第五章存儲器(硬盤)

1、第第5 5章章 存儲器存儲器計算機組裝與維護5.2 5.2 硬硬 盤盤認識硬盤驅動器認識硬盤驅動器1硬盤結構及工作原理硬盤結構及工作原理2了解硬盤的分類及接口類型了解硬盤的分類及接口類型3掌握硬盤的技術指標掌握硬盤的技術指標4了解硬盤故障及維修了解硬盤故障及維修5教學目標計算機組裝與維護一、認識硬盤驅動器一、認識硬盤驅動器 硬盤驅動器（硬盤驅動器（Hard Disk DriverHard Disk Driver，HDDHDD）是微機系統的基本外部存儲器，它的磁盤片是是微機系統的基本外部存儲器，它的磁盤片是一般是硬質合金圓片，并固定安裝在驅動器內一般是硬質合金圓片，并固定安裝在驅動器內部，所以簡

2、稱為硬盤。部，所以簡稱為硬盤。 它的存儲容量大，速度快。硬盤至今仍是它的存儲容量大，速度快。硬盤至今仍是計算機的標準配置，并隨著存儲技術的發(fā)展，計算機的標準配置，并隨著存儲技術的發(fā)展，其容量由早期的其容量由早期的1010余余MBMB發(fā)展到現在的幾百發(fā)展到現在的幾百GBGB，使計算機具備了海量存儲的能力。使計算機具備了海量存儲的能力。 計算機組裝與維護一、認識硬盤驅動器一、認識硬盤驅動器硬盤的特點硬盤的特點 硬盤的驅動器和盤片是一個整體，硬盤的硬盤的驅動器和盤片是一個整體，硬盤的存儲介質由若干個涂有磁粉的金屬圓盤片同軸存儲介質由若干個涂有磁粉的金屬圓盤片同軸疊加在一起構成，硬盤的磁頭組與盤片是非

3、接疊加在一起構成，硬盤的磁頭組與盤片是非接觸式，磁頭是漂浮在盤片上方的，因而硬盤的觸式，磁頭是漂浮在盤片上方的，因而硬盤的轉速很快，常見有轉速很快，常見有54005400轉轉/ /分、分、72007200轉轉/ /分和分和1000010000轉轉/ /分。分。 硬盤是全封閉式，硬盤采用的密封式金屬硬盤是全封閉式，硬盤采用的密封式金屬外殼使硬盤驅動器具備一定的強度，保護內部外殼使硬盤驅動器具備一定的強度，保護內部的其它組件，密封式有助于防止灰塵進入硬盤的其它組件，密封式有助于防止灰塵進入硬盤內部。內部。計算機組裝與維護二、硬盤的結構二、硬盤的結構（1 1）硬盤的結構：）硬盤的結構： 硬盤系統由驅

4、動器、適配器和硬盤連接線硬盤系統由驅動器、適配器和硬盤連接線纜構成，其中適配器已集成在主板，所以從外纜構成，其中適配器已集成在主板，所以從外觀上看硬盤由機械部分（也被稱為頭盤組件觀上看硬盤由機械部分（也被稱為頭盤組件HDAHDA）和電子電路部分構成。和電子電路部分構成。（2 2）硬盤機械部分的組成：）硬盤機械部分的組成： 主要由密封式金屬外殼、硬盤片、讀寫磁主要由密封式金屬外殼、硬盤片、讀寫磁頭組、磁頭驅動臂、主軸電機、音圈電機等構頭組、磁頭驅動臂、主軸電機、音圈電機等構成。如圖所示硬盤結構圖。成。如圖所示硬盤結構圖。計算機組裝與維護二、硬盤的結構二、硬盤的結構硬盤外觀圖硬盤外觀圖 計算機組裝

5、與維護二、硬盤的外部結構二、硬盤的外部結構硬盤外觀圖硬盤外觀圖 控制電路控制電路電源接口電源接口跳線跳線數據接口數據接口計算機組裝與維護二、硬盤的內部結構二、硬盤的內部結構磁盤片磁盤片讀寫磁頭組讀寫磁頭組磁頭驅動臂磁頭驅動臂音圈電機音圈電機磁頭伺服機構磁頭伺服機構主軸馬達主軸馬達計算機組裝與維護二、硬盤的結構二、硬盤的結構（1 1）硬盤的磁盤片）硬盤的磁盤片 盤片是由多張上下兩面涂有磁性氧盤片是由多張上下兩面涂有磁性氧化鐵的金屬圓盤片構成一組，固定在主化鐵的金屬圓盤片構成一組，固定在主軸電機上，隨主軸電機轉動。盤片數量軸電機上，隨主軸電機轉動。盤片數量越多，硬盤的容量就越大。通常硬盤的越多，硬

6、盤的容量就越大。通常硬盤的盤片數量在三片左右，因此提高硬盤單盤片數量在三片左右，因此提高硬盤單碟容量是提高硬盤總體容量行之有效的碟容量是提高硬盤總體容量行之有效的辦法。辦法。計算機組裝與維護二、硬盤的結構二、硬盤的結構（2 2）讀寫磁頭組）讀寫磁頭組 讀寫磁頭組是由每張盤片上下兩面的讀寫磁頭組是由每張盤片上下兩面的磁頭組成，并被固定在由音圈電機帶動的磁頭組成，并被固定在由音圈電機帶動的磁頭驅動臂上。在硬盤工作時，磁頭組沿磁頭驅動臂上。在硬盤工作時，磁頭組沿盤片徑向運動，磁頭是與盤片非接觸的，盤片徑向運動，磁頭是與盤片非接觸的，漂浮在盤面上方，如因意外事故導致磁頭漂浮在盤面上方，如因意外事故導致

7、磁頭降落在盤面上，就可能劃傷盤片，使硬盤降落在盤面上，就可能劃傷盤片，使硬盤出現物理損壞，嚴重的會使硬盤報廢。出現物理損壞，嚴重的會使硬盤報廢。計算機組裝與維護二、硬盤的結構二、硬盤的結構（3 3）主軸電機）主軸電機 主軸電機是使盤片同步、高速、平穩(wěn)主軸電機是使盤片同步、高速、平穩(wěn)旋轉的驅動電機，它可以使盤片以旋轉的驅動電機，它可以使盤片以54005400轉轉/ /分分1000010000轉轉/ /分的速度轉動。目前主流分的速度轉動。目前主流的普通硬盤轉速為的普通硬盤轉速為72007200轉轉/ /分，而用于服分，而用于服務器的務器的SCSISCSI硬盤轉速在硬盤轉速在1000010000轉轉

8、/ /分以上。分以上。計算機組裝與維護二、硬盤的結構二、硬盤的結構（4 4）音圈電機）音圈電機 音圈電機稱為啟動電機，利用線圈磁音圈電機稱為啟動電機，利用線圈磁場改變移動并定位磁頭到指定盤片的磁道場改變移動并定位磁頭到指定盤片的磁道位置。位置。（5 5）硬盤的控制電路）硬盤的控制電路 用于對硬盤的控制、數據傳輸和數模用于對硬盤的控制、數據傳輸和數模轉換等，并提供硬盤與主板的接口，如轉換等，并提供硬盤與主板的接口，如IDEIDE或或SCSISCSI接口。接口。計算機組裝與維護三、硬盤的工作原理三、硬盤的工作原理硬盤驅動器在加電正常工作后，利用硬盤控制器硬盤驅動器在加電正常工作后，利用硬盤控制器（

9、HDD ControllerHDD Controller）進行初始化工作，使磁頭置于盤片）進行初始化工作，使磁頭置于盤片中心位置，然后主軸電機帶動盤片高速旋轉，裝載磁頭中心位置，然后主軸電機帶動盤片高速旋轉，裝載磁頭組的磁頭驅動臂移動磁頭到盤片表面的組的磁頭驅動臂移動磁頭到盤片表面的0 0磁道上方，等磁道上方，等待指令。當接口電路接收到主機系統傳來的讀寫操作指待指令。當接口電路接收到主機系統傳來的讀寫操作指令后，通過前置放大電路，驅動音圈電機發(fā)出磁信號，令后，通過前置放大電路，驅動音圈電機發(fā)出磁信號，根據感應阻值變化的磁頭對盤片數據進行定位，并將接根據感應阻值變化的磁頭對盤片數據進行定位，并將

10、接收到的數據信息解碼，再通過放大電路傳輸到接口電路，收到的數據信息解碼，再通過放大電路傳輸到接口電路，反饋給主機系統完成指令操作。反饋給主機系統完成指令操作。 計算機組裝與維護三、硬盤的工作原理三、硬盤的工作原理視頻：硬盤工作過程計算機組裝與維護四、硬盤的分類及接口四、硬盤的分類及接口（1 1）硬盤可按安裝位置分類）硬盤可按安裝位置分類 內置式內置式 外置式外置式（2 2）硬盤的接口類型：）硬盤的接口類型： IDEIDE接口接口 SCSISCSI接口接口 SATASATA接口接口 IEEE 1394IEEE 1394接口接口 USBUSB接口接口計算機組裝與維護四、硬盤的分類及接口四、硬盤的分

11、類及接口（3 3）按硬盤尺寸大小分類）按硬盤尺寸大小分類 1.81.8英寸、英寸、 2.52.5英寸、英寸、 3.53.5英寸、英寸、 5.255.25英寸。英寸。 （4 4）按硬盤轉速分類：）按硬盤轉速分類： 45004500轉、轉、54005400轉、轉、72007200轉和萬轉。轉和萬轉。 （5 5）按硬盤緩存分為：）按硬盤緩存分為： 2M2M、8M8M、16M16M。 計算機組裝與維護硬盤的接口硬盤的接口v IDEIDE接口：接口： IDEIDE（Integrated Drive ElectronicsIntegrated Drive Electronics）叫）叫集成驅動器電子接口，

12、也被稱為集成驅動器電子接口，也被稱為ATAATA接口，是硬接口，是硬盤主要的接口類型，通常主板上的有兩個盤主要的接口類型，通常主板上的有兩個4040芯的芯的E-IDEE-IDE插座，可支持四個插座，可支持四個IDEIDE設備，標有設備，標有PrimaryPrimary的為主插座，標有的為主插座，標有SecondarySecondary的為次插的為次插座。座。IDEIDE接口的傳輸模式經歷了由接口的傳輸模式經歷了由PIOPIO模式、模式、DMADMA模式到模式到Ultra DMAUltra DMA模式（簡稱模式（簡稱UDMAUDMA）三個階段。）三個階段。目前目前Ultra DMAUltra D

13、MA模式成為主流接口標準。模式成為主流接口標準。主要有主要有Ultra ATA 33/66/100/133Ultra ATA 33/66/100/133幾種標準，幾種標準，其高達傳輸速度每秒其高達傳輸速度每秒133MB133MB。計算機組裝與維護硬盤的接口硬盤的接口vSCSISCSI接口：接口：與與IDEIDE接口從外觀就可區(qū)別，普通接口從外觀就可區(qū)別，普通SCSISCSI接口接口采用采用5050芯扁平線纜，芯扁平線纜，1616位位SCSISCSI接口采用了接口采用了6868芯芯的扁平線纜。的扁平線纜。SCSISCSI接口通?？芍С侄噙_接口通?？芍С侄噙_1515個設個設備，傳輸速度較備，傳輸速

14、度較E-IDEE-IDE更高，其轉速在更高，其轉速在1000010000轉轉/ /分以上，被廣泛應用在服務器的硬盤接口上。分以上，被廣泛應用在服務器的硬盤接口上。計算機組裝與維護硬盤的接口硬盤的接口vIEEE 1394IEEE 1394接口：是為增強多媒體設備接口：是為增強多媒體設備與計算機連接性能而設計的高速串行總與計算機連接性能而設計的高速串行總線，傳輸速率可以達到線，傳輸速率可以達到400Mbps400Mbps，它的，它的優(yōu)點在于一個優(yōu)點在于一個400Mbps400Mbps的火線通道上支的火線通道上支持多達持多達6363個設備，即時數據傳輸，支持個設備，即時數據傳輸，支持熱插拔等，但缺點

15、是成本較高，多用于熱插拔等，但缺點是成本較高，多用于中、高端的視頻處理系統中。中、高端的視頻處理系統中。計算機組裝與維護硬盤的接口硬盤的接口vSATASATA接口：接口：Serial-ATASerial-ATA被稱為串行接口，被稱為串行接口，是一種較新的硬盤接口方式，它的傳輸是一種較新的硬盤接口方式，它的傳輸速率達到速率達到150MB/s150MB/s，SATASATA使用了相互干使用了相互干擾小的串行線路進行信號傳輸，信號的擾小的串行線路進行信號傳輸，信號的清晰度較清晰度較IDEIDE更高，所以其工作頻率能更高，所以其工作頻率能夠提升較高。夠提升較高。SATASATA接口方式正在成為硬接口方

16、式正在成為硬盤的接口標準。盤的接口標準。vSATA 1.0 SATA 1.0 傳輸速度為傳輸速度為150MB/S150MB/SvSATA 2.0 SATA 2.0 傳輸速度為傳輸速度為300MB/S300MB/S計算機組裝與維護硬盤的接口硬盤的接口SATA硬盤數據線 SATA硬盤數據線連接 計算機組裝與維護硬盤的接口硬盤的接口vUSBUSB接口：是在接口：是在19941994年出現的通用串行年出現的通用串行總線，已發(fā)展到總線，已發(fā)展到2.02.0版本，其帶寬高達版本，其帶寬高達480Mbps480Mbps，優(yōu)點是一個，優(yōu)點是一個USBUSB接口理論上可接口理論上可連接多達連接多達127127個

17、個USBUSB設備，支持熱插拔，設備，支持熱插拔，不占用系統不占用系統IRQIRQ資源，兼容性強，擴展資源，兼容性強，擴展性好，但缺點是設備間通信效率較低，性好，但缺點是設備間通信效率較低，連接線纜長度較短。連接線纜長度較短。 計算機組裝與維護硬盤的接口硬盤的接口USB移動硬盤 USB移動硬盤盒 計算機組裝與維護五、硬盤的技術參數五、硬盤的技術參數（1 1）單碟容量）單碟容量是硬盤相當重要的參數之一，一定程度上決是硬盤相當重要的參數之一，一定程度上決定著硬盤的檔次高低。硬盤是由多個存儲碟片定著硬盤的檔次高低。硬盤是由多個存儲碟片組合而成的，而單碟容量就是一個存儲碟所能組合而成的，而單碟容量就是

18、一個存儲碟所能存儲的最大數據量。存儲的最大數據量。 硬盤單碟容量的增加不僅僅可以帶來硬盤總硬盤單碟容量的增加不僅僅可以帶來硬盤總容量的提升，而且也有利于生產成本的控制，容量的提升，而且也有利于生產成本的控制，提高硬盤工作的穩(wěn)定性。提高硬盤工作的穩(wěn)定性。計算機組裝與維護v在同等條件下，單碟容量的增加意味著要在在同等條件下，單碟容量的增加意味著要在同樣大小的盤片上建立更多的磁道數（數據同樣大小的盤片上建立更多的磁道數（數據存儲在盤片的磁道中），盤片磁道密度（單存儲在盤片的磁道中），盤片磁道密度（單位面積上的磁道數）提高，代表著數據密度位面積上的磁道數）提高，代表著數據密度的提高，這樣在硬盤工作時盤

19、片每轉動一周，的提高，這樣在硬盤工作時盤片每轉動一周，磁頭所能讀出的數據就越多，所以在相同轉磁頭所能讀出的數據就越多，所以在相同轉速的情況下，硬盤單碟容量越大其內部數據速的情況下，硬盤單碟容量越大其內部數據傳輸速率就越快。另外單碟容量的提高使單傳輸速率就越快。另外單碟容量的提高使單位面積上的磁道條數也有所提高，這樣硬盤位面積上的磁道條數也有所提高，這樣硬盤尋道時間也會有所下降。尋道時間也會有所下降。計算機組裝與維護五、硬盤的技術參數五、硬盤的技術參數（2 2）轉速）轉速 硬盤的轉速是指主軸電機的轉速，也是盤硬盤的轉速是指主軸電機的轉速，也是盤片的轉速，單位是（片的轉速，單位是（Round/Mi

20、nuteRound/Minute），即每分），即每分鐘圈數。鐘圈數。 硬盤的主軸轉速是決定硬盤內部數據傳輸硬盤的主軸轉速是決定硬盤內部數據傳輸率的決定因素之一，它在很大程度上決定了硬率的決定因素之一，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。盤的速度，同時也是區(qū)別硬盤檔次的重要標志。 常見的硬盤轉速有：常見的硬盤轉速有： 5400 R/M5400 R/M、 7200 R/M7200 R/M、 10000 R/M 10000 R/M 、15000 R/M15000 R/M計算機組裝與維護五、硬盤的技術參數五、硬盤的技術參數（3 3）平均尋道時間）平均尋道時間 它是指硬盤在接

21、收到系統指令后，磁頭從它是指硬盤在接收到系統指令后，磁頭從開始移動到移動至數據所在的磁道所花費時間開始移動到移動至數據所在的磁道所花費時間的平均值，它一定程度上體現硬盤讀取數據的的平均值，它一定程度上體現硬盤讀取數據的能力，是影響硬盤內部數據傳輸率的重要參數，能力，是影響硬盤內部數據傳輸率的重要參數，單位為毫秒（單位為毫秒（msms）?，F今主流的硬盤產品平均）。現今主流的硬盤產品平均尋道時間都在在尋道時間都在在9ms9ms左右。左右。計算機組裝與維護五、硬盤的技術參數五、硬盤的技術參數（4 4）平均潛伏時間）平均潛伏時間 指當磁頭移動到數據所在的磁道后，然后指當磁頭移動到數據所在的磁道后，然后

22、等待所要的數據塊繼續(xù)轉動到磁頭下的時間，等待所要的數據塊繼續(xù)轉動到磁頭下的時間，一般在一般在2ms2ms6ms6ms之間。之間。 計算機組裝與維護五、硬盤的技術參數五、硬盤的技術參數v平均訪問時間平均訪問時間v指磁頭找到指定數據的平均時間，通常是平指磁頭找到指定數據的平均時間，通常是平均尋道時間和平均潛伏時間之和。最能夠代均尋道時間和平均潛伏時間之和。最能夠代表硬盤找到某一數據所用的時間，越短的平表硬盤找到某一數據所用的時間，越短的平均訪問時間越好，一般在均訪問時間越好，一般在11ms11ms18ms18ms之間。之間。注意：現在不少硬盤廣告之中所說的平均訪注意：現在不少硬盤廣告之中所說的平均

23、訪問時間大部分都是用平均尋道時間所代替的。問時間大部分都是用平均尋道時間所代替的。 計算機組裝與維護五、硬盤的技術參數五、硬盤的技術參數（5 5）數據傳輸率：）數據傳輸率：根據數據交接方的不同又分外部與內部數據傳輸率。根據數據交接方的不同又分外部與內部數據傳輸率。v內部數據傳輸率內部數據傳輸率是指磁頭與緩沖區(qū)之間的數據傳是指磁頭與緩沖區(qū)之間的數據傳輸率，輸率，v外部數據傳輸率外部數據傳輸率是指緩沖區(qū)與主機是指緩沖區(qū)與主機( (即內存即內存) )之間之間的數據傳輸率。的數據傳輸率。 外部數據傳輸率上限取決于硬盤的接口，目前外部數據傳輸率上限取決于硬盤的接口，目前流行的流行的Ultra ATA-1

24、33Ultra ATA-133接口即代表外部接口即代表外部DTRDTR最高理論最高理論值可達值可達133MB/s133MB/s，內部數據傳輸率則是硬盤的真正，內部數據傳輸率則是硬盤的真正數據傳輸能力，內部數據傳輸率遠小于外部數據傳數據傳輸能力，內部數據傳輸率遠小于外部數據傳輸率。輸率。計算機組裝與維護五、硬盤的技術參數五、硬盤的技術參數（6 6）緩存容量：）緩存容量： 是指硬盤內部數據高速緩沖存儲器的大小，是指硬盤內部數據高速緩沖存儲器的大小，如如512KB512KB、1MB1MB、2MB2MB、8M8M等。用以提高硬盤的讀等。用以提高硬盤的讀寫速度，硬盤的讀寫速度速度比內存慢，內存寫速度，硬盤的讀寫速度速度比內存慢，內存比比CPUCPU慢，因此需要高速緩存來緩解各環(huán)節(jié)速度慢，因此需要高速緩存來緩解各環(huán)節(jié)速度不匹配的問題。不匹配的問題