5-2存储器(硬盘)

第5章存储器5.2硬盘认识硬盘驱动器1硬盘结构及工作原理2了解硬盘的分类及接口类型3掌握硬盘的技术指标4了解硬盘故障及维修5教学目标一、认识硬盘驱动器硬盘驱动器（HardDiskDriver，HDD）是微机系统的基本外部存储器，它的磁盘片是一般是硬质合金圆片，并固定安装在驱动器内部，所以简称为硬盘。它的存储容量大，速度快。硬盘至今仍是计算机的标准配置，并随着存储技术的发展，其容量由早期的10余MB发展到现在的几百GB，使计算机具备了海量存储的能力。一、认识硬盘驱动器硬盘的特点硬盘的驱动器和盘片是一个整体，硬盘的存储介质由若干个涂有磁粉的金属圆盘片同轴叠加在一起构成，硬盘的磁头组与盘片是非接触式，磁头是漂浮在盘片上方的，因而硬盘的转速很快，常见有5400转/分、7200转/分和10000转/分。硬盘是全封闭式，硬盘采用的密封式金属外壳使硬盘驱动器具备一定的强度，保护内部的其它组件，密封式有助于防止灰尘进入硬盘内部。二、硬盘的结构（1）硬盘的结构：硬盘系统由驱动器、适配器和硬盘连接线缆构成，其中适配器已集成在主板，所以从外观上看硬盘由机械部分（也被称为头盘组件HDA）和电子电路部分构成。（2）硬盘机械部分的组成：主要由密封式金属外壳、硬盘片、读写磁头组、磁头驱动臂、主轴电机、音圈电机等构成。如图所示硬盘结构图。二、硬盘的结构硬盘外观图二、硬盘的外部结构硬盘外观图控制电路电源接口跳线数据接口二、硬盘的内部结构磁盘片读写磁头组磁头驱动臂音圈电机磁头伺服机构主轴马达二、硬盘的结构（1）硬盘的磁盘片盘片是由多张上下两面涂有磁性氧化铁的金属圆盘片构成一组，固定在主轴电机上，随主轴电机转动。盘片数量越多，硬盘的容量就越大。通常硬盘的盘片数量在三片左右，因此提高硬盘单碟容量是提高硬盘总体容量行之有效的办法。二、硬盘的结构（2）读写磁头组读写磁头组是由每张盘片上下两面的磁头组成，并被固定在由音圈电机带动的磁头驱动臂上。在硬盘工作时，磁头组沿盘片径向运动，磁头是与盘片非接触的，漂浮在盘面上方，如因意外事故导致磁头降落在盘面上，就可能划伤盘片，使硬盘出现物理损坏，严重的会使硬盘报废。二、硬盘的结构（3）主轴电机主轴电机是使盘片同步、高速、平稳旋转的驱动电机，它可以使盘片以5400转/分—10000转/分的速度转动。目前主流的普通硬盘转速为7200转/分，而用于服务器的SCSI硬盘转速在10000转/分以上。二、硬盘的结构（4）音圈电机音圈电机称为启动电机，利用线圈磁场改变移动并定位磁头到指定盘片的磁道位置。（5）硬盘的控制电路用于对硬盘的控制、数据传输和数模转换等，并提供硬盘与主板的接口，如IDE或SCSI接口。三、硬盘的工作原理硬盘驱动器在加电正常工作后，利用硬盘控制器（HDDController）进行初始化工作，使磁头置于盘片中心位置，然后主轴电机带动盘片高速旋转，装载磁头组的磁头驱动臂移动磁头到盘片表面的0磁道上方，等待指令。当接口电路接收到主机系统传来的读写操作指令后，通过前置放大电路，驱动音圈电机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据进行定位，并将接收到的数据信息解码，再通过放大电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。三、硬盘的工作原理硬盘的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。视频：硬盘工作过程四、硬盘的分类及接口（1）硬盘可按安装位置分类内置式外置式（2）硬盘的接口类型：◎IDE接口◎SCSI接口◎SATA接口◎IEEE1394接口◎USB接口四、硬盘的分类及接口（3）按硬盘尺寸大小分类1.8英寸、2.5英寸、3.5英寸、5.25英寸。（4）按硬盘转速分类：4500转、5400转、7200转和万转。（5）按硬盘缓存分为：2M、8M、16M。硬盘的接口IDE接口：IDE（IntegratedDriveElectronics）叫集成驱动器电子接口，也被称为ATA接口，是硬盘主要的接口类型，，通常主板上的有两个40芯的E-IDE插座，可支持四个IDE设备，标有Primary的为主插座，标有Secondary的为次插座。IDE接口的传输模式经历了由PIO模式、DMA模式到UltraDMA模式（简称UDMA）三个阶段。目前UltraDMA模式成为主流接口标准。主要有UltraATA33/66/100/133几种标准，其高达传输速度每秒133MB。硬盘的接口SCSI接口：与IDE接口从外观就可区别，普通SCSI接口采用50芯扁平线缆，16位SCSI接口采用了68芯的扁平线缆。SCSI接口通常可支持多达15个设备，传输速度较E-IDE更高，其转速在10000转/分以上，被广泛应用在服务器的硬盘接口上。硬盘的接口IEEE1394接口：是为增强多媒体设备与计算机连接性能而设计的高速串行总线，传输速率可以达到400Mbps，它的优点在于一个400Mbps的火线通道上支持多达63个设备，即时数据传输，支持热插拔等，但缺点是成本较高，多用于中、高端的视频处理系统中。硬盘的接口SATA接口：Serial-ATA被称为串行接口，是一种较新的硬盘接口方式，它的传输速率达到150MB/s，SATA使用了相互干扰小的串行线路进行信号传输，信号的清晰度较IDE更高，所以其工作频率能够提升较高。SATA接口方式正在成为硬盘的接口标准。SATA1.0传输速度为150MB/SSATA2.0传输速度为300MB/S硬盘的接口SATA硬盘数据线SATA硬盘数据线连接硬盘的接口USB接口：是在1994年出现的通用串行总线，已发展到2.0版本，其带宽高达480Mbps，优点是一个USB接口理论上可连接多达127个USB设备，支持热插拔，不占用系统IRQ资源，兼容性强，扩展性好，但缺点是设备间通信效率较低，连接线缆长度较短。硬盘的接口USB移动硬盘USB移动硬盘盒五、硬盘的技术参数（1）单碟容量是硬盘相当重要的参数之一，一定程度上决定着硬盘的档次高低。硬盘是由多个存储碟片组合而成的，而单碟容量就是一个存储碟所能存储的最大数据量。硬盘单碟容量的增加不仅仅可以带来硬盘总容量的提升，而且也有利于生产成本的控制，提高硬盘工作的稳定性。在同等条件下，单碟容量的增加意味着要在同样大小的盘片上建立更多的磁道数（数据存储在盘片的磁道中），盘片磁道密度（单位面积上的磁道数）提高，代表着数据密度的提高，这样在硬盘工作时盘片每转动一周，磁头所能读出的数据就越多，所以在相同转速的情况下，硬盘单碟容量越大其内部数据传输速率就越快。另外单碟容量的提高使单位面积上的磁道条数也有所提高，这样硬盘寻道时间也会有所下降。五、硬盘的技术参数（2）转速硬盘的转速是指主轴电机的转速，也是盘片的转速，单位是（Round/Minute），即每分钟圈数。硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一，它在很大程度上决定了硬盘的速度，同时也是区别硬盘档次的重要标志。常见的硬盘转速有：5400R/M、7200R/M、10000R/M、15000R/M五、硬盘的技术参数（3）平均寻道时间它是指硬盘在接收到系统指令后，磁头从开始移动到移动至数据所在的磁道所花费时间的平均值，它一定程度上体现硬盘读取数据的能力，是影响硬盘内部数据传输率的重要参数，单位为毫秒（ms）。现今主流的硬盘产品平均寻道时间都在在9ms左右。五、硬盘的技术参数（4）平均潜伏时间指当磁头移动到数据所在的磁道后，然后等待所要的数据块继续转动到磁头下的时间，一般在2ms－6ms之间。五、硬盘的技术参数平均访问时间指磁头找到指定数据的平均时间，通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。最能够代表硬盘找到某一数据所用的时间，越短的平均访问时间越好，一般在11ms－18ms之间。注意：现在不少硬盘广告之中所说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时间所代替的。五、硬盘的技术参数（5）数据传输率：根据数据交接方的不同又分外部与内部数据传输率。内部数据传输率是指磁头与缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率是指缓冲区与主机(即内存)之间的数据传输率。外部数据传输率上限取决于硬盘的接口，目前流行的UltraATA-133接口即代表外部DTR最高理论值可达133MB/s，内部数据传输率则是硬盘的真正数据传输能力，内部数据传输率远小于外部数据传输率。五、硬盘的技术参数（6）缓存容量：是指硬盘内部数据高速缓冲存储器的大小，如512KB、1MB、2MB、8M等。用以提高硬盘的读写速度，硬盘的读写速度速度比内存慢，内存比CPU慢，因此需要高速缓存来缓解各环节速度不匹配的问题。（7）平均无故障时间100-150万小时（8）硬盘表面温度六、硬盘故障及维修1、硬盘故障简介物理故障逻辑故障硬盘外部环境问题六、硬盘故障及维修2、硬盘故障及处理（1）在开机后发现物理硬盘丢失（2）系统自检时提示硬盘硬件故障（3）不能正常引导操作系统（4）不能正常运行某些应用程序（5）重做系统【小结】本案例结合硬盘结构图讲述硬盘的内部构造，认识硬盘的内外结构，理解硬盘的结构特点决定了硬盘所具备的优点，即大容量，高速率。了解硬盘工作原理有助于提高对硬盘的保护意识，从而避免因使用不当而产生的不必要的数据损失和硬件损坏。对于分类来说，从综合各项性能和价格比来看，IDE接口硬盘和USB接口硬盘为大多数普通家庭用户的选择，而SCSI接口硬盘是各类服务器的首选，IEEE1394接口的硬盘被广泛应用在视频或影视制作系统中，SATA接口硬盘因其结构优点正在成为的硬盘接口新的标准。