計算機硬件認識硬盤

計算機維護基礎(chǔ)課程主講1第五講硬盤驅(qū)動器硬盤驅(qū)動器和適配器硬盤驅(qū)動器與軟盤驅(qū)動器相似，工作原理相同，都屬于磁表面存儲器。有四大系統(tǒng)組成，主軸驅(qū)動系統(tǒng)，磁頭定位檢測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)讀寫系統(tǒng)和接口控制系統(tǒng)。適配器一般在主板上。235.1認識硬盤5.1.1硬盤的歷史與發(fā)展從第一塊硬盤RAMAC的產(chǎn)生到現(xiàn)在單碟容量高達15GB多的硬盤，硬盤也經(jīng)歷了幾代的發(fā)展，下面就介紹一下其歷史及發(fā)展。

1.1956年9月，IBM的一個工程小組向世界展示了第一臺磁盤存儲系統(tǒng)IBM350RAMAC（RandomAccessMethodofAccountingandControl），其磁頭可以直接移動到盤片上的任何一塊存儲區(qū)域，從而成功地實現(xiàn)了隨機存儲，這套系統(tǒng)的總?cè)萘恐挥?MB，共使用了50個直徑為24英寸的磁盤，這些盤片表面涂有一層磁性物質(zhì)，它們被疊起來固定在一起，繞著同一個軸旋轉(zhuǎn)。此款RAMAC在那時主要用于飛機預(yù)約、自動銀行、醫(yī)學(xué)診斷及太空領(lǐng)域內(nèi)。4

2.1968年IBM公司首次提出“溫徹斯特/Winchester”技術(shù)，探討對硬盤技術(shù)做重大改造的可能性?！皽貜厮固亍奔夹g(shù)的精隋是：“密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，

磁頭懸浮在高速轉(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。

3.1973年IBM公司制造出第一臺采用“溫徹期特”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)。5

4.1979年，IBM再次發(fā)明了薄膜磁頭，為進一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度提供了可能。

5.80年代末期IBM對硬盤發(fā)展的又一項重大貢獻，即發(fā)明了MR（MagnetoResistive)磁阻，這種磁頭在讀取數(shù)據(jù)時對信號變化相當(dāng)敏感，使得盤片的存儲密度能夠比以往20MB每英寸提高了數(shù)十倍。

6.1991年IBM生產(chǎn)的3.5英寸的硬盤使用了MR磁頭，使硬盤的容量首次達到了1GB，從此硬盤容量開始進入了GB數(shù)量級。7.1999年9月7日，Maxtor宣布了首塊單碟容量高達10.2GB的ATA硬盤，從而把硬盤的容量引入了一個新里程碑。6

8.2000年2月23日，希捷發(fā)布了轉(zhuǎn)速高達15，000RPM的CheetahX15系列硬盤，其平均尋道時間只有3.9ms，這可算是目前世界上最快的硬盤了，同時它也是到目前為止轉(zhuǎn)速最高的硬盤；其性能相當(dāng)于閱讀一整部Shakespeare只花.15秒。此系列產(chǎn)品的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率高達48MB/s，數(shù)據(jù)緩存為4~16MB，支持Ultra160/mSCSI及FibreChannel(光纖通道)，這將硬盤外部數(shù)據(jù)傳輸率提高到了160MB~200MB/s。總得來說，希捷的此款（"捷豹"）CheetahX15系列將硬盤的性能提高到了一個新的里程碑。79.2000年3月16日，硬盤領(lǐng)域又有新突破，第一款“玻璃硬盤”問世，這就是IBM推出的Deskstar75GXP及Deskstar40GV，此兩款硬盤均使用玻璃取代傳統(tǒng)的鋁作為盤片材料，這能為硬盤帶來更大的平滑性及更高的堅固性。另外玻璃材料在高轉(zhuǎn)速時具有更高的穩(wěn)定性。此外Deskstar75GXP系列產(chǎn)品的最高容量達75GB，這是目前最大容量的硬盤，而Deskstar40GV的數(shù)據(jù)存儲密度則高達14.3十億數(shù)據(jù)位/每平方英寸，這再次涮新數(shù)據(jù)存儲密度世界記錄。

8硬盤領(lǐng)域在2001年中發(fā)了比較大的格局變化，Maxtor收購了著名的昆騰硬盤，這一下加大了Maxtor的市場競爭能力和技術(shù)實力，我們都知道昆騰硬盤的技術(shù)水平絕對是一流的。硬盤容量的增長速度在2001年中得到了很大的提升，容量在突破了40GB以后，呈現(xiàn)了翻倍增長的趨勢，盡管我們現(xiàn)在使用的主板大部分還不支持很大容量的硬盤，但是硬盤廠商們?nèi)匀皇遣贿z余力的推出了120GB、160GB的超大容量硬盤，以此來顯示自己的技術(shù)實力。

10.技術(shù)回顧：

硬盤容量是硬盤技術(shù)中最敏感的，就像顯卡領(lǐng)域中速度一樣。在硬盤容量技術(shù)方面，藍色巨人IBM一向是走在其他廠商的前列，

9。在2001年3月的時候，Maxtor也提出了自己的“BigDrives”技術(shù)。我們知道硬盤的容量和扇區(qū)都是由三個數(shù)值決定，它們分別是柱面數(shù)（Cylinder）、磁頭數(shù)（Head）、扇區(qū)數(shù)（Sector），簡稱CHS。ATA規(guī)范規(guī)定的接口CHS寄存器配置是28bit，也就是C：16bit；H：8bit；S：4bit。在2001年中，IBM提出一個AntiFerromagneticallyCoupled（反鐵磁性耦合）介質(zhì)技術(shù)，就是在磁盤的表面再加上了一層很薄的存儲層。我們目前使用的3.5英寸硬盤碟片的最大容量是單碟140GB，也就是每英寸40GB，但是如果采用IBM的這個新技術(shù)，我們可以將每英寸的碟片容量提升到100GB10我們應(yīng)該記得很多年前的8.4GB硬盤限制的問題吧，那時候的操作系統(tǒng)訪問硬盤需要通過DOS下的INT13API接口，雖然硬盤的CHS寄存器是28bit，但是瓶頸在于INT13API的C：10bit；H：8bit；S：6bit，這樣能訪問的最大容量也就是210×28×（26-1）=16515072個扇區(qū)，第一個扇區(qū)不能為0，所以減去1。每扇區(qū)是512字節(jié)，所以最大容量就是8.46GB（硬盤廠商都是以1000為換算單位），這樣就產(chǎn)生了8.4容量的限制。在那之后，Windows系統(tǒng)可以通過32bit的DiskAccess直接訪問硬盤，這樣瓶頸就轉(zhuǎn)回了硬盤的CHS寄存器身上，一共28bit的CHS寄存器可尋址最大容量是228-1，也就是268435455個扇區(qū)，每個扇區(qū)512字節(jié)，總?cè)萘烤褪?37.4GB，這就是我們目前的硬盤容量限制。11但是Maxtor的BigDrives打破了這個限制，把28bit的CHS寄存器限制提升到了48bit，也就是CHS都是16bit，這樣容量限制就是144PB（1PB=1,000,000GB），但是我們到目前使用的操作系統(tǒng)都是32bit尋址，所以瓶頸在于操作系統(tǒng)了，不過即便是32bit，我們受到的限制也是2199GB，這足夠我們今后很多年的發(fā)展了。：）

在接口標準方面，2001年一直在使用比較新的ATA100接口，但是硬盤發(fā)展速度太快了，當(dāng)初我們還在討論由于硬盤內(nèi)部傳輸速率影響，ATA100有沒有用武之地的問題。而現(xiàn)在硬盤技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使ATA133也成為了瓶頸，所以我們早在1年多以前就聽說Intel聯(lián)合很多廠商制定了一個全新的ATA接口規(guī)格，那就是SerialATA規(guī)格，這種規(guī)格不但加快了傳輸?shù)乃俣?，也改善了機箱里面走線凌亂的狀況，12這也應(yīng)該是一種很好的ATA標準。但是如果想全面實現(xiàn)SerialATA，那還需要硬盤、主板的支持，從目前的情況來看，在2003年下半年實現(xiàn)少量出貨。硬盤領(lǐng)域的一個巨頭Maxtor為了解決在SerialATA出臺之前的這段時間內(nèi)硬盤傳輸瓶頸的問題，便提出了ATA100的改進方案，這就是FastDrives，也就是ATA133，這個規(guī)格的好處就是完全匹配現(xiàn)有的ATA100規(guī)格，可以在目前的接口上繼續(xù)使用，這樣就降低了很多成本。所以ATA133剛一推出就得到了不少廠商的支持，也讓我們暫時解決了硬盤傳輸瓶頸問題，但是我們可以預(yù)見，ATA133只是一種過渡性的標準，畢竟他沒有使傳輸?shù)乃俣鹊玫奖举|(zhì)的提升，而且相對于SerialATA150的簡潔來說，更是沒有優(yōu)勢了。ATA166只是提了一下就完事了。135.1.2硬盤分類目前的硬盤產(chǎn)品內(nèi)部盤片有：5.25，3.5，2.5和1.8英寸（后兩種常用于筆記本及部分袖珍精密儀器中，現(xiàn)在臺式機中常用3.5英寸的硬盤）；如果按硬盤與電腦之間的數(shù)據(jù)接口，目前可分為兩大類：IDE接口及SCSI接口硬盤兩大陣營。當(dāng)SerialATA大量使用時，硬盤接口將有多種形式，包括USB及1394火線等。在緩存方面，沒有很多的廠商跟進，只有WD（西部數(shù)據(jù)）推出了一款8MB緩存的100GB硬盤，一下子成為了市場的熱點。雖然大家都對這款硬盤趨之若騖，但是它的價格還是比較昂貴，所以真正購買的人還是很少.145.1.3技術(shù)規(guī)格

目前臺式機中硬盤的外形差不了多少，在技術(shù)規(guī)格上有幾項重要的指標：

1.平均尋道時間（averageseektime），指硬盤磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道時所用的時間，單位為毫秒（ms）。注意它與平均訪問時間的差別，平均尋道時間當(dāng)然是越小越好，現(xiàn)在選購硬盤時應(yīng)該選擇平均尋道時間低于9ms的產(chǎn)品。2.平均等待時間（averagelatency），指當(dāng)磁頭移動到數(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（平均為半圈）到磁頭下的時間，單位為毫秒（ms）。15

3.平均訪問時間（averageaccess），指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時間，單位為毫秒。通常是平均尋道時間和平均等待時間之和。4.最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率（internaldatatransferrate），也叫持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸率（sustainedtransferrate），單位Mb/S（注意與MB/S之間的差別）。它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)速和盤片數(shù)據(jù)位密度。計算公式為：

D=位密度(位/英寸)*轉(zhuǎn)/秒*2ЛR*英寸/轉(zhuǎn)。

注意，在這項指標中常常使用Mb/S或MB/S，注意區(qū)別。16

5.外部數(shù)據(jù)傳輸率：通稱突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率（burstdatatransferrate），指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速率，在廣告或硬盤特性表中常以數(shù)據(jù)接口速率代替，單位為MB/S。目前主流硬盤普通采用的是UltraATA/66和UltraATA/100，它的最大外部數(shù)據(jù)率即為66.7MB/s或100MB/s，而在SCSI硬盤中，采用最新的Ultra160SCSI接口標準，其數(shù)據(jù)傳輸率可達160MB/s，采用FibraChannel（光纖通道），最大外部數(shù)據(jù)傳輸將可達200MB/s，理論上將最大外部數(shù)據(jù)傳輸率提高到了320MB/s，但目前好像還沒有見到此接口的產(chǎn)品出現(xiàn)。17

6.主軸轉(zhuǎn)速：是指硬盤內(nèi)主軸的轉(zhuǎn)動速度，目前ATA（IDE）硬盤的主軸轉(zhuǎn)速一般為5400~7200rpm，主流硬盤的轉(zhuǎn)速為7200RPM，至于SCSI硬盤的主軸轉(zhuǎn)速可達一般為7200~10，000RPM，而最高轉(zhuǎn)速的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速高達15，000RPM（希捷“捷豹X15”系列硬盤）。

7.數(shù)據(jù)緩存：指在硬盤內(nèi)部的高速存儲器：目前硬盤的高速緩存一般為512KB~2MB，目前主流ATA硬盤的數(shù)據(jù)緩存應(yīng)該為2MB，而在SCSI硬盤中最高的數(shù)據(jù)緩存現(xiàn)在已經(jīng)達到16MB。這對于大數(shù)據(jù)緩存的硬盤在存取零散文件時具有很大的優(yōu)勢。18

8.硬盤表面溫度：它是指硬盤工作時產(chǎn)生的溫度使硬盤密封殼溫度上升情況。這項指標廠家并不提供，一般只能在各種媒體的測試數(shù)據(jù)中看到。硬盤工作時產(chǎn)生的溫度過高將影響薄膜式磁頭MR(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。如果對于高轉(zhuǎn)速的SCSI硬盤一般來說應(yīng)該加一個硬盤冷卻裝置，這樣硬盤的工作穩(wěn)定性才能得到保障。19

9.MTBF（連續(xù)無故障時間）：它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30000或40000小時。這項指標在一般的產(chǎn)品廣告或常見的技術(shù)特性表中并不提供，需要時可專門上網(wǎng)到具體生產(chǎn)該款硬盤的公司網(wǎng)址中查詢。205.2硬盤的接口5.2.1ST-506/412接口：這是希捷開發(fā)的一種硬盤接口，首先使用這種接口的硬盤為希捷的ST－506及ST－412。ST－506接口使用起來相當(dāng)簡便，它不需要任何特殊的電纜及接頭，但是它支持的傳輸速度很低，因此到了1987年左右這種接口就基本上被淘汰了，采用該接口的老硬盤容量多數(shù)都低于200MB。早期IBMPC/XT和PC/AT機器使用的硬盤就是ST－506/412硬盤或稱MFM硬盤，MFM（ModifiedFrequencyModulation）是指一種編碼方案。21

5.2.2ESDI接口：即（EnhancedSmallDriveInterface）接口，它是邁拓公司于1983年開發(fā)的。其特點是將編解碼器放在硬盤本身之中，而不是在控制卡上，理論傳輸速度是前面所述的ST-506的2倍，一般可達到10Mbps。但其成本較高，與后來產(chǎn)生的IDE接口相比無優(yōu)勢可言，因此在九十年代后就被淘汰了。見教材P87頁225.2.3IDE及EIDE接口IDE（IntegratedDriveElectronics）的本意實際上是指把控制器與盤體集成在一起的硬盤驅(qū)動器，我們常說的IDE接口，也叫ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口，現(xiàn)在PC機使用的硬盤大多數(shù)都是IDE兼容的，只需用一根電纜將它們與主板或接口卡連起來就可以了。把盤體與控制器集成在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫搅嗽鰪?，硬盤制造起來變得更容易，因為廠商不需要再擔(dān)心自己的硬盤是否與其它廠商生產(chǎn)的控制器兼容，對用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。ATA是最早的IDE標準的正式名稱，IDE實際上是指連在硬盤接口的硬盤本身。23ATA標準目前板本是ATA-5即Ultra100有時也寫成ATA100標準。5.2.4ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66)：

這是常見的標準將PIO-4下的最大數(shù)據(jù)傳輸率提高了一倍，達到33MB/s，或66MB/s或100MB/sUltraDMA/100在使用條件上要求較高，一般在實際使用時較少達到此速度。245.2.5SCSI接口：

SCSI就是指SmallComputerSystemInterface(小型計算機系統(tǒng)接口)，它最早研制于1979，原是為小型機的研制出的一種接口技術(shù)，但隨著電腦技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在它被完全移植到了普通PC上?，F(xiàn)在的ＳＣＳＩ可以劃分為SCSI-1和SCSI-2(SCSIWide與SCSIWindFast)，最新的為SCSI-3，不過SCSI-2是目前最流行的SCSI版本。SCSI廣泛應(yīng)用于如：硬盤、光驅(qū)、ZIP、MO、掃描儀、磁帶機、JAZ、打印機、光盤刻錄機等設(shè)備上。255.2.6串行ATA(serialATA)目前的并行（parallel）ATA接口（用來連接硬盤與光驅(qū)的接口）從80年代一直用到今天，其速度最高只有每秒133MB，并在傳輸過程中存在一個不可避免的問題：線路間的信號會互相干擾。因此，在人們對硬盤傳輸速率要求越來越高的同時，ParallelATA（并行ATA）顯得力不從心了。明年初，更快的ATA接口將會得到廣泛應(yīng)用，而且也將成為PC里名符其實的最快速接口。這種新的界面叫做serialATA（串行ATA），將以每秒150MB的速度起跳，比最新的ATA/133還要高出約13%。而且隨著未來后續(xù)版本的發(fā)展，其接口速率還可擴展到2X和4X(300MB/S和600MB/S)。

26雖然SerialATA規(guī)格才剛定案不久，但SerialATA聯(lián)盟的廠商成員，仍極力推廣他們的應(yīng)用方案，從目前的發(fā)展趨勢來看，SerialATA必定是明年中主板平臺的必要配備，甚至成為新一代南橋芯片的標準規(guī)格。從傳統(tǒng)的作法，主板廠商會通過附加SerialATA控制芯片的方式讓主板同時提供傳統(tǒng)Parallel并行ATA接口，以及先進的SerilATA磁盤控制接口，以此規(guī)格上的來作為宣傳的亮點。

275.3硬盤的管理與維護

硬盤是微機系統(tǒng)中保存信息資源的重要外部設(shè)備。然而一些用戶常因缺少硬盤的基本知識和使用經(jīng)驗而無法正確管理、維護硬盤，甚至對硬盤進行一些錯誤操作或不必要的操作（如經(jīng)常對硬盤進行低級格式化或強行關(guān)機），以至影響系統(tǒng)的正常運行、數(shù)據(jù)的安全性及硬盤的使用壽命。因此對硬盤正確進行管理與維護便顯得很重要了。1.保持電腦工作環(huán)境清潔,硬盤是一密封體，僅以帶有超精細過濾紙的呼吸孔與外界相通。28因此它可以在普通無凈化裝置的室內(nèi)環(huán)境中使用。但若環(huán)境中灰塵過多，會被吸附到PCBA的表面、主軸電機的內(nèi)部以及堵塞呼吸過濾器。硬盤的制造過程是在絕對無塵的環(huán)境下進行，哪怕是一粒小小的灰塵都可能使整塊硬盤報廢，雖然硬盤有堅硬的外殼保護，但請您還是不要在電腦旁吸煙，保持電腦工作環(huán)境清潔。2.硬盤拆裝時要注意防止靜電3.減少震動與沖擊

如今的硬盤轉(zhuǎn)速已今非昔比了，微機工作或剛關(guān)機時，嚴禁搬運機器，以免磁頭與盤片產(chǎn)生撞擊而擦傷盤片表面的磁層，從而導(dǎo)致硬盤的物理損害（這種損傷往往是致命的）。294.養(yǎng)成正確關(guān)機的習(xí)慣5.保持合理的使用溫度（1-40℃）6.養(yǎng)成經(jīng)常整理硬盤的習(xí)慣7.時常備份重要信息8.建立恢復(fù)系統(tǒng)

使用NortonUtilities瑞星軟件等工具軟件將硬盤分區(qū)表、引導(dǎo)記錄以及CMOS信息保存到軟盤上，以防萬一。或用GHOST將C盤做成IMAGE文件，當(dāng)系統(tǒng)損壞時可以用GHOST克隆技術(shù)恢復(fù)C盤系統(tǒng)。9.及時刪除不再使用的文件、臨時文件等。10.注意預(yù)防病毒和特洛依木馬程序

擁有兩套不同的殺毒軟件就顯得很重要了。305.4硬盤的分區(qū)、格式化、系統(tǒng)安裝5.4.1分區(qū)

在新硬盤使用前或要對硬盤重新設(shè)定邏輯分區(qū)大小以及硬盤的操作系統(tǒng)損壞嚴重或在SCANDISK中有報告有壞扇區(qū)，當(dāng)有以上情況時最好重新分區(qū)再重新格式化一遍，這叫對硬盤徹底格式化(或全面格式化)，這樣做過以后，有關(guān)硬盤的問題概率降為最低。用FDISK命令分區(qū)，對于大容量硬盤則分區(qū)時間較長，目前一般使用DM軟件對硬盤進行全面格式化，DM其實只是對硬盤作快速分區(qū)格式化，如果硬盤中有非DOS分區(qū)，則還是應(yīng)使用FDISK命令比較可靠。31FDISK命令的主窗口32這是選1后進入創(chuàng)建子窗口顯示情況33這是選2后進入設(shè)置活動分區(qū)窗口STATU一欄為“A”即表示活動分區(qū)已設(shè)好。34這是選3后進入刪除命令窗口顯示刪除時每次只能刪除一項，順序為4、3、2、1

35這是選4后進入信息顯示窗口顯示情況有邏輯分區(qū)時可選Y繼續(xù)看邏輯分區(qū)(盤符)信息36要重新分區(qū)首先要將原有的分區(qū)都刪除掉，再重新創(chuàng)建主分區(qū)和擴展分區(qū)的大小，之后再對擴展分區(qū)劃分大小。如果只想改變擴展分區(qū)中各邏輯分區(qū)的大小(如D、F、E)可以不刪除主活動分區(qū)(C)，5.4.2格式化

在多數(shù)情況下不用對存盤FDISK，而只須要重新格式化后就可以安裝操作系統(tǒng)，格式化的命令是FORMAT盤符/參數(shù)參數(shù)一般是/s/q兩種。目前一般使用DM做硬盤格式化操作。下面是DM軟件的使用介紹：這是IBM公司的DM，不同硬盤廠家有各自的DM。DM只能在DOS中使用。375.4.3系統(tǒng)安裝一般在安裝系統(tǒng)之前要進行必要的硬盤格式化操作，以保證系統(tǒng)安裝的順利進行。目前對硬盤安裝操作系統(tǒng)有以下幾種基本方法：1.從光盤安裝，這是單機用戶常用方法，要有一張WIN98啟動盤和一張PWIN98的安裝光盤，先用WIN98啟動軟盤啟動微機后，從