硬盤基礎(chǔ)知識(shí)

硬盤基礎(chǔ)知識(shí)硬盤狂漲不止西數(shù)1TB+猛禽駕到土老冒：大家好，土老冒談?dòng)布r(shí)間又到了，你們本周過得好嗎？周末打算去什么地方Happy??？Z博士：老土啊，趁年輕，努力工作，別整得跟游手好閑的富家公子一樣整天想著玩！土老冒：我說Z博士你怎么沒聽懂俺的話呢？俺是問問網(wǎng)友們周末怎么安排，又不是鼓動(dòng)他們游手好閑，您也知道，俺一直都在努力工作，可從來沒偷懶哦。Z博士：是嗎？那下次你吧你每天的工作日程表給我看看，鑒定鑒定，反正總覺得你小子不靠譜。土老冒：別開玩笑啦，哈哈，博士我們還是談?wù)掳?，網(wǎng)友都等不及了。Z博士：行，那你本周想聽點(diǎn)什么？土老冒：有一個(gè)網(wǎng)名叫“紅風(fēng)”的網(wǎng)友前兩天告訴我，土老冒談?dòng)布姆错憶]有以前大了，主要原因是脫離了它的初衷，給網(wǎng)友的感覺就是“有點(diǎn)槍”。雖然你我真的從來沒有想過給誰做槍手?！凹t風(fēng)”網(wǎng)友建議我們回到剛開始，和大家談一些底層的、最簡單的技術(shù)，這才是《土老冒談?dòng)布返母?。Z博士：聽你這么一說，我還真是有這種感覺。好吧，那我們今天的話題就圍繞一些技術(shù)來談吧，盡管它會(huì)顯得枯燥一些。

西部數(shù)據(jù)在高端市場頻頻發(fā)力土老冒：怎么會(huì)枯燥呢？有你我在，哈哈，枯燥的東西也會(huì)讓它變得有趣的。其實(shí)最近硬盤的關(guān)注度很高，不僅是因?yàn)槿必泝r(jià)格瘋漲，還有一個(gè)重要原因是西部數(shù)據(jù)頻頻曝料，1TB硬盤以1700元的低價(jià)姿態(tài)出現(xiàn)，而150GB的猛禽系列同時(shí)也以1288元的價(jià)格來到市場，這無論是對高清視頻愛好者還是追求性能至上的游戲愛好者來說都是天大的喜訊。所以今天俺覺得博士可以談一些與硬盤技術(shù)相關(guān)的問題。

黑心“奸商”囤積硬盤凈賺500萬Z博士：的確如此，硬盤的價(jià)格最近我比較關(guān)注，傳言中關(guān)村一“奸商”在今年暑假硬盤最低的時(shí)候囤積了大量硬盤，前幾天全部出售，瞬間獲利500萬，簡直比買彩票還來得快。而西部數(shù)據(jù)在本周確實(shí)也非常受到關(guān)注，兩款高端產(chǎn)品雙管齊下，滿足了高端玩家對容量和性能的要求，那么我們就來談?wù)勁c硬盤相關(guān)的簡單技術(shù)吧?！駨幕A(chǔ)談起

硬盤的工作原理解析土老冒：囤貨“奸商”很可惡，不過如何懲罰這些不法分子是國家相關(guān)機(jī)構(gòu)該做的，我們也只能干瞪眼。還是會(huì)到正事來，博士我們先從基礎(chǔ)開始，您先給大家介紹一下硬盤的工作原理吧。Z博士：簡單說來，硬盤工作原理是利用特定磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖信號(hào)，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將這些原始信號(hào)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(gè)存儲(chǔ)緩沖區(qū)，這是為了協(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)的。土老冒：我聽著頭暈，您能舉個(gè)簡單的例子嗎？

硬盤內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)圖Z博士：留聲機(jī)你知道吧？其實(shí)硬盤的工作原理和有些類似。硬盤通電后即開始正常工作，它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(shí)磁頭置于盤片中心位置，初始化完成后主軸電機(jī)將啟動(dòng)并以高速旋轉(zhuǎn)，磁頭臂也開始移動(dòng)，將浮動(dòng)磁頭置于盤片表面的00道，令磁頭處于等待指令的啟動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)接口電路接收到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳來的指令信號(hào)后，通過前置放大控制電路，驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)發(fā)出磁信號(hào)，隨后根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭對盤片數(shù)據(jù)信息進(jìn)行正確定位，并將接收后的數(shù)據(jù)信息解碼，通過放大控制電路傳輸?shù)浇涌陔娐?，反饋給主機(jī)系統(tǒng)完成指令操作。數(shù)據(jù)就這樣被讀取了，當(dāng)我們寫入數(shù)據(jù)時(shí)的步驟也與之類似。

硬盤工作原理類似留聲機(jī)土老冒：留聲機(jī)俺沒見過，不過用磁帶的錄音機(jī)俺倒是知道，這個(gè)原理聽起來有些類似于磁帶機(jī)，不知道俺這么理解對不？●馬達(dá)與盤片

硬盤中主要元素功能一Z博士：可以這么理解吧。下面我談?wù)剮讉€(gè)硬盤中幾個(gè)重要部件的主要職責(zé)。首先是馬達(dá)。早期的硬盤采用了滾珠軸承馬達(dá)，由于噪音大，穩(wěn)定性不好，因此2001年起各大硬盤廠商開始采用FDB液態(tài)軸承馬達(dá)技術(shù)，液態(tài)馬達(dá)技術(shù)可以讓主軸轉(zhuǎn)動(dòng)得更快，同時(shí)大幅度地降低工作噪音，F(xiàn)DB電機(jī)還可以增強(qiáng)硬盤的防震能力，提高工作穩(wěn)定性。由于FDB電機(jī)是通過液體驅(qū)動(dòng)，并非傳統(tǒng)滾珠馬達(dá)那樣的金屬球與金屬球的碰撞，因此大大地增強(qiáng)了硬盤工作的穩(wěn)定性并降低噪音。土老冒：為什么傳統(tǒng)滾珠馬達(dá)不如液態(tài)馬達(dá)呢？為什么它的工作穩(wěn)定性不高，噪音也不??？

主流硬盤都采用液態(tài)馬達(dá)技術(shù)Z博士：滾珠軸承是小小的金屬球與金屬球相碰撞來提供動(dòng)力，當(dāng)使用時(shí)間一旦過長，就會(huì)將滾珠的軌道變形，久而久之就會(huì)不穩(wěn)定，同時(shí)增加噪音。但是在FDB液態(tài)軸承馬達(dá)中，軸承功能被一個(gè)很小的液體層所替代，它的高度只有人類頭發(fā)絲直經(jīng)的十分之一。液態(tài)薄膜將旋轉(zhuǎn)式噴灌器和軸承的固定成員分開，這將在根本上減小或消除振動(dòng)，從而達(dá)到靜音運(yùn)作。在FDB軸承中，電機(jī)主軸通過整合在軸承上的一個(gè)更大區(qū)域來傳遞振動(dòng)，從而大大地增強(qiáng)了振動(dòng)的緩沖能力。此外，流體還提供著一種機(jī)械阻尼，從而減小負(fù)荷擴(kuò)大化，而這是滾珠電機(jī)普通存在的問題。土老冒：行了行了，這東西技術(shù)太高深了，俺頭疼，目前主流硬盤都采用液態(tài)馬達(dá)技術(shù)了對吧？沒有特例吧？Z博士：希捷曾經(jīng)提出了SoftSonic這個(gè)名詞，并將其經(jīng)常與FDB聯(lián)系在一起，實(shí)際上SoftSonic馬達(dá)就是FDB馬達(dá)，只是希捷自己的稱呼，這點(diǎn)大家在對待希捷硬盤的時(shí)候不要感到奇怪，這就像顯卡里影馳將自己的7600GS產(chǎn)品命名為7600GE一樣。土老冒：原來如此?；旧像R達(dá)的有關(guān)知識(shí)博士已經(jīng)解釋得比較清楚了，它的應(yīng)該是推動(dòng)著盤片的旋轉(zhuǎn)，那忙博士再和我們談?wù)劚P片吧。Z博士：盤片是硬盤中承載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的介制，硬盤是由多個(gè)盤片疊加在一起，互相之間由墊圈隔開。硬盤盤片是以堅(jiān)固耐用的材料為盤基，其上在附著磁性物質(zhì)，表面被加工的相當(dāng)平滑。因?yàn)楸P片在硬盤內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)（有5400轉(zhuǎn)、7200轉(zhuǎn)、10000轉(zhuǎn)，甚至15000轉(zhuǎn)），因此制作盤片的材料硬度和耐磨性要求很高，所以一般采用合金材料，多數(shù)為鋁合金。土老冒：這點(diǎn)應(yīng)該和唱片的原理差不多吧，不過硬盤的盤片所采用的材質(zhì)比較堅(jiān)固，而且轉(zhuǎn)速也比普通的唱片高，對嗎？

硬盤的盤片采用鋁材料的金屬盤基Z博士：對的。其實(shí)早期的硬盤盤片都是使用塑料材料作為盤基，然后再在塑料盤基上涂上磁性材料就構(gòu)成了硬盤的盤片。后來隨著硬盤轉(zhuǎn)速和容量的提高又出現(xiàn)了金屬盤基的盤片，金屬材料的盤基具有更高的記錄密度、更強(qiáng)的硬度，在安全性上也要強(qiáng)于塑料盤基。目前市場中主流的硬盤都是采用鋁材料的金屬盤基。盤片的存儲(chǔ)密度大，而且硬盤工作需要穩(wěn)定性，因此盤片都是密封的，大家千萬別自行拆解硬盤，因?yàn)橐坏┻M(jìn)入灰塵，硬盤基本就“掛”了。土老冒：那我們經(jīng)常所說的單碟容量多少G，這也是和盤片有關(guān)的吧？Z博士：是的。單碟容量一定程度上決定了硬盤性能的高低。它表示一張盤片能夠容納多少數(shù)據(jù)。單碟容量增大不僅僅可以簡單地提升硬盤的容量，而且它可以令盤片的存儲(chǔ)密度加大，盡管這對技術(shù)提出了很高的要求，但卻可以幫助廠商節(jié)省成本，同時(shí)存儲(chǔ)密度的加大可以令尋道時(shí)間縮短。2006年4月，希捷率先引入垂直記錄技術(shù)，硬盤的單碟容量提升到188GB，隨后又提升到了250GB，目前希捷的1TB硬盤正是采用單碟250GB的容量，一共四碟，而日立卻是五碟版?！翊蓬^與電路板

硬盤中主要元素功能二土老冒：看來在硬盤的技術(shù)上，收購邁拓后的希捷的確很強(qiáng)，遺憾的是希捷的價(jià)格太貴了。下面似乎該說磁頭了哦。Z博士：磁頭是硬盤中對盤片進(jìn)行讀寫工作的工具，是硬盤中最精密的部位之一。磁頭是用線圈纏繞在磁芯上制成的。硬盤在工作時(shí)，磁頭通過感應(yīng)旋轉(zhuǎn)的盤片上磁場的變化來讀取數(shù)據(jù)；通過改變盤片上的磁場來寫入數(shù)據(jù)。為避免磁頭和盤片的磨損，在工作狀態(tài)時(shí)，磁頭懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片上方，而不與盤片直接接觸，只有在電源關(guān)閉之后，磁頭會(huì)自動(dòng)回到在盤片上的固定位置（稱為著陸區(qū)，此處盤片并不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，是盤片的起始位置）。

硬盤磁頭土老冒：感覺磁頭就相當(dāng)于留聲機(jī)的唱針啊。Z博士：你可以這么理解，磁頭是硬盤中最貴的配件。硬盤的磁頭數(shù)取決于硬盤中的碟片數(shù)，盤片正反兩面都存儲(chǔ)著數(shù)據(jù)，所以一個(gè)盤片對應(yīng)兩個(gè)磁頭才能正常工作。比如總?cè)萘?60GB的硬盤，采用單碟容量160GB的盤片，那只有一張盤片，該盤片正反面都有數(shù)據(jù)，則對應(yīng)兩個(gè)磁頭；而同樣總?cè)萘?20GB的硬盤，采用二張盤片，則只有三個(gè)磁頭，其中一張盤片的一面沒有磁頭。土老冒：剛剛俺看見您給的圖里有電路這一個(gè)元素，它主要是負(fù)責(zé)什么的？

硬盤電路板上包含多個(gè)芯片Z博士：硬盤電路板主要含有幾個(gè)非常重要的芯片。1、用于驅(qū)動(dòng)硬盤的主軸馬達(dá)和音圈馬達(dá)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。2、用于加工磁頭傳來信息的前置信號(hào)處理器。3、用于加快硬盤速度的緩存顆粒，類似于內(nèi)存顆粒。土老冒：這幾個(gè)芯片的主要功能博士也說得很清楚了，那么除了馬達(dá)、盤片、磁頭、電路板上的主控芯片這幾個(gè)重要元素外，我們在購買硬盤時(shí)還應(yīng)該注意些什么問題，或者說是應(yīng)該注意哪些參數(shù)呢？●傳輸速率、存取時(shí)間和緩存

硬盤重要性能參數(shù)解析Z博士：通常我們測試硬盤會(huì)有以下幾個(gè)數(shù)據(jù)：傳輸速率、存取時(shí)間、突發(fā)傳輸速率。首先我們來說說傳輸速率。硬盤的傳輸速率分為內(nèi)部傳輸速率和外部傳輸速率。目前我們經(jīng)常聽到的SATA硬盤（或者叫串口硬盤），即SerialATA硬盤，它采用點(diǎn)對點(diǎn)的方式，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分組傳輸從而帶來更高的傳輸效率。SerialATA1.0版本硬盤的起始傳輸速率就達(dá)到150MB/s，而SerialATA3.0版本將實(shí)現(xiàn)硬盤峰值數(shù)據(jù)傳輸率為300MB/s，當(dāng)然，這個(gè)傳輸速率是指峰值速率，并不是硬盤能持續(xù)以這個(gè)速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其理論意義大于實(shí)際意義。

測試硬盤性能的常用軟件：HDTune事實(shí)上，對硬盤傳輸速率起決定作用的還是其內(nèi)部傳輸速率。目前硬盤的內(nèi)部傳輸速率也正是整個(gè)PC的瓶頸所在。采用垂直記錄技術(shù)的希捷7200.10系列硬盤的內(nèi)部傳輸速率大約在72MB/S左右，與SATA3.0300MB/s的外部傳輸速率相比顯得太渺小了。這就相當(dāng)于我們修了一個(gè)8車道的馬路，但每天的車流量僅需要3車道的馬路就能夠滿足了，如何提升硬盤的內(nèi)部傳輸速率是硬盤廠商目前亟待解決的問題。土老冒：俺聽說RAID-0可以大大地提高硬盤的內(nèi)部傳輸速率，不知道是不是真的。

RAID-0后，硬盤的性能提升明顯Z博士：這當(dāng)然是真的。用兩塊硬盤組建RAID-0系統(tǒng)后，硬盤的內(nèi)部傳輸速率一般都可以超過100MB/s，這對硬盤的整體性能提升是相當(dāng)明顯的。當(dāng)然，RAID-0會(huì)降低數(shù)據(jù)的安全性，只要其中一塊硬盤出現(xiàn)問題，那么用戶面臨著RAID-0系統(tǒng)兩塊硬盤上所有數(shù)據(jù)丟失的危險(xiǎn)。土老冒：看來組建RAID-0還是有利有弊啊，我們建議用戶三思而后行。剛剛博士放了一張HDTune的圖片，那個(gè)曲線是不是就是硬盤傳輸速率的曲線？Z博士：是的，曲線越平滑，代表您的硬盤穩(wěn)定性越好，如果硬盤曲線波折較大，那么說明這款硬盤的穩(wěn)定性不是很好。土老冒：那硬盤的“存取時(shí)間”又是指什么呢？Z博士：硬盤的“存取時(shí)間”是指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時(shí)間，通常它是硬盤平均尋道時(shí)間和平均潛伏時(shí)間的和。平均存取時(shí)間最能代表硬盤找到某一數(shù)據(jù)所用的時(shí)間，數(shù)值越小越好。土老冒：那么什么又是“突發(fā)傳輸率”呢？

采用SATA接口的磁盤一般在突發(fā)傳輸速率上具有優(yōu)勢Z博士：其實(shí)這跟“外部傳輸速率”是一個(gè)意思。它指系統(tǒng)總線與硬盤緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率。與接口有關(guān)，SATA3.0接口的硬盤一般在突發(fā)傳輸率上比較占優(yōu)。土老冒：那什么是“緩存”呢？俺經(jīng)常聽說8M、16M，這個(gè)當(dāng)然是越大越好，但它的具體作用是什么呢？Z博士：目前主流硬盤的緩存一般為8M，高端一點(diǎn)的達(dá)到了16M。緩存也是內(nèi)存的一種，其數(shù)據(jù)交換速度相當(dāng)快且運(yùn)算頻率高。硬盤的緩存是硬盤與外部總線交換數(shù)據(jù)的場所。硬盤讀取數(shù)據(jù)的過程是將磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，通過緩存一次次地填充與清空，再填充，再清空，一步步按照PCI總線的周期送出。數(shù)據(jù)的寫入方式分為寫通式和回寫式兩種。寫通式在讀硬盤數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)先檢查請求指令，看看所要的數(shù)據(jù)是否在緩存中，如果在的話就由緩存送出響應(yīng)的數(shù)據(jù)，這個(gè)過程稱為命中。這樣系統(tǒng)就不必訪問硬盤中的數(shù)據(jù)，由于緩存的速度比磁介質(zhì)快很多，因此也就加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣取；貙懯骄褪窃趯懭胗脖P數(shù)據(jù)時(shí)也在緩存中找，如果找到就由緩存就數(shù)據(jù)寫入盤中，現(xiàn)在的多數(shù)硬盤都是采用的回寫式硬盤，這樣就大大提高了性能。因此我們在價(jià)格幾乎相當(dāng)?shù)那闆r下，同容量的硬盤，應(yīng)該盡量選擇緩存大的產(chǎn)品。當(dāng)然，16M緩存的硬盤相對8M硬盤的性能也不可能提升100%的性能，其優(yōu)勢還是要在進(jìn)行大量讀寫操作時(shí)才體會(huì)得到。●杜絕壞習(xí)慣延長硬盤使用壽命的方法土老冒：Z博士談了這么多有關(guān)硬盤的基礎(chǔ)知識(shí)，那么我們在使用硬盤的時(shí)候應(yīng)該注意些什么呢？有些人認(rèn)為BT下載、硬盤碎片整理會(huì)減少硬盤的使用壽命，是這樣的嗎？Z博士：平時(shí)使用硬盤，一定要注意讓它工作在舒適的環(huán)境下。首先，硬盤工作的環(huán)境溫度不要太高，太高會(huì)令它工作不穩(wěn)定。其次，硬盤工作環(huán)境不能多灰塵，前面我們也提到過，硬盤的生產(chǎn)都是在無塵空間里進(jìn)行的，灰塵是它的天敵，如果您的硬盤內(nèi)部進(jìn)入了灰塵，那它的壽命也不長了，因此我們使用臺(tái)式機(jī)，最好在一到兩個(gè)月的時(shí)間對其進(jìn)行除塵處理。

使用硬盤應(yīng)該做好防震再次，要將硬盤放在無震動(dòng)的環(huán)境下運(yùn)行。硬盤式非常精密的配件，一個(gè)小小的震動(dòng)可能導(dǎo)致它損壞，如果您的機(jī)箱質(zhì)量不過關(guān)很可能會(huì)縮短硬盤的使用壽命。最后，我們在對硬盤進(jìn)行除塵處理的時(shí)候，一定要先將身上的靜電放掉，除去身上靜電的方法可以用水沖洗手，也可以將手在鐵管上來回摩擦。提醒大家：硬盤很脆弱，它并不“硬”！。土老冒：博士您還沒談BT下載和硬盤碎片整理這些操作呢。Z博士：很多人認(rèn)為BT下載傷硬盤，實(shí)際上是因?yàn)锽T下載要頻繁讀取和寫入數(shù)據(jù)，讓人產(chǎn)生的誤區(qū)。就算我們平時(shí)使用電腦聽音樂，看電影，硬盤也會(huì)頻繁讀取數(shù)據(jù)。就目前的主流硬盤來說，BT下載并不會(huì)對它產(chǎn)生太大的傷害，我們只需要將下載時(shí)的緩存設(shè)置得大一些就好了，完全不必在意。

定期整理磁盤碎片有助于減輕硬盤運(yùn)行負(fù)擔(dān)，延長壽命而硬盤碎片整理我覺得應(yīng)該是經(jīng)常的，如半月一次。我們使用電腦一段時(shí)間后，硬盤會(huì)產(chǎn)生大量碎片，尤其是以采用FAT32格式分區(qū)的硬盤居多。硬盤碎片增多，會(huì)讓磁頭頻繁移動(dòng)，加大讀寫時(shí)間，造成虛擬文件（也叫換頁文件）讀寫