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电脑硬盘是计算机最主要的存储设备。硬盘(港台称之为硬碟,英文名:Hard Disk Drive, 简称HDD 全名温彻斯特式硬盘)由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。
绝大多数硬盘都是固定硬盘,被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。早期的硬盘存储媒介是可替换的,不过今日典型的硬盘是固定的存储媒介,被封在硬盘里 (除了一个过滤孔,用来平衡空气压力)。随着发展,可移动硬盘也出现了,而且越来越普及,种类也越来越多.大多数微机上安装的硬盘,由于都采用温切斯特(winchester)技术而被称之为“温切斯特硬盘”,或简称“温盘”。
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硬盘概述
硬盘是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘,被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。
硬盘发展
从第一块硬盘RAMAC的问世到现在单碟容量高达250GB多的硬盘,硬盘也经历了几代的发展,以下是其发展历史。
1.1956年9月,IBM的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC(Random Access Method of Accounting and Control),其磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域,从而成功地实现了随机存储,这套系统的总容量只有5MB,共使用了50个直径为24英寸的磁盘,这些盘片表面涂有一层磁性物质,它们被叠起来固定在一起,绕着同一个轴旋转。此款RAMAC当时主要应用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域。
2.1968年IBM公司首次提出“温彻斯特/Winchester”技术,探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。“温彻斯特”技术的精隋是:“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片,磁头沿盘片径向移动,磁头悬浮在高速转动的盘片上方,而不与盘片直接接触”,这也是现代绝大多数硬盘的原型。
3.1973年IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术的硬盘,从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。它的容量为60MB,转速略低于3000RPM,采用4张14英寸盘片,存储密度为每平方英寸1.7MB。
4.1979年,IBM再次发明了薄膜磁头,为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。
5.80年代末期IBM发明的MR(Magneto Resistive)磁阻是对硬盘技术发展的又一项重大贡献,这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感,使得盘片的存储密度比以往每英寸20MB提高了数十倍。
6.1991年IBM生产的3.5英寸的硬盘使用了MR磁头,使硬盘的容量首次达到了1GB,从此硬盘容量开始进入了GB数量级。
7.1999年9月7日,Maxtor宣布了首块单碟容量高达10.2GB的ATA硬盘,从而把硬盘的容量引入了一个新的里程碑。
8.2000年2月23日,希捷发布了转速高达15,000RPM的Cheetah X15系列硬盘,其平均寻道时间仅3.9ms,它也是到目前为止转速最高的硬盘;其性能相当于阅读一整部Shakespeare只花.15秒。此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s,数据缓存为4~16MB,支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纤通道) ,这将硬盘外部数据传输率提高到了160MB~200MB/s。总得来说,希捷的此款("捷豹")Cheetah X15系列将硬盘的性能提升到了一个全新的高度。
9.2000年3月16日,硬盘领域又有新突破,第一款“玻璃硬盘”问世,这就是IBM推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV,此两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料,这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性。另外玻璃材料在高转速时具有更高的稳定性。此外Deskstar 75GXP系列产品的最高容量达75GB,而Deskstar 40GV的数据存储密度则高达14.3 十亿数据位/每平方英寸,这再次刷新数据存储密度世界记录。
10.以下是近年来关于硬盘价格的趣味数字
1995年 200MB~400MB 大于4000元/GB
1996年 1.2GB~2.1GB 1500元~2000/GB
1998年 1.2GB~2.1GB 200元~250元/GB
2000年 4.3GB~6.4GB 40元/GB
2002年 10GB~20GB 20元/GB
2004年 40GB~80GB 6.9元/GB
2005年 80GB~160GB 4.5元/GB
2006年 80GB~250GB 3.8元/GB
2008年 160GB~1TB 1.6元/GB
未来的发展趋势
希捷存储新技术:2009年出2500G硬盘
硬盘记录密度越大就可以实现越大的磁盘容量,希捷最近发布的160GB 5400rpm 2.5英寸
垂直纪录笔记本硬盘的纪录密度是每平方英寸135Gbits,东芝最新展示的2.5英寸硬盘每平
方英寸纪录密度是188Gbits,而在加州硅谷的IDEMA DiSKON展会上,希捷展示了1种磁记录
设备,每平方英寸可以纪录421Gbits数据!
希捷CEO Bill Watkins表示,在纪录密度上的突破将开启数字革命,硬盘在各种存储需
求上可以持续保持领先优势。根据希捷的新闻稿,希捷宣称采用421Gbits/平方英寸密度制
造的1.8英寸硬盘可以容纳275GB数据,2.5英寸硬盘可以容纳500GB数据,而全尺寸的3.5英
寸硬盘则可以容纳2.5TB数据,预计希捷将在2009年拿出全尺寸3.5英寸2.5TB容量的硬盘。
日立2010年推5000G硬盘 等同半个人脑存储量
据国外媒体报道,日立日前宣布,将于2010年推出5TB(5000G)硬盘,从而向新兴的固态
硬盘发起挑战。
如今,固态硬盘逐渐蚕食传统硬盘业务, 尤其是在笔记本电脑市场。但是,这并不意
味着传统硬盘将从此退出历史舞台。
硬盘专家日立的做法是,尽可能提升硬盘的存储空间。据悉,日立计划于2010年推出5TB
3.5英寸商用硬盘。该硬盘采用了电流正交平面垂直巨磁阻(CPP-GMR)技术,使每平方英寸的
存储密度达到1TB。
至于5TB的硬盘能够存储多少内容, 日立高管Yoshihiro Shiroishi称:“到2010年,2
块硬盘的存储量就与人类大脑的存储量相当。
硬盘接口
IDE,俗称PATA并口
SATA(Serial ATA)接口,它作为一种新型硬盘接口技术于2000年初由intel公司率先提出。虽然与传统并行ata存储设备相比,sata硬盘有着无可比拟的优势。而磁盘系统的真正串行化是先从主板方面开始的,早在串行硬盘正式投放市场以前,主板的sata接口就已经就绪了。但在intel ich5、sis964以及via vt8237这些真正支持sata的南桥芯片出现以前,主板的sata接口是通过第三方芯片实现的。这些芯片主要是siliconimage的sil 3112和promise的pdc20375及pdc20376,它们基于pci总线,部分产品还做成专门的pci raid控制卡。
SATA2,希捷在SATA的基础上加入NCQ本地命令阵列技术,并提高了磁盘速率。
SCSI,希捷在服务器上使用的接口,可以热插拔
SAS(Serial ATA SCSI)希捷在高端服务器上的接口。
硬盘品牌
希捷旗下的酷鱼Barracuda、迈拓金钻Maxtor Diamond
是硬盘的最佳选择,性能最稳定,技术最领先,速率最快,价格略高
西部数据,旗下的鱼子酱
是节能的选择,性能中规中矩,价格便宜
日立,原IBM硬盘部,价格便宜,但稳定性欠佳,且噪音大,建议不要选择
三星,主要提供笔记本硬盘
硬盘保养
硬盘作为电脑各配件中非常耐用的设备之一,保养好的话一般可以用上个6~7年,下面给大家说一说怎样正确保养硬盘。
硬盘的保养要分两个方面,首先从硬件的角度看,特别是那些超级电脑DIY的玩家要注意以下问题。他们通常是不用机箱的,把电脑都摆在桌面一方面有利于散热,一方面便于拆卸方便,而这样损坏硬件的几率大大提高,特别是硬盘,因为当硬盘开始工作时,一般都处于高速旋转之中,放在桌面上没有固定,不稳定是最容易导致磁头与盘片猛烈摩擦而损坏硬盘。还有就是要防止电脑使用时温度过高,过高的温度不仅会影响硬盘的正常工作,还可能会导致硬盘受到损伤。
温度过高将影响薄膜式磁头的数据读取灵敏度,会使晶体振荡器的时钟主频发生改变,还会造成硬盘电路元件失灵,磁介质也会因热胀效应而造成记录错误。
温度过高不适宜,过低的温度也会影响硬盘的工作。所以在空调房内也应注意不要把空调的温度降得太多,这样会产生水蒸气,损毁硬盘。一般,室温保持在20~25℃为宜。接下来我们谈谈使用过程中硬盘的问题。
很多朋友在使用电脑是都没有养成好习惯,用完电脑,关机时还没有等电脑完全关机就拔掉了电源,还有人在用完电脑时直接关上开关,硬盘此时还没有复位,所以关机时一定要注意面板上的硬盘指示灯是否还在闪烁,只有当硬盘指示灯停止闪烁、硬盘结束读写后方可关闭计算机的电源开关,养成用电脑的好习惯。
有的朋友十分注意硬盘的保养,但是由于操作不得当,也会对硬盘造成一定程度的伤害。
一些人看到报刊上讲要定期整理硬盘上的信息,而他就没有体会到定期二字,每天用完电脑后都整理一遍硬盘,认为这样可以提高速度,但他不知这样便加大了了硬盘的使用率,久而久之硬盘不但达不到效果,适得其反。
当然,如果您的硬盘长期不整理也是不行的,如果碎片积累了很多的话,那么我们日后在访问某个文件时,硬盘可能会需要花费很长的时间读取该文件,不但访问效率下降,而且还有可能损坏磁道。我们经常遇到的问题还不止这些。
还有就是有些朋友复制文件的时候,总是一次复制好几个文件,而换来的是硬盘的惨叫。要“定期”对硬盘进行杀毒,比如CIH会破坏硬盘的分区表,导致你的宝贵“财富”丢失。不要使用系统工具中的硬盘压缩技术,现在的硬盘非常大了,没有必要去节省那点硬盘空间,何况这样带来的是硬盘的读写数据大大地减慢了,同时也不知不觉影响了硬盘的寿命。
由此可见,养成良好的使用电脑的习惯是非常重要的,它会直接影响到电脑甚至硬盘的寿命。慢慢养成习惯,这样才能保证您的电脑长时间为您效力。
硬盘的物理结构
1、磁头
磁头是硬盘中最昂贵的部件,也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头,但是,硬盘的读、写却是两种截然不同的操作,为此,这种二合一磁头在设计时必须要同时兼顾到读/写两种特性,从而造成了硬盘设计上的局限。而MR磁头(Magnetoresistive heads),即磁阻磁头,采用的是分离式的磁头结构:写入磁头仍采用传统的磁感应磁头(MR磁头不能进行写操作),读取磁头则采用新型的MR磁头,即所谓的感应写、磁阻读。这样,在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化,以得到最好的读/写性能。另外,MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度,因而对信号变化相当敏感,读取数据的准确性也相应提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关,故磁道可以做得很窄,从而提高了盘片密度,达到200MB/英寸2,而使用传统的磁头只能达到20MB/英寸2,这也是MR磁头被广泛应用的最主要原因。目前,MR磁头已得到广泛应用,而采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头(Giant Magnetoresistive heads)也逐渐普及。
2、磁道
当磁盘旋转时,磁头若保持在一个位置上,则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹,这些圆形轨迹就叫做磁道。这些磁道用肉眼是根本看不到的,因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区,磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的,这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响,同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5英寸软盘,一面有80个磁道,而硬盘上的磁道密度则远远大于此值,通常一面有成千上万个磁道。
3、扇区
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段便是磁盘的扇区,每个扇区可以存放512个字节的信息,磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时,要以扇区为单位。1.44MB3.5英寸的软盘,每个磁道分为18个扇区。
4、柱面
硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头,因此,盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS,即Cylinder(柱面)、Head(磁头)、Sector(扇区),只要知道了硬盘的CHS的数目,即可确定硬盘的容量,硬盘的容量=柱面数*磁头数*扇区数*512B。
硬盘的逻辑结构
1. 硬盘参数释疑
到目前为止, 人们常说的硬盘参数还是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)参数。那么为什么要使用这些参数,它们的意义是什么?它们的取值范围是什么?
很久以前, 硬盘的容量还非常小的时候,人们采用与软盘类似的结构生产硬盘。也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数。由此产生了所谓的3D参数 (Disk Geometry). 既磁头数(Heads),柱面数(Cylinders),扇区数(Sectors),以及相应的寻址方式。
其中:
磁头数(Heads)表示硬盘总共有几个磁头,也就是有几面盘片, 最大为 255 (用 8 个二进制位存储);
柱面数(Cylinders) 表示硬盘每一面盘片上有几条磁道,最大为 1023(用 10 个二进制位存储);
扇区数(Sectors) 表示每一条磁道上有几个扇区, 最大为 63(用 6个二进制位存储);
每个扇区一般是 512个字节, 理论上讲这不是必须的,但好像没有取别的值的。
所以磁盘最大容量为:
255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB ( 1M =1048576 Bytes )或硬盘厂商常用的单位:
255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB ( 1M =1000000 Bytes )
在 CHS 寻址方式中,磁头,柱面,扇区的取值范围分别为 0到 Heads - 1。0 到 Cylinders - 1。 1 到 Sectors (注意是从 1 开始)。
2. 基本 Int 13H 调用简介
BIOS Int 13H 调用是 BIOS提供的磁盘基本输入输出中断调用,它可以完成磁盘(包括硬盘和软盘)的复位,读写,校验,定位,诊,格式化等功能。它使用的就是 CHS 寻址方式, 因此最大识能访问 8 GB 左右的硬盘 (本文中如不作特殊说明,均以 1M = 1048576 字节为单位)。
3. 现代硬盘结构简介
在老式硬盘中,由于每个磁道的扇区数相等,所以外道的记录密度要远低于内道, 因此会浪费很多磁盘空间 (与软盘一样)。为了解决这一问题,进一步提高硬盘容量,人们改用等密度结构生产硬盘。也就是说,外圈磁道的扇区比内圈磁道多,采用这种结构后,硬盘不再具有实际的3D参数,寻址方式也改为线性寻址,即以扇区为单位进行寻址。
为了与使用3D寻址的老软件兼容 (如使用BIOSInt13H接口的软件), 在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器,由它负责将老式3D参数翻译成新的线性参数。这也是为什么现在硬盘的3D参数可以有多种选择的原因(不同的工作模式,对应不同的3D参数, 如 LBA,LARGE,NORMAL)。
4. 扩展 Int 13H 简介
虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址,但是由于基本 Int13H 的制约,使用 BIOS Int 13H 接口的程序, 如 DOS 等还只能访问 8 G以内的硬盘空间。为了打破这一限制, Microsoft 等几家公司制定了扩展 Int 13H 标准(Extended Int13H),采用线性寻址方式存取硬盘, 所以突破了 8 G的限制,而且还加入了对可拆卸介质 (如活动硬盘) 的支持。
硬盘的基本参数
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一、容量
作为计算机系统的数据存储器,容量是硬盘最主要的参数。
硬盘的容量以兆字节(MB)或千兆字节(GB)为单位,1GB=1024MB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1G=1000MB,因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。
硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘单片盘片的容量,单碟容量越大,单位成本越低,平均访问时间也越短。
对于用户而言,硬盘的容量就象内存一样,永远只会嫌少不会嫌多。Windows操作系统带给我们的除了更为简便的操作外,还带来了文件大小与数量的日益膨胀,一些应用程序动辄就要吃掉上百兆的硬盘空间,而且还有不断增大的趋势。因此,在购买硬盘时适当的超前是明智的。近两年主流硬盘是80G,而160G以上的大容量硬盘亦已开始逐渐普及。
一般情况下硬盘容量越大,单位字节的价格就越便宜,但是超出主流容量的硬盘略微例外。时至2007年12月初,1TB(1000GB)的希捷硬盘中关村报价是¥2550元,500G的硬盘大概是¥965元。
二、转速
转速(Rotational speed 或Spindle speed)是指硬盘盘片每分钟转动的圈数,单位为rpm。
早期IDE硬盘的转速一般为5200rpm或5400rpm,曾经Seagate的“大灰熊”系列和Maxtor则达到了7200rpm,是IDE硬盘中转速最快的。如今的硬盘都是7200rpm的转速,而更高的则达到了10000rpm。
三、平均访问时间
平均访问时间(Average Access Time)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置,并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。
平均访问时间体现了硬盘的读写速度,它包括了硬盘的寻道时间和等待时间,即:平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。
硬盘的平均寻道时间(Average Seek Time)是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间当然越小越好,目前硬盘的平均寻道时间通常在8ms到12ms之间,而SCSI硬盘则应小于或等于8ms。
硬盘的等待时间,又叫潜伏期(Latency),是指磁头已处于要访问的磁道,等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半,一般应在4ms以下。
四、传输速率
传输速率(Data Transfer Rate) 硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度,单位为兆字节每秒(MB/s)。硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率。
内部传输率(Internal Transfer Rate) 也称为持续传输率(Sustained Transfer Rate),它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。
外部传输率(External Transfer Rate)也称为突发数据传输率(Burst Data Transfer Rate)或接口传输率,它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率,外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关。
目前Fast ATA接口硬盘的最大外部传输率为16.6MB/s,而Ultra ATA接口的硬盘则达到33.3MB/s。
使用SATA(Serial ATA)口的硬盘又叫串口硬盘,是未来PC机硬盘的趋势。2001年,由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范。2002年,虽然串行ATA的相关设备还未正式上市,但Serial ATA委员会已抢先确立了Serial ATA 2.0规范。Serial ATA采用串行连接方式,串行ATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。
串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型,由于采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说,就具有非常多的优势。首先,Serial ATA以连续串行的方式传送数据,一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目,使连接电缆数目变少,效率也会更高。实际上,Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作,分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据,同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次,Serial ATA的起点更高、发展潜力更大,Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s,这比最快的并行ATA(即ATA/133)所能达到133MB/s的最高数据传输率还高,而在Serial ATA 2.0的数据传输率达到300MB/s,最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。
五、缓存
与主板上的高速缓存(RAM Cache)一样,硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题,以提高硬盘的读写速度。目前,大多数SATA硬盘的缓存为8M,而Seagate的“酷鱼”系列则使用了32M Cache。
- 振金
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内存RAM特点是读写速度较快,但是停电之后内容就全丢失了,这就需要另一种存储器——外存储器。外存储器分为软盘、硬盘、光盘等。
硬盘就是一种最为常见的外存储器,它好比是数据的外部仓库一样。电脑除了要有“工作间”,还要有专门存储东西的仓库。硬盘又叫固定盘,由金属材料涂上磁性物质的盘片与盘片读写装置组成。这些盘片与读写装置(驱动器)是密封在一起的。硬盘的尺寸有5.25英寸、3.5英寸和1.8英寸等。有一类硬盘还可以通过并行口连接,作为一种方便移动的硬盘。
硬盘的存储速度比起内存来说要慢,但存储量要大得多,存储容量可用兆(MB)或吉(GB)来表示,1GB=1024MB。目前,家用电脑的硬盘的大小有60GB、80GB、120GB等。
- 小菜G的建站之路
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