搜索
第7章硬盘、软盘驱动器7.1硬盘的结构和工作原理7.2硬盘的主要技术指标7.3硬盘接口7.4硬盘的新技术7.5软盘、软驱的结构和工作原理7.1硬盘的工作原理和结构硬盘驱动器简称硬盘，是微机系统中最重要的外部存储设备，操作系统及所有的应用软件等都存储在硬盘中。硬盘的存储容量极大，速度在所有外部设备中是最快的。硬盘驱动器的盘片是涂有金属氧化物的刚性金属盘片，所以称为硬盘。它与软盘最明显的区别是，硬盘的生产过程是在无尘环境中进行的，盘片和磁头全部密封在金属盒子中，因此它的容量在出厂之前就已经固定了。1．硬盘的工作原理硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心位置。初始化完成后，主轴电机启动并高速旋转，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的00道，处于等待指令的启动状态。当主机下达存取盘片上数据的命令时，通过前置放大控制电路，发出驱动电机运动的信号，控制磁头定位机构将磁头移动，搜寻定位它要存取数据的磁道扇区位置，进行数据读写。2．硬盘的外部结构（1）接口接口包括电源接口插座和数据接口插座两部分。（2）控制电路板硬盘控制电路板上有三个主要的芯片：主控制芯片、数据传输芯片、高速缓存芯片。其中，主控制芯片负责硬盘数据读写指令等工作；数据传输芯片则是将硬盘磁头前置控制电路读出的数据经过校正及变换后，通过数据接口传输到主机系统；高速缓存芯片是为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设置。（3）固定面板3．硬盘的内部结构硬盘的内部结构主要包括盘片和主轴组件、浮动磁头组件、磁头驱动机构、前置控制电路等几部分，其中磁头和盘片组件是构成硬盘的核心，它密封在硬盘的净化腔体内。如图3-26所示。（1）盘片和主轴组件盘片是硬盘存储数据的载体，现在的硬盘盘片大多采用铝金属材料制成，有些硬盘盘片是用玻璃材料制成的，这种盘片与铝合金盘片相比具有更好的稳定性和更大的容量。主轴组件包括轴承和驱动电机等。（2）浮动磁头组件磁头组件是硬盘中最精密的部件之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三个部分组成，它是用集成工艺制成的多个磁头的组合。（3）磁头驱动机构磁头驱动机构的作用是在硬盘寻道时用来移动磁头的，一般由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置组成。（4）前置控制电路前置控制电路的作用是控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等。由于磁头读取的信号微弱，将放大电路密封在硬盘腔体内可减少外来信号的干扰。7.2硬盘的主要技术指标1．硬盘容量硬盘容量是指硬盘能够存储数据的总量，通常以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位。影响硬盘容量大小的因素有单碟容量和盘片数量。2．转速硬盘的转速是指带动盘片旋转的主轴电机的最高旋转速度，目前主流IDE硬盘的转速一般为每分钟7200转。通常，转速越高，硬盘的数据传输率也越高，综合性能也越佳。3．内部数据传输率内部数据传输率也称为持续数据传输率，它是指从磁头到硬盘高速缓存之间的传输速度。主流硬盘的内部数据传输率大多在40～60MB/s之间，只有外部数据传输率的60%左右。4．外部数据传输率外部数据传输率也称为突发数据传输率，它是指从硬盘高速缓存到系统总线之间的传输速度。外部数据传输率与硬盘接口类型和高速缓存大小有关。目前，主流硬盘通常采用UltraATA133接口，它的最大外部数据传输率即为133MB/s；SATA接口硬盘的外部数据传输率为150MB/s；而SCSI接口硬盘的外部数据传输率可达160MB/s。5．数据缓存（Cache）数据缓存是指在硬盘内部的高速缓冲存储器。使用硬盘Cache后，可将磁头需要读取的数据事先放到Cache中，大大提高了硬盘读取数据的速度。另一方面，将要写入硬盘的数据事先存放到Cache中，等到磁头空闲时再从Cache写入盘片。6．硬盘速度参数平均寻道时间（AverageSeekTime）平均潜伏时间（AverageLatencyTime）平均访问时间（AverageAccessTime）7．平均无故障时间（MTBF）平均无故障时间是指硬盘从开始运行到出现故障的平均时间，一般硬盘至少在30000～40000小时之间。7.3硬盘接口1．IDE接口IDE（IntegratedDriveElectronics，集成驱动电子接口），也称为AT-Bus或ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口。IDE接口的最大特点是把控制器集成到了驱动器的内部。IDE接口采用40线单组扁平电缆与硬盘连接，一个接口可连2个硬盘或光驱，最初的数据传输率只有1.25MB/s，最大为8.3MB/s，所支持的硬盘容量最大为528MB。2．EIDE接口EIDE（EnhancedIDE）接口是一种增强型的IDE接口，又称ATA-2接口。IDE接口（包括EIDE接口）与外部总线交换数据时，有PIO模式、DMA（或称FastATA）模式、UltraDMA模式三种控制数据流的模式。（1）UltraDMA/33（2）UltraDMA/66（3）UltraDMA/100(ATA/100)（4）UltraDMA/133(ATA/133)3．SCSI接口SCSI（SmallComputerSystemInterface）是小型计算机系统接口，最初是为小型计算机研制的，现已被完全移植到微机上。它有以下几个标准：（1）SCSI-1（2）SCSI-2（3）SCSI-3现在SCSI接口硬盘的针数有3种，分别为50针、68针和80针，可通过硬盘标牌上的标记来识别。“N”、“W”、“SCA”就是表示接口针数的，N（Narrow）即窄口，50针；W（Wide）即宽口，68针；SCA（SingleConnectorAttachment）即单接头，80针。其中80针的SCSI硬盘支持热插拔。4．SerialATA接口SerialATA接口传输数据时只需要用一根4芯电缆与设备相连，用4个针（第1针为数据发送端、第2针为数据接收端、第3针为供电端、第4针为地线）就能完成所有的数据交换工作。实际使用中，SerialATA接口硬盘使用7芯信号电缆线、15芯专用电源线。考虑到兼容性，SerialATA接口硬盘还提供IDE接口硬盘标准电源接口。在SerialATA1.0版中，规定数据传输速率为150MB/s，已经超过了现有最快的UltraDMA/133（UltraATA/133）。在SerialATA2.0版中，规定数据传输速率为300MB/s。而且随着未来后续版本的推出，数据传输速率可允许提高到1.5GB/s、3.0GB/s和5.0GB/s。从上到下依次为IDE接口、SCSI接口、SerialATA接口5．IEEE1394接口IEEE1394接口理论上数据传输率可达400MB/s以上，但硬盘内部数据传输率较低，距离理论值相差甚远。目前符合IEEE1394接口的硬盘大多为带有IEEE1394转接卡的EIDE接口硬盘。6．USB接口USB接口与IEEE1394接口类似，也属于外置接口。7.4硬盘的新技术1．新型磁头技术目前硬盘广泛使用的磁头有两种：MR（MagnetoResistive）磁阻磁头和GMR（GrandMagnetoResistive）巨磁阻磁头。2．PRML读取通道技术PRML（PartialResponseMaximumLikelihood，部分响应完全匹配）3．S.M.A.R.T.技术S.M.A.R.T.（Self-Monitoring，AnalysisandReportingTechnology，自监测、分析及报告）技术4．RAID技术RAID（RedundantArrayofInexpensiveDisks，廉价冗余磁盘阵列）技术5．噪音与防震技术“液态轴承马达”可以有效地解决这些问题。它使用黏膜液态轴承，以油膜代替滚珠，有效地降低了因金属摩擦而产生的噪声和发热。在防震技术方面，各大生产商还增加了独特的技术来提升硬盘的质量。1.软盘微机目前仍在使用的软盘片一般都是3.5英寸1.44MB规格，有关软盘片的组织结构和使用详见第5章5.1。7.5软盘、软驱的结构和工作原理2.软驱的结构和工作原理软盘驱动器从功能结构上来看，主要由主轴驱动系统、磁头定位系统、状态检测系统和读写系统几部分组成。软驱工作时，盘片夹紧机构把软盘压紧在主轴上，主轴电机拖动软盘旋转，使盘片与主轴电机做同步旋转运动。同时磁头定位机构将磁头迅速、准确地送到需要读写的磁道上，在读写电路的作用下进行读写操作。（1）主轴驱动系统主轴驱动是指软驱中驱动盘片旋转的装置，它由主轴驱动电机、主轴部件、主轴稳速系统电路组成。（2）磁头定位系统磁头定位系统主要由步进电机、磁头小车、小车导轨和相应的定位控制电路等部分组成，其作用是准确、迅速地将磁头定位于指定的位置上。（3）状态检测系统盘片插入检测装置0磁道检测装置索引信号检测装置写保护检测装置（4）读写系统读电路写电路抹电路