第六章 硬 盘
学习要点:
一、硬盘的分类
二、硬盘的接口类型
三、硬盘的选购（性能指标）
四、硬盘的品牌
概 述
磁盘（磁盘驱动器）用来记录电脑中的各类数据、程序和信息，分为硬盘驱动器（ＨＤ）、软盘驱动器（ＦＤＤ）光盘驱动器。近几年硬盘、光驱在容量以及数据传输速度上有很大的发展。
硬盘是电脑的主要外部存储设备（不可缺少的），由硬盘接口卡（数据线）、驱动器和硬磁
盘（盘片）组成，它固定安装在机箱内部。驱动器、和硬磁盘（盘片）封装在一个金属壳中，保证读／写精度，并能保护其中的机械结构和盘上的数据。硬盘通过数据线和主机相连。硬盘具有存储容量大、存取速度快、可靠性高的特点。
一、 硬盘的分类
1、 按盘径尺寸分
有5.25英寸（淘汰）、３.5英寸（台式机主流）、２.5/1.8英寸（笔记本电脑或精密仪器使用）
2、 按接口类型分
● ＩＤＥ［集成驱动器（控制器与盘体）电子设备、ＥＩＤＥ（扩展ＩＤＥ）、ＰＡＴＡ、ＡＴＡ］：也叫并口硬盘，台式电脑中使用的硬盘，通过数据线与主板的ＩＤＥ口相连，数据线有40线、８０线两种，８０线的抗干扰能力强、数据传输速度快，按数据传输速度有ATA/33/66/100/130MB/S的硬盘，使用ATA/66/100/130硬盘时必须用80线的数据线才能发挥性能。
● ＳＡＴＡ（Ｓerial ATA）：也叫串口ＡＴＡ硬盘，外观与ＡＴＡ硬盘一样，但数据线与接口是4线（针）的，数据传输速度是ＡＴＡ的几倍，可达ATA/150－600MB/S。
● SCSI(小型计算机系统接口)：先是用在小型计算机中后移植到普通电脑上，使用50线数据线，特点是：ＣＰＵ占用率低、数据传输速度快，可连接设备多（３２个）、价贵，用于服务器、高档电脑中。
● ＵＳＢ（通用串行总线接口）：移动硬盘，支持热插拨，传输速度快（１２－４８０ＭＢ／Ｓ）
二、 硬盘的选购（性能指标）
1、 硬盘的接口类型：可供选择的有ＩＤＥ和ＳＡＴＡ（稍贵一点，大势所趋，资金允许可考虑，但注意主板要支持）。
2、 硬盘的容量：单位是GB，有８0－２００GB。
3、 硬盘的转速：主流的为7200转／分，而目前最快的达到１0000转／分，老硬盘5400转／分。
4、 缓存大小：对硬盘性能提高有明显的帮助（提高读取硬盘数据的速度），容量有2/8ＭＢ。
5、 选择名牌大厂的产品：生产硬盘的大厂家有：Maxtor（迈拓、金钻）、Seagate(希捷)、Western Digital(西部数据)、IBM、Samsung（三星）、Quantum(昆腾)、日立、富士通等。
附录：有关硬盘的详细介绍
一、硬盘技术用语
1、MR（Magreto Resistive Head）磁阻磁头
——采用分离式的磁头结构：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。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。
优点：提高盘片道密度，可提高硬盘容量30%
——采用分离式的磁头结构：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。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。
优点：提高盘片道密度，可提高硬盘容量30%
2、GMR（Giant MR）超磁阻磁头
——GMR磁头与MR磁头一样，是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，从而可以实现更高的存储密度，现有的MR磁头的盘片密度为3Gbit－5Gbit/in2（千兆位每平方英寸），而GMR磁头可达10Gbit－40Gbit/in2以上。
优点：信号检测灵敏度比MR磁头高出至少十倍
——GMR磁头与MR磁头一样，是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据，但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构，比MR磁头更为敏感，相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化，从而可以实现更高的存储密度，现有的MR磁头的盘片密度为3Gbit－5Gbit/in2（千兆位每平方英寸），而GMR磁头可达10Gbit－40Gbit/in2以上。
优点：信号检测灵敏度比MR磁头高出至少十倍
3、S.M.A.R.T.技术
——全称是Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology，即“自监测、分析及报告技术”。支持S.M.A.R.T.技术的硬盘通过硬盘上的监测电路和主机上的监测软件对磁头、盘片、马达、电路的运行情况与历史记录及预设的安全值进行分析、比较，当出现安全值范围以外的情况时，会自动向用户发出警告。
优点：减少数据丢失，可以对硬盘潜在故障进行有效预测，提高数据的安全性。
4、SPS技术
SPS（Shock Protection System）震动保护系统 是由昆腾公司开发，应用在火球七代E
——全称是Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology，即“自监测、分析及报告技术”。支持S.M.A.R.T.技术的硬盘通过硬盘上的监测电路和主机上的监测软件对磁头、盘片、马达、电路的运行情况与历史记录及预设的安全值进行分析、比较，当出现安全值范围以外的情况时，会自动向用户发出警告。
优点：减少数据丢失，可以对硬盘潜在故障进行有效预测，提高数据的安全性。
4、SPS技术
SPS（Shock Protection System）震动保护系统 是由昆腾公司开发，应用在火球七代E
X系列以后产品。SPS的设计原则就是在撞击到来时，保持磁头不受震动，磁头和磁头臂停泊在盘片上，冲击能量被硬盘其他部分吸收，这样能有效地提高硬盘的抗震性能，使硬盘在运输、使用及安装的过程中最大限度地免受震动的损坏。
5、DPS技术
DPS（Data Protection System）数据保护系统 DPS可快速自动检测硬盘的每一个扇区，并在硬盘的前300M空间定位存放操作系统或其他应用系统的重要部分。当系统发生问题时，DPS可以在90秒内自动检测并恢复系统数据，即使系统无法自举，也可以用包含DPS的系统软盘启动系统，再通过DPS自动检测并分析故障原因，尽可能保证数据不被丢失。如果错误发生在非主分区，采用DPS扩展检测方式仍可继续检测硬盘的所有数据，时间长短根据硬盘容量而定，正常情况下不会超过20分钟。
6、Ultra DSP 硬盘性能指标(超级数字信号处理器)
①进行数字运算，比一般CPU快1050倍
②提供处理及驱动接口的双重功能
③优点：不占用更多CPU资源，提高系统性能
5、DPS技术
DPS（Data Protection System）数据保护系统 DPS可快速自动检测硬盘的每一个扇区，并在硬盘的前300M空间定位存放操作系统或其他应用系统的重要部分。当系统发生问题时，DPS可以在90秒内自动检测并恢复系统数据，即使系统无法自举，也可以用包含DPS的系统软盘启动系统，再通过DPS自动检测并分析故障原因，尽可能保证数据不被丢失。如果错误发生在非主分区，采用DPS扩展检测方式仍可继续检测硬盘的所有数据，时间长短根据硬盘容量而定，正常情况下不会超过20分钟。
6、Ultra DSP 硬盘性能指标(超级数字信号处理器)
①进行数字运算，比一般CPU快1050倍
②提供处理及驱动接口的双重功能
③优点：不占用更多CPU资源，提高系统性能
二、硬盘原理和结构
（一）、硬盘的原理
1、磁头
①电磁感应式磁头:传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头
②MR磁头:即磁阻磁头，采用分离式的磁头结构：写入磁头采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。
③GMR磁头：采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头
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。
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。
簇的概念，它是文件存储的最小单位，软盘的簇只有一个扇区。在硬盘上，簇的大小和分区大小有关： 比如，当分区容量介于64M和128M之间时，每个簇有4个扇区；介于128M和256M之间时，每簇有8个扇区；而当分区容量大于1024M时，每簇的扇区数目将超
①电磁感应式磁头:传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头
②MR磁头:即磁阻磁头，采用分离式的磁头结构：写入磁头采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。
③GMR磁头：采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头
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。
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。
簇的概念，它是文件存储的最小单位，软盘的簇只有一个扇区。在硬盘上，簇的大小和分区大小有关： 比如，当分区容量介于64M和128M之间时，每个簇有4个扇区；介于128M和256M之间时，每簇有8个扇区；而当分区容量大于1024M时，每簇的扇区数目将超
过64，容量达到32KB以上。在此时一个1字节的文件在硬盘上也会占用32KB的空间。 所以，你要根据具体情况来进行合理分区，以免浪费很多的硬盘空间。如果您使用的Windows 95 OSR2或者Windows 98的话，可以利用它们提供的FAT32分区，使硬盘的每一个簇小到4K。
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。
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 例如：16×1024×63×512=528MB
硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512B 例如：16×1024×63×512=528MB
（二）、硬盘的结构
1、硬盘外部结构
（1）接口：包括电源接口插座和数据接口插座两部分。
电源插座就是与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。
数据接口插座则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，使用时是用一根数据线将其与主板IDE接口或与其他控制适配器的接口相连接。
数据接口可分成IDE接口（40针）和SCSI接口（80芯）两种。
（2）控制电路板：它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、高速缓存、控制与接口电路、ROM芯片、缓存（Cache）等。
在电路板上一块ROM芯片，里面固化的程序可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等。
读写电路的作用就是控制磁头进行读写操作。磁头驱动电路直接控制寻道电机，使磁头定位。主轴调速电路是控制主轴电机带动盘体以恒定速率转动的电路。缓存（Cache）对磁盘性能所带来的作用是在读取零碎文件数据时，大缓存能带来非常大的优势。
电源插座就是与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。
数据接口插座则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，使用时是用一根数据线将其与主板IDE接口或与其他控制适配器的接口相连接。
数据接口可分成IDE接口（40针）和SCSI接口（80芯）两种。
（2）控制电路板：它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、高速缓存、控制与接口电路、ROM芯片、缓存（Cache）等。
在电路板上一块ROM芯片，里面固化的程序可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等。
读写电路的作用就是控制磁头进行读写操作。磁头驱动电路直接控制寻道电机，使磁头定位。主轴调速电路是控制主轴电机带动盘体以恒定速率转动的电路。缓存（Cache）对磁盘性能所带来的作用是在读取零碎文件数据时，大缓存能带来非常大的优势。
（3）外壳：
硬盘的外壳与底板结合成一个密封的整体，正面的外壳保证了硬盘盘片和机构的稳定运行。在固定面板上贴有产品标签，上面印着产品型号、产品序列号、产地、生产日期等信
硬盘的外壳与底板结合成一个密封的整体，正面的外壳保证了硬盘盘片和机构的稳定运行。在固定面板上贴有产品标签，上面印着产品型号、产品序列号、产地、生产日期等信
息。除此，还有一个透气孔，它的作用就是使硬盘内部气压与大气气压保持一致。另外，硬盘侧面还有一个向盘片表面写入伺服信号的Servo孔。
2、硬盘内部结构
（1）内部结构：它由磁头、盘片、主轴、电机、接口及其他附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部分。
（2）磁头驱动机构：硬盘的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。
（1）内部结构：它由磁头、盘片、主轴、电机、接口及其他附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部分。
（2）磁头驱动机构：硬盘的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。
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