整理硬盘碎片。这里有一个大多数人的误解,一般人都以为硬盘碎片会加大硬
盘耗损,其实不是这样的。硬盘碎片的增多本身只是会让硬盘读写所花时间比碎片少的时
候多而已,对硬盘的耗损是可以忽略的(我在这里只说一个事实,目前网络上的服务器,
它们用得最多的操作系统是UNIX,但是在UNIX下面是没有磁盘碎片整理软件的。就连微软
的NT4,本身也是没有的)。不过,因为磁头频繁的移动,造成读写时间的加大,所以CPU
的换页动作也就频繁了,而造成虚拟文件(在这里其实准确的说法是换页文件)读写频繁
,从而加重硬盘磁头寻道的负荷。这才是硬盘碎片的坏处。
五。在硬盘读写时尽量避免忽然断电,冷启动和做其他加重CPU负荷的事情(比如在玩游
戏时听歌,或者在下载时玩大型3D游戏),这些对硬盘的伤害比一般人想象中还要大。原
因我就不说了,打字太累。
总之,只要平常注意使用硬盘,硬盘是不会那么快就和我们说BYEBYE的。当然,如果是硬
盘本身的质量就不行,那我就无话可说了
1.硬盘的读写原理
硬盘的工作原理可分为读(从硬盘读取数据)与写(将数据写入硬盘)两个方面来进行。对硬盘而言,不管是读或写都需要下达存取数据的命令,所以,只要CPU接受到来自系统程序发出的读写指令,CPU便开始向内存与硬盘发出命令。
在读的部分,CPU会先下达写入数据的命令,此时内存会经由总线将数据送往硬盘,通过主板I/0芯片(负责传输数字数据的控制芯片,也就是南桥芯片)的居中协调后,数据便会循序送入硬盘的缓冲区中(也就是硬盘的高速缓存),最后再由硬盘控制电路将缓)中区内的数据记录 I至盘片上(这时在硬盘内的机械部分便会进行一连串的读写操作)。
在写的部分,同样也是由CPU先下达读取数据的命令,主板上的 I/O芯片便又开始居中协调,然后硬盘控制芯片便会开始将数据读至缓冲区内,最后才通过主板上的总线将硬盘缓冲区内的数据送至内存,并完成读取硬盘数据的操作。
因此,数据的两个储存地点分别是硬盘与内存;其中,数据会经过缓冲区的暂存,与总线的传输;当然,所有的操作除了CPU的下达命令外,也要经过主板上的I/0芯片与硬盘控制电路的命令才能达成。
2.硬盘的物理存储原理
硬盘是使用硬式的盘片作为记录媒介体,通过磁头的微小电流而中磁盘片磁化成无数磁场,来储存数据。最常用的材料包括有铝合金、铬合金等材料,IBM还曾经推出玻璃为材料的硬盘。现在的IDE、SATA和SCSI接口硬盘采用的都是“温彻思特”技术,都有以下特点:1.磁头、盘片及运动机构密封:2.固定并高速旋转的镀磁盘片表面平整光滑;3.磁头沿盘片径向移动:4.磁头对盘片接触式启停,但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。
(1)盘片
硬盘盘片是将磁粉附着在圆盘片的表面上,这些磁粉被划分成称为磁道的若干个同心圆,在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁,它们分别代表着0和l的状态。当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时,其排列的方向会随之改变。利用磁头的磁力控制指定的一些小磁铁方向,使每个小磁铁都可以用来储存信息。
(2)盘体
硬盘的盘体由多个盘片组成,这些盘片重叠在一起放在一个密封的盒中,它们在主轴电机的带动下以很高的速度旋转,其每分钟转速达3600转、4500转、5400转、7200转、10000转或15000转。
(3)磁头
硬盘的磁头用来读取或者修改盘片上磁性物质的状态,一般说来,每一个磁面都会有一个磁头,从最上面开始,从0开始编号。磁头在停止工作时,与磁盘是接触的,但是在工作时呈飞行状态。磁头采取在盘片的着陆区接触式启停的方式,着陆区不存放任何数据,磁头在此区域启停,不存在损伤任何数据的问题。读取数据时,盘片高速旋转,由于对磁头运动采取了精巧的空气动力学设计,此时磁头处于离盘面数据区0.2—0.5微米高度的“飞行状态”。既不与盘面接触造成磨损,又能可靠地读取数据。
(4)电机
硬盘内的电机都为无刷电机,在高速轴承支撑下机械磨损很小,可以长时间连续工作。高速旋转的盘体产生了明显的陀螺效应,所以工作中的硬盘不宜运动,否则将加重轴承的工作负荷。硬盘磁头的寻道伺服电机多采用音圈式旋转或者直线运动步进电机,在伺服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道,所以在硬盘工作时不要有冲击碰撞,搬动时要小心轻放。
3. 玻璃硬盘的玻璃硬盘 - 简介
研究人员使用激光束改变玻璃,并使它尽可能地存储“记忆”,他们称,这种玻璃硬盘比传统硬盘存储更多的数据信息,且能承受高温,不易被损坏。
4. 现在硬盘的盘片是用铝基板做的还是玻璃基板
铝基板,玻璃基板也就是IBM在2001年时候玩过一会,返修率奇高已经停产了(导致IBM出售硬盘业务给东芝)。
注重品质的话,最好是西数。希捷小问题特别多,DM002及DM003这两个系列在13年时候闹固件问题,而且容易暴毙。西数缺点就是,声音确实大!希捷最新的叠瓦式硬盘来提供硬盘容量,其原理很不看好。
5. 当年IBM的玻璃硬盘是什么样的
和普通硬盘外观并无不同,就是特别容易出现坏扇区,用ibm的dd格式化就好了,用不久又不行了,最多一天返修上百片,还惨很多用户和卖家。
6. 有的硬盘为什么叫做玻璃盘是不是很快的
玻璃盘是很早出现的一种硬盘,此硬盘里面的盘片采用的是玻璃纤维制作的,读取和写入速度很快,但是它有一个致命的弱点就是容易坏,也就是使用寿命不常,正是这个弱点导致此种规格的硬盘很快从市场消失了。
7. 硬盘内部材料,是什么 合金还是塑料的多啊
盘片是硬盘中承载数据存储的介制,硬盘是由多个盘片叠加在一起,互相之间由垫圈隔开。硬盘盘片是以坚固耐用的材料为盘基,其上在附着磁性物质,表面被加工的相当平滑。因为盘片在硬盘内部高速旋转(有5400转、7200转、10000转,甚至15000转),因此制作盘片的材料硬度和耐磨性要求很高,所以一般采用合金材料,多数为铝合金。
硬盘盘片是随着硬盘的发展而不断进步的,早期的硬盘盘片都是使用塑料材料作为盘基,然后再在塑料盘基上涂上磁性材料就构成了硬盘的盘片。后来随着硬盘转速和容量的提高又出现的金属盘基的盘片,金属材料的盘基具有更高的记录密度、更强的硬度,在安全性上也要强于塑料盘基。目前市场中主流的硬盘都是采用铝材料的金属盘基。
而IBM等厂商还推出过以石英玻璃为盘基的“玻璃盘片”,但初期的玻璃盘片在发热等技术方面处理的并不得当,导致部分产品使用中极易出现故障。但玻璃盘片是一种比铝更为坚固耐用的盘片材质,盘片高速运转时的稳定性和可靠性都有所提高,而且玻璃盘片表面更为平滑,技术上还是领先于金属盘片的。
由于盘片上的记录密度巨大,而且盘片工作时的高速旋转,为保证其工作的稳定,数据保存的长久,硬片都是密封在硬盘内部。万万不可自行拆卸硬盘,在普通环境下空气中的灰尘,都会对硬盘造成永久伤害,更不能用器械或手指碰触盘片。
另外硬盘除了存储的盘片还有一些接口电路。这些电路的主要材料都是一些半导体材料(主要是硅材料)和一些线路(主要是铜)。
8. 全面的硬盘知识
硬盘,英文“hard-disk”简称HD 。是一种储存量巨大的设备,作用是储存计算机运行时需要的数据。
体现硬盘好坏的主要参数为传输率,其次的为转速、单片容量、寻道时间、缓存、噪音和S.M.A.R.T.
1956年IBM公司制造出世界上第一块硬盘350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control),它的数据为:容量5MB、盘片直径为24英寸、盘片数为50片、重量上百公斤。盘片上有一层磁性物质,被轴带着旋转,有磁头移动着存储数据,实现了随机存取。
1970年磁盘诞生
1973年IBM公司制造出了一台640MB的硬盘、第一次采用“温彻斯特”技术,是现在硬盘的开端,因为磁头悬浮在盘片上方,所以镀磁的盘片在密封的硬盘里可以飞速的旋转,但有好几十公斤重。
1975年Soft-adjacent layer(软接近层)专利的MR磁头结构产生
1979年IBM发明了薄膜磁头,这意味着硬盘可以变的很小,速度可以更快,同体积下硬盘可以更大。
1979年IBM 3370诞生,它是第一款采用thin-film感应磁头及Run-Length-Limited(RLL)编码配置的硬盘,"2-7"RLL编码将能减小硬盘错误
1986年IBM 9332诞生,它是第一款使用更高效的1-7 run-length-limited(RLL)代码的硬盘。
1989年第一代MR磁头出现
1991年IBM磁阻MR(Magneto Resistive)磁头硬盘出现。带动了一个G的硬盘也出现。磁阻磁头对信号变化相当敏感,所以盘片的存储密度可以得到几十倍的提高。意味着硬盘的容量可以作的更大。意味着硬盘进入了G级时代。
1993年GMR(巨磁阻磁头技术)推出,这使硬盘的存储密度又上了一个台阶。
认识硬盘
硬盘是电脑中的重要部件,大家所安装的操作系统(如:Windows 9x、Windows 2k…)及所有的应用软件(如:Dreamwaver、Flash、Photoshop…)等都是位于硬盘中,或许你没感觉到吧!但硬盘确实非常重要,至少目前它还是我们存储数据的主要场所,那你对硬盘究竟了解多少了?可能你对她一窍不通,不过没关系,请见下文。
一、硬盘的历史与发展
从第一块硬盘RAMAC的产生到现在单碟容量高达15GB多的硬盘,硬盘也经历了几代的发展,下面就介绍一下其历史及发展。
1.1956年9月,IBM的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control),其磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域,从而成功地实现了随机存储,这套系统的总容量只有5MB,共使用了50个直径为24英寸的磁盘,这些盘片表面涂有一层磁性物质,它们被叠起来固定在一起,绕着同一个轴旋转。此款RAMAC在那时主要用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域内。
2.1968年IBM公司首次提出“温彻斯特/Winchester”技术,探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。“温彻斯特”技术的精隋是:“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”,这也是现代绝大多数硬盘的原型。
3.1973年IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术的硬盘,从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。
4.1979年,IBM再次发明了薄膜磁头,为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。
5.80年代末期IBM对硬盘发展的又一项重大贡献,即发明了MR(Magneto Resistive)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每英寸提高了数十倍。
6.1991年IBM生产的3.5英寸的硬盘使用了MR磁头,使硬盘的容量首次达到了1GB,从此硬盘容量开始进入了GB数量级。
7.1999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。
8.2000年2月23日,希捷发布了转速高达15,000RPM的Cheetah X15系列硬盘,其平均寻道时间只有3.9ms,这可算是目前世界上最快的硬盘了,同时它也是到目前为止转速最高的硬盘;其性能相当于阅读一整部Shakespeare只花.15秒。此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s,数据缓存为4~16MB,支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纤通道) ,这将硬盘外部数据传输率提高到了160MB~200MB/s。总得来说,希捷的此款("積架")Cheetah X15系列将硬盘的性能提高到了一个新的里程碑。
9.2000年3月16日,硬盘领域又有新突破,第一款“玻璃硬盘”问世,这就是IBM推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV,此两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料,这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性。另外玻璃材料在高转速时具有更高的稳定性。此外Deskstar 75GXP系列产品的最高容量达75GB,这是目前最大容量的硬盘,而Deskstar 40GV的数据存储密度则高达14.3 十亿数据位/每平方英寸,这再次涮新数据存储密度世界记录。
二、硬盘分类
目前的硬盘产品内部盘片有:5.25,3.5,2.5和1.8英寸(后两种常用于笔记本及部分袖珍精密仪器中,现在台式机中常用3.5英寸的盘片);如果按硬盘与电脑之间的数据接口,可分为两大类:IDE接口及SCSI接口硬盘两大阵营。
三、技术规格
目前台式机中硬盘的外形差不了多少,在技术规格上有几项重要的指标:
1.平均寻道时间(average seek time),指硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间,单位为毫秒(ms)。注意它与平均访问时间的差别,平均寻道时间当然是越小越好,现在选购硬盘时应该选择平均寻道时间低于9ms的产品。
2.平均潜伏期(average latency),指当磁头移动到数据所在的磁道后,然后等待所要的数据块继续转动(半圈或多些、少些)到磁头下的时间,单位为毫秒(ms)。
3.道至道时间(single track seek),指磁头从一磁道转移至另一磁道的时间,单位为毫秒(ms)。
4.全程访问时间(max full seek),指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的全部时间,单位为毫秒(ms)。
5.平均访问时间(average access),指磁头找到指定数据的平均时间,单位为毫秒。通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。注意:现在不少硬盘广告之中所说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时间所代替的。
6.最大内部数据传输率(internal data transfer rate),也叫持续数据传输率(sustained transfer rate),单位Mb/S(注意与MB/S之间的差别)。它指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率,一般取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度(指同一磁道上的数据间隔度)。注意,在这项指标中常常使用Mb/S或Mbps为单位,这是兆位/秒的意思,如果需要转换成MB/S(兆字节/秒),就必须将Mbps数据除以8(一字节8位数)。例如,WD36400硬盘给出的最大内部数据传输率为131Mbps,但如果按MB/S计算就只有16.37MB/s(131/8)。
7.外部数据传输率:通称突发数据传输率(burst data transfer rate),指从硬盘缓冲区读取数据的速率,在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替,单位为MB/S。目前主流硬盘普通采用的是Ultra ATA/66,它的最大外部数据率即为66.7MB/s,而在SCSI硬盘中,采用最新的Ultra 160/m SCSI接口标准,其数据传输率可达160MB/s,采用Fibra Channel(光纤通道),最大外部数据传输将可达200MB/s。在广告中我们有时能看到说双Ultra 160/m SCSI的接口,这理论上将最大外部数据传输率提高到了320MB/s,但目前好像还没有结合有此接口的产品推出。
8.主轴转速:是指硬盘内主轴的转动速度,目前ATA(IDE)硬盘的主轴转速一般为5400~7200rpm,主流硬盘的转速为7200RPM,至于SCSI硬盘的主轴转速可达一般为7200~10,000RPM,而最高转速的SCSI硬盘转速高达15,000RPM(即希捷“積架X15”系列硬盘)。
9.数据缓存:指在硬盘内部的高速存储器:目前硬盘的高速缓存一般为512KB~2MB,目前主流ATA硬盘的数据缓存应该为2MB,而在SCSI硬盘中最高的数据缓存现在已经达到了16MB。对于大数据缓存的硬盘在存取零散文件时具有很大的优势。
10.硬盘表面温度:它是指硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升情况。这项指标厂家并不提供,一般只能在各种媒体的测试数据中看到。硬盘工作时产生的温度过高将影响薄膜式磁头(包括GMR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。如果对于高转速的SCSI硬盘一般来说应该加一个硬盘冷却装置,这样硬盘的工作稳定性才能得到保障。
11.MTBF(连续无故障时间):它指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间,单位是小时。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。这项指标在一般的产品广告或常见的技术特性表中并不提供,需要时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中查询。
四、接口标准
ATA接口,这是目前台式机硬盘中普通采用的接口类型。
ST-506/412接口:
这是希捷开发的一种硬盘接口,首先使用这种接口的硬盘为希捷的ST-506及ST-412。ST-506接口使用起来相当简便,它不需要任何特殊的电缆及接头,但是它支持的传输速度很低,因此到了1987年左右这种接口就基本上被淘汰了,采用该接口的老硬盘容量多数都低于200MB。早期IBM PC/XT和PC/AT机器使用的硬盘就是ST-506/412硬盘或称MFM硬盘,MFM(Modified Frequency Molation)是指一种编码方案 。
ESDI接口:
即(Enhanced Small Drive Interface)接口,它是迈拓公司于1983年开发的。其特点是将编解码器放在硬盘本身之中,而不是在控制卡上,理论传输速度是前面所述的ST-506的2…4倍,一般可达到10Mbps。但其成本较高,与后来产生的IDE接口相比无优势可言,因此在九十年代后就补淘汰了
IDE及EIDE接口:
IDE(Integrated Drive Electronics)的本意实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器,我们常说的IDE接口,也叫ATA(Advanced Technology Attachment)接口,现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的,只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。 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,因为厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容,对用户而言,硬盘安装起来也更为方便。
ATA-1(IDE):
ATA是最早的IDE标准的正式名称,IDE实际上是指连在硬盘接口的硬盘本身。ATA在主板上有一个插口,支持一个主设备和一个从设备,每个设备的最大容量为504MB,ATA最早支持的PIO-0模式(Programmed I/O-0)只有3.3MB/s,而ATA-1一共规定了3种PIO模式和4种DMA模式(没有得到实际应用),要升级为ATA-2,你需要安装一个EIDE适配卡。
ATA-2(EIDE Enhanced IDE/Fast ATA):
这是对ATA-1的扩展,它增加了2种PIO和2种DMA模式,把最高传输率提高到了16.7MB/s,同时引进了LBA地址转换方式,突破了老BIOS固有504MB的限制,支持最高可达8.1GB的硬盘。如你的电脑支持ATA-2,则可以在CMOS设置中找到(LBA,LogicalBlock Address)或(CHS,Cylinder,Head,Sector)的设置。其两个插口分别可以连接一个主设备和一个从设置,从而可以支持四个设备,两个插口也分为主插口和从插口。通常可将最快的硬盘和CD—ROM放置在主插口上,而将次要一些的设备放在从插口上,这种放置方式对于486及早期的Pentium电脑是必要的,这样可以使主插口连在快速的PCI总线上,而从插口连在较慢的ISA总线上。
ATA-3(FastATA-2):
这个版本支持PIO-4,没有增加更高速度的工作模式(即仍为16.7MB/s),但引入了简单的密码保护的安全方案,对电源管理方案进行了修改,引入了S.M.A.R.T(Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology,自监测、分析和报告技术)
ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66):
这个新标准将PIO-4下的最大数据传输率提高了一倍,达到33MB/s,或更高的66MB/s。它还在总线占用上引入了新的技术,使用PC的DMA通道减少了CPU的处理负荷。要使用Ultra-ATA,需要一个空闲的PCI扩展槽,如果将UltraATA硬盘卡插在ISA扩展槽上,则该设备不可能达到其最大传输率,因为ISA总线的最大数据传输率只有8MB/s 。其中的Ultra ATA/66(即Ultra DMA/66)是目前主流桌面硬盘采用的接口类型,其支持最大外部数据传输率为66.7MB/s。
Serial ATA:
新的Serial ATA(即串行ATA),是英特尔公司在今年IDF(Intel Developer Forum,英特尔开发者论坛) 发布的将于下一代外设产品中采用的接口类型,就如其名所示,它以连续串行的方式传送资料,在同一时间点内只会有1位数据传输,此做法能减小接口的针脚数目,用四个针就完成了所有的工作(第1针发出、2针接收、3针供电、4针地线)。这样做法能降低电力消耗,减小发热量。最新的硬盘接口类型ATA-100就是Serial ATA是初始规格,它支持的最大外部数据传输率达100MB/s,上面介绍的那两款IBM Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV就是第一次采用此ATA-100接口类型的产品。在2001年第二季度将推出Serial ATA 1x标准的产品,它能提高150MB/s的数据传输率。对于Serial ATA接口,一台电脑同时挂接两个硬盘就没有主、从盘之分了,各设备对电脑主机来说,都是Master,这样我们可省了不少跳线功夫。
SCSI接口:
SCSI就是指Small Computer System Interface(小型计算机系统接口),它最早研制于1979,原是为小型机的研制出的一种接口技术,但随着电脑技术的发展,现在它被完全移植到了普通PC上。现在的SCSI可以划分为SCSI-1和SCSI-2(SCSI Wide与SCSI Wind Fast),最新的为SCSI-3,不过SCSI-2是目前最流行的SCSI版本。 SCSI广泛应用于如:硬盘、光驱、ZIP、MO、扫描仪、磁带机、JAZ、打印机、光盘刻录机等设备上。它的优点非常多主要表现为以下几点:
1、适应面广; 使用SCSI,你所接的设备就可以超过15个,而所有这些设备只占用一个IRQ,这就可以避免IDE最大外挂15个外设的限制。
2、多任务;不像IDE,SCSI允许对一个设备传输数据的同时,另一个设备对其进行数据查找。这将在多任务操作系统如Linux、Windows NT中获得更高的性能。
3、宽带宽;在理论上,最快的SCSI总线有160MB/s的带宽,即Ultra 160/s SCSI;这意味着你的硬盘传输率最高将达160MB/s(当然这是理论上的,实际应用中可能会低一点)。
4、少CPU占用率
从最早的SCSI到现在Ultra 160/m SCSI,SCSI接口具有如下几个发展阶段
1、SCSI-1 —最早SCSI是于1979年由美国的Shugart公司(Seagate希捷公司的前身)制订的,并于1986年获得了ANSI(美国标准协会)承认的SASI(Shugart Associates System Interface施加特联合系统接口) ,这就是我们现在所指的SCSI -1,它的特点是,支持同步和异步SCSI外围设备;支持7台8位的外围设备最大数据传输速度为5MB/S;支持WORM外围设备。
2、SCSI-2 —90年代初(具体是1992年),SCSI发展到了SCSI-2,当时的SCSI-2 产品(通称为Fast SCSI)是能过提高同步传输时的频率使数据传输率提高为10MB/S,原本为8位的并行数据传输称为:Narrow SCSI;后来出现了16位的并行数据传输的WideSCSI,将其数据传输率提高到了20MB/S 。
3、SCSI-3 —1995年推出了SCSI-3,其俗称Ultra SCSI,全称为SCSI-3 Fast-20 Parallel Interface(数据传输率为20M/S)它采用了同步传输时钟频率提高到20MHZ以提高数据传输的技术,因此使用了16位传输的Wide模式时,数据传输即可达到40MB/s。其允许接口电缆的最大长度为1.5米。
4、1997年推出了Ultra 2 SCSI(Fast-40),其采用了LVD(Low Voltage Differential,低电平微分)传输模式,16位的Ultra2SCSI(LVD)接口的最高传输速率可达80MB/S,允许接口电缆的最长为12米,大大增加了设备的灵活性。
5、1998年9月更高的数据传输率的Ultra160/m SCSI(Wide下的Fast-80)规格正式公布,其最高数据传输率为160MB/s,这将给电脑系统带来更高的系统性能。
现有最流行的串行硬盘技术
随着INTEL的915平台的发布,最新的ICH6-M也进入了我们的视野。而ICH6除了在一些电源管理特性方面有所增强外,也正式引入了SATA(串行ATA,以下简称SATA)和PCI-E概念。对于笔记本来说,从它诞生的那天起就一直使用着PATA(并行ATA,以下简称PATA)来连接硬盘,SATA的出现无疑是一项硬盘接口的革命。而如今随着INTEL的积极推动,笔记本也开始迈入SATA的阵营。
关于SATA的优势,笔者相信诸位也都有了解。确实,比起PATA,SATA有着很多不可比拟的优势,而笔者将在本文中透过技术细节来多其进行分析。相信您读完本文后会对SATA有着更深入的了解。另外由于本文主要针对笔记本和台式机,所以诸如RAID等技术不在本文讨论范围之内。
串行通信和并行通信
再进行详细的介绍之前,我们先了解一下串行通信和并行通信的特点。
一般来说,串行通信一般由二根信号线和一根地线就可完成互相的信息的传送。如下图,我们看到设备A和设备B之间的信号交换仅用了两根信号线和一根地线就完成了。这样,在一个时钟内,二个bit的数据就会被传输(每个方向一个bit,全双工),如果能时钟频率足够高,那么数据的传输速度就会足够快。
如果为了节省成本,我们也可以只用一根信号线和一根地线连接。这样在一个时钟内只有一个bit被传输(半双工),我们也同样可以提高时钟频率来提升其速度。
而并行通信在本质上是和串行通信一样的。唯一的区别是并行通信依靠多条数据线在一个时钟周期里传送更多的bit。下图中,数据线已经不是一条或者是两条,而是多条。我们很容易知道,如果有8根数据线的话,在同一时钟周期内传送的的数据量是8bit。如果我们的数据线足够多的话,比如PCI总线,那一个周期内就可以传送32bit的数据。
在这里,笔者想提醒各位读者,对于一款产品来说,用最低的成本来满足带宽的需要,那就是成功的设计,而不会在意你是串行通信还是并行通信,也不会管你的传输技术是先进还是落后。
PATA接口的速度
我们知道,ATA-33的速度为33MB/S,ATA-100的速度是100MB/S。那这个速度是如何计算出来的呢?
首先,我们需要知道总线上的时钟频率,比如ATA-100是25MHz,PATA的并行数据线有16根,一次能传送16bit的数据。而ATA-66以上的规范为了降低总线本身的频率,PATA被设计成在时钟的上下沿都能传输数据(类似DDR的原理),使得在一个时钟周期内能传送32bit。
这样,我们很容易得出ATA-100的速度为:25M*16bit*2=800Mbps=100MByte/s。
PATA的局限性
在相同频率下,并行总线优于串行总线。随着当前硬盘的数据传输率越来越高,传统的并行ATA接口日益逐渐暴露出一些设计上的缺陷,其中最致命的莫过于并行线路的信号干扰问题。
那各信号线之间是如何干扰的呢?
1,首先是信号的反射现象。从南桥发出的PATA信号,通过扁长的信号线到达硬盘(在笔记本上对应的也有从南桥引出PATA接口,一直布线到硬盘的接口)。学过微波通信的读者肯定知道,信号在到达PATA硬盘后不可避免的会发生反弹,而反弹的信号必将叠加到当前正在被传输的信号上,导致传输中数据的完整性被破坏,引起接受端误判。
所以在实际的设计中,都必须要设计相应的电路来保证信号的完整性。
我们看到,从南桥发出的PATA信号一般都需要经过一个排阻才发送到PATA的设备。我们必须加上至少30个电阻(除了16根数据线,还有一些控制信号)才能有效的防止信号的反弹。而在硬盘内部,硬盘厂商会在里面接上终端电阻以防止引号反弹。这不仅对成本有所上升,也对PCB的布局也造成了困扰。
当然,信号反弹在任何高速电路里都会发生,在SATA里我们也会看到终端电阻,但因为SATA的数据线比PATA少很多,并且采用了差分信号传输,所以这个问题并不突出。
2,其次是信号的偏移问题
理论上,并行总线的数据线的长度应该是一致的。而在实际上,这点很难得到保证。信号线长度的不一致性会导致某个信号过快/过慢到达接受端,导致逻辑误判。不仅如此,导致信号延迟的原因还有很多,比如线路板上的分布电容、信号线在高频时产生的感抗等都会引起信号的延迟。
如图,在左侧南桥端我们发送的数据为[1,1,1,0],在发送到硬盘的过程中,第四个信号由于某种原因出现延迟,在判断时刻还没到达接受端。这样,接受端判断接受到的信号为[1,1,1,1],出现错误。由此也可看出,并行数据线越多,出现错误的概率也越大。
下图是SONY Z1的硬盘转接线,我们看到,设计师做了不少蛇行走线以满足PATA数据线的长度一致性要求。
我们可以很容易想象,信号的时钟越快,被判断信号判断的时间就越短,出现误判的可能性就越大。在较慢的总线上(上),允许数据信号和判断信号的时间误差为a,而在高速的总线上(下),允许误差为b。速度越快,允许的误差越小。这也是PATA的总线频率提升的局限性,而总线频率直接影响着硬盘传输速度。。。
3,还有是信号线间的干扰(串音干扰)
这种干扰几乎存在与任何电路。和信号偏移一样,串音干扰也是并行通信的通病。由于并行通信需要多条信号线并行走线(以满足长度、分布电容等参数的一致性),而串音干扰就是在这时候导致的。由于信号线在传输数据的过程中不停的以0,1间变换,导致其周边的磁场变化甚快。通过法拉第定律我们知道,磁场变化越快,切割磁力线的导线上的电压越大。这个电压将导致信号的变形,信号频率越高,干扰愈加严重,直至完全无法工作。串音干扰可以说这是对并行的PATA线路影响最大的不利因素,并且大大限制了线路的长度。
硬盘的恢复主要是靠备份,还有一些比较专业的恢复技术就是要专业学习的了.不过我不专业,现在最常用的就是GHOST,它可以备份任何一个盘付,并生成一个备份文件必要的时候可以用来恢复数据
现在市场上的主要几款硬盘就是迈托,西部数据(WD),希捷(ST),三星,东之,松下,还有最新的那个易拓保密硬盘