存储设备_硬盘（PPT47页)

存储设备——硬盘•主讲人：•团队成员：周苏雅徐娟娟王爱瑾李娴芸郑静孙慧目录CONTENTSPARTONE硬盘概述PARTTHREE硬盘技术参数PARTTWO硬盘结构与接口PARTFOUR硬盘保护和选购PARTONE01硬盘概述●硬盘发展史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IBM350RAMAC（RandomAccessMethodofAccountingandControl）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。1973年，IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术的硬盘IBM3340，采用14英寸盘片。从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。温彻斯特技术核心内容：密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向运动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触。•◇1991年，IBM推出了MR磁头，这种磁头采取磁感应写入、磁阻读取的方式，并由此诞生了3.5寸的硬盘，容量首次达到了1GB。90年代后期GMR磁头出现，磁盘的存储容量进一步提高。•◇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。•◇2000年2月23日，希捷发布了转速高达15000RPM的CheetahX15系列硬盘，其平均寻道时间仅3.9ms，它也是有始以来转速最高的硬盘。•◇2005年，日立环储和希捷都宣布了将开始大量采用磁盘垂直写入技术（perpendicularrecording更充分地利用的储存空间•◇2007年1月，日立公司率先发布了业界首款TB容量PC硬盘产品Deskstar7K1000，首次将PC的存储容量跨入1TB大关。•◇2007——今年，混合硬盘和固态硬盘出现。•硬盘是电脑中最重要的存储部件之一，它将所有的数据都存储在硬盘中，当计算机需要时，将其从硬盘中取出……•硬盘尺寸主要有5.25英寸和3.5英寸两种，现在市场上普遍使用的是3.5英寸硬盘。用于笔记本电脑中的有2.5英寸、1.8英寸和0.9英寸等几种。硬盘概述PARTTWO02硬盘结构与接口硬盘的外部结构•在硬盘的正面都贴有硬盘的标签，标签上一般都标注着与硬盘相关的信息，例如产品型号、产地、出厂日期、产品序列号等。在硬盘的一端有电源接口插座、主从设置跳线器和数据线接口插座，而硬盘的背面则是控制电路板。硬盘正面硬盘的内部结构•硬盘的物理结构•硬盘主要由盘片、主轴、读写磁头和传动手臂等部件组成。•1、盘片•盘片是硬盘的存储数据的载体，现在的硬盘多采用金属薄膜材料。影响盘片多少的最大因素是单片容量。•2、主轴•主轴的作用是带动盘片转动，以方便读写磁头读写数据。主轴决定了硬盘的转速。现在的主轴多采用液态轴承。硬盘内部图主轴组件•3、读写磁头•作用是读取盘片中的数据，当盘片在高速旋转时，读写磁头会按指定的方向靠近盘片来读取数据。硬盘中的磁头不只一个，一个盘片对应一个磁头，正常关机后，读写磁头会自动归位。•4、传动手臂•作用是定位读写磁头。以传动轴为圆心带动前端的读写磁头在盘片旋转的垂直方向上移动。•5、传动轴•作用是在硬盘电机的作用下，带动手臂转动。浮动磁头组件●硬盘的工作原理1、硬盘的工作原理：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。•2、硬盘的工作过程：•准备阶段硬盘驱动器加电后，利用单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片启停区，初始化完成后主轴电机启动并以高速旋转，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。•读写阶段当接口电路接收到微机系统传来的指令信号，通过前置放大控制电路，驱动音圈电机工作，磁头准确定位并进行数据的读写。•结束阶段结束工作断电状态，浮动磁头驻留到盘面中心。•硬盘的数据结构•1、MBR（MasterBootRecord）•主引导记录，位于0柱面、0磁道、1扇区的位置。它由分区命令Fdisk产生。主引导记录中包含了硬盘的一系列参数和一段引导程序。硬盘引导程序的主要作用是检查分区表是否正确•2、DBR（DOSBootRecord）•DOS引导记录，位于0柱面、1磁头、1扇区的位置，它是由格式化命令Format产生的。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数，分配单元的大小等重要参数。•3、FAT（FileAllocationTable）•文件分配表，位于磁盘的0柱面、1磁头、2扇区的位置，FAT表的大小由硬盘的容量决定。•同一个文件的数据并不一定完整地存放在磁盘的一个连续的区域内，而往往会分成若干段，像一条链子一样存放。这种存储方式称为文件的链式存储。（如图）•为了实现文件的链式存储，硬盘上必须准确地记录哪些簇已经被文件占用，还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内容的下一个簇的簇号，对一个文件的最后一簇，则要指明本簇无后继簇。这些都是由FAT表来保存的，表中有很多表项，每项记录一个簇的信息。•4、FDT•DIR（Directory）是根目录区，紧接着第二FAT表（即备份的FAT表）之后，记录着根目录下每个文件（目录）的起始单元，文件的属性等。定位文件位置时，操作系统根据DIR中的起始单元，结合FAT表就可以知道文件在硬盘中的具体位置和大小了•5、DATA•数据区，主要负责硬盘中数据的存储，当数据复制到硬盘时，数据就存储在数据区中。三、硬盘接口蓝色接头接主板灰色接头接从设备黑色接头接主设备花边线三硬盘接口•硬盘的后面就是硬盘的接口，接口主要是数据接口和电源接口。•1、硬盘的数据接口•硬盘与主板连接部分称为硬盘的数据接口，•常见的硬盘接口有：ATA、SATA和SCSI，其中，ATA和SATA主要用于个人电脑，而SCSI则主要用于服务器。•（1）ATA接口•ATA接口又称为IDE接口。其传输速率一般为66MB/S、100MB/S和133MB/S，常见的外部传输模式为UltraATA/66、UltraATA/100、UltraATA/133，目前使用的最多的是后两者。•（2）SATA接口•串行ATA接口，其采用串行的方式传输数据，并采用了点对点的传输协议。其数据传输率最高可达到300MB/s，支持SATA设备的热插拔，一台电脑同时挂接两SATA接口的硬盘，没有主、从盘之分。•（3）SCSI接口•SCSI的英文全称为“SmallComputerSystemInterface”（小型计算机系统接口），是同IDE（ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。•（4）光纤通道•光纤通道的英文拼写是FibreChannel，是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。•光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。•2、硬盘的电源接口•ATA硬盘的电源接口是一个4针的“D型”电源接口，SATA硬盘接口则采用了15针的扁平接口。•3、硬盘的跳线•第一组：Master:on；Slave:off将硬盘设为主盘（强制设置，与数据线设置无关）。•第二组：（CableSelect）用数据线决定是主盘还是从盘。•第三组：限制使用的容量PARTTHREE03硬盘技术参数•1、容量•容量是硬盘存储数据的多少，是硬盘的一个重要的技术指标。目前流行的硬盘容量多为500GB、1TB,2TB等（3.5英寸）。•2、转速•转速是影响硬盘性能最重要的因素之一，目前市场上流行的是5400rpm（每分钟转数）和7200rpm的硬盘。现在7200rpm的高速硬盘技术已经非常成熟，而高低速硬盘性能差距比较明显，因此，建议选择高速硬盘。•3、硬盘接口技术•IDE和SCSI•4、磁头技术•目前硬盘的磁头技术主要采用磁阻磁头技术、巨型磁阻磁头技术和光学辅助温式技术等。•5、缓存•是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素，能够大幅度地提高硬盘整体性能。硬盘的缓存主要起三种作用：一是预读取。二是对写入动作进行缓存。三是临时存储最近访问过的数据。2MB和8MB缓存是现今主流硬盘所采用，而在服务器或特殊应用领域中还有缓存容量更大的产品，甚至达到了16MB、64MB等。•6、平均寻道时间•磁头移到数据所在的磁道上所需要的时间，一般为10~6毫秒。•7、平均等待时间•指读写磁头移动至目标磁道后，等待存储数据的时间。•8、平均访问时间•指硬盘的读写速度•平均访问时间=平均寻道时间＋平均等待时间•9、内部传输率（InternalTransferRate）•是指硬盘磁头与缓存之间的数据传输率，简单的说就是硬盘将数据从盘片上读取出来，然后存储在缓存内的速度。其速度取决于盘片的转速和盘片的线密度。目前各硬盘生产厂家努力提高硬盘的内部传输率，除了改进信号处理技术、提高转速以外，最主要的就是不断的提高单碟容量以提高线性密度。由于单碟容量越大的硬盘线性密度越高，磁头的寻道频率与移动距离可以相应的减少，从而减少了平均寻道时间，内部传输速率也就提高了。目前主流的家用级硬盘，内部数据传输率基本还停留在70~90MB/s左右，而且在连续工作时，这个数据会降到更低。•10、外部传输率（ExternaldataTransferRate）•一般也称为突发数据传输或接口传输率。是指硬盘缓存和电脑系统之间的数据传输率。也就是计算机通过硬盘接口从缓存中将数据读出交给相应的控制器的速率。平常硬盘所采用的ATA66、ATA100、ATA133等接口，是以硬盘的理论最大外部数据传输率来表示的。ATA100中的100就代表着这块硬盘的外部数据传输率理论最大值是100MB/s；ATA133则代表外部数据传输率理论最大值是133MB/s；而SATA接口的硬盘外部理论数据最大传输率可达150MB/s。这些只是硬盘理论上最大的外部数据传输率，在实际的日常工作中是无法达到这个数值的。•11、噪声•容量大、转速快造成噪声•12、发热•硬盘太热会使硬盘不稳定•13、数据安全：•S、M、A、R、T技术：硬盘自分析、自检测、自报告技术，这是目前普遍采用的数据安全技术。•RAID技术：独立磁盘冗余阵列技术将一个文件分散保存、读取，加快速度。•14、MTBF•连续无故障时间，指硬盘开始工作到出现故障的时间，以小时计算，时间越长，硬盘的稳定性越好。PARTFOUR04硬盘保护和选购•选购时考虑的因素：••1、容量（总量单碟）•2、速度（转速缓存）•3、接口技术（IDE、SATA、SCSI）•4、价格因素（迈拓价高西部数据价低）•5、售后服务2019/10/4•参考选购品牌：••希捷（Seagate）、迈拓（Maxtor）、•西部数据（WesternDigital）、•三星（Samsung）、富士通（Fujitsu）等。•日立7K20002TB7200转32MB（HDS722020ALA330）•参考价格：￥690•硬盘容量：2000GB•接口类型：SATA2.5•转速：7200转/分•硬盘缓存：32MB•硬盘尺寸：3.5寸盘•片数：5•平均寻道：8.5•其他特点：硬盘工作时噪音在26分贝硬盘选购硬盘选购•希捷Barracuda1TBSATA6Gb/s7200.12（ST31000524AS）（￥370）•基本参数：•适用类型台式机、硬盘尺寸3.5英寸、硬盘容量1000GB、缓存32MB、转速7200rpm、接口类型SA