計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動課件

1、計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器 v硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由固定面板、控制電路板、盤頭組件、接口及附件等幾大部分組成。盤頭組件(HDA，Hard Disk Assembly)是構(gòu)成硬盤的核心，封裝在硬盤的凈化腔內(nèi)，包括浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)、盤片及主軸驅(qū)動機(jī)構(gòu)、前置讀寫控制電路等，如圖所示。 計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器 硬盤按其結(jié)構(gòu)可分為固定式硬盤的移動式硬盤，大多數(shù)PC機(jī)采用固定式硬盤，固定式硬盤采用溫徹斯特技術(shù)（即將磁頭和盤片及部分讀寫控制電路封裝在一個密閉防塵的盒子里，使硬盤的可靠性大大增強(qiáng)）故稱為“溫盤”。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動

2、器計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v1浮動磁頭組件v 浮動磁頭組件由讀寫磁頭、傳動桿和傳動軸三部分組成，如圖所示。磁頭是硬盤技術(shù)最重要和最關(guān)鍵的一環(huán)，實際上是集成工藝制成的多個磁頭的組合，它采用了非接觸式結(jié)構(gòu)，加電后在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面飛行，飛高間隙只有0.1m0.3m，可以獲得極高的數(shù)據(jù)傳輸率。現(xiàn)在轉(zhuǎn)速5400 r/min的硬盤飛高都低于0.3m，以利于讀取較大的高信噪比信號，提供數(shù)據(jù)傳輸存儲的可靠性。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器 音圈電機(jī)讀寫磁頭傳動桿傳動軸計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v2磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)v 磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)由音圈電機(jī)、磁頭驅(qū)動小車組成。新型大

3、容量硬盤還具有高效的防震動機(jī)構(gòu)。 v3盤片和主軸組件v 盤片是硬盤存儲數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在的盤片大都采用金屬薄膜磁盤，這種金屬薄膜較之軟盤的不連續(xù)顆粒載體具有更高的記錄密度，同時還具有高剩磁和高矯頑力的特點。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v4前置控制電路v 前置放大電路控制磁頭感應(yīng)的信號、主軸電機(jī)調(diào)速、磁頭驅(qū)動和伺服定位等。由于磁頭讀取的信號微弱，將放大電路密封在腔體內(nèi)可減少外來信號的干擾，提高操作指令的準(zhǔn)確性。 v 5硬盤的磁道、扇區(qū)和柱面v 硬盤上的數(shù)據(jù)都是存儲在磁盤片上的。當(dāng)磁盤旋轉(zhuǎn)時，若磁頭都保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁盤表面上劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫磁道。計

4、算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v磁盤上的每個磁道被等分為若干個弧度，這些弧度便是磁盤的扇區(qū)，每個扇區(qū)可存放512個字節(jié)的信息。磁盤讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)時，都以扇區(qū)為單位。v磁盤通常由重疊的一組盤片構(gòu)成，每個盤片上半徑相同的磁道處于同一圓柱面上，稱之為硬盤的柱面，如圖所示?？梢钥闯觯脖P的柱面數(shù)與盤片的磁道數(shù)是相同的。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器0柱面1柱面2柱面0號讀寫頭1號讀寫頭2號讀寫頭3號讀寫頭扇區(qū)0面1面2面3面計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v硬盤的每個盤片都有兩個面，每個面都有一個讀寫磁頭，所以硬盤的容量由三個參

5、數(shù)決定，即：v 磁盤容量=磁頭數(shù)柱面數(shù)扇區(qū)數(shù)512Bv 其中磁頭數(shù)=盤面數(shù)，柱面數(shù)=每個盤面的磁道數(shù)。v 例如，某IDE接口硬盤的磁道數(shù)為1120，磁頭數(shù)為16，每個磁道有59個扇區(qū)，則磁盤容量為：v11201659512 B=54 132 736 013541 MB計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v硬盤的工作原理 硬盤的工作原理非常復(fù)雜，在這里我們以硬盤的一個工作流程來講述硬盤的工作原理。當(dāng)硬盤驅(qū)動器加電正常工作后，利用控制電路中的單片機(jī)初始化模塊進(jìn)行初始化工作，此時磁頭置于盤片的中心位置，初始化完成后主軸電機(jī)將啟動并高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的小車機(jī)構(gòu)移動，將浮動磁頭置于盤片表面的00道

6、，處于等待指令的啟動狀態(tài)。 計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v當(dāng)接口電路接收到微機(jī)系統(tǒng)傳來的指令信號時，該指令信號通過前置放大控制電路，驅(qū)動音圈電機(jī)發(fā)出磁信號，根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭對盤片數(shù)據(jù)進(jìn)行正確定位并將接收后的數(shù)據(jù)信息解碼，然后通過放大控制電路傳輸?shù)浇涌陔娐?，反饋給主機(jī)系統(tǒng)以完成指令操作。當(dāng)硬盤斷電停止工作時，在反力矩彈簧的作用下浮動磁頭駐留到盤面中心。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v硬 盤 接 口1IDE接口v IDE(集成設(shè)備電子部件)接口也叫ATA接口，目前PC機(jī)使用的硬盤大多數(shù)都是IDE接口，如圖所示。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v2SCSI接

7、口v SCSI(Small Computer System Interface，小型計算機(jī)系統(tǒng)接口)接口是一種系統(tǒng)級接口，如圖所示。由于SCSI接口比IDE接口可以支持更大的帶寬、更多的連接設(shè)備和更長的傳輸距離(普通SCSI接口的最大有效傳輸距離可達(dá)12cm)。SCSI接口常用在服務(wù)器的硬盤上，也常用在ZIP軟驅(qū)、MO驅(qū)動器、掃描儀、刻錄機(jī)等設(shè)備上。 計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v目前，市場上有許多不同形式的SCSI接口，包括Ultra、Ultra2、Ultra160 SCSI。 Ultra SCSI帶有8個地址，運行速率為20 MB/s。Ultra2分有幾種不同的形式，其中，U

8、ltra2 SCSI (也被稱為LVD SCSI)的數(shù)據(jù)傳輸率為40 MB/s；另外一種形式的Ultra2接口的最大數(shù)據(jù)帶寬可以達(dá)到80MB/s。Ultra160 SCSI在性能上有了進(jìn)一步的提高，最大傳輸率為160 MB/s。一條SCSI總線最多可以連接15塊硬盤。無論是在速度還是在容量方面，SCSI接口都具有非常好的擴(kuò)展性能。而IDE的硬驅(qū)動方案為：一種標(biāo)準(zhǔn)的33.3兆字節(jié)/秒的方案和另一種66.6兆字節(jié)/秒（ATA/66型）的方案 ，IDE最多只能同時支持四臺驅(qū)動器 計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v硬盤的性能指標(biāo)1轉(zhuǎn)速v 轉(zhuǎn)速是指硬盤碟片轉(zhuǎn)動的速度，其單位為r/min(轉(zhuǎn)/分

9、鐘)，這個參數(shù)當(dāng)然是越大越好。目前市場上的主流IDE硬盤轉(zhuǎn)速有7200 r/min和5400 r/min兩種，轉(zhuǎn)速對于硬盤的傳輸速率有著非常重要的影響，轉(zhuǎn)速越高，傳輸速率就越快。 計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v2平均尋道時間v 平均尋道時間是指硬盤磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道時所用的時間，單位為毫秒(ms)。注意它與平均訪問時間的差別，平均尋道時間的值越小越好?，F(xiàn)在的硬盤完成數(shù)據(jù)搜索的時間只需要11 ms，所以在購買硬盤時一般應(yīng)該選擇平均尋道時間低于9 ms的產(chǎn)品。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v3反應(yīng)時間v 反應(yīng)時間就是硬盤完成第一次轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的時間，它是反映非曲直硬盤轉(zhuǎn)速

10、最直接的一個性能指標(biāo)。5400 r/min的硬盤擁有的是5.55 ms的反應(yīng)時間，而7200 r/min的硬盤反應(yīng)時間可以達(dá)到4.17 ms。 4平均潛伏期v 平均潛伏期是指當(dāng)磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道后，等待所要的數(shù)據(jù)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(半圈或多些、少些)到磁頭下的時間，單位為ms。計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v7數(shù)據(jù)緩存v 數(shù)據(jù)緩存指的是硬盤內(nèi)部的高速存儲器，在電腦中就像存儲器一樣將一些數(shù)據(jù)暫時性地保存起來以供讀取和再讀取。目前硬盤的高速緩存一般為512KB2MB，主流ATA硬盤的數(shù)據(jù)緩存都為2MB，而在SCSI硬盤中最高的數(shù)據(jù)緩存現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到了16MB。 8單碟容量v 單碟容量是硬盤盤體

11、內(nèi)每張磁碟的最大容量。每塊磁盤內(nèi)都有若干張碟片，所有碟片的容量之和就是磁盤的總?cè)萘俊Ｓ嬎銠C(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器v文件系統(tǒng)在操作系統(tǒng)中體現(xiàn)文件命名,存貯和組織的整體結(jié)構(gòu),由文件,目錄和對這些項目定位及存取所需的信息組成.不同的操作系統(tǒng)所采用的文件系統(tǒng)各不相同.就常用的FAT文件系統(tǒng)與NTFS文件系統(tǒng)加以對比 .計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器vFAT文件系統(tǒng)FAT文件系統(tǒng)最早是MS-DOS操作系統(tǒng)中采用的,而后在WINDOWS操作系統(tǒng)中也使用了它.如果想實現(xiàn)WINDOWS NT 或2000和MS-DOS或WINDOWS 95, 98的雙重啟動,必須用FAT文件系統(tǒng)格式化

12、系統(tǒng)分區(qū).早期的FAT文件系統(tǒng)采用16位的文件分配表(也稱為FAT16文件系統(tǒng)),主要使用于DOS,WINDOWS 3.x/95中,由于其在硬盤分區(qū)太大時所分配的簇的容量不科學(xué),只能管理2GB以下的硬盤.在WIN98中除可以采用FAT16文件系統(tǒng)外,新增了對FAT16文件系統(tǒng)的增強(qiáng)版本FAT32文件系統(tǒng),它采用32位的文件系統(tǒng)分配表,能有效地管理2GB以上的硬盤,最多可以支持2TB的磁盤容量. 計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器vNTFS文件系統(tǒng)只能在安裝了WIN NT/2000以后系統(tǒng)的計算機(jī)上使用.NTFS文件系統(tǒng)與FAT文件系統(tǒng)相比.功能更強(qiáng)大,適合更大的磁盤和分區(qū),支持安全性,是更為完善和靈活的文件系統(tǒng).在NTFS文件系統(tǒng)中,對于不同配置的硬件,實際的文件大小從40GB到64GB.由于NTFS文件系統(tǒng)的開銷較大,使用的最小分區(qū)應(yīng)為50MB.計算機(jī)硬件基礎(chǔ)硬盤驅(qū)動第十六章 硬盤驅(qū)動器vNTFS文件系統(tǒng)與FAT文件系統(tǒng)相比最大的特點是安全性,NTFS提供了服務(wù)器或工作站點所需的安全保障.在NTFS分區(qū)上,支持隨機(jī)訪問控制和擁有權(quán)