第5章存儲(chǔ)器(硬盤(pán))

第5章存儲(chǔ)器(硬盤(pán))第一頁(yè)，共34頁(yè)。5.2硬盤(pán)認(rèn)識(shí)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器1硬盤(pán)結(jié)構(gòu)及工作原理2了解硬盤(pán)的分類及接口類型3掌握硬盤(pán)的技術(shù)指標(biāo)4了解硬盤(pán)故障及維修5教學(xué)目標(biāo)第二頁(yè)，共34頁(yè)。一、認(rèn)識(shí)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器

硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器（HardDiskDriver，HDD）是微機(jī)系統(tǒng)的基本外部存儲(chǔ)器，它的磁盤(pán)片是一般是硬質(zhì)合金圓片，并固定安裝在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部，所以簡(jiǎn)稱為硬盤(pán)。它的存儲(chǔ)容量大，速度快。硬盤(pán)至今仍是計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，并隨著存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，其容量由早期的10余MB發(fā)展到現(xiàn)在的幾百GB，使計(jì)算機(jī)具備了海量存儲(chǔ)的能力。第三頁(yè)，共34頁(yè)。一、認(rèn)識(shí)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器硬盤(pán)的特點(diǎn)硬盤(pán)的驅(qū)動(dòng)器和盤(pán)片是一個(gè)整體，硬盤(pán)的存儲(chǔ)介質(zhì)由若干個(gè)涂有磁粉的金屬圓盤(pán)片同軸疊加在一起構(gòu)成，硬盤(pán)的磁頭組與盤(pán)片是非接觸式，磁頭是漂浮在盤(pán)片上方的，因而硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速很快，常見(jiàn)有5400轉(zhuǎn)/分、7200轉(zhuǎn)/分和10000轉(zhuǎn)/分。硬盤(pán)是全封閉式，硬盤(pán)采用的密封式金屬外殼使硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器具備一定的強(qiáng)度，保護(hù)內(nèi)部的其它組件，密封式有助于防止灰塵進(jìn)入硬盤(pán)內(nèi)部。第四頁(yè)，共34頁(yè)。二、硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)（1）硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)：硬盤(pán)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)器、適配器和硬盤(pán)連接線纜構(gòu)成，其中適配器已集成在主板，所以從外觀上看硬盤(pán)由機(jī)械部分（也被稱為頭盤(pán)組件HDA）和電子電路部分構(gòu)成。（2）硬盤(pán)機(jī)械部分的組成：主要由密封式金屬外殼、硬盤(pán)片、讀寫(xiě)磁頭組、磁頭驅(qū)動(dòng)臂、主軸電機(jī)、音圈電機(jī)等構(gòu)成。如圖所示硬盤(pán)結(jié)構(gòu)圖。第五頁(yè)，共34頁(yè)。二、硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)硬盤(pán)外觀圖第六頁(yè)，共34頁(yè)。二、硬盤(pán)的外部結(jié)構(gòu)硬盤(pán)外觀圖控制電路電源接口跳線數(shù)據(jù)接口第七頁(yè)，共34頁(yè)。二、硬盤(pán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)磁盤(pán)片讀寫(xiě)磁頭組磁頭驅(qū)動(dòng)臂音圈電機(jī)磁頭伺服機(jī)構(gòu)主軸馬達(dá)第八頁(yè)，共34頁(yè)。二、硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)（1）硬盤(pán)的磁盤(pán)片盤(pán)片是由多張上下兩面涂有磁性氧化鐵的金屬圓盤(pán)片構(gòu)成一組，固定在主軸電機(jī)上，隨主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。盤(pán)片數(shù)量越多，硬盤(pán)的容量就越大。通常硬盤(pán)的盤(pán)片數(shù)量在三片左右，因此提高硬盤(pán)單碟容量是提高硬盤(pán)總體容量行之有效的辦法。第九頁(yè)，共34頁(yè)。二、硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)（2）讀寫(xiě)磁頭組讀寫(xiě)磁頭組是由每張盤(pán)片上下兩面的磁頭組成，并被固定在由音圈電機(jī)帶動(dòng)的磁頭驅(qū)動(dòng)臂上。在硬盤(pán)工作時(shí)，磁頭組沿盤(pán)片徑向運(yùn)動(dòng)，磁頭是與盤(pán)片非接觸的，漂浮在盤(pán)面上方，如因意外事故導(dǎo)致磁頭降落在盤(pán)面上，就可能劃傷盤(pán)片，使硬盤(pán)出現(xiàn)物理?yè)p壞，嚴(yán)重的會(huì)使硬盤(pán)報(bào)廢。第十頁(yè)，共34頁(yè)。二、硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)（3）主軸電機(jī)主軸電機(jī)是使盤(pán)片同步、高速、平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它可以使盤(pán)片以5400轉(zhuǎn)/分—10000轉(zhuǎn)/分的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。目前主流的普通硬盤(pán)轉(zhuǎn)速為7200轉(zhuǎn)/分，而用于服務(wù)器的SCSI硬盤(pán)轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)/分以上。第十一頁(yè)，共34頁(yè)。二、硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)（4）音圈電機(jī)音圈電機(jī)稱為啟動(dòng)電機(jī)，利用線圈磁場(chǎng)改變移動(dòng)并定位磁頭到指定盤(pán)片的磁道位置。（5）硬盤(pán)的控制電路用于對(duì)硬盤(pán)的控制、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)模轉(zhuǎn)換等，并提供硬盤(pán)與主板的接口，如IDE或SCSI接口。第十二頁(yè)，共34頁(yè)。三、硬盤(pán)的工作原理硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器在加電正常工作后，利用硬盤(pán)控制器（HDDController）進(jìn)行初始化工作，使磁頭置于盤(pán)片中心位置，然后主軸電機(jī)帶動(dòng)盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭組的磁頭驅(qū)動(dòng)臂移動(dòng)磁頭到盤(pán)片表面的0磁道上方，等待指令。當(dāng)接口電路接收到主機(jī)系統(tǒng)傳來(lái)的讀寫(xiě)操作指令后，通過(guò)前置放大電路，驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)發(fā)出磁信號(hào)，根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭對(duì)盤(pán)片數(shù)據(jù)進(jìn)行定位，并將接收到的數(shù)據(jù)信息解碼，再通過(guò)放大電路傳輸?shù)浇涌陔娐?，反饋給主機(jī)系統(tǒng)完成指令操作。第十三頁(yè)，共34頁(yè)。三、硬盤(pán)的工作原理硬盤(pán)的工作原理是利用特定的磁粒子的極性來(lái)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(xiě)的操作正好與此相反。視頻：硬盤(pán)工作過(guò)程第十四頁(yè)，共34頁(yè)。四、硬盤(pán)的分類及接口（1）硬盤(pán)可按安裝位置分類內(nèi)置式外置式（2）硬盤(pán)的接口類型：

◎IDE接口

◎

SCSI接口

◎SATA接口

◎

IEEE1394接口

◎

USB接口第十五頁(yè)，共34頁(yè)。四、硬盤(pán)的分類及接口（3）按硬盤(pán)尺寸大小分類

1.8英寸、2.5英寸、

3.5英寸、5.25英寸。

（4）按硬盤(pán)轉(zhuǎn)速分類：

4500轉(zhuǎn)、5400轉(zhuǎn)、7200轉(zhuǎn)和萬(wàn)轉(zhuǎn)。

（5）按硬盤(pán)緩存分為：

2M、8M、16M。第十六頁(yè)，共34頁(yè)。硬盤(pán)的接口IDE接口：

IDE（IntegratedDriveElectronics）叫集成驅(qū)動(dòng)器電子接口，也被稱為ATA接口，是硬盤(pán)主要的接口類型，，通常主板上的有兩個(gè)40芯的E-IDE插座，可支持四個(gè)IDE設(shè)備，標(biāo)有Primary的為主插座，標(biāo)有Secondary的為次插座。IDE接口的傳輸模式經(jīng)歷了由PIO模式、DMA模式到UltraDMA模式（簡(jiǎn)稱UDMA）三個(gè)階段。目前UltraDMA模式成為主流接口標(biāo)準(zhǔn)。主要有UltraATA33/66/100/133幾種標(biāo)準(zhǔn)，其高達(dá)傳輸速度每秒133MB。第十七頁(yè)，共34頁(yè)。硬盤(pán)的接口SCSI接口：與IDE接口從外觀就可區(qū)別，普通SCSI接口采用50芯扁平線纜，16位SCSI接口采用了68芯的扁平線纜。SCSI接口通?？芍С侄噙_(dá)15個(gè)設(shè)備，傳輸速度較E-IDE更高，其轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)/分以上，被廣泛應(yīng)用在服務(wù)器的硬盤(pán)接口上。第十八頁(yè)，共34頁(yè)。硬盤(pán)的接口IEEE1394接口：是為增強(qiáng)多媒體設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接性能而設(shè)計(jì)的高速串行總線，傳輸速率可以達(dá)到400Mbps，它的優(yōu)點(diǎn)在于一個(gè)400Mbps的火線通道上支持多達(dá)63個(gè)設(shè)備，即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，支持熱插拔等，但缺點(diǎn)是成本較高，多用于中、高端的視頻處理系統(tǒng)中。第十九頁(yè)，共34頁(yè)。硬盤(pán)的接口SATA接口：Serial-ATA被稱為串行接口，是一種較新的硬盤(pán)接口方式，它的傳輸速率達(dá)到150MB/s，SATA使用了相互干擾小的串行線路進(jìn)行信號(hào)傳輸，信號(hào)的清晰度較IDE更高，所以其工作頻率能夠提升較高。SATA接口方式正在成為硬盤(pán)的接口標(biāo)準(zhǔn)。SATA1.0傳輸速度為150MB/SSATA2.0傳輸速度為300MB/S第二十頁(yè)，共34頁(yè)。硬盤(pán)的接口SATA硬盤(pán)數(shù)據(jù)線SATA硬盤(pán)數(shù)據(jù)線連接第二十一頁(yè)，共34頁(yè)。硬盤(pán)的接口USB接口：是在1994年出現(xiàn)的通用串行總線，已發(fā)展到2.0版本，其帶寬高達(dá)480Mbps，優(yōu)點(diǎn)是一個(gè)USB接口理論上可連接多達(dá)127個(gè)USB設(shè)備，支持熱插拔，不占用系統(tǒng)IRQ資源，兼容性強(qiáng)，擴(kuò)展性好，但缺點(diǎn)是設(shè)備間通信效率較低，連接線纜長(zhǎng)度較短。第二十二頁(yè)，共34頁(yè)。硬盤(pán)的接口USB移動(dòng)硬盤(pán)USB移動(dòng)硬盤(pán)盒第二十三頁(yè)，共34頁(yè)。五、硬盤(pán)的技術(shù)參數(shù)（1）單碟容量是硬盤(pán)相當(dāng)重要的參數(shù)之一，一定程度上決定著硬盤(pán)的檔次高低。硬盤(pán)是由多個(gè)存儲(chǔ)碟片組合而成的，而單碟容量就是一個(gè)存儲(chǔ)碟所能存儲(chǔ)的最大數(shù)據(jù)量。硬盤(pán)單碟容量的增加不僅僅可以帶來(lái)硬盤(pán)總?cè)萘康奶嵘?，而且也有利于生產(chǎn)成本的控制，提高硬盤(pán)工作的穩(wěn)定性。第二十四頁(yè)，共34頁(yè)。在同等條件下，單碟容量的增加意味著要在同樣大小的盤(pán)片上建立更多的磁道數(shù)（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在盤(pán)片的磁道中），盤(pán)片磁道密度（單位面積上的磁道數(shù)）提高，代表著數(shù)據(jù)密度的提高，這樣在硬盤(pán)工作時(shí)盤(pán)片每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，磁頭所能讀出的數(shù)據(jù)就越多，所以在相同轉(zhuǎn)速的情況下，硬盤(pán)單碟容量越大其內(nèi)部數(shù)據(jù)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(shù)也有所提高，這樣硬盤(pán)尋道時(shí)間也會(huì)有所下降。

第二十五頁(yè)，共34頁(yè)。五、硬盤(pán)的技術(shù)參數(shù)（2）轉(zhuǎn)速硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速是指主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速，也是盤(pán)片的轉(zhuǎn)速，單位是（Round/Minute），即每分鐘圈數(shù)。硬盤(pán)的主軸轉(zhuǎn)速是決定硬盤(pán)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(pán)的速度，同時(shí)也是區(qū)別硬盤(pán)檔次的重要標(biāo)志。常見(jiàn)的硬盤(pán)轉(zhuǎn)速有：

5400R/M、7200R/M、

10000R/M、15000R/M第二十六頁(yè)，共34頁(yè)。五、硬盤(pán)的技術(shù)參數(shù)（3）平均尋道時(shí)間

它是指硬盤(pán)在接收到系統(tǒng)指令后，磁頭從開(kāi)始移動(dòng)到移動(dòng)至數(shù)據(jù)所在的磁道所花費(fèi)時(shí)間的平均值，它一定程度上體現(xiàn)硬盤(pán)讀取數(shù)據(jù)的能力，是影響硬盤(pán)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的重要參數(shù)，單位為毫秒（ms）?，F(xiàn)今主流的硬盤(pán)產(chǎn)品平均尋道時(shí)間都在在9ms左右。

第二十七頁(yè)，共34頁(yè)。五、硬盤(pán)的技術(shù)參數(shù)（4）平均潛伏時(shí)間

指當(dāng)磁頭移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在的磁道后，然后等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到磁頭下的時(shí)間，一般在2ms－6ms之間。

第二十八頁(yè)，共34頁(yè)。五、硬盤(pán)的技術(shù)參數(shù)平均訪問(wèn)時(shí)間指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時(shí)間，通常是平均尋道時(shí)間和平均潛伏時(shí)間之和。最能夠代表硬盤(pán)找到某一數(shù)據(jù)所用的時(shí)間，越短的平均訪問(wèn)時(shí)間越好，一般在11ms－18ms之間。注意：現(xiàn)在不少硬盤(pán)廣告之中所說(shuō)的平均訪問(wèn)時(shí)間大部分都是用平均尋道時(shí)間所代替的。第二十九頁(yè)，共34頁(yè)。五、硬盤(pán)的技術(shù)參數(shù)（5）數(shù)據(jù)傳輸率：根據(jù)數(shù)據(jù)交接方的不同又分外部與內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率。內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率是指磁頭與緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，外部數(shù)據(jù)傳輸率是指緩沖區(qū)與主機(jī)(即內(nèi)存)之間的數(shù)據(jù)傳輸率。外部數(shù)據(jù)傳輸率上限取決于硬盤(pán)的接口，目前流行的UltraATA-133接口即代表外部DTR最高理論值可達(dá)133MB/s，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率則是硬盤(pán)的真正數(shù)據(jù)傳輸能力，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率遠(yuǎn)小于外部數(shù)據(jù)傳輸率。第三十頁(yè)，共34頁(yè)。五、硬盤(pán)的技術(shù)參數(shù)（6）緩存容量：是指硬盤(pán)內(nèi)部數(shù)據(jù)高速緩沖存儲(chǔ)器的大小，如512KB、1MB、2MB、8M等。用以提高硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度，硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度速度比內(nèi)存慢，內(nèi)存比CPU慢，因此需要高速緩存來(lái)緩解各環(huán)節(jié)速度不匹配的問(wèn)題。（7）平均無(wú)故障時(shí)間

100-150萬(wàn)小時(shí)