【教学课件】第3章存储设备.ppt

第3章 存储设备,3.1 软盘和软盘驱动器3.2 硬盘和硬盘驱动器 3.3 光盘和光盘驱动器,3.1 软盘和软盘驱动器,3.1.1 软盘的使用3.1.2 软盘驱动器的种类和结构,3.1.1 软盘的使用,1.软盘的种类2.软盘的结构3.软盘的格式化4.软盘使用的注意事项,1.软盘的种类,软盘盘片是一种圆形盘片，以厚约76m的软质聚酯塑料薄片为盘基，在其之上涂敷厚约2.3到3m氧化铁磁性材料作为记录介质。常见的软盘尺寸为5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸等几种。其存储面有单面和双面之分；按信息的存储密度又分为单密度和双密度，它们并非成倍地增加单位长度的记录位数，而是在记录方式上从调频制编码变为改进调频制编码，使得编码效率提高1倍。由于单双面和单双密度的差别，软盘出现了双面双密度、双面单密度、单面双密度和单面单密度四种类型。目前多数采用的是双面双密度记录类型。,2.软盘的结构,下面介绍常用的3.5英寸软盘，其容量为1.44MB或720KB，3.5英寸软盘结构如图3-1所示，它各部分的名称与作用如下：（1）塑料外壳：由ABS注塑而成，耐冲击，抗弯曲，起保护盘片的作用。（2）金属环：起定位作用，它与驱动器主轴精密配合以带动盘片随主轴转动。（3）快门：当磁盘插入软驱时，快门自动打开，露出读写窗口以便磁头读写。当磁盘从软驱中取出时，在快门弹簧的作用下关闭快门，为盘片起到防尘，防触的保护作用。（4）写保护：当将保护块拨向下方时，磁盘处于写保护状态，此时只能读出而不能写入，以保护原有数据。,图3-1 3.5英寸软盘结构,3.软盘的格式化,在介绍格式化之前先介绍软盘的两个技术指标：（1）磁道（Track）：由于磁盘在工作的时候是转动的，它所存储的信息是按照一系列同心圆记录在其表面上的，每一个同心圆称为一个磁道。磁道从外向内依次编号为0道、1道、2道，PC机所用的软盘通常有40个或80个磁道。（2）扇区（Sector）：进一步将每个磁道划分为若干弧段，称为扇区。扇区是磁盘的基本存储单位，对软盘进行读写的时候，无论数据多少，总是读写一个或者几个完整的扇区。因此，一个扇区又称一个记录。在PC机中，无论哪种扇区，每个扇区的存储量都统一为512字节，每个磁道一般分为8，9，15或者18个扇区，扇区按照1，2，3的顺序编号。,一张新的空白软盘在使用之前必须为它划分磁道和扇区，并建立为使用软盘所必要的各种引导和识别信息，这一个过程就叫做磁盘的格式化。软盘的非格式化容量取决于盘片本身磁介质所允许的记录密度，而磁盘的格式化容量取决于操作系统中格式化程序的参数，即如何为磁盘划分磁道和扇区。但很显然，格式化容量一定小于非格式化容量。格式化容量的计算方法是：格式化容量（字节数）每扇区字节数（512）每磁道扇区数每磁道扇区数每磁面磁道数磁面数,4.软盘使用的注意事项,（1）不要用手去触摸暴露的磁介质表面（三寸盘的有滑动式塑料片保护，但也应注意），以免手上的油脂和灰尘污染盘片和划伤盘片。（2）要往贴在软盘上的标签上书写时，最好用签字笔。如果要用铅笔或其他笔，也要轻轻地写，不可用力，以免划伤磁盘记录面。（3）不可用橡皮擦标签上的字，以防擦下的碎屑进入软盘内损坏磁盘和驱动器。这也是上面第二点所说尽量避免使用铅笔的原因。,（4）软盘存放时不能有重物压在其上。（5）不要随手将软盘放在磁铁、电视机、录音机或其他带磁物体附近，以免软盘上数据丢失。长期不用的软盘要放在防静电盒内（即塑料盒），而且垂直存放，以防磁盘表面受压丢失信息。（6）不要弯曲软盘，尤其是对于没有硬塑料外壳的5.25英寸软盘，盘片一旦变形，就很难保证正常的读写功能。,（7）不要将软盘放在高热环境中，软盘的使用温度是10到30。（8）为防止软盘信息丢失，开关主机电源时，应将软盘从软盘驱动器中取出，除了要读写使用软盘，其余任何情况下尽量不要将软盘留在驱动器中。（9）软驱指示灯亮时，勿将软盘取出或关闭计算机，否则容易造成数据丢失。（10）使用软盘时最好让其处于写保护状态，这样可以防止因误操作而带来的麻烦（即不慎改动软盘里的数据）。,（11）半年到一年左右，应重写软盘上的数据，以恢复由于受自然因素影响造成的磁性减弱，重写软盘上的数据时，最好格式化后再写，以确定有无坏的磁道。（12）注意定时备份软盘上的内容，毕竟软盘的使用寿命并不长，并且很容易受到外界影响损坏，定时备份才能更好地确保内容不丢失。,3.1.2 软盘驱动器的种类和结构,1.软盘驱动器的种类2.软盘驱动器的结构,1.软盘驱动器的种类,在微机的发展过程中，软盘驱动器有以下三种：1）5.25英寸低密软盘驱动器这种驱动器使用的软盘的容量为360KB，该软盘驱动器是IBM PC/XT微机系统的标准配置，可安装在286，386，486及Pentium等微机系统中。但由于容量小，早已被高密度的软盘驱动器所取代。,2）5.25英寸薄型高密软盘驱动器这种驱动器使用的软盘容量为1.2MB，曾经也是IBM PC/XT微机的标准配件之一，也能安装在286，386，486及Pentium等微机系统中。高密驱动器可以读写低密软盘，但低密驱动器不能读写高密软盘。5.25英寸软盘驱动器已经被3.5英寸软盘驱动器所取代。,3）3.5英寸软盘驱动器这种驱动器使用的软盘的容量为1.44MB（720KB），3.5英寸软盘驱动器只用于PC/AT机上，特点是体积小，比以上两种软驱的容量大，软盘基片封装在硬塑料盒中，抗挤压、防尘性能也较好，盘上数据不易丢失。目前，3.5英寸软盘已成为386、486及Pentium等微机系统的标准配件之一。3.5英寸软盘驱动器如图3-2所示。,图3-2 3.5英寸软盘驱动器,2.软盘驱动器的结构,软盘驱动器是一个相对独立的装置，又称软磁盘机，主要由以下机构组成：（1）盘片驱动机构：由驱动盘片的滞留伺服电机、主轴及稳速电路组成，当驱动器门关上以后，磁头加载电路使磁头与盘片接触，它负责以300r/min的恒定速度带动盘片旋转，等待读写命令的到来。,（2）磁头定位机构：采用四相双拍步进电机，由步进电机带动磁头小车沿磁盘半径方向直线运行。从适配器接口送来的“方向”和“步进”控制脉冲，驱动步进电机使磁头定位到需要寻址的磁道和扇区。（3）数据读写电路系统：读写磁头作为一个整体安装在一起，上、下两个磁头共用一套读写电路，完成数据的读出和写入。,（4）状态检测系统：状态检测系统包括四个检测装置，它们各自向适配器传送相应的接口信号：00磁道检测装置：用于检测磁头起始道00的位置，有微动开关和光电传感器两种，当磁头小车回到00磁道位置时，应检测到“00道”信号。索引孔检测装置：由发光二极管和光敏元件组成，用于对索引进行检测。当主轴电机转速为300r/min时，检测的索引孔脉冲信号Index的周期为200ms，脉冲宽度约4ms。写保护检测装置：亦有微动开关和光电传感器两种，用于对盘片的写保护状态进行检测。当盘片处于写保护状态时，输出写保护信号Write Protect。盘片更换检测装置：由光敏三极管组成，用于对软盘更换的检测。,（5）微机控制系统：整机控制系统负责控制软盘驱动器各个部分协调工作。软盘驱动器安装于主机箱内部，前面有插入软盘的缝隙或活门，并有工作指示灯，后部设有连接电源和软驱卡的接口插座。当软盘插入软盘驱动器内工作时，驱动器的主轴带动盘片旋转，而保护套不动，同时读写磁头与盘片接触，并可以作径向移动，从而可以读写盘片上的所有记录表面。,3.2 硬盘和硬盘驱动器,3.2.1 硬盘的使用3.2.2 硬盘驱动器的种类和结构,3.2.1 硬盘的使用,1.性能指标2.相关问题3.IDE硬盘安装4.SCSI硬盘安装,1.性能指标,考虑一个硬盘的性能，最基本的有两方面，一方面是硬盘的容量，即硬盘有多大；另一方面是硬盘的速度，即硬盘存取速度有多快。这些都涉及到硬盘的一系列的性能指标，接下来将介绍这一方面的内容。,1）硬盘容量硬盘的容量是非常重要的，大多数被淘汰的硬盘都是因为容量不足，不能适应大量数据的存储。容量越大，硬盘上每兆存储介质的成本就越低，从目前情况看，80G，120G乃至150G的硬盘都已经处于市场的主流位置。理论上说，在可能的范围内，硬盘的容量越大越好，一方面用户得到了更大的存储空间，能够更好地满足存储的需要，另一方面容量越大，硬盘上每兆存储介质的成本就越低，无形中降低了使用成本，这一点对于那些从事图形图像处理、音频语音识别和多媒体技术应用等工作的用户和要求大量存储空间的用户尤其重要。但是并不是对所有用户都是如此，譬如为办公室里一般办公的PC配备一只超大容量的硬盘就没有必要。,目前推动硬盘容量飞速发展的主要原因有以下两点：第一，随着网络应用的迅猛发展，各地电信网络不断增容、升级，网络用户能享用到越来越大的带宽，从网上下载的数据量也会越来越大，最终存到用户的硬盘里。大型文件的下载会变得更加容易，扩大硬盘容量的要求也越来越迫切。第二，数字媒体内容快速增长，一些“存储密集型”的多媒体应用也在刺激着大容量驱动器的发展。这些应用包括数码电视、照片、电影以及音乐等等，它们均对系统的存储能力提出了严格的要求，成为持续刺激硬盘扩容的一项重要因素。,2）硬盘速度硬盘的读写离不开机械运动，其速度相对于CPU、内存、显卡等的速度来说要慢得多，从“木桶效应”来看，可以说硬盘的性能决定着计算机的最终性能。硬盘速度的快慢主要取决于转速、缓存大小、平均寻道时间和接口类型，在此可以把转速、缓存大小、平均寻道时间归为内部传输率，接口类型决定外部传输率。在内部传输率（磁头缓存的速率）成为瓶颈的现在，仅仅提高外部数据传输率（改进接口类型）对总体性能的影响不大，因此，在目前可以简单地认为提高内部传输率是提高硬盘速度的关键。,（1）主轴转速。主轴转速是影响硬盘速度的重要因素之一，它体现的是硬盘驱动器机械运动速度的快慢，决定了硬盘磁头单位时间内能够读写到的硬盘区域的大小。（2）平均寻道时间。平均寻道时间体现了硬盘读写数据的能力，一般以毫秒为单位，是指磁头从得到指令到寻找到数据所在磁道的时间。计算机要在硬盘盘片上进行读写操作，必须要首先寻找到相应的存储区域，并把读写磁头移动到该位置，这个定位读写区域的时间就是寻道时间。总体上说，每次寻道所花费的时间越少，平均寻道时间就越小，因此在购买硬盘的时候，应该选择平均寻道时间较小的产品。,（3）数据传输率。数据传输速率从总体上衡量了硬盘和计算机系统其他部分交换数据的快慢。数据传输率分为外部传输率（External Transfer Rate）和内部传输率（Internal Transfer Rate），其中外部数据传输率指的是硬盘的缓存与系统主存之间交换数据的速度，内部数据传输率指的是硬盘磁头从缓存中读写数据的速度。外部数据传输率指的是电脑通过数据总线从硬盘内部缓存区中所读取数据的最高速率。目前市场上主要产品的外部数据传输速率有66.6Mb/s、99.9Mb/s和133Mb/s，前者采用了UltraDMA66/100技术，后者采用了UltraDMA133技术。内部数据传输率即磁头到硬盘的高速缓存之间的数据传输速度。内部传输速率是影响硬盘整体速度的瓶颈，因此提高内部传输速率对提高硬盘整体速度非常重要。内部传输速率常常使用Mb/s或者Mbps作为单位。,3）其他相关参数（1）平均潜伏期（Average Latency）：磁头移动到数据所在的磁道后，等待所要的数据块继续转动（半圈或多些、少些）到磁头下的时间，称为潜伏期，单位为毫秒（ms）。（2）道至道时间（Single Track Seek）：磁头从一磁道转移至另一磁道间隔的时间，称为道至道时间，单位为毫秒（ms）。（3）全程访问时间（Max Full Seek）：磁头开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的时间，单位同样是毫秒（ms）。,（4）平均访问时间（Average Access）：指磁头找到指定数据的平均时间，单位为毫秒（ms）。通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和。现在不少硬盘广告中为了夸张速度，用平均寻道时间代替平均访问时间进行宣传。（5）MTBF（连续无故障时间）：指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。（6）单碟容量：高的硬盘单碟容量至少可以为用户带来两大好处：一是使硬盘可以拥有更大的存储容量；第二大好处是可以有效地提高硬盘的内部转输率。,2.相关问题,除了上面所介绍的性能指标外，不同的硬盘生产商开发的硬盘处理一些不同的问题，这些不同于性能指标有固定的量化标准，但对于硬盘的使用来说仍然有相当大的意义。1）温度问题硬盘的表面温度指硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升的情况。2）噪音与安全防震技术噪音虽然不是衡量硬盘性能的标准，但是也有必要减少噪音。现在许多厂家都应用了先进技术来给硬盘“消音”。3）数据保护系统现在硬盘普遍采用了（Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology，自动监测、分析和报告）技术，当有异常情况发生时就会发出警告，甚至自动降速并备份数据。,3.IDE硬盘安装,1）安装硬盘时的注意事项（1）每个IDE口都可以有（而且最多只能有）一个“Master”（主盘，用于引导系统）盘。当两个IDE口上都连接有设置为“Master”的硬盘时，一般都可以通过主板的CMOS的设置，指定哪一个IDE口上的硬盘是启动盘。（2）ATX电源在关机状态时仍保持5V电流，所以在进行零配件安装、拆卸及外部电缆线插、拔时必须关闭电源接线板开关或拔下机箱电源线。有些机箱的驱动器托架安排得比较紧凑，而且与机箱电源的位置非常靠近，安装多个驱动器时比较费劲。所以要先在机箱中安装好所有驱动器，然后再进行线路连接工作，以免先安装的驱动器连线挡住安装下一个驱动器所需的空间。并且为了避免因驱动器的震动造成的存取失败或驱动器损坏，要在安装驱动器时在托架上安装并固定所有的螺丝。,（3）在同一个IDE口上连接两个设备时，一般的原则是传输速度相近的安装在一起，光驱的速度是远远要慢于硬盘的，因此硬盘和光驱应尽量避免安装在同一个IDE口上。同理，当使用双光驱或者双硬盘时，可将光驱安排在同一个IDE口上，硬盘安排在另一个IDE口上。,2）硬盘的安装和主、从状态设置（1）正确连线。硬盘连线接口在硬盘尾部，包括电源线与数据线两条（如图3-3所示）。当然在这两者之间的是跳线设置，关于跳线设置在第（2）小点具体介绍。,图3-3 硬盘尾部接口,对于电源的连接，如图3-4所示的电源端口上的小缺口，在电源接头上有类似的缺口，这样的设计是为了防止插反电源插头。对于数据线，现在有两种，早期的数据线都是40针40芯的电缆，而自ATA/66之后就改用40针80芯的接口电缆。连接时，一般将电缆红线的一端插入硬盘数据线插槽上标有“1”的一端，另一端插入主板IDE口上也标记有“1”的那端。一般数据线插口也通过保留一个小的缺口，以确定数据线的正确连接。,图3-4 硬盘接口示意图,（2）跳线设置。硬盘在出厂时，一般都将其默认设置为主盘，跳线连接在“Master”的位置。如果计算机上已经有了一个作为主盘的硬盘，现在要连接一个作为从盘。那么，就需要将跳线连接到“Slave”的位置。主从设置虽然很简单，但可以说是双硬盘安装中最关键的。一般来说，性能好的硬盘优先选择作为主盘，而将性能较差的硬盘作从盘。例如两块硬盘，一块是7200RPM，另一块是5400RPM，那么最好方案就是将7200RPM的硬盘设置为主，5400RPM的硬盘设置为从。,现在市场上的硬盘正面或反面一般都印有主盘（Master）、从盘（Slave）及由电缆选择（Cable Select）的跳线方法，按照如图3-5所示的设置就能正确进行硬盘跳线，假如用户的硬盘上没有主从设置图例，那么可以到该品牌硬盘厂商的官方网站查找相关资料得到跳线方法。,图3-5 硬盘跳线的设置,3）主板BIOS中需设置的项目在硬盘安装并连接好后，就可以开机进入CMOS进行必要的设置。增加硬盘只要对CMOS菜单的“STANDARD CMOS SETUP”和“INTEGRATED PERIPHERALS”两项中部分内容进行设置。,（1）“STANDARD CMOS SETUP”设置：在此项中主要是设置硬盘的IDE连接类型。旧式的主板必须在CMOS中为硬盘输入柱面、磁头数和扇区等参数。而新式的主板只要将CMOS主菜单中“STANDARD CMOS SETUP”项中将要使用的接口都设置成“ATUO”即可。以后当计算机加电时检测到某一端口接有硬盘，会自动对其进行正确的设置，然后将硬盘接口类型和参数显示在屏幕上。,当然也能事先用COMS菜单的“IDEHDD AUTO DETECTION”对已经安装的硬盘进行检测，然后按提示设置参数并将接口类型设为“User”，这样从理论上说可以使计算机启动时速度快一些。（2）“INTEGRATED PERIPHERALS”设置：在这一项中需要设置硬盘的接口标准、硬盘UltraDMA接口的支持，主板上的IDE接口有效等具体设置内容。当CMOS中的必要设置完成后，退到主菜单，按F10键或选择“SAVE&EXITSETUP”退出，CMOS重新启动系统，如果此后计算机正确检测到所有硬盘并能正常进入操作系统，那么硬盘的安装就顺利完成了。,4.SCSI硬盘安装,SCSI是不同于IDE的另一种接口技术，也是当前流行的硬盘接口之一。关于不同种类的接口技术将在下一节进行详细介绍，本小节着重介绍SCSI硬盘的安装。SCSI接口采用了总线专用技术，即同时可执行多个SCSI设备的数据传输操作，以减少CPU的负荷，这使得SCSI接口在连接上性能比EIDE接口高出一截，而且一个SCSI接口控制器可连接多达7个外部设备，而一个EIDE接口最多只能连接两个外部设备。,基于SCSI接口的特性，SCSI硬盘具备有非常好的传输性能。除非系统主板自带SCSI控制器，否则需要专门购买和安装一块SCSI控制卡才能使用SCSI硬盘（SCSI接口如图3-6所示）。目前关于SCSI卡有三个正式标准，SCSI-1，SCSI-2和SCSI-3以及一些中间版本，要使SCSI硬盘获得最佳性能，就必须保证SCSI卡与SCSI硬盘版本一致（目前较新生产的SCSI硬盘和SCSI卡都是向前兼容的，版本不一定必须一致）。,图3-6 16位和8位SCSI接口,关于SCSI硬盘的安装，有一些特殊之处：（1）SCSI无主从之分。SCSI硬盘的跳线与IDE截然不同，它没有主从盘之分，而只有ID号。硬盘ID号的设置使用的是二进制数字。缺省状态下SCSI控制器的ID号为7。虽然可以更改该设置，但是建议保留默认值。对于各种SCSI硬盘ID号的设置并没有任何严格的规定。虽然没有任何限制，但还是应当合理的分配ID号。绝大多数SCSI硬盘在出厂前ID号都被预先设置为6，本书建议将系统启动盘的ID号定为6，然后随着硬盘的增加，依次递减设为5，4，3等。,（2）设置SCSI硬盘ID。SCSI硬盘使用3个跳线设置ID，其中的每一个针脚各自对应一个二进制数，依次为1，10和100，即1，2和4。上面已经提到过绝大多数SCSI硬盘的ID都被预先设为6，也就是使用第2和第3个针脚进行跳线。这是因为第3个针脚的对应值为4而第2个针脚的对应值为2，所以跳线值为6。如果需要把一块硬盘的ID号设为5，可以将1、3针脚跳线，从而得到1+4=5。不过关于针脚的设置完全取决于生产厂商的规定，因此在设置之前一定要首先查看一下硬盘上的说明。,除了上面这两点要特别注意之外，它的硬件安装与IDE 硬盘基本相似，这里不再赘述。不过SCSI硬盘的接口类型比较多，而其数据线的种类也比较多，有68针的，也有80针的。用户在安装时要看清自己的硬盘支持何种接口，使用什么样的接口电缆，如果接口与电缆不相吻合，可以使用转换口将它们串起来。,另外，安装SCSI硬盘的过程中应该注意以下一些问题：（1）SCSI硬盘和IDE硬盘共存。SCSI硬盘和IDE硬盘可以共存，不过要注意计算机在开启时会首先启动主板BIOS，然后才会引导SCSI控制卡的BIOS，在此情况下IDE硬盘会有较高优先权而作为启动盘。,（2）SCSI电源。当在装有外部SCSI设备的系统冷开机时，一定要首先打开外部SCSI设备电源，再开系统电源。这是由于SCSI卡在加电初始化时要搜索SCSI设备来调整SCSI总线的设置，此时若外部设备未开机则系统将忽略该外部设备，从而造成设备不能运转。这一点要特别注意。（3）CMOS设置。在早期的主板上安装SCSI硬盘作为系统引导盘时，一定要将CMOS中的硬盘类型设为“NOT-INSTALLED”。因为早期主板BIOS的IDE类型硬盘具有绝对的优先权。,3.2.2 硬盘驱动器的种类和结构,1.接口分类2.硬盘工作原理3.硬盘结构基本参数4.硬盘内部物理结构5.硬盘控制电路,1.接口分类,1）ST-506接口最早的IBMPC并不带有硬盘，它的BIOS及DOS1.0操作系统也不支持任何硬盘，后来DOS2引入了子目录系统，并添加了对“大容量”存储设备的支持，于是一些公司开始出售供IBMPC使用的硬盘系统，这些硬盘与一块控制卡、一个独立的电源（IBMPC的电源只有63.5W，无法向硬盘供电）被一起装在一个外置的盒子里，并通过一条电缆与插在扩展槽中的一块适配器相连，为了使用这样的硬盘，必须从软驱启动，并加载一个专用设备驱动程序。,1983年，IBM推出了IBMPC的后继产品PC/XT，虽然XT仍然使用8088CPU，但配置却高得多，加上了一个10MB（随后的XTS机型为20MB）的内置硬盘，IBM把原本放在盒子里的控制卡的功能集成到一块接口控制卡上，构成了人们常说的硬盘控制器。但是XT的BIOS中仍然不带有硬盘读写例程，为此接口控制卡上有一块ROM芯片，其中存有硬盘读写例程，这种现象一直持续到基于80286处理器的PC/AT的推出，硬盘接口控制例程终于被加入到了主板的BIOS中。,PC/XT和PC/AT机器使用的硬盘被称为MFM硬盘或ST-506/412硬盘，MFM（Modified Frequency Modulation）是指一种编码方案，而ST-506/412则是希捷开发的一种硬盘接口，首先使用这种接口的硬盘为希捷的ST-506及ST-412。ST-506接口使用起来相当简便，它不需要任何特殊的电缆及接头，但是它支持的传输速度很低，因此到了1987年左右这种接口就基本上被淘汰了，采用该接口的老硬盘容量多数都低于200MB。,2）ESDI接口鉴于ST-506接口的低速度，迈拓于1983年开发了ESDI（Enhanced Small Drive Interface）接口。这种接口将编码解码器放在了硬盘本身之中，而不是控制卡上，它的理论传输速度是ST-506的2到4倍，一般可达10Mbps。ESDI接口并没有得到广泛应用，原因之一是它的成本比较高，经过了几个版本之后，它与后出现的低成本高性能的IDE接口相比已没有优势可言，因此在进入90年代后就逐步被淘汰掉了。Windows 9X操作系统中有一个设备驱动程序叫ESDI_506.pdr，显然这个文件的名字来源于古老的ESDI和ST-506接口，但ESDI_506.pdr却是一个IDE接口的驱动程序！,3）IDE与EIDE接口IDE（Integrated Drive Electronics）的本意实际上是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，人们常说的IDE接口，也叫ATA（Advanced Technology Attachment）接口，现在PC机使用的硬盘大多数都是IDE兼容的，只需用一根电缆将它们与主板或接口卡连起来就可以了。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其他厂商生产的控制器兼容。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。,ATA接口最初是在1986年由CDC、康柏和西部数据共同开发的，他们决定使用40芯的电缆，最早的IDE硬盘大小为5英寸，容量为40MB，康柏早期的386系统使用了由西部数据制造的IDE硬盘，后来康柏创办了Conner来为自己生产硬盘，但很快又把Conner出售了。ATA接口的一大特点是成本低，非常符合PC机的发展特点，因此很快得到大家的认同，从80年代末期开始逐渐取代了其他老式接口，ANSI也专门制定了ATA-1标准，1990年后生产的PC机已经普遍采用ATA接口了。,就在ATA-2成为标准之时，西部数据与希捷掀起了一场接口名称之争。西部数据提出了EIDE（Enhanced IDE）的概念，EIDE实际上包含了ATA-2和ATAPI（ATA Packet Interface）两种标准，后者是为了让CDROM、磁带机等其他设备使用ATA接口而制订的标准，因为ATA-1和ATA-2标准都只考虑了硬盘。希捷为了对付WD的市场策略，也提出了一个Fast-ATA的概念，并得到了昆腾的支持。Fast-ATA实际上就是ATA-2，相对而言，Fast-ATA比EIDE在概念上要更为清晰一些，但是由于CD-ROM驱动器的迅速发展，ATAPI标准得到了普遍应用，Fast-ATA和EIDE两种称呼都经常出现在各种场合，反而产生了很多混淆。ATA接口的最新标准是ATA-3，与ATA-2相比，ATA-3没有增加更高速率的工作模式，但改进了数据传输的可靠性，加入了一个简单的密码保护的安全方案，对电源管理方案进行了修改，并引入了S.M.A.R.T.技术，让硬盘在出错时能够向系统报告。,4）DMA（ATA）100/133DMA 100/133并不是新的接口规范，它们只是对EIDE接口的增强。传统的IDE数据传输仅仅利用了单边带的数据脉冲。DMA 100/133则在数据传输时使用了双边带的数据脉冲。因此，使用该技术的硬盘并配合相应的芯片组，最大传输速度可以提高到133Mb/s，向下兼容采用 80芯的线40针的接口，支持 CRC 错误检测修正技术。它们最大的优点在于把CPU从大量的数据传输中解放出来了，可以把数据从HDD直接传输到主存而不占用更多的CPU资源，从而在一定程度上提高了整个系统的性能。DMA 100/133已成为目前E-IDE硬盘接口事实上的标准。,当然ATA 100/133的数据传输率只是一个理论值，实际使用中是无法达到最大值的，而现在硬盘的最大内部传输率也就在50M/s左右，无法充分发挥ATA 100/133接口的能力。,5）SATA接口目前大多数台式机硬盘采用的都是UltraATA100/133并行总线接口，理论最高速率在133Mb/s，随着硬盘内部传输速率的不断提升，很快会成为硬盘性能的瓶颈。而SerialATA1.0规范将硬盘的外部传输速率提高到了150Mb/s以上，而且随着后续版本的发展，其接口速率还可比较轻松的扩展到600Mb/s以上，是未来高性能硬盘的必然选择。并行ATA接口硬盘所使用的80-pin数据线在机箱内部也显得特别粗大、凌乱，它会阻碍空气的流动，进而影响到系统的散热，限制高速CPU等配件的性能发挥。而且并行ATA设计采用12V和5V电压供电，在当今计算机配件不断降低电压、减小功耗的趋势下，这也是需要改进的。而Serial ATA采用250mV供电，能够有效地减小系统的功耗。,串行ATA采用了点对点传输协议，每一个硬盘与主机通信时都独占一个通道，系统中所有的硬盘都是对等的，因此，在串行ATA中将不存在“主/从”盘的区别，用户也不必去设置硬盘的相关跳线。点对点传输模式还使每一个硬盘都可以独享通道带宽，这对于提高性能是有好处的。,6）SCSI接口SCSI（Small Computer System Interface）是一种与ATA完全不同的接口，它不是专门为硬盘设计的，而是一种总线型的系统接口，每个SCSI总线上可以连接包括SCSI控制卡在内的8个SCSI设备。早期PC机的BIOS不支持SCSI，各个厂商都按照自己对SCSI的理解来制造产品，造成了一个厂商生产的SCSI设备很难与其他厂商生产的SCSI控制卡共同工作，加上SCSI的生产成本比较高，因此没有像ATA接口那样迅速得到普及。SCSI接口的优势在于它支持多种设备，传输速率比ATA接口高，独立的总线使得SCSI设备的CPU占用率很低，所以SCSI更多地被用于服务器等高端应用场合。,ANSI分别于1986年和1994年制定了SCSI-1和SCSI-2标准，一些厂商在这些标准的基础上开发了FastSCSI，UltraSCSI，Ultra2SCSI（LVD）和Ultra160/m等事实上的标准。希捷、IBM等厂商都有自己的SCSI硬盘系列产品，由于目标市场不同，这些SCSI硬盘的转速、缓存大小等指标要比同时期的IDE硬盘高得多。,EIDE硬盘的接口技术在不断进步时，SCSI硬盘的接口技术也在迅速发展。目前开始普遍采用Ultra2SCSI（LVD）传输模式。LVD代表低电压差分技术，16位Ultra2SCSI（LVD）接口的最高传输速率可达80Mb/s，除了速度上的提升外，Ultra2SCSI（LVD）允许接口电缆的最大长度为12米，比起UltraSCSI的1.5米限制有了极大的进步，大大增强了设备配置的灵活性。Ultra160/mSCSI也被引入硬盘界，对硬盘在高计算量应用领域的性能扩展大有益处，处理关键任务的服务器、图形工作站、冗余磁盘阵列（RAID）等设备将因此得到性能提升。而目前的硬盘厂商为使产品适应不同领域的需求，将Ultra160/mSCSI技术与光纤界面技术集成在一块硬盘上，使硬盘的应用领域更加广阔，不但可以支持服务器、图形工作站、冗余磁盘阵列应用，还可以支持SAN等新型应用。,7）光纤通道光纤通道技术具有数据传输速率高、数据传输距离远以及可简化大型存储系统设计的优点。目前，光纤通道支持每秒200MB的数据传输速率，可以在一个环路上容纳多达127个驱动器，局域电缆可在25米范围内运行，远程电缆可在10公里范围内运行。某些专门的存储应用领域，例如小型存储区域网络（SAN）以及数码视像应用，往往需要高达每秒200Mb的数据传输速率和强劲的联网能力，光纤通道技术的推出正适应了这一需求。,同时，其超长的数据传输距离，大大方便了远程通信的技术实施。由于光纤通道技术的优越性，支持光纤界面的硬盘产品开始在市场上出现。这些产品一般是大容量硬盘，平均寻道时间短，适应于高速、高数据量的应用需求，将为中高端存储应用提供良好保证。从技术发展看，Ultra160/mSCSI仅仅是硬盘接口发展道路上的一环，200Mb的光纤技术也远未达到止境，未来的接口技术必将更为先进。,2.硬盘工作原理,1）温彻斯特硬盘技术现代硬盘原理为IBM的“温彻斯特”（Winchester）技术，这个命名来自1968年，IBM首次提出探讨名为“温彻斯特”技术的硬盘。它的工作特点是工作磁头悬浮在高速转动的盘片上面，而不直接与硬盘接触。从此，硬盘技术的发展有了正确的结构基础：密封、高速旋转的镀磁盘片、磁头沿盘片径向移动，这就是“温彻斯特”硬盘技术的精髓。硬盘的内部及外壳如图3-7所示。今天，PC机硬盘的容量虽然已经达到100GB的数量级，但仍没有脱离“温彻斯特”技术。,图3-7 硬盘的内部及其外壳,整个硬盘系统由硬盘驱动器、硬盘适配器及连接电缆三部分组成。硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的单片机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将启动并以高速转动，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，驱动音圈电机发出磁信号，根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接受后的数据信息解码，通过放大控制电路传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作。结束硬盘操作的断电状态，在反力矩弹簧的作用下浮动磁头驻留到盘面中心。,盘片的每个记录表面设有一个读写磁头，尤其以多盘片为主，移动磁头多盘片磁盘如图3-8所示，整个组件磁头由相应的驱动机构带动可沿径向移动。硬盘与软盘一样，盘片上记录信息的圆形轨迹称磁道。,图3-8 移动磁头多盘片磁盘,每个磁道分为若干扇区。由于硬盘由多个盘片构成，因此各个盘片上半径相同的所有磁道都处于同一个圆柱面上，因此引入了硬盘“柱面”的概念。关于盘片和柱面的问题，在后面将详细介绍。硬盘系统在记录信息的时候将优先使用同一个或者最靠近的柱面，因为这样的磁头组件的移动最少，既有利于提高读写速度，也可以减少运动机构的磨损。跟软盘一样，硬盘中的磁道可进一步划分为扇区，每一扇区也是512字节。,2）磁记录原理磁表面存储器通过磁头和记录介质的相对运动完成读写操作。写入时，记录截止在磁头下方匀速通过，根据写入代码的要求，对写入线圈输入一定方向和大小的电流，使磁头导磁体磁化，产生一定方向和强度的磁场。由于磁头和磁层表面间距非常小，磁力线直接穿透磁层表面，将对应磁头下方的微小区域磁化（叫做磁化单元）。可以根据写入驱动电流的不同方向，使磁表面被磁化的极性方向不同，以区分记录“0”或“1”。,读出时，记录介质在磁头下方匀速通过，磁头相对于一个个未被读出的磁化单元作切割磁力线运动，从而在磁头读线圈中产生感应电势。由于原来磁化单元的磁通方向不同，感应电势方向也不同，便可读出“1”或者“0”两种不同信息。磁表面存储器读写原理如图3-9所示。,图3-9 磁表面存储器读写原理,3.硬盘结构基本参数,清楚硬盘的基本参数，是了解硬盘结构的基础。包括磁头、柱面、扇区、间隔因子、着陆区等一系列参数，是确定一个硬盘基本性能和基本工作模式的因素。1）磁头数（Heads）硬盘的磁头数与硬盘体内的盘片数有关，由于每一盘片均有两个磁面，每个磁面都有一个磁头，因此，磁头一般为盘片数的两倍。每面磁头数及每磁道所含的扇区数与硬盘的种类及容量有关。,2）柱面（Cylinders）硬盘通常由重叠的一组盘片（盘片最多为14片，一般均在110片之间）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，称之为硬盘的柱面。硬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。属于同一柱面的全部磁道同时在各自的磁头下通过，这意味着只需指定磁头、柱面和扇区，就能写入或读出数据。,3）每磁道扇区数（Sector）在硬盘中，磁道进一步划分为扇区，每一扇区是512字节。格式化后的硬盘容量由三个参数决定，即：硬盘容量磁头数柱面数扇区数512字节例如，某IDE接口硬盘的磁道数为1120，磁头数为16，每磁道有59个扇区，则硬盘容量为：11201659512541327360B514MB,4）间隔因子（Inter Leave）硬盘磁道上相邻的两个逻辑扇区之间的物理扇区的数量。因为硬盘上的信息是以扇区的形式来组织的，每个扇区都有一个号码，存取操作要通过这个扇区号，所以使用一个特定的间隔因子来给扇区编号会有助于获取最佳的数据传输率。,5）着陆区（LZone：Landing Zone）为了使硬盘有一个起始位置，通常指定一个内层柱面作为着陆区（一般为数据区外最靠近主轴的盘片区域），它使硬盘磁头在电源关闭之前停回原来的位置。着陆区不用来存储数据，因此可避免磁头在开、关电源期间紧急降落时所造成数据的损失。目前，一般的硬盘在电源关闭时会自动将磁头停在着陆区，而老式的硬盘需执行PARK命令才能将磁头归位。,硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、磁头、盘片、主轴、电机、接口及其他附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部分。硬盘内部结构如图3-10所示。,4.硬盘内部物理结构,图3-10 硬盘内部结构,1）磁头组件这个组件是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，它采用了非接