硬盘物理结构

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1、 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

2、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

3、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

4、个盘单面上的磁道数是相等的.无论是双盘面还是单盘面，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.硬盘品牌日立（长于笔记本硬盘） 【常见】 IBM是硬盘的发明者也是创造者，拥有许多专利技术.但后来的玻璃盘遭遇到极高的返修率，加之其他种种原因，迫使风靡一时IBM硬盘退出了市场。而日立公司便收购了IBM的存储事业部，并在2003年1月正式推出全新的硬盘品牌，也就是今天的日立硬盘。虽然日立硬盘目前在国内市场表现一般

5、,但谁也不能忽视它的背景与实力。日立目前主要有沿用IBM硬盘编号的180GXP系列和全新推出的7K250系列.两个系列均采用了铝合金盘片、GMR磁头和液态轴承马达，区别在于180GXP采用单碟容量60G的盘片，而7K250系列采用了单碟容量80G的盘片。 希捷（长于台式机硬盘) 【常见】 希捷公司于1979年创立,总部位于美国加州Scotts Valley，2000年希捷主动从股市退出，成为私人公司，产品主要包括SCSI与IDE硬盘、磁带机与网络存储设备。在今年第四财季报表中，收入高达到27.4亿美元，是无可非议的硬盘业界老大.希捷公司对技术的开发相当看重,今年研发费用高达9亿美元。不过，与其

6、他公司一样，其特有技术主要针对于硬盘的保护与噪音的抑制. 西部数据(WD)(世界上最稳定最畅销的台式机/笔记本硬盘) 【常见】 WD公司始创于1970年,总部在美国加州Lake Forest，是历史最悠久的硬盘厂商之一，也是IDE接口的创始者之一.WD公司在1999年退出SCSI市场后主攻IDE领域，2001年下半年6个月销售额为10.15亿美元，并且保持着3300万美元的盈利。WD公司是一个不擅于宣传的公司,让人能记得住的特有技术屈指可数，其实WD的技术实力是不容小看的,其硬盘性能长期处于高水平肯定有先进技术的支持。 东芝（TOSHIBA）（世界上最小、最先进的硬盘） 世界硬盘产业内,传统的

7、希捷、迈拓。西数、三星大家都耳熟能详了,但是专注于笔记本用途的2.5英寸以下尺寸的硬盘厂商东芝来说，许多DIY玩家可能只听过名字而比较少接触。其实，东芝在小尺寸硬盘方面无可争议的属于领导者的地位,从2。5英寸。1。8英寸到0。85英寸硬盘的推出,时期在小尺寸硬盘在笔记本电脑与消费电子方面业绩非常不错。 富士通FUJITSU作为全球几大硬盘制造厂商之一的富士通（Fujitsu），其产品虽然不像希捷和迈拓那样为人所熟知,但它在硬盘领域的地位一直以来都十分稳固。 稍有资历的用户相信对富士通硬盘并不会感到陌生， 因为直到富士通在几年前宣布退出桌面市场和零售市场,富士通硬盘才开始“退居幕后”，全力充当服

8、务器和笔记本厂商的OEM。但对于使用笔记本电脑的用户而言，富士通的笔记本硬盘还是随处可见的，就连和另一笔记本硬盘厂商日立有密切关系的IBM，在ThinkPad上也会采用富士通的产品，其实力可见一斑。 三星SAMSUNG1938年3月三星公司成立于韩国大丘，起初是一家糖业厂商后来逐步转型为一家电子公司。2001年销售总额达到249.66亿美元，是韩国最大的电子厂商之一.三星的硬盘事业起步于1989年,当时涉猎面很广，从笔记本电脑硬盘到SCSI硬盘应有尽有，但由于种种原因，最后只集中精力发展IDE硬盘。三星硬盘在业界的地位相对来说并不高，基本属于技术采用者的角色，不过三星针对硬盘的噪音与可靠性也开

9、发了自己的专用技术。 三星电子北京时间4月19日下午宣布,正式作价14亿美元（现金加股票的方式)向希捷出售旗下硬盘业务。 迈拓Maxtor Corporation世界上信息存储方案供应商中佼佼者,成立于1982年，总部位于加洲的Milpitas,全球员工大约6500人Maxtor在NASDAQ上市，代号MXTR1999年公司销售额近亿美元，在2000年第一季度，其硬盘驱动器发货量达660万台，而其中大部分为三至四碟片产品公司的快速发展，主要归功于灵活的高声策略、优异产品质量、强大技术实力以及令人称心如意的客户支持 世界越来越数字化,存储所有数字数据的需要也日益增长。Maxtor提供一个最广泛的

10、可靠存储产品产品线去存储这个数字化世界.Maxtor产品无论在家庭、办公室还是大型企业都随处可见。 Maxtor公司是世界上最大的硬盘存储产品和解决方案的供应商之一。 是业界磁介质产品的领导硬盘接口分类IDEIDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”,即“电子集成驱动器”,它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体集成在一起的硬盘驱动器。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,因为硬盘生产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.IDE这一

11、接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。 IDE代表着硬盘的一种类型，但在实际的应用中，人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA1，这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了,而其后发展分支出更多类型的硬盘接口，比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。 PIDE硬盘的传输模式有以下三种：PIO（Programmed I/O)模式、DMA（Driect Memory Access）模式、Ultra DMA(简称UDMA）模式。 PIO（Programmed

12、 I/O）模式的最大弊端是耗用极大量的CPU资源。以PIO模式运行的IDE接口，数据传输率达3。3MB/s(PIO mode 0）16.6MB/s(PIO mode 4)不等。 PDMA(Direct Memory Access）模式分为Single-Word DMA及Multi-Word DMA两种。SingleWord DMA模式的最高传输率达8.33MB/s，MultiWord DMA（Double Word)则可达16。66MB/s。 PDMA模式同PIO模式的最大区别是：DMA模式并不用过分依赖CPU的指令而运行，可达到节省处理器运行资源的效果。但由于Ultra DMA模式的出现和快

13、速普及，这两个模式立即被UDMA所取代。 PUltra DMA模式(简称UDMA）是Ultra ATA制式下所引用的一个标准,以16bit MultiWord DMA模式作为基准.UDMA其中一个优点是它除了拥有DMA模式的优点外，更应用了CRC(Cyclic Redundancy Check）技术,加强了资料在传送过程中侦错及除错方面的效能。 P自Ultra ATA标准推行以来，其接口便应用了DDR（Double Data Rate）技术将传输的速度提升了一倍,目前已发展到Ultra ATA/100了，其传输速度高达100MB/s。 SCSI1SCSI的英文全称为“Small Compute

14、r System Interface”(小型计算机系统接口），是同IDE(ATA)完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口,而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术.SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。 光纤通道2光纤通道的英文拼写是Fibre Channel，和SCIS接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是

15、为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。 光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求. SATA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

16、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。 SAS3SAS(Serial Attached SCSI）即串行连接SCSI，是新一代的SCSI技术，和现在流行的Serial ATA（SATA)硬盘相同，都是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的

17、设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性,并且提供与SATA硬盘的兼容性。 SAS的接口技术可以向下兼容SATA.具体来说，二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容。在物理层，SAS接口和SATA接口完全兼容，SATA硬盘可以直接使用在SAS的环境中，从接口标准上而言，SATA是SAS的一个子标准，因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘，但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中，因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制；在协议层，SAS由3种类型协议组成，根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。其中串行SCSI协议（SSP)用于传输SCSI命令；SCSI管理协议(SMP)用

18、于对连接设备的维护和管理；SATA通道协议（STP）用于SAS和SATA之间数据的传输。因此在这3种协议的配合下,SAS可以和SATA以及部分SCSI设备无缝结合。 SAS系统的背板（Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器，也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。所以SAS驱动器和SATA驱动器可以同时存在于一个存储系统之中。但需要注意的是，SATA系统并不兼容SAS，所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。由于SAS系统的兼容性，使用户能够运用不同接口的硬盘来满足各类应用在容量上或效能上的需求,因此在扩充存储系统时拥有更多的弹性，让存储设备发挥最大的投资效益。 在

19、系统中,每一个SAS端口可以最多可以连接16256个外部设备，并且SAS采取直接的点到点的串行传输方式，传输的速率高达3Gbps，估计以后会有6Gbps乃至12Gbps的高速接口出现。SAS的接口也做了较大的改进，它同时提供了3。5英寸和2.5英寸的接口，因此能够适合不同服务器环境的需求.SAS依靠SAS扩展器来连接更多的设备，目前的扩展器以12端口居多，不过根据板卡厂商产品研发计划显示,未来会有28、36端口的扩展器引入,来连接SAS设备、主机设备或者其他的SAS扩展器. 和传统并行SCSI接口比较起来，SAS不仅在接口速度上得到显著提升(现在主流Ultra 320 SCSI速度为320MB

20、/sec，而SAS才刚起步速度就达到300MB/sec,未来会达到600MB/sec甚至更多），而且由于采用了串行线缆,不仅可以实现更长的连接距离，还能够提高抗干扰能力，并且这种细细的线缆还可以显著改善机箱内部的散热情况。硬盘转速转速(Rotationl Speed)，是硬盘内电机主轴的旋转速度,也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一,它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一，在很大程度上直接影响到硬盘的速度.硬盘的转速越快，硬盘寻找文件的速度也就越快，相对的硬盘的传输速度也就得到了提高.硬盘转速以每分钟多少转来表示，单位表示为RPM，RPM是Revol

21、utions Perminute的缩写,是转/每分钟.RPM值越大,内部传输率就越快，访问时间就越短，硬盘的整体性能也就越好。硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转,产生浮力使磁头飘浮在盘片上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方，转速越快，则等待时间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的速度。 家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种，高转速硬盘也是现在台式机用户的首选；而对于笔记本用户则是5400rpm为主，虽然已经有公司发布了7200rpm的笔记本硬盘，但在市场中还较为少见；服务器用户对硬盘性能要求最高，服务器中使用的SCSI硬盘转速基本都采用10000rpm，甚至还有1

22、5000rpm的，性能要超出家用产品很多.硬盘容量硬盘容量的单位为兆字节（）或千兆字节()，目前的主流硬盘容量为3201500，影响硬盘容量的因素有单碟容量和碟片数量.许多人发现，计算机中显示出来的容量往往比硬盘容量的标称值要小，这是由于不同的单位转换关系造成的。我们知道，在计算机中,而硬盘厂家通常是按照进行换算的。 硬盘是个人电脑中存储数据的重要部件，其容量就决定着个人电脑的数据存储量大小的能力,这也就是用户购买硬盘所首先要注意的参数之一.硬盘缓存在计算机存储系统的层次结构中，介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器.它和主存储器一起构成一级的存储器.高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。 某些机器甚至有二级三级缓存，每级缓存比前一级缓存速度慢切容量大。 组成结构高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器， 由静态存储芯片（SRAM）组成，容量比较小但速度比主存高得多， 接近于CPU的速度。 主要由三大部分组成： Cache存储体:存放由主存调入的指令与数据块。 地址转换部件：建立目录表以实现主存地址到缓存地址的转换。 替换部件：在缓存已满时按一定策略进行数据块替换，并修改地址转换部件。1文中如有不足，请您指教！8 / 8