硬盤知識培訓

1、硬盤知識培訓2目錄HDD定義物理結構工作原理根本參數(shù)硬盤分區(qū)相關技術NCQ、RAIDSSD1.HDD定義 HDD，Hard Disk Driver的縮寫，即硬盤驅動器的英文名。硬盤是電腦主要的存儲媒介之一，由一個或者多個鋁製或者玻璃製的碟片組成。碟片外覆蓋有鐵磁性材料。 硬盤有固態(tài)硬盤SSD、機械硬盤HDD、混合硬盤SSHD；SSD採用閃存顆粒來存儲，HDD採用磁性碟片來存儲，SSHD Solid State Hybrid Drive 是把磁性硬盤和閃存集成到一起的一種硬盤。32.HDD的物理結構硬盤結構 4硬盤外部結構內部結構外殼控制電路板接口磁頭組件磁頭驅動機構盤片主軸組件2.1 HDD的

2、外部結構52.1 HDD的外部結構62.1 HDD的外部結構外殼 硬盤的外殼與底板結合成一個密封的整體，正面的外殼保證了硬盤盤片和機構的穩(wěn)定運行，在固定面板上貼有產品標籤，上面印有產品型號、產品序列號等信息?？刂齐娐钒?大多數(shù)的硬盤控制電路板採用貼片式焊接，它包括主軸調速電路、磁頭驅動與伺服定位電路、讀寫電路、高速緩存以及接口電路等。電路板上還有一塊ROM芯片，裏面固化的程序可以對硬盤進行初始化，執(zhí)行加電和啟動主軸電機、加電初始尋道、定位以及故障檢測等。接口 數(shù)據(jù)線接口：硬盤數(shù)據(jù)與主板控制芯片之間進行數(shù)據(jù)傳輸交換的通道 電源接口：與主機電源相連接，為硬盤的正常工作提供電力保證 跳線接口：用來設

3、置硬盤和光驅的啟動順序72.2 HDD的內部結構82.2 HDD的內部結構9硬盤結構示意圖3.硬盤的工作原理 硬盤的工作原理是利用特定的磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時，將磁粒子的不同極性轉換成不同的電脈衝信號，再利用數(shù)據(jù)轉換器將這些原始信號變成電腦可以使用的數(shù)據(jù)，寫的操作正好與此相反。另外硬盤中還有一個存儲緩衝區(qū)，這是爲了協(xié)調硬盤與主機在數(shù)據(jù)處理速度上的差異而設的。硬盤的格式化工作分為低級格式化、硬盤分區(qū)、高級格式化并建立文件管理系統(tǒng)。 硬盤驅動器加電正常工作后，利用控制電路中的單片機初始化模塊進行初始化工作，此時磁頭置於盤片中心位置，初始化完成后主軸電機將啟動并以高速旋轉，裝載磁頭

4、的小車機構移動，將浮動磁頭置於盤片外表的00道，處於等待指令的啟動狀態(tài)。當接口電路接收到微機系統(tǒng)傳來的指令信息，通過前置放大控制電路，驅動音圈電機發(fā)出磁信號，根據(jù)感應阻值變化的磁頭對盤片數(shù)據(jù)信息進行正確定位，并將接收到的數(shù)據(jù)信息解碼，通過放大控制電路傳輸?shù)慕涌陔娐?，回饋給主機系統(tǒng)完成指令操作。結束硬盤操作的斷電狀態(tài)，在反力矩彈簧的作用下浮動磁頭駐留到盤面中心。103.硬盤的工作原理硬盤工作原理11 磁盤磁頭前置放大器局部回應最大擬然PRML接口控制器伺服解調器定時專用集成電路微控制器數(shù)字信號處理器定位驅動器主軸電機主軸驅動器音圈電機伺服控制器/電機速度控制器組合高速緩存計算機4.HDD的根本參

5、數(shù)12容量目前硬盤的容量有36GB、40GB、60GB、75GB、80GB、120GB、150GB、160GB、200GB、250GB、300GB、320GB、400GB、500GB、640GB、750GB、1TB、1.5TB、2TB、2.5TB、3TB、4TB等多種規(guī)格轉速硬盤每分鐘旋轉的圈數(shù)，單位是rpm（每分鐘的轉動數(shù)），有4200rpm、5400rpm、5900rpm、7200rpm、10000rpm、15000rpm等幾種規(guī)格。轉速愈高通常數(shù)據(jù)傳輸速率愈好，但同時噪音、耗電量和發(fā)熱量也較高平均尋道時間指磁頭從起始位置到達目標磁道位置，並且從目標磁道找到要讀取的數(shù)據(jù)磁區(qū)所需時間。單位是

6、ms，有5.2ms、8.5ms、8.9ms、12ms等規(guī)格傳輸速率硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率是指硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度。包括磁頭把數(shù)據(jù)從盤片讀入緩存的速度，以及磁頭把數(shù)據(jù)從緩存寫入盤片的速度。可用來評價硬盤的讀寫速度和整體緩存硬盤控制器上的一塊內存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內部存儲和外界接口之間的緩衝器。主要有2MB、8MB、16MB、32MB、64MB等規(guī)格4.1.HDD的尺寸不同尺寸的HDD適用于不同的機型 133.5英寸 2.5英寸 1.8 英寸3.1.HDD的尺寸HDD尺寸 144.2.接口從整體的角度上，HDD常用接口有SATA、 IDE、 SCSI、SAS和光纖通道。 15nameInt

7、erface TypeconnectionapplicationsATAAdvanced Technology AttachmentParallel80-pinInternal StorageSATASerial ATASerial7-pinATA RAID,Server&high-end work-station storageSCSISmall Computer System InterfaceParallel68-pinInternal/externalMid-range&Enterprise serversSASSerial Attached SCSISerial7-pinMid-ra

8、nge&Enterprise serversFCFibre ChannelSerialCopper/opticalInternal/externalSAN&Enterprise servers4.2.接口164.2.接口目前接觸最多的就是SATA接口硬盤 SATA以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，可以在較少的位寬下使用較高的工作平率來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l寬。SATA以此只會傳送1位數(shù)據(jù)，這樣能減少SATA接口的針腳數(shù)目，使連接電纜數(shù)目變少，效率也會更高。實際上，SATA僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用於連接電纜、連接地線、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，這樣的架構能降低系統(tǒng)能耗，減小系統(tǒng)複雜性。 常見接口傳輸速

9、度比較： 17PCI-E 1.0 X1500MB/SATA-3333.3MB/sSATA1.0150MB/SPCI-E 1.0 X21GB/SATA-6666.7MB/sSATA2.0300MB/SPCI-E 1.0 X42GB/SATA-100100MB/sSATA3.0600MB/SPCI-E 1.0 X84GB/SATA-133133MB/seSATA300MB/S4.2.接口新一代接口NGFF 爲了適應超級本和便攜本的需求，MSATA誕生了，但是目前擁有一個比它更小巧和傳輸速率更快的NGFF接口，NGFF接口又稱為M2接口，作為Intel為超級本量身定做的新一代接口標準，其尺寸僅為42

10、mm22mm，單面佈置NAND顆粒的話厚度為2.75mm，雙面的話厚度則是3.85mm，而目前mSATA接口的尺寸為51mm30mm，單面厚度就達到4.85mm。NGFF接口相對mSATA來說體積進一步減小，更加節(jié)省空間。 184.2.接口NGFF接口相比mSATA接口優(yōu)勢：尺寸更小NGFF SSD可通過增加長度來增加容量，NGFF標準的SSD的寬度、厚度都是相同的，只有長度不同，而NGFF總共討論了20mm、42mm、60mm、80mm以及120mm，其中42mm、60mm及80mm版本最有可能成為最終標準，越長代表有限的空間能裝下的閃存顆粒越多，那容量也越大相比mSATA支持接口規(guī)範更多樣

11、化，制定的NGFF又兩種接口：Socket2和Socket3，前者支持SATA、PCI-E2接口的SSD、WWAN及其他非存儲設備。 Socket3支持專為高性能存儲設計，可支持PCI-E4接口，體積更小的同時頻寬高達4GB/s。相比與mSATA所支持的SATA接口規(guī)範，NGFF更多樣化，擁有更高的理論接口傳輸速度。相比mSATA，傳輸速度更快。195.硬盤分區(qū) 硬盤的分區(qū)實質上是對硬盤的一種格式化，然後才能使用硬盤保存各種信息。創(chuàng)建分區(qū)時，就已經設置好了硬盤的各項參數(shù)，指定了硬盤主引導記錄Master Boot Record和引導記錄備份的存放位置。而對於文件系統(tǒng)以及其他操作系統(tǒng)管理硬盤所需

12、要的信息則是通過Format命令來實現(xiàn)。在分區(qū)時必須把硬盤的主分區(qū)設定為活動分區(qū)，才能夠通過硬盤啟動系統(tǒng)。 205.硬盤分區(qū)硬盤的主引導記錄MBR是不屬於任何一個操作系統(tǒng)的，它先于所有的操作系統(tǒng)而被調入內存，并發(fā)揮作用，然後才將控制權交給主分區(qū)內的操作系統(tǒng)，并用主分區(qū)信息表來管理硬盤。計算機啟動過程涉及以下順序中發(fā)生的幾個步驟BIOS運行開機自檢POSTBIOS 分區(qū)尋找啟動設備，這通常是在硬盤上從硬盤啟動時BIOS加載MBRMBR確定活動分區(qū)從活動分區(qū)MBR加載引導扇區(qū)引導扇區(qū)初始化加載的操作系統(tǒng) 215.硬盤分區(qū)硬盤分區(qū) 主分區(qū)數(shù) + 擴展分區(qū)數(shù) 4 DOS的分區(qū)命令FDISK允許用戶創(chuàng)建

13、一個擴展分區(qū)，並且在擴展分區(qū)內再創(chuàng)立最多23個邏輯分區(qū)。 PS：在windows 7和windows vista中系統(tǒng)自帶的分區(qū)工具要分出3個主分區(qū)后才能有邏 輯分區(qū)選項22硬盤非DOS分區(qū)主分區(qū)擴展分區(qū)將硬盤中的一塊區(qū)域單獨劃分出來供另一個操作系統(tǒng)使用，對主分區(qū)的操作系統(tǒng)來講，是一塊被劃分出去的存儲空間硬盤的啟動分區(qū)，通常位於硬碟的最前面一塊區(qū)域中，構成邏輯C磁盤。邏輯分區(qū)DOS分區(qū)被計算機作為獨立的物理設備使用5.硬盤分區(qū)分區(qū)格式 不同操作系統(tǒng)下磁盤格式不同，windows下磁片格式主要FAT16、FAT32、NTFS等236.1相關技術NCQNCQNative Command Queui

14、ng，原生指令排序，原先是改善服務器硬盤存取控制技術，應用在SCSI和SATA1.0/2.0/3.0接口硬盤讀寫的加速技術，其接口開啟磁盤陣列RAID亦有所提升。透過硬盤固件、硬盤控制器以及操作系統(tǒng)三者的相互配合，改善硬盤內部磁區(qū)的讀取順序，可以提高硬盤效能，亦能輕微減輕硬盤損耗的速率。一般硬碟使用的硬碟格式通常為Windows 98核心所使用的FAT32系列，或是Windows NT所使用的NTFS，此種硬碟格式在存取資料時，時常會出現(xiàn)散亂的情況，導致一個文件被不規(guī)則的分散成許多的區(qū)塊存放於磁盤上面，時間一久，文件散亂的程度會日趨嚴重，由於傳統(tǒng)的硬碟讀取方式，會從文件的開頭依序讀取到結尾，假

15、設文件散亂的程度愈嚴重，則讀取頭需要來回移動的距離就越長，導致硬碟讀寫效能逐漸下降。一旦發(fā)生這樣的問題，解決方案便是使用磁碟重組軟體來進行硬碟重組，將散亂的文件重新排列為連續(xù)的區(qū)塊，但由於執(zhí)行磁碟重組可能會需要搬動大量的磁碟區(qū)塊，如果太常執(zhí)行磁碟重組，除了會提高系統(tǒng)負載，亦將會縮短磁碟機的使用壽命，NCQ即為了解決此種情況而誕生。 啟用NCQ技術的硬碟，在讀取文件時，會依照文件在硬碟上的分佈，將存取的順序作最有效率的排序，以減少機械臂移動的距離，進而達到省時以及延長硬碟壽命的效果。246.1相關技術NCQ啟用NCQ技術的硬碟，在讀取文件時，會依照文件在硬碟上的分佈，將存取的順序作最有效率的排序

16、，以減少機械臂移動的距離，進而達到省時以及延長硬碟壽命的效果。於 SATA II NCQ 協(xié)定中，新增3個功能：Race-free status return mechanism： 硬碟在完成任一指令後，可以無須再進 行Handshake即可繼續(xù)另一個指令，以便 讓多個指令快速接序或同時執(zhí)行。Interrupt aggregation： 硬碟由於以NCQ模式執(zhí)行多個指令，所以 原本每一個指令完成後必須中斷以便讓系統(tǒng) 接續(xù)處理的模式，轉成可以在多個指令完成 後再一次提出(interrupt) ，故接口控制器(host controller) 對於多個指令只須處理一次中斷即可。First part

17、y DMAFPDMA： 當硬碟完成資料讀取後，無須靠 host controller 的DMA動作取得特定內存位置，而是由硬碟本身建立 DMA setup FISFrame Information Block直接對 host controller 送出內存存取通知，如此無須驅動程式的運作，可以有效提升存取效率。256.2相關技術S.M.A.R.T.，全稱為Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology，即自我監(jiān)測、分析及報告技術。是一種自動的硬碟狀態(tài)檢測與預警系統(tǒng)和規(guī)範。透過在硬碟硬體內的檢測指令對硬碟的硬體如磁頭、盤片、馬達、電路的運行情況

18、進行監(jiān)控、記錄並與廠商所設定的預設平安值進行比較，假設監(jiān)控情況將或已超出預設平安值的平安範圍，就可以透過主機的監(jiān)控硬體或軟體自動向用戶作出警告並進行輕微的自動修復，以提前保障硬碟數(shù)據(jù)的平安。除一些出廠時間極早的硬碟外，現(xiàn)在大局部硬碟均配備該項技術。該技術所需資料被存放在硬碟物理盤面最前面的磁道中，由硬碟製作商將相關管理程式和數(shù)據(jù)寫入該磁道中，包括加解密程式，自監(jiān)控程式，自修復程式等，主機的監(jiān)控軟體可以透過SMART RETURN STATUS的命令讀取S.M.A.R.T.資訊，且這些資訊不允許被用戶修改。26技術 獨立硬盤冗餘陣列RAID，簡稱硬盤陣列。其根本思想就是把多個相對廉價的硬盤組合起

19、來，成為一個硬盤陣列組，使性能達到甚至超過一個價格昂貴、容量巨大的硬盤。RAID把多個硬盤組合成為一個邏輯扇區(qū)，操作系統(tǒng)會把它當做一個硬盤。RAID分為RAID0,RAID1,RAID1E,RAID5,RAID6,RAID7,RAID10, RAID50,RAID60。 RAID把多個硬碟組合成為一個邏輯扇區(qū)，操作系統(tǒng)只會把它當作一個硬盤。RAID常被使用在服務器電腦上，并常使用完全相同的硬盤作為組合。 27技術28技術磁盤陣列比較表29RAID等級最少硬盤最大容錯可用容量安全性目的應用產業(yè)020n一個硬盤異常，全部硬盤都會異常追求最大容量、速度影片剪接高速緩存用途12n-11最高一個正常即可

20、追求最大安全性個人企業(yè)備案531n-1高追求最大容量、最小預算個人企業(yè)備案104n/2n/2高綜合RAID0/1優(yōu)點，理論速度較快大型資料庫、服務器技術 英特爾快速存儲技術是一個基於windows的應用程序，為支持的操作系統(tǒng)提供高性能SATA和SATA RAID能力。此應用程序需操作系統(tǒng)和硬件組件的支持。要實現(xiàn)RAID必須要有兩個以上硬盤驅動器，且系統(tǒng)BIOS必須包括SATA RAID選項。 假設需系統(tǒng)支持RAID，需在安裝系統(tǒng)前先在BIOS中啟用RAID，并創(chuàng)建RAID卷。 步驟如下所示：進BIOS將SATA Conntroller改為RAID Mode，將windows 8 logo Di

21、sable按F10保存后，在開機自檢POST時出現(xiàn)如下提示30技術進入用戶介面 31技術進入用戶介面 32技術 AE67，AF18，ACB3等機種也可以在BIOS種創(chuàng)建RAID卷，進入BIOS，確認SATA controller為RAID Mode，創(chuàng)建步驟如下：Select Intel(R) Rapid Storage Technology33技術Select Create RAID Volume34技術Select Create RAID Volume 英特爾快速RAID技術提供創(chuàng)建RAID0、RAID1、RAID5和RAID10卷的能力。數(shù)據(jù)跨兩個或多個磁盤分佈以提供數(shù)據(jù)冗餘或提高數(shù)據(jù)儲存性能。35技術選擇要組成RAID的兩張SSD，并選擇Strip Size。我們會根據(jù)不同應用類型、不同性能需求、不同驅動器的不同特點，不存在一個普遍適用的“最正確條帶大小，所以我們可以自己定義條帶大小。36技術創(chuàng)建完成后如下圖所示37技術測試完畢后需刪除硬盤中的RAID卷，否則會影響下次使用 387.SSD 固態(tài)硬盤Solid State Disk用固態(tài)電子存儲芯片陣列而製成的硬盤，由控制單元和存儲單元FLASH 芯片、DRAM芯片組成。新一代的固態(tài)硬盤普遍