硬盤基礎(chǔ)知識

區(qū)

而

什么是硬盤?

■硬盤（HardDisk,也稱硬盤存儲器）是

各種數(shù)據(jù)的主要存放場所之一，平常所

用的操作系統(tǒng)（如Windows98等）、各

種應用軟件、資料和游戲都存放在硬盤

中，是計算機的重要部件之一。

硬盤的工作原理

■硬盤存儲數(shù)據(jù)是根據(jù)電、磁轉(zhuǎn)換的原理來實

現(xiàn)的。硬盤驅(qū)動器加電后，磁盤片由主軸電

機驅(qū)動進行高速旋轉(zhuǎn)，設置在盤片表面的磁

頭則在電路控制下徑向移動到指定位置然后

將數(shù)據(jù)存儲或讀出來。

■當系統(tǒng)向硬盤寫入數(shù)據(jù)時，磁頭中寫數(shù)據(jù)電流

產(chǎn)生磁場使盤片表面磁性物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生改變，

并在寫電流磁場消失后仍能保持，當系統(tǒng)從硬

盤中讀取數(shù)據(jù)時，磁頭經(jīng)過盤片指定區(qū)域，盤

片表面磁場使磁頭產(chǎn)生感應電流或線圈阻抗產(chǎn)

生變化，經(jīng)過相關(guān)電路處理后還原成數(shù)據(jù)。

硬盤的發(fā)展歷史

■1956年，美國IBM公司制造出世界上第一塊容

量為5MB的硬盤。

■1968年，IBM公司又提出了溫徹斯特

(Winchester)技術(shù)。溫徹斯特技未的精髓是：

“密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿

盤片徑向移動，并且是懸浮在高速轉(zhuǎn)動的盤片

上方，而不與盤片直接接觸”，這也是現(xiàn)代絕

大多數(shù)硬盤的原型。

■1973年，IBM公司制造出了第一臺采用溫徹斯

特技術(shù)的硬盤，從此硬盤技術(shù)的發(fā)展有了正確

的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，現(xiàn)在使用的硬盤大多是此技術(shù)的

延伸。

硬盤的結(jié)構(gòu)

■硬盤尺寸主要有5.25英寸和3.5英寸兩

種，現(xiàn)在市場上普遍使用的是3.5英寸

硬盤。用于筆記本電腦中的有2.5英寸、

1.8英寸和0.9英寸等幾種。

■硬盤主要由：盤片，磁頭，盤片轉(zhuǎn)軸

及控制電機，磁頭控制器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

器，接口，緩存等幾個部分組成。

硬盤的主要部件

硬盤的外部結(jié)構(gòu)

■在硬盤的正面都貼有硬盤的標簽，標

簽上一般都標注著與硬盤相關(guān)的信息,

例如產(chǎn)品型號、產(chǎn)地、出廠日期、產(chǎn)

品序列號等。在硬盤的一端有電源接

口插座、主從設置跳線器和數(shù)據(jù)線接

口插座，而硬盤的背面則是控制電路

板。

■總得來說，硬盤外部結(jié)構(gòu)可以分成如

下幾個部份：

硬盤正面

DONOTCOVEfl

WesternANYDRIVE

DigitalH0ttsFRAGILE

v,wwesiemd：g<aiconi

WDCaviar?WD200

EnhancedIDEHardDrive

DriveParameters:LBA39102336.20.0GB

llllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll喘三0.77A

12VDC0.4SA

S/N：WMA9L1203351?一

MOL：WD200BB-00CFC0MadeinMalaysia

DATE1SAUG2001

DCM：RSBHET2CAProduc!warrantywiflbeVOKHseal

labelorcoverisremovedordamaged

WDP/N:WD200BB-00CFC0

miinniiiiiiiii

b

JOJUMPERSETTINGS營

9733，一

4cPmPOWTH

ConnOOOO

tO8042

CABLESELECTSETTING

?醪驅(qū)C《?旦―i

LR$aS50E101559N3565

硬盤背面

接口

■包括電源插口和數(shù)據(jù)接口兩部分，其中電源

插口與主機電源相聯(lián)，為硬盤工作提供電力

保證；數(shù)據(jù)接口則是硬盤數(shù)據(jù)和主板控制器

之間進行傳輸交換的紐帶，根據(jù)聯(lián)接方式的

差異，分為EIDE接口和SCSI接口等。

固定面板

■就是硬盤正面的面板，它與底板結(jié)合成一個

密封的整體，保證了硬盤盤片和機構(gòu)的穩(wěn)定

運行。在面板上最顯眼的莫過于產(chǎn)品標簽，

上面印著產(chǎn)品型號、產(chǎn)品序列號、產(chǎn)品、生

產(chǎn)日期等信息。

■固定面板和盤體側(cè)面還設有安裝孔，以方便

安裝。

■除此，還有一個透氣孔，它的作用就是使硬

盤內(nèi)部氣壓與大氣氣壓保持一致。

固定面板

控制電路板

■一般在硬盤的背面，大多采用貼片式元件焊

接，包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動與伺服定

位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在

電路板上還有一塊高效的單片機ROM芯片，

其固化的軟件可以進行硬盤的初始化，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。在電路板上還安裝有容量

不等的高速緩存芯片。

控制電路板

硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

■硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)由固定面板、控制電路

板、磁頭、盤片、主軸、電機、接口

及其它附件組成，其中磁頭盤片組件

(HardDiskAssembly,HDA)是構(gòu)成硬

盤的核心，它封裝在硬盤的凈化腔體

內(nèi)，包括有浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動

機構(gòu)、盤片、主軸驅(qū)動裝置及前置讀

寫控制電路這幾個部份。

硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

將

硬

盤

面

板

揭

開

后

內(nèi)

部

結(jié)

構(gòu)

即

可

一

目

機

了

硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

■

細

看

硬

盤

內(nèi)

部

結(jié)

構(gòu)

。

浮動磁頭組件

■是硬盤中最精密的部位之一，它由讀寫磁頭、

傳動手臂、傳動軸三部份組成。

■磁頭是硬盤技術(shù)中最重要和關(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

了非接觸式頭、盤結(jié)構(gòu)，加后電在高速旋轉(zhuǎn)的

磁盤表面移動，與盤片之間的間隙只有0.1?

0.3pm,這樣可以獲得很好的數(shù)據(jù)傳輸率?，F(xiàn)

在轉(zhuǎn)速為7200RPM的硬盤間隙一般都低于0.3

pm,以利于讀取較大的高信噪比信號，提供數(shù)

據(jù)傳輸率的可靠性。

■分類

浮動磁頭組件

電磁線圈電機磁頭驅(qū)動小車

傳動軸

前置控制電路傳動手臂讀寫磁頭

磁頭驅(qū)動機構(gòu)

■盤硬的尋道是靠移動磁頭，而移動磁

頭則需要該機構(gòu)驅(qū)動才能實現(xiàn)。磁頭

驅(qū)動機構(gòu)由電磁線圈電機、磁頭驅(qū)動

小車、防震動裝置構(gòu)成，高精度的輕

型磁頭驅(qū)動機構(gòu)能夠?qū)Υ蓬^進行正確

的驅(qū)動和定位，并能在很短的時間內(nèi)

精確定位系統(tǒng)指令指定的磁道。

磁盤片

■盤片是硬盤存儲數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在硬

盤的盤片大多采用金屬薄膜材料，這

種金屬薄膜較軟盤的不連續(xù)顆粒載體

具有更高的存儲密度、高剩磁及高矯

正等優(yōu)點。另外，IBM還有一種被稱為

“玻璃盤片”的材料作為盤片基質(zhì)，

玻璃盤片比普通盤片在運行時具有更

好的穩(wěn)定性。硬盤的盤片是完全平整

的，簡直可以當鏡子使用。

磁盤片

磁盤片

■磁盤片表面上以磁盤片中心為圓心，

不同半徑的同心圓稱為磁道。

■不同磁盤片相同半徑的磁道所組成的

圓柱稱為柱面。

■磁盤片被分成許多扇形的區(qū)域，每個

區(qū)域叫一個扇區(qū)。

磁盤片

磁盤片

■磁盤片的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)按照磁道從低到高

可以分為5部分：

磁盤片

■MBR（MasterBootRecord,主引導記

錄），位于硬盤的0柱面、0磁頭、1扇

區(qū)的位置，被稱之為零磁道位置。它

由分區(qū)命令Fdisk產(chǎn)生的。MBR結(jié)束標

志為55AA。

磁盤片

■DBR（DOSBootRecord,Dos引導記

錄），該層位于硬盤的0柱面、1磁頭、

1扇區(qū)的位置，它是由格式化命令

Format產(chǎn)生的。DBR結(jié)束標志也是

55AAo

磁盤片

■FAT（FileAllocationTable,文件分配

表），位于硬盤的0柱面、1磁頭、2扇

區(qū)的位置，F(xiàn)AT表面大小由硬盤的容量

來決定。

磁盤片

■DIR（Directory,文件目錄），當在

DOS模式下輸入DIR后，屏幕上顯示的

內(nèi)容就是該區(qū)的內(nèi)容。

磁盤片

■DATA,數(shù)據(jù)層，主要負責硬盤中數(shù)據(jù)

的存放，當數(shù)據(jù)復制到硬盤時，數(shù)據(jù)

就存儲在這個區(qū)中。

■硬盤容量

=柱面數(shù)*扇區(qū)數(shù)*磁頭數(shù)*字節(jié)數(shù)/扇區(qū)

主軸組件

■主軸組件包括主軸部件如軸承和驅(qū)動電

機(馬達)等。隨著硬盤容量的擴大和

速度的提高，主軸電機的速度也在不斷

提升，有廠商開始采用精密機械工業(yè)的

液態(tài)軸承電機技術(shù)(FDB,FluidDynamic

Bearingmotors)o采用FDB電機不僅可以

使硬盤的工作噪音降低許多，而且還可

以增加硬盤的工作穩(wěn)定性。

主軸組件

前置控制電路

■前置電路控制磁頭感應的信號、主軸電

機調(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

操作指令的準確性。

硬盤接口類型

■IDE

有兩種傳輸方式：PIO、DMA

■SCSI

■兩者比較

硬盤的性能指標

■硬盤也是計算機的重要部件，同樣對計

算機的整體性能起著決定性的作用。我

們就介紹一下硬盤主要的性能指標。

主軸轉(zhuǎn)速

■硬盤的主軸轉(zhuǎn)速是決定硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸

率的決定因素之一，它在很大程度上決定

了硬盤的速度，同時也是區(qū)別硬盤檔次的

重要標志。

■從目前的情況來看，7200RPM的硬盤在國

內(nèi)市場已經(jīng)逐步取代了5400RPM硬盤的地

位，成為了主流，而更高轉(zhuǎn)速的硬盤，如

SCSI硬盤的主軸轉(zhuǎn)速已經(jīng)達到1OOOORPM

甚至15000RPM,但由于價格原因讓普通

用戶難以接受。

主軸轉(zhuǎn)速

■隨著硬盤轉(zhuǎn)速的提升,

會使硬盤的發(fā)熱量不

斷升高，若硬盤散發(fā)

的熱量不能及時地傳

導出去，硬盤就會升

溫。為此，可以在硬

盤上安裝一個硬盤散

熱風扇，增強散熱效

果。

jj

單碟容量

■因為標準硬盤的碟片數(shù)是有限的，靠增加

碟片來擴充容量滿足不斷增長的存儲容量

的需求是不可行的。只有提高每張碟片的

容量才能從根本上解決這個問題。

■單碟容量的一個重要意義在于提升硬盤的

數(shù)據(jù)傳輸速度。硬盤單碟容量的提高得益

于數(shù)據(jù)記錄密度的提高，而記錄密度同數(shù)

據(jù)傳輸率是成正比的，單碟容量越高，它

的數(shù)據(jù)傳輸率也將會越高。

高速緩存

■指在硬盤內(nèi)部的高速存儲器，硬盤的數(shù)

據(jù)被磁頭讀取后先存到硬盤上的緩存芯

片中，再由接口傳送給系統(tǒng)，緩存的容

量和速度都對硬盤速都有直接影響。

■目前硬盤的高速緩存一般為512KB?

2MB,最近出現(xiàn)的8MB緩存硬盤。

最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率

■也叫持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率（SustainedTransfer

Rate）,單位%Mb/s。它是指磁頭至硬盤

緩存間的最大數(shù)據(jù)傳輸率，一般取決于硬

盤的盤片轉(zhuǎn)速和盤片線密度（指同一磁道

上的數(shù)據(jù)容量）。

■注意，在這項指標中常常使用Mb/s或

Mbps為單位，這是兆位/秒的意思，如果

需要轉(zhuǎn)換成MB/s（兆字節(jié)/秒），就必須將

Mbps數(shù)據(jù)除以8（一字節(jié)8位數(shù)）o

外部數(shù)據(jù)傳輸率

■也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率(BurstData

TransferRate),它是指從硬盤緩沖區(qū)

讀取數(shù)據(jù)的速率，單位為MB/S。

■目前有UltraDMA/33、UltraDMA/66

和UltraDMA/1￡0三種，現(xiàn)在主流的

硬盤已經(jīng)全部采用UltraDMA/100技

術(shù)，外部數(shù)據(jù)傳輸率可達lOOMB/s。

尋道時間

■是指硬盤磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道而所

用的時間，單位為毫秒(ms)。尋道時間

又分為平均尋道時間和道間步進時間：

■平均尋道時間則為磁頭移動到正中間的

磁道需要的時間，單位為毫秒(ms)；

■道間步進時間表示磁頭從一個磁道轉(zhuǎn)移

至另一磁道的時間，單位為毫秒(ms)o

潛伏期

■表示當磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道后,

等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動(半圈或

多些、少些)到磁頭下的時間，其單

位為毫秒(ms)。

■平均潛伏期就是盤片轉(zhuǎn)半圈的時間。

全程訪問時間(平均訪問時間)

■指磁頭開始移動直到最后找到所需要的

數(shù)據(jù)塊所用的全部時間，單位為毫秒

(ms)o

■平均訪問時間指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平

均時間，單位為毫秒(ms)。通常是平均

尋道時間和平均潛伏時間之和。

連續(xù)無故障時間(MTBF)

■是指硬盤從開始運行到出現(xiàn)故障的最長時

間，單位是小時。一般硬盤的MTBF至少

在30,000小時以上。

新型磁頭技術(shù)

■MR（Magneto—ResistiveHead,磁阻磁

頭）技術(shù)可以更高的實際記錄密度、記

錄數(shù)據(jù)，從而增加硬盤容量，提高數(shù)據(jù)

吞吐率。

■GMR（GiantMagnetoResistive,巨型磁

阻磁頭）是利用特殊材料的電阻值隨磁

場變化的原理來讀取盤片上的數(shù)據(jù)，使

用了磁阻效應更好的材料和多層薄膜結(jié)

構(gòu)，從而可以實現(xiàn)更高的存儲密度。

S.M.A.R.T技術(shù)

■S.M.A.R.T（Self-Monitoring>Analysis&

ReportingTechnology,自動監(jiān)測、分析

和報告）技術(shù)可有效保護硬盤，使得硬盤

可以監(jiān)測和分析自己的工作狀態(tài)和性能,

并將其顯示出來。

SPS防震技術(shù)

■SPS（ShockProtectionSystem,震動保護

系統(tǒng)）是由昆騰公司開發(fā)，使硬盤在受到

撞擊時，保持磁頭不受震動，磁頭和磁

頭臂停泊在盤片上，沖擊能量被硬盤其

他部分吸收，這樣能有效地提高硬盤的

抗震性能，使硬盤在運輸、使用及安裝

的過程中最大限度地免受震動的損壞。

硬盤的工作模式

■硬盤的工作模式主要有三種，分別是:

■NORMAL

■LBA

■LARGE

NORMAL模式

■NORMAL（普通模式）是最早的IDE方

式，在硬盤訪問時，BIOS和IDE控制器

對參數(shù)不做任何轉(zhuǎn)換。該模式支持的最

大硬盤的容量為528MB。也就是說，在

此模式下，硬盤的實際物理容量再大，

也只能用到其中的528Mo

LBA模式

■LBA（LogicalBlockAddressing,邏輯塊

尋址模式）是一種克服528MB限制的新型

硬盤存取方法。在LBA模式下，設置的

柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)并不是實際硬

盤的物理參數(shù)。在訪問硬盤時，由IDE

控制器把由柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)確

定的邏輯地址轉(zhuǎn)換為實際硬盤的物理地

址。在LBA模式下，管理的硬盤空間可

達8.4GB。不過現(xiàn)在新主板可以使LBA

能支持100GB以上的硬盤。

LARGE模式

■LARGE（大規(guī)模管理模式）在硬盤的柱

面超過1024而又不為LBA支持時采用o

LARGE模式采用的方法是把柱面數(shù)除以

2,把磁頭數(shù)乘以2,使得某些硬盤的柱

面低于1024,但其結(jié)果總?cè)萘坎蛔?。?/p>

LARGE模式中，可支持的最大容量為

IGBo

ATA/100

■ATA/100是美國昆騰(Quantum)公司聯(lián)合幾大廠商

在原有的ATA/66基礎(chǔ)上推出的新一代接口類型，它

是昆騰公司在硬盤接口開發(fā)方面已經(jīng)申請專利的第

三代技術(shù)。這個接口已經(jīng)得到了英特爾公司和其他

一些第一流的芯片制造商的支持，目前也已被正式

確立為硬盤的下一代接口類型。其最大的特點及好

處就是將硬盤的最大外部數(shù)出專輸率提高到了

lOOMB/soATA/100硬盤也是采用40針的接口，并

且向下兼容，ATA/100還支持CRC錯誤檢測修正技

術(shù)，這可使用戶在享受高速度的同時保障用戶數(shù)據(jù)

的安全性及完整性。ATA/100(DMA100)標準于2000

年6月2日在美國正式確立。

ATA/133

■ATA/133是完全延續(xù)原來并行ATA的技術(shù)特

征，從根本上講，它與現(xiàn)在廣泛采用的

ATA/100沒有任何區(qū)別，只是將硬盤接口帶

寬拓寬到了133MB/S,更大的帶寬意味著系統(tǒng)

能支持更高的傳輸率。ATA/133的接口電纜

與ATA/100完全一樣，都是40針80芯的硬盤

線，它們都支持CRC冗余循環(huán)校正，都支持

S.M.A.R.T等。由于此種硬盤接口是由邁拓公

司獨立設立，所以邁拓所謂的FastDrive其實

也就是ATA/133的技術(shù)核心。

其它類型硬盤

移動硬盤

閃存

易盤Easydisk/優(yōu)盤Onlydisk

移動硬盤

■移動硬盤是重要的移動存儲設備，它具

有大容量，插拔簡便，安全性可靠性強,

讀寫速度較其他移動存儲設備快的特點O

隨著各種產(chǎn)品的逐漸上市，價格也逐漸

走低，移動硬盤越來越多的被人們所熟

知，并且由于使用、攜帶都很方便等特

點，破越來越多的人所接受。移動硬盤

主要采用了USB和IEEE1394兩種接口。

移動硬盤

■USB移動硬盤■IEEE1394移動硬盤

閃存

■閃存作為一種非易失性（簡單說就是在

不加電的情況下數(shù)據(jù)也不會丟失，區(qū)別

于目前常用的計算機內(nèi)存）的半導體存

儲芯片，之所以有這個名稱，只因為信

息在一瞬間（閃電式的，flash）被存儲

下來。它具有體積小、功耗低、不易受

物理破壞的優(yōu)點，是移動數(shù)碼產(chǎn)品的理

想存儲介質(zhì)。

閃存

■IomegaClick（PC卡）

■SONYMemoryStick（記憶棒）

■DIAMONDRIO（MP3播放器）

易盤Easydisk/優(yōu)盤Onlydisk

■易盤Easydisk和優(yōu)盤Onlydisk利用當前最為先

進的Flash閃存芯片為存儲介質(zhì)，這樣的存儲介

質(zhì)使其具備了防磁、防震、防潮的諸多特性，

大大加強了數(shù)據(jù)的安全性。這兩款產(chǎn)品防水的

性能可以說是達到了極限，將其放入水中后取

出晾干，數(shù)據(jù)仍可保證不丟失，而且重量僅僅

15克，體積有如口香糖一樣大小。

■易盤和優(yōu)盤以目前在PC機、筆記本電腦上普遍

流行的USB接口為傳輸通道，而且易盤無需驅(qū)

動器和驅(qū)動程序，即插即用，無需重新啟動計

算機，大大方便了廣大用戶的使用。

易盤Easydisk/優(yōu)盤Onlydisk

■易盤Easydisk■優(yōu)盤Onlydisk

常見硬盤介紹

IBM硬盤（現(xiàn)為日立）

邁拓（Maxtor）硬盤

希捷（Seagate）硬盤

西部數(shù)據(jù)（WesternDigital）硬盤

三星（Samsung）硬盤

IBM（現(xiàn)為日立）

IBM（現(xiàn)為日立）硬盤

邁拓（Maxtor）

邁拓（Maxtor）硬盤

希捷(Seagate)

希捷(Seagate)硬盤

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