硬盘


:Mr.zhou  阅读: 686 次

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  硬盘(英语:Hard Disk Drive,简称HDD)是电脑上使用坚硬的旋转盘片为基础的非挥发性存储设备,它在平整的磁性表面存储和检索数字数据,信息通过离磁性表面很近的磁头,由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上,信息可以通过相反的方式读取,例如读头经过纪录数据的上方时磁场导致线圈中电气信号的改变。硬盘的读写是采用随机存取的方式,因此可以以任意顺序读取硬盘中的数据。硬盘包括一至数片高速转动的磁盘以及放在执行器悬臂上的磁头。

 

接口

 

数据接口

 

  硬盘按数据接口不同,大致分为ATA(IDE)和SATA以及SCSI和SAS。接口速度不是实际硬盘数据传输的速度,目前非基于闪存技术的硬盘数据实际传输速度一般不会超过300MB/s。

  ATA,全称Advanced Technology Attachment,是用传统的 40-pin 并口数据线连接主板与硬盘的,接口速度最大为133MB/s,因为并口线的抗干扰性太差,且排线占用空间较大,不利电脑内部散热,已逐渐被 SATA 所取代。

  SATA,全称Serial ATA,也就是使用串口的ATA接口,因抗干扰性强,且对数据线的长度要求比ATA低很多,支持热插拔等功能,SATA-II的接口速度为375MB/s,而新的SATA-III标准可达到750MB/s的传输速度。SATA的数据线也比ATA的细得多,有利于机箱内的空气流通,整理线材也比较方便。

  SCSI,全称是Small Computer System Interface(小型机系统接口),经历多代的发展,从早期的 SCSI-II,到目前的 Ultra320 SCSI 以及 Fiber-Channel (光纤通道),接口型式也多种多样。SCSI 硬盘广为工作站级个人电脑以及服务器所使用,因此会使用较为先进的技术,如碟片转速15000rpm的高转速,且资料传输时CPU占用率较低,但是单价也比相同容量的 ATA 及 SATA 硬盘更加昂贵。

  SAS(Serial Attached SCSI)是新一代的SCSI技术,和SATA硬盘相同,都是采取序列式技术以获得更高的传输速度,可达到6Gb/s。此外也透过缩小连接线改善系统内部空间等。

此外,由于SAS硬盘可以与SATA硬盘共享同样的背板,因此在同一个SAS存储系统中,可以用SATA硬盘来取代部分昂贵的SAS硬盘,节省整体的存储成本。但SATA存储系统并不能连接SAS硬盘。

  FC(Fibre Channel,光纤通道接口),拥有此接口的硬盘在使用光纤联接时具有热插拔性、高速带宽(4Gb/s或10Gb/s)、远程连接等特点;内部传输速率也比普通硬盘更高。限制于其高昂的售价, 通常用于高端服务器领域。

 

电源接口image

 

 

  3.5寸的台式机硬盘,与ATA配合使用的是“D形4针电源接口”(俗称“大4pin”),由Molex公司设计并持有专利;而SATA接口也有相应的SATA电源线。

  2.5寸的笔记本电脑用硬盘,可直接由数据口供电,不需要额外的电源接口。在插上外接的便携式硬盘盒之后,由计算机外部的USB接口提供电力来源,而单个USB接口供电约为4~5V 500mA,若移动硬盘盒用电需求较高,有时需要接上两个USB接口才能使用,否则,需要外接电源供电。但如今多数新型硬盘盒(使用2.5寸或以下硬盘)已可方便地使用单个USB口供电。

 

结构

 

物理结构

 

  硬盘的物理结构一般由磁头与碟片、电动机、主控芯片与排线等部件组成;当主电动机带动碟片旋转时,副电动机带动一组(磁头)到相对应的碟片上并确定读取正面还是反面的碟面,磁头悬浮在碟面上画出一个与碟片同心的圆形轨道(磁轨或称柱面),这时由磁头的磁感线圈感应碟面上的磁性与使用硬盘厂商指定的读取时间或数据间隔定位扇区,从而得到该扇区的数据内容;

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(Track)。

柱面

  在有多个盘片构成的盘组中,由不同盘片的面,但处于同一半径圆的多个磁道组成的一个圆柱面(Cylinder)。

扇区

  磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段便是硬盘的扇区(Sector)。硬盘的第一个扇区,叫做引导扇区。

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磁道(Track)

柱面(Cylinder)

扇区(Sector)

磁头(Heads)

盘片(Platters)

每个碟片都有两面,因此也会相对应每碟片有2个磁头。

 

逻辑结构

 

  操作系统对硬盘进行读写时需要用到文件系统把硬盘的扇区组合成簇,并创建文件和树形目录制度,使操作系统对其访问和查找变得容易,这是因为操作系统直接对数目众多的扇区进行寻址会十分麻烦。

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A:磁道

B:扇面

C:扇区

D:簇(扇区组)

在硬盘上定位某一数据记录位置—C扇区,使用了三维定位。

MBR和GPT

  主引导记录(Master Boot Record,缩写:MBR),又叫做主引导扇区,是电脑开机后访问硬盘时所必须要读取的首个扇区,主引导扇区记录著硬盘本身的相关消息以及硬盘各个分区的大小及位置消息,是数据消息的重要入口。如果它受到破坏,硬盘上的基本数据结构消息将会丢失,需要用繁琐的方式试探性的重建数据结构消息后才可能重新访问原先的数据,对于那些扇区为512位组的磁盘,MBR分区表不支持容量大于2.2TB(2.2 × 1012字节)的分区。

  全局唯一标识分区表(GUID Partition Table,缩写:GPT)是一个实体硬盘的分区表的结构布局的标准。它是可扩展固件接口(EFI)标准(被Intel用于替代个人计算机的BIOS)的一部分。GPT分配64bits给逻辑块地址,因而使得最大分区大小在264-1个扇区成为了可能。对于每个扇区大小为512字节的磁盘,那意味着可以有9.4ZB(9.4 x 1021字节)[4][5] 或8 ZiB-512字节(9,444,732,965,739,290,426,880字节 或 18,446,744,073,709,551,615(264-1)个扇区 x 512(29)字节每扇区)。

 

主要参数

 

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硬盘制造商

 

西部数据(Western Digital)

日立环球存储科技:2011年被西部数据收购。

IBM:2003年硬盘部门被日立收购。

希捷(Seagate)

康诺(Conner):1996年被希捷收购。

迈拓(Maxtor):2006年被希捷收购。

昆腾(Quantum):2000年硬盘部门被迈拓收购。

三星电子(Samsung):2013年硬盘业务被希捷收购。

东芝(Toshiba)

富士通(Fujitsu):2009年2月18日硬盘部门被东芝收购。

易拓科技(ExcelStor)

EMC

NetApp

http://zh.wikipedia.org/wiki/硬盘


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