硬盤驅(qū)動器軟盤驅(qū)動器

硬盤驅(qū)動器軟盤驅(qū)動器第一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三6.1硬盤的工作原理和結(jié)構(gòu)

硬盤驅(qū)動器簡稱硬盤，是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的外部存儲設(shè)備，操作系統(tǒng)及所有的應(yīng)用軟件等都存儲在硬盤中。硬盤的存儲容量極大，速度在所有外部設(shè)備中是最快的。硬盤驅(qū)動器的盤片是涂有金屬氧化物的剛性金屬盤片，所以稱為硬盤。它與軟盤最明顯的區(qū)別是，硬盤的生產(chǎn)過程是在無塵環(huán)境中進(jìn)行的，盤片和磁頭全部密封在金屬盒子中，因此它的容量在出廠之前就已經(jīng)固定了。第二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三1．硬盤的工作原理硬盤驅(qū)動器加電正常工作后，利用控制電路中的初始化模塊進(jìn)行初始化工作，此時磁頭置于盤片中心位置。初始化完成后，主軸電機(jī)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，處于等待指令的啟動狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)下達(dá)存取盤片上數(shù)據(jù)的命令時，通過前置放大控制電路，發(fā)出驅(qū)動電機(jī)運(yùn)動的信號，控制磁頭定位機(jī)構(gòu)將磁頭移動，搜尋定位它要存取數(shù)據(jù)的磁道扇區(qū)位置，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫。第三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三2．硬盤的外部結(jié)構(gòu)第四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三（1）接口接口包括電源接口插座和數(shù)據(jù)接口插座兩部分。（2）控制電路板硬盤控制電路板上有三個主要的芯片：主控制芯片、數(shù)據(jù)傳輸芯片、高速緩存芯片。其中，主控制芯片負(fù)責(zé)硬盤數(shù)據(jù)讀寫指令等工作；數(shù)據(jù)傳輸芯片則是將硬盤磁頭前置控制電路讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)過校正及變換后，通過數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)；高速緩存芯片是為了協(xié)調(diào)硬盤與主機(jī)在數(shù)據(jù)處理速度上的差異而設(shè)置。（3）固定面板第五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三

3．硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括盤片和主軸組件、浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)、前置控制電路等幾部分，其中磁頭和盤片組件是構(gòu)成硬盤的核心，它密封在硬盤的凈化腔體內(nèi)。如圖3-26所示。第六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三第七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三（1）盤片和主軸組件

盤片是硬盤存儲數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在的硬盤盤片大多采用鋁金屬材料制成，有些硬盤盤片是用玻璃材料制成的，這種盤片與鋁合金盤片相比具有更好的穩(wěn)定性和更大的容量。主軸組件包括軸承和驅(qū)動電機(jī)等。（2）浮動磁頭組件

磁頭組件是硬盤中最精密的部件之一，它由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三個部分組成，它是用集成工藝制成的多個磁頭的組合。第八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三（3）磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)

磁頭驅(qū)動機(jī)構(gòu)的作用是在硬盤尋道時用來移動磁頭的，一般由電磁線圈電機(jī)、磁頭驅(qū)動小車、防震動裝置組成。（4）前置控制電路

前置控制電路的作用是控制磁頭感應(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，將放大電路密封在硬盤腔體內(nèi)可減少外來信號的干擾。第九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三6.2硬盤的主要技術(shù)指標(biāo)1．硬盤容量硬盤容量是指硬盤能夠存儲數(shù)據(jù)的總量，通常以兆字節(jié)（MB）或千兆字節(jié)（GB）為單位。影響硬盤容量大小的因素有單碟容量和盤片數(shù)量。2．轉(zhuǎn)速硬盤的轉(zhuǎn)速是指帶動盤片旋轉(zhuǎn)的主軸電機(jī)的最高旋轉(zhuǎn)速度，目前主流IDE硬盤的轉(zhuǎn)速一般為每分鐘7200轉(zhuǎn)。通常，轉(zhuǎn)速越高，硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率也越高，綜合性能也越佳。

第十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三3．內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率也稱為持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率，它是指從磁頭到硬盤高速緩存之間的傳輸速度。主流硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率大多在40～60MB/s之間，只有外部數(shù)據(jù)傳輸率的60%左右。第十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三4．外部數(shù)據(jù)傳輸率外部數(shù)據(jù)傳輸率也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率，它是指從硬盤高速緩存到系統(tǒng)總線之間的傳輸速度。外部數(shù)據(jù)傳輸率與硬盤接口類型和高速緩存大小有關(guān)。目前，主流硬盤通常采用UltraATA133接口，它的最大外部數(shù)據(jù)傳輸率即為133MB/s；SATA接口硬盤的外部數(shù)據(jù)傳輸率為150MB/s；而SCSI接口硬盤的外部數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)160MB/s。第十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三5．?dāng)?shù)據(jù)緩存(Cache)

數(shù)據(jù)緩存是指在硬盤內(nèi)部的高速緩沖存儲器。使用硬盤Cache后，可將磁頭需要讀取的數(shù)據(jù)事先放到Cache中，大大提高了硬盤讀取數(shù)據(jù)的速度。另一方面，將要寫入硬盤的數(shù)據(jù)事先存放到Cache中，等到磁頭空閑時再從Cache寫入盤片。

第十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三

6．硬盤速度參數(shù)平均尋道時間(AverageSeekTime)

平均潛伏時間(AverageLatencyTime)

平均訪問時間(AverageAccessTime)7．平均無故障時間（MTBF）平均無故障時間是指硬盤從開始運(yùn)行到出現(xiàn)故障的平均時間，一般硬盤至少在30000～40000小時之間。第十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三6.3硬盤接口

1．IDE接口

IDE(IntegratedDriveElectronics，集成驅(qū)動電子接口)，也稱為AT-Bus或ATA(AdvancedTechnologyAttachment)接口。

IDE接口的最大特點(diǎn)是把控制器集成到了驅(qū)動器的內(nèi)部。

IDE接口采用40線單組扁平電纜與硬盤連接，一個接口可連2個硬盤或光驅(qū)，最初的數(shù)據(jù)傳輸率只有1.25MB/s，最大為8.3MB/s，所支持的硬盤容量最大為528MB。第十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三2．EIDE接口

EIDE(EnhancedIDE)接口是一種增強(qiáng)型的IDE接口，又稱ATA-2接口。

IDE接口（包括EIDE接口）與外部總線交換數(shù)據(jù)時，有PIO模式、DMA(或稱FastATA)模式、UltraDMA模式三種控制數(shù)據(jù)流的模式。（1）UltraDMA/33

（2）UltraDMA/66

（3）UltraDMA/100(ATA/100)

（4）UltraDMA/133(ATA/133)第十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三3．SCSI接口

SCSI(SmallComputerSystemInterface)是小型計算機(jī)系統(tǒng)接口，最初是為小型計算機(jī)研制的，現(xiàn)已被完全移植到微機(jī)上。它有以下幾個標(biāo)準(zhǔn)：（1）SCSI-1

（2）SCSI-2

（3）SCSI-3

現(xiàn)在SCSI接口硬盤的針數(shù)有3種，分別為50針、68針和80針，可通過硬盤標(biāo)牌上的標(biāo)記來識別?！癗”、“W”、“SCA”就是表示接口針數(shù)的，N（Narrow）即窄口，50針；W（Wide）即寬口，68針；SCA（SingleConnectorAttachment）即單接頭，80針。其中80針的SCSI硬盤支持熱插拔。第十七頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三4．SerialATA接口

SerialATA接口傳輸數(shù)據(jù)時只需要用一根4芯電纜與設(shè)備相連，用4個針（第1針為數(shù)據(jù)發(fā)送端、第2針為數(shù)據(jù)接收端、第3針為供電端、第4針為地線）就能完成所有的數(shù)據(jù)交換工作。實(shí)際使用中，SerialATA接口硬盤使用7芯信號電纜線、15芯專用電源線。考慮到兼容性，SerialATA接口硬盤還提供IDE接口硬盤標(biāo)準(zhǔn)電源接口。

第十八頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三

在SerialATA1.0版中，規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸速率為150MB/s，已經(jīng)超過了現(xiàn)有最快的UltraDMA/133（UltraATA/133）。在SerialATA2.0版中，規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸速率為300MB/s。而且隨著未來后續(xù)版本的推出，數(shù)據(jù)傳輸速率可允許提高到1.5GB/s、3.0GB/s和5.0GB/s。第十九頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三從上到下依次為IDE接口、SCSI接口、SerialATA接口第二十頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三5．IEEE1394接口

IEEE1394接口理論上數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)400MB/s以上，但硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率較低，距離理論值相差甚遠(yuǎn)。目前符合IEEE1394接口的硬盤大多為帶有IEEE1394轉(zhuǎn)接卡的EIDE接口硬盤。6．USB接口

USB接口與IEEE1394接口類似，也屬于外置接口。第二十一頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三6.4硬盤的新技術(shù)1．新型磁頭技術(shù)

目前硬盤廣泛使用的磁頭有兩種：MR(MagnetoResistive)磁阻磁頭和GMR(GrandMagnetoResistive)巨磁阻磁頭。2．PRML讀取通道技術(shù)

PRML(PartialResponseMaximumLikelihood，部分響應(yīng)完全匹配)3．S.M.A.R.T.技術(shù)

S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，AnalysisandReportingTechnology，自監(jiān)測、分析及報告)第二十二頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三4．RAID技術(shù)

RAID(RedundantArrayofInexpensiveDisks，廉價冗余磁盤陣列)技術(shù)5．噪音與防震技術(shù)“液態(tài)軸承馬達(dá)”可以有效地解決這些問題。它使用黏膜液態(tài)軸承，以油膜代替滾珠，有效地降低了因金屬摩擦而產(chǎn)生的噪聲和發(fā)熱。在防震技術(shù)方面，各大生產(chǎn)商還增加了獨(dú)特的技術(shù)來提升硬盤的質(zhì)量。第二十三頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三1.軟盤微機(jī)目前仍在使用的軟盤片一般都是3.5英寸1.44MB規(guī)格，有關(guān)軟盤片的組織結(jié)構(gòu)和使用詳見第5章5.1。6.5軟盤、軟驅(qū)的結(jié)構(gòu)和工作原理第二十四頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三2.軟驅(qū)的結(jié)構(gòu)和工作原理軟盤驅(qū)動器從功能結(jié)構(gòu)上來看，主要由主軸驅(qū)動系統(tǒng)、磁頭定位系統(tǒng)、狀態(tài)檢測系統(tǒng)和讀寫系統(tǒng)幾部分組成。軟驅(qū)工作時，盤片夾緊機(jī)構(gòu)把軟盤壓緊在主軸上，主軸電機(jī)拖動軟盤旋轉(zhuǎn)，使盤片與主軸電機(jī)做同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。同時磁頭定位機(jī)構(gòu)將磁頭迅速、準(zhǔn)確地送到需要讀寫的磁道上，在讀寫電路的作用下進(jìn)行讀寫操作。第二十五頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三第二十六頁，共二十八頁，編輯于2023年，星期三(1)主軸驅(qū)動系統(tǒng)