存儲設備硬盤驅動器

存儲設備硬盤驅動器第1頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一3.1硬盤驅動器第2頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一主要內(nèi)容硬盤概述硬盤的組成硬盤的分類硬盤的性能指標參數(shù)硬盤的應用第3頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一重點與難點12硬盤的組成與性能參數(shù)硬盤的應用（選購、安裝、測試）ThemeGalleryisaDesignDigitalContent&ContentsmalldevelopedbyGuildDesignInc.第4頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一硬盤概述1．硬盤簡介硬盤驅動器簡稱硬盤(英文是“Hard-Disk”，簡稱HD)，是微機中最常使用的外部存儲設備，是一種存儲量巨大的設備。作用是存儲計算機運行時需要的數(shù)據(jù)和大量信息，是微機中容量最大、使用最頻繁的存儲設備。硬盤的存儲介質是若干個剛性磁盤片，硬盤也由此得名。與CPU、主板、顯卡這一類主要依靠半導體技術的產(chǎn)品不同，硬盤是機械技術、材料技術、電磁技術和半導體技術等多方面頂尖技術的綜合產(chǎn)品，其發(fā)展速度相對緩慢。

第5頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一2.硬盤的發(fā)展歷程與未來2005年開始大量采用磁盤垂直寫入技術

1970年到1991年，硬盤盤片的儲存密度以每年25%~30%的速度增長

IBM的IBM350RAMAC是現(xiàn)代硬盤的雛形

日立2010年推5000G硬盤等同半個人腦存儲量

第6頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一1956年3月IBM推出了第一臺硬盤

1973年IBM推出了采用"溫徹斯特"技術的硬盤

1989年IBM發(fā)明了MR磁阻技術

1991年IBM推出了1GB容量的硬盤

1993年GMR(巨磁阻磁頭技術)推出

第7頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一溫徹斯特技術特點特點1部件全部密封特點2內(nèi)部磁片固定并高速運轉特點3磁片表面光滑特點4磁頭不與磁片直接接觸第8頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

以下是近年來關于硬盤容量和單位價格的趣味數(shù)字

1995年200MB～400MB大于4000元/GB

1996年1.2GB～2.1GB1500元～2000/GB

1998年1.2GB～2.1GB200元～250元/GB

2000年4.3GB～6.4GB40元/GB

2002年10GB～20GB20元/GB

2004年40GB～80GB6.9元/GB

2005年80GB～160GB4.5元/GB

2006年80GB～250GB3.8元/GB

2008年160GB～1.5TB0.8元/GB

第9頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一固態(tài)硬盤一種是采用閃存（FLASH芯片）作為存儲介質.一種是采用DRAM作為存儲介質。

固態(tài)硬盤（SolidStateDisk、IDEFLASHDISK）是由控制單元和存儲單元（FLASH芯片）組成，簡單的說就是用固態(tài)電子存儲芯片陣列而制成的硬盤。固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的相同，在產(chǎn)品外形和尺寸上也與普通硬盤一致。第10頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一固態(tài)硬盤的特點12345價格高比常規(guī)硬盤重量輕便讀寫速度比較快

經(jīng)久耐用、防震抗摔

工作時非常安靜，沒有任何噪音

第11頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一硬盤的組成與工作原理硬盤的組成硬盤的工作原理第12頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一6.2.1硬盤的外觀

正面

反面硬盤的正面貼著硬盤的標簽，上面標有硬盤的生產(chǎn)廠家、轉速、容量、工作電壓等信息，如圖所示從外觀上看，硬盤具有金屬外殼，其背面裸露著控制芯片、電阻等電子元件，如圖所示。第13頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一硬盤的內(nèi)部結構第14頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

第15頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一硬盤內(nèi)部結構

4接口及附件.1固定面板3盤頭組件2控制電路板第16頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一盤頭組件盤頭組件(HDA，HardDiskAssembly)是構成硬盤的核心，封裝在硬盤的凈化腔內(nèi)。包括浮動磁頭組件、磁頭驅動機構、盤片及主軸驅動機構、前置讀寫控制電路等，如圖所示。第17頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一盤頭組件結構圖

第18頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一1.浮動磁頭組件讀寫磁頭傳動桿傳動軸.浮動磁頭組件

PART1

PART2

PART3第19頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

第20頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一磁頭部件磁頭是硬盤技術最重要和最關鍵的一環(huán)，實際上是集成工藝制成的多個磁頭的組合，它采用了非接觸式結構，加電后在高速旋轉的磁盤表面飛行，飛高間隙只有0.1μm～0.3μm，可以獲得極高的數(shù)據(jù)傳輸率。第21頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一磁頭第22頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一2．磁頭驅動機構磁頭驅動機構由音圈電機、磁頭驅動小車組成。新型大容量硬盤還具有高效的防震動機構。第23頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

第24頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

第25頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一3.盤片和主軸組件盤片是硬盤存儲數(shù)據(jù)的載體，盤片大都采用金屬薄膜磁盤，這種金屬薄膜比軟磁盤的不連續(xù)顆粒載體具有更高的記錄密度，同時還具有高剩磁和高矯頑力的特點。主軸組件包括主軸部件，如軸承和驅動電機等。液態(tài)軸承電機無磨損，壽命無限長，是目前超高速硬盤的發(fā)展趨勢。第26頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一盤片當磁盤旋轉時，若磁頭都保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁盤表面上劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫磁道磁盤上的每個磁道被等分為若干個弧度，這些弧度便是磁盤的扇區(qū)磁盤通常由重疊的一組盤片構成，每個盤片上半徑相同的磁道處于同一圓柱面上，稱之為硬盤的柱面第27頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一第28頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一盤片容量柱面扇區(qū)盤面=盤面數(shù)×柱面數(shù)×扇區(qū)數(shù)×512B容量第29頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一4．前置控制電路

前置放大電路控制磁頭感應的信號、主軸電機調速、磁頭驅動和伺服定位等。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。第30頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

第31頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一工作原理初始化工作狀態(tài)當硬盤驅動器加電正常工作后，利用控制電路中的單片機初始化模塊進行初始化工作，初始化完成后主軸電機將啟動并高速旋轉，裝載磁頭的小車機構移動，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)。硬盤的工作原理非常復雜，在這里我們以硬盤的一個工作流程來講述硬盤的工作原理。接收到微機系統(tǒng)傳來的指令信號時，該指令信號通過前置放大控制電路，驅動音圈電機發(fā)出磁信號，根據(jù)感應阻值變化的磁頭對盤片數(shù)據(jù)進行正確定位并將接收后的數(shù)據(jù)信息解碼，然后通過放大控制電路傳輸?shù)浇涌陔娐?，反饋給主機系統(tǒng)以完成指令操作。第32頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一硬盤驅動器的分類1．按盤徑尺寸分類目前的硬盤產(chǎn)品按內(nèi)部盤徑尺寸分為5.25in、3.5in、2.5in、1.8in、1in等幾種。

5.25in硬盤已經(jīng)退出市場；

3.5in硬盤主要用在臺式機中；

2.5in硬盤主要用在筆記本電腦中；

1.8in和1in硬盤主要用在小型筆記本電腦、PDA、MP3、CF卡中，被稱為微硬盤。第33頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

第34頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一2．按接口類型分類（1）IDE接口

IDE是智能驅動設備（IntelligentDriveElectronics）或集成驅動設備（IntegratedDriveElectronics）的縮寫。

IDE接口硬盤采用ATA（AdvancedTechnologyAttachment）規(guī)范，因此一般也稱IDE硬盤為ATA硬盤。第35頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一IDE接口

第36頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一2000年Intel發(fā)布SATA接口技術，現(xiàn)在SATA硬盤已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的PATA硬盤，成為市場上的主流。

SATA1.0數(shù)據(jù)傳輸速率的有效帶寬峰值為150MB/s。

SATA2.0標準的數(shù)據(jù)傳輸速率為300MB/s。

SATA3.0標準的數(shù)據(jù)傳輸速率為600MB/s。目前硬盤實際應用的最新SATA版本是SATA2.5。（2）SerialATA（簡稱SATA）接口第37頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一SATA接口

第38頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一（3）SCSI接口

SCSI（SmallComputerSystemInterface，小型計算機系統(tǒng)接口）最早研制于1979年，最初是為小型計算機研制的一種接口技術，但隨著計算機技術的發(fā)展，現(xiàn)在它被完全移植到了普通微機上。SCSI規(guī)范發(fā)展到今天，已經(jīng)是第6代技術了，從剛創(chuàng)建的SCSI（8位）、WideSCSI（8位）、UltraWideSCSI（8位/16位）、UltraWideSCSI2（16位）、Ultra160SCSI（16位）到今天的Ultra320SCSI，數(shù)據(jù)傳輸速率從1.2MB/s發(fā)展到現(xiàn)在的320MB/s，有了質的飛躍。SCSI硬盤同樣也發(fā)展到了第6代產(chǎn)品。第39頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一SCSI接口第40頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一3．按存儲技術分類傳統(tǒng)的硬盤采用IBM的溫徹斯特（Winchester）技術，而新型的硬盤采用半導體存儲技術，即固態(tài)硬盤（Solid-StateDisk，SSD）。三星電子、TDK、Sandisk、PQI、A-Data等公司通過Flash芯片制造了32GB、64GB、128GB等容量，采用IDE、SATA接口的SSD固態(tài)硬盤，這種產(chǎn)品主要用在小型筆記本電腦（UMPC）、平板電腦（TabletPC）等市場。第41頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一固態(tài)硬盤第42頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一6.4硬盤的主要性能指標

容量轉速道至道時間平均潛伏期平均尋道時間14253全程訪問時間6第43頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一6.4硬盤的主要性能指標

平均訪問時間最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率硬盤表面溫度外部數(shù)據(jù)傳輸速率高速緩存7108119平均故障間隔時間12第44頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一1.容量(Capacity)硬盤容量的單位為MB或GB。目前，主流硬盤的容量一般為80GB～2TB。影響硬盤容量的因素為單盤容量和盤片數(shù)量。

注意在計算機中1GB=1024MB，而硬盤廠家通常按照1GB=1000MB換算。第45頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一2.平均尋道時間(AverageSeekTime)硬盤的平均尋道時間是指硬盤的磁頭從初始位置移動到盤面指定的磁道所需的時間，單位為ms(毫秒)，這個時間是影響硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率的重要參數(shù)。

注意硬盤讀取數(shù)據(jù)時，要經(jīng)過一個平均尋道時間和一個平均等待時間，即平均訪問時間=平均尋道時間+平均等待時間第46頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一3.轉速(RotationalSpeed)硬盤的轉速是指硬盤盤片每分鐘轉過的圈數(shù)，即硬盤內(nèi)主軸的轉動速度，單位為r/min。一般硬盤的轉速都可達到5400r/min，目前臺式微機硬盤的主流轉速是7200r/min，有些SCSI硬盤使用了液態(tài)軸承技術，轉速可達10000～15000r/min。

第47頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一4.平均潛伏期(Averagelatency)平均潛伏期是指當磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道后，等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉動(半圈或多些、或少些)到磁頭下的時間，單位為ms。

第48頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

5.道至道時間(SingleTrackSeek)道至道時間是指磁頭從一磁道轉移至相鄰的另一磁道的時間，單位為ms。6.全程訪問時間(MaxFullSeek)全程訪問時間是指從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ms。第49頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一7.平均訪問時間(AverageAccess)平均訪問時間是指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時間，通常為平均尋道時間和平均潛伏時間之和，單位為ms?，F(xiàn)在不少硬盤廣告中所說的平均訪問時間大部分都是指平均尋道時間。注意第50頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一8.高速緩存(Cache)由于CPU與硬盤之間存在著巨大的速度差異，為解決硬盤在讀寫數(shù)據(jù)時CPU等待的問題，在硬盤上可以設置適當?shù)母咚倬彺?。硬盤高速緩存用于提高硬盤的讀寫速度，當然容量越大越好。目前，硬盤高速緩存的容量通常為8MB、16MB和32MB。第51頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

9.內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率(MaximumInternalDataTransferRate)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率是指磁頭到硬盤高速緩存之間的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，也叫持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率(SustainedTransferRate)，單位為Mb/s，它是影響硬盤整體速度的關鍵。內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率一般取決于硬盤的盤片轉速和盤片數(shù)據(jù)線密度(指同一磁道上的數(shù)據(jù)間隔度)。注意，在這項指標中常常使用Mb/s為單位。第52頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

10.外部數(shù)據(jù)傳輸速率

(ExternalDataTransferRate)

通常稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸速率(BurstDataTransferRate)，是指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速率，常以數(shù)據(jù)接口速率代替，單位為MB/s。目前，主流硬盤普遍采用的是UltraATA66，它的最大外部數(shù)據(jù)傳輸速率為66.7MB/s。而在SCSI硬盤中，采用最新的Ultra160SCSI接口標準，其數(shù)據(jù)傳輸速率可達160MB/s；采用光纖通道(FibreChannel)，其最大外部數(shù)據(jù)傳輸速率將可達200MB/s。第53頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率與外部數(shù)據(jù)傳輸速率的關系示意圖第54頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一11.硬盤表面溫度

(SurfaceTemperature)硬盤表面溫度是指硬盤工作時產(chǎn)生的使硬盤密封殼溫度上升的溫度。若硬盤工作時產(chǎn)生的溫度過高，將影響薄膜式磁頭(包括GMR磁頭)的數(shù)據(jù)讀取靈敏度，因此硬盤工作表面溫度較低的硬盤有更好的數(shù)據(jù)讀寫穩(wěn)定性。一般硬盤工作時，表面溫度在35～45℃之間。第55頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一12.平均故障間隔時間(MTBF)平均故障間隔時間(MeanTimeBetweenFailures，MTBF)是指硬盤從開始運行到出現(xiàn)故障的最長時間，單位是h(小時)。一般硬盤的MTBF至少為3萬到4萬小時。這項指標在一般的產(chǎn)品廣告或常見的技術特性表中并不提供，需要時可到具體生產(chǎn)該款硬盤的公司網(wǎng)站中查詢。第56頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一主流硬盤介紹目前，硬盤市場分別由希捷(Seagate)、邁拓(Maxtor)、西數(shù)(WesternDigital)等幾家廠商瓜分。1.希捷硬盤美國希捷(Seagate)科技公司成立于1979年，是目前全球最大的硬盤驅動器及相關零部件生產(chǎn)廠商。希捷的品牌標志如圖所示。第57頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

希捷的品牌標志第58頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一2.西部數(shù)據(jù)硬盤西數(shù)(WesternDigital)是美國另一家硬盤廠商，創(chuàng)建于1970年，最初專門從事硬盤控制卡的制造，1988年后才開始進入硬盤制造領域。西數(shù)的品牌標志如圖4-11所示。西數(shù)的品牌標志第59頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一3.東芝硬盤東芝(TOSHIBA)經(jīng)營的產(chǎn)品種類包括東芝全線產(chǎn)品，具體到筆記本硬盤產(chǎn)品上看，目前東芝的主流筆記本硬盤已經(jīng)發(fā)展到5400r/min和8MB緩存的規(guī)格。作為閃存技術的鼻祖，東芝在筆記本硬盤緩存方面做得比較突出，從2002年就開始推出了集成16MB緩存的筆記本硬盤。第60頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一

東芝的品牌標志第61頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一選購合適的硬盤

1．選擇盡可能大的容量硬盤的容量是非常關鍵的，大多數(shù)被淘汰的硬盤都是因為容量不足，不能適應日益增長的海量數(shù)據(jù)的存儲。在資金充裕的條件下，應盡量購買大容量硬盤，這是因為容量越大，硬盤上每兆存儲介質的成本就會越低，降低了使用成本。第62頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一2．速度和緩存大小硬盤的轉速與其性能的提高是息息相關的，更高的主軸速度可以縮短硬盤的尋道時間并提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，從而能夠進一步提升硬盤的性能。當今，轉速為7200r/min的硬盤是市場的主流硬盤。在性能方面，7200r/min比5400r/min有著明顯的提升，而在價格方面，前者并不比后者貴多少，因此建議用戶選擇7200r/min的硬盤。硬盤內(nèi)的高速緩存(Cache)為數(shù)據(jù)提供了緩存區(qū)，由于接口數(shù)據(jù)傳輸速率和內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率是不同的，因此高速緩存可作為緩沖區(qū)。緩存容量的大小與轉速一樣，與硬盤的性能有著密切的關系，大容量的緩存對硬盤性能的提高有著明顯的幫助。第63頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一3．接口在選購硬盤時還應先了解要安裝的主板都支持哪些接口。目前市場上主流的主板都支持IDE接口與SATA接口。4．穩(wěn)定性硬盤的容量變大了，轉速加快了，穩(wěn)定性問題越來越明顯，所以在選購硬盤之前要多參考一些權威機構的測試數(shù)據(jù)，不要選購那些不太穩(wěn)定的硬盤。而在硬盤的數(shù)據(jù)和震動保護方面，各個公司都有一些相關的技術給予支持，常見的保護措施有希捷的DS(DriveSelfTest)、西數(shù)的DataLifeguard、IBM的DFT和邁拓的ShockBlock和Maxsafe等。第64頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一5．觀察硬盤配件與防偽標識用戶在購買硬盤時應注意不要購買水貨，水貨硬盤與行貨硬盤最大的直觀區(qū)分就是有無包裝盒，此外還可以通過國內(nèi)代理商的包修標貼和硬盤頂部的防偽標識來確認。6．售后服務購買任何一款商品時，對售后服務一定要多加留意。對于硬盤，由于讀寫操作比較頻繁，很容易老化，所以保修問題更是突出。在國內(nèi)，硬盤的售后服務和質量保障這方面各個廠商做得都不錯。用戶購買硬盤時要多加注意，千萬不能購買水貨，否則將不能得到商家的質保。第65頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一安裝硬盤IDE接口硬盤的安裝IDE接口硬盤驅動器的安裝方法如下：（1）將硬盤固定在安裝架上。一般機箱都設有安裝硬盤的位置，先用專用螺釘（一般為粗絲）將硬盤固定在硬盤架上，然后將硬盤架用螺釘固定在該位置上，如圖7-14所示。安裝時，硬盤要緊固在托架上，不能晃動，否則容易造成磁頭撞損盤面數(shù)據(jù)區(qū)，損壞硬盤。第66頁，共80頁，2023年，2月20日，星期一（2）連接硬盤電源線。硬盤電源插座為大的4芯電源線，顏色分別為紅、黑、黑、黃，如圖7-15