硬盤(pán)存儲(chǔ)之基礎(chǔ)知識(shí)

存儲(chǔ)技術(shù)與產(chǎn)品基礎(chǔ)存儲(chǔ)硬盤(pán)基礎(chǔ)知識(shí)目錄硬件結(jié)構(gòu)工作原理主要參數(shù)硬盤(pán)接口及發(fā)展介紹目前主要使用的硬盤(pán)及型號(hào)編碼硬件結(jié)構(gòu)主軸馬達(dá)(SpindleMotor)音圈馬達(dá)(VoiceCoilMotor)磁頭基座(BasePlate)磁頭停放區(qū)(ParkingZone)盤(pán)片(Media)傳動(dòng)部件接口硬件結(jié)構(gòu)：玻璃盤(pán)片和鋁合金盤(pán)片

玻璃盤(pán)片優(yōu)點(diǎn)存儲(chǔ)密度高,容量大磁盤(pán)壽命長(zhǎng)抗沖擊的可靠性高Glass

Media缺點(diǎn):價(jià)格昂貴要使用磁頭加載/卸載技術(shù)鋁合金盤(pán)片優(yōu)點(diǎn)技術(shù)成熟價(jià)格便宜AluminumMedia缺點(diǎn)對(duì)沖擊較為敏感對(duì)溫度較為敏感硬件結(jié)構(gòu)：硬盤(pán)磁頭技術(shù)

磁頭(Head)磁道(Track)柱面(Cylinder)扇區(qū)(Sector)

扇區(qū)1磁道n磁道0磁道硬件結(jié)構(gòu)：磁頭與柱面硬件結(jié)構(gòu)：硬盤(pán)受撞擊

15of23硬件結(jié)構(gòu)：磁道1磁道n磁道硬件結(jié)構(gòu)：扇區(qū)扇區(qū)工作原理磁盤(pán)表面主軸馬達(dá)帶動(dòng)磁盤(pán)旋轉(zhuǎn)讀寫(xiě)磁頭在磁盤(pán)表面上方飛行

硬盤(pán)最基本的功能就是存儲(chǔ)電腦資料,并且當(dāng)需要時(shí)讀取出來(lái)供電腦運(yùn)算與處理磁場(chǎng)資料讀寫(xiě)磁頭磁記錄原理

磁性材料層(MagneticFilm)金屬性粒子呈不規(guī)則狀排列盤(pán)片線(xiàn)圈(Coil)磁芯(Core)SN已磁化的金屬性粒子未磁化的金屬性粒子磁記錄原理NSBinary0(同性)Binary1(異性)線(xiàn)圈(Coil)磁芯(Core)磁性材料層(MagneticFilm)盤(pán)片硬盤(pán)主要參數(shù)容量轉(zhuǎn)速緩存平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間尋道時(shí)間內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率外部數(shù)據(jù)傳輸率S.M.A.R.T.技術(shù)DFT技術(shù)MTBFAFR硬盤(pán)主要參數(shù)：容量容量(Capacity)磁頭(Head)磁道(Track)柱面(Cylinder)扇區(qū)(Sector)格式化容量=柱面數(shù)X每磁道扇區(qū)數(shù)

X磁頭數(shù)X扇區(qū)字節(jié)數(shù)

扇區(qū)1磁道n磁道0磁道硬盤(pán)主要參數(shù)：轉(zhuǎn)速硬盤(pán)主軸馬達(dá)轉(zhuǎn)速單位為每分鐘轉(zhuǎn)速(rpm)主軸馬達(dá)轉(zhuǎn)速越快，就越快存取資料目前大多數(shù)硬盤(pán)主軸馬達(dá)轉(zhuǎn)速：

5,400及7,200RPM(ATA),

7,200、10,000、及15000RPM（SCSI）硬盤(pán)主要參數(shù)--緩存緩存緩存是硬盤(pán)與外部總線(xiàn)交換數(shù)據(jù)的場(chǎng)所硬盤(pán)上的記憶晶片用來(lái)暫時(shí)存放數(shù)據(jù)以增強(qiáng)硬盤(pán)性能EDO、SDRAM硬盤(pán)主要參數(shù)—平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間：硬盤(pán)磁頭找到目標(biāo)數(shù)據(jù)的平均時(shí)間。平均尋道時(shí)間：硬盤(pán)磁頭從一個(gè)柱面移動(dòng)到另一個(gè)柱面所需要的平均時(shí)間。平均潛伏時(shí)間(等待時(shí)間)：當(dāng)磁頭移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在的磁道后，等待目標(biāo)扇區(qū)可用的平均時(shí)間。平均潛伏時(shí)間一般取盤(pán)片旋轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間的一半平均訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間=平均尋道時(shí)間+平均潛伏時(shí)間硬盤(pán)主要參數(shù)--尋道時(shí)間磁頭尋找資料所在軌道所需的時(shí)間單位為毫秒(千分之秒)時(shí)間越短表示讀寫(xiě)資料的速度越快最大尋道時(shí)間：從最內(nèi)道到最外道或從最外道到最內(nèi)道所需時(shí)間最小尋道時(shí)間：磁頭從所在磁道移動(dòng)到相鄰磁道所需時(shí)間平均尋道時(shí)間=（最大尋道時(shí)間+最小尋道時(shí)間）/3磁場(chǎng)資料讀寫(xiě)磁頭硬盤(pán)主要參數(shù)--內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率

讀寫(xiě)磁頭磁盤(pán)表面磁場(chǎng)資料緩存數(shù)據(jù)從磁盤(pán)表面?zhèn)鬏數(shù)接脖P(pán)的緩存的速率單位為每秒百萬(wàn)位元(Mbits/sec)硬盤(pán)主要參數(shù)--外部數(shù)據(jù)傳輸率

緩存Cache)數(shù)據(jù)由緩存經(jīng)由介質(zhì)傳輸?shù)较到y(tǒng)主機(jī)的速率單位為(Mbytes/sec)一定比內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率快介面(Interface)S.M.A.R.T.技術(shù)Self-Monitoring,AnalysisandReportingTechnology最早由Compaq和IBM推動(dòng),目的是盡可能預(yù)測(cè)硬盤(pán)的可靠性，在硬盤(pán)損壞之前給用戶(hù)警告很多由硬盤(pán)部件功能性衰減的問(wèn)題是可以預(yù)測(cè)的，通過(guò)以下參數(shù)磁頭飛行高度信息輸出效率旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)時(shí)間尋道失敗率尋道時(shí)間的效率

DFT技術(shù)DFT（DriveFitnessTest，驅(qū)動(dòng)器健康檢測(cè)）IBM公司為其PC硬盤(pán)開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù),通過(guò)使用DFT程序訪(fǎng)問(wèn)IBM硬盤(pán)里的DFT微代碼對(duì)硬盤(pán)進(jìn)行檢測(cè)。DFT軟件是一個(gè)獨(dú)立的不依賴(lài)操作系統(tǒng)的軟件，它可以在用戶(hù)其他任何軟件失效的情況下運(yùn)行?？煽啃灾笜?biāo)-MTBF溫度對(duì)可靠性指標(biāo)的影響通常，硬盤(pán)的工作環(huán)境溫度為25℃～40℃通常硬盤(pán)：2400小時(shí)/年（6.5小時(shí)/天）（見(jiàn)下表）商用硬盤(pán)：4000小時(shí)/年（11小時(shí)/天）高可靠性硬盤(pán)：8766小時(shí)/年（24小時(shí)/天）上電時(shí)間對(duì)可靠性指標(biāo)的影響AnnualizedFailureRate(AFR)

MTBF值：數(shù)字游戲？舉例：一個(gè)失效率是在“一年365天、一天24小時(shí)不間斷”循環(huán)工作條件下測(cè)出的，另一個(gè)是在“每天8小時(shí)不間斷”循環(huán)工作條件下測(cè)出的，兩款產(chǎn)品的性能高低一下子就比較出來(lái)。AFR，“按年計(jì)算的失效率”

，與MTBF不同的是，AFR能夠更合理地反映磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的失效率。AFR值是根據(jù)制造商每年回收的不合格產(chǎn)品占年度總產(chǎn)量的比例計(jì)算出來(lái)的，企業(yè)級(jí)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品的AFR值一般都會(huì)控制在1%以下硬盤(pán)接口及發(fā)展介紹ATA接口SATA接口

SCSI接口

SAS接口

FC接口WhatareIDE？IDE-Integrated

Drive

Electronics

電子集成驅(qū)動(dòng)器Power連接器M/S跳線(xiàn)40-pin連接器WhatareATA？ATA：Advanced

Technology

Attachment高級(jí)技術(shù)附加裝置7個(gè)版本：ATA-1----ATA-7（ATA

133）速率基本上走到了極限

ATA數(shù)據(jù)傳輸模式PIO模式：Programming

Input/Output

Model通過(guò)CPU執(zhí)行I/O端口指令來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)交換模式DMA模式：Direct

Memory

Access直接內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)不經(jīng)過(guò)CPU而直接從內(nèi)存了存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換模式

Ultra

DMA：Ultra

Direct

Memory

Access高級(jí)直接內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)增加了CRC（Cyclic

Redundancy

Check循環(huán)冗余碼校驗(yàn)）技術(shù)，提高數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的準(zhǔn)確WhatareSATA？SATA：SerialAdvanced

Technology

Attachment

串行ATA這是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤(pán)接口類(lèi)型，由于采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)而得名。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支持熱插拔、傳輸速率快的優(yōu)點(diǎn)2000年Intel聯(lián)合IBM、Maxtor、Seagate等廠(chǎng)商合作開(kāi)發(fā)2002年SerialATA1.0標(biāo)準(zhǔn)150MB/s2005年SerialATAII300MB/sSATA傳輸機(jī)制利用單個(gè)路徑串行一位一位傳送數(shù)據(jù)，用另外一條路徑給發(fā)送端返回接收確認(rèn)的信號(hào)1500MHZ內(nèi)嵌時(shí)鐘*1（每個(gè)時(shí)鐘周期一位）*80%(8b/10b編碼效率/8（每字節(jié)8位)=150MB/sSATA與PATA對(duì)比

SATAPATA數(shù)據(jù)電纜連接刀片和梁式插頭結(jié)構(gòu)，4根信號(hào)線(xiàn)，3根地線(xiàn)引腳與插口結(jié)構(gòu)，80根線(xiàn)電源電纜連接刀片和梁式結(jié)構(gòu)，15針3.3V/5V/12V電源連接器，寬度為2.22cm4針“D形”5V/12V電源連接器，寬度為2.25cm硬盤(pán)連接每個(gè)通道1個(gè)硬盤(pán)（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接）每個(gè)通道2個(gè)硬盤(pán)（總線(xiàn)主/從方式）熱插拔特性可熱插拔，也可以插入背板或設(shè)備插槽無(wú)熱插拔特性傳輸速率目前SATAII為300MB/s外部最大傳輸率133MB/s線(xiàn)纜長(zhǎng)度1米18英寸WhatareSCSI？SCSI：Small

Computer

System

Interface小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口。特點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣、多任務(wù)、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔。

SCSI必須要有專(zhuān)門(mén)的SCSI控制器，也就是一塊SCSI控制卡，才能支持SCSI設(shè)備WhatareSCSI？80-pinMaleSCAConnector80-pin(SCA)SCSI

SCSI與ATA區(qū)別ATA：桌面/筆記本ATA磁盤(pán)中，如果用戶(hù)提出數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，CPU先對(duì)該命令作出響應(yīng)后再傳達(dá)給主板南橋或板載磁盤(pán)控制芯片上，之后再通過(guò)ATA總線(xiàn)將數(shù)據(jù)操作命令傳遞給硬盤(pán)的主控芯片。SCSI：

企業(yè)級(jí)在SCSI系統(tǒng)有一塊專(zhuān)門(mén)的SCSI控制芯片。負(fù)責(zé)管理SCSI總線(xiàn)外，還承擔(dān)設(shè)備讀寫(xiě)的控制職能，管理所有SCSI相關(guān)的讀寫(xiě)請(qǐng)求、總線(xiàn)控制和數(shù)據(jù)傳輸職能，CPU要做的工作只是將起始命令傳遞給SCSI控制芯片，之后便可徹底拋開(kāi)不管做其他事情。WhatareSAS？SAS接口是SCSI的升級(jí)，為串行傳輸模式。SAS是一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、全雙工、雙端口的接口，支持在SATA兼容的電纜和連接器上傳輸SCSI協(xié)議SAS的兩大主要技術(shù)

差分信號(hào)技術(shù)SAS的兩大主要技術(shù)

差分信號(hào)技術(shù)

SAS的兩大主要技術(shù)串行總線(xiàn)技術(shù)

SAS的擴(kuò)展性EdgeExpander：連接64個(gè)SAS/串行ATA存儲(chǔ)設(shè)備FanoutExpander：連接64個(gè)“EdgeExpanderSAS系統(tǒng)的極限容量就是“64×64＝4096”個(gè)終端設(shè)備WhatareFC？FC-AL(光纖通道仲裁環(huán)FibreChannelArbitratedLoop)，是一種雙端口的串行存儲(chǔ)接口，支持全雙工工作方式。利用類(lèi)似于SATA/SAS所用的4芯連接，提供一種單環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，一個(gè)控制器能訪(fǎng)問(wèn)126個(gè)硬盤(pán)40-pinMaleFC-SCAIIConnector典型連接方式

各接口的對(duì)比

各種類(lèi)型應(yīng)用

接口應(yīng)用說(shuō)明FC適用于在線(xiàn)、高可用性、隨機(jī)讀適用于大型企業(yè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，價(jià)格昂貴SAS適用于在線(xiàn)、高可用性、隨機(jī)讀適用于中型企業(yè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，高性能，高可擴(kuò)展性，比FC價(jià)格低，并可兼容SATASATA適用于近線(xiàn)、一般可用性，連續(xù)讀低價(jià)格、高容量磁帶適用于離線(xiàn)高容量，可離線(xiàn)保存目前主要使用的硬盤(pán)Hitachiwww.Seagate

Fujitsu

Maxtor

Seagate硬盤(pán)及型號(hào)編碼STXXXXXXX12345

1--STSeagateTechnology(希捷)

2--FormFactor(外型規(guī)格)–1=3.5英寸，半高，1.6英寸(41mm)–3=3.5英寸，扁平型，1英寸(25.4mm)

3--硬盤(pán)容量(GB)–前兩位代表整數(shù)部分–最后一位代表小數(shù)部分

4--系列代號(hào)

5--Interface(接口類(lèi)型)–A=UltraATAIDE/EIDE–FC=FibreChannel光纖通道–LC=熱插拔Ultra160SCSI–LW=非熱插拔Ultra160SCSIST380011AST336607LCST373405FC

Maxtor硬盤(pán)及型號(hào)編碼

X

XXXX

X

X

1

2

3

4

1--系列型號(hào)–9DiamondMax系列(5400rpm)

–3DiamondMaxVL

系列(5400rpm)

–5Dia