计算机维护与维修教程第七章.ppt

第7章 磁盘存储器,本章简要介绍了软盘驱动器的性能特点、种类、结构原理和几种大容量的软驱。还介绍了硬盘的性能特点、技术参数和接口类型等。7.1 软盘驱动器 7.2 硬盘 7.3 硬盘控制器接口,退出,7.1 软盘驱动器,7.1.1 软盘驱动器 7.1.1.1 软盘驱动器的规格和接口 软盘子系统包括软盘片、软盘驱动器、驱动程序和软驱控制器这几部分。软盘是微机系统永久保存信息和交换信息的重要外部磁存储介质。软驱（Floppy Disk Driver，FDD）是对软盘进行读写的机电一体化的设备。软驱驱动程序是软驱的配套程序，它包含在系统BIOS程序中。软驱控制器（FDD Controller）提供主机对软驱的控制信号，也是软驱设备的接口，它做在I/O卡或主板上或南桥芯片内。,微机常选用的软盘片有直径为5.25英寸、存储容量为1.2MB和直径为3.5英寸、存储容量为1.44MB这两种，它们的驱动器分别称为5寸软驱和3寸软驱。由于3寸软盘体积小、容量大并带有塑料外壳不易损坏，目前大多数PC机仅仅配备一个3寸软驱。3.5”软驱的外形如图7-1所示。,图7-1 3.5”软驱和软盘,3.5”软盘的结构如图7-2所示，它的盘片外面有一个塑料外壳，不易污染和损坏。将它的写保护片拨到封住写保护孔的位置时，软盘处于可以读写的状态，反之为写保护状态，这时软盘上的信息不会被改写，软盘也不会感染病毒。,图7-2 3.5”软盘的结构,软驱上有两个插座。一个电源插座，它有四个插针，分别为+12V输入、两个接地线和+5V输入，+12V给各个马达供电，+5V给电路元件供电。另一个为控制及数据电缆插座，它有34线。用一根34线电缆将它与I/O多功能卡或主板上的软驱接口（FDD）相连接。34线电缆的红色线应接到两边插座的1号脚，以免电缆接反。软驱34线电缆如图7-3所示。在一些微机的系统硬件配置程序CMOS Setup中有“Swap Floppy Drive”这一项，当将其设置为“Enabled”时则可对调A、B两个软驱的逻辑名称，而不必在电缆插头上将它们对调。软驱接口（FDC）的信号定义如表7-1。,图7-3 软驱的34线电缆,7.1.1.2 软盘驱动器的结构原理 软盘驱动器（FDD）由数据读写系统、磁头定位系统、盘片驱动系统和控制电路等组成。磁头是其工作的核心部件。磁头分为上、下两个，上磁头称为“1号磁头”，下磁头称为“0号磁头”，它们固定在磁头小车上，并始终接触盘片。当盘片由主轴马达驱动以每分钟300多转的高速旋转时，磁头小车由步进马达驱动做径向运动，从而使上、下磁头能扫描磁盘上、下两面的所有磁道，实现读、写操作。,所谓写操作是指软驱接收到主机发来的数据编码信号，经过写电路的一系列处理后，通过磁头将数据的电流信号转换为磁信号记录在磁盘上。而读操作是写操作的逆过程，即把磁盘上记录的磁信息通过磁头转换为电流信号，然后经过读电路的一系列处理后，还原出电信号的数据信息发送给主机。软盘驱动器还有专门用于检测磁盘状态的传感器元件。比如“0磁道开关”、“写保护传感器”。,磁盘驱动器软驱或硬驱的基本原理相同，框图如图7-4所示，主要包括数据读写系统、磁头定位系统、盘片驱动系统和控制电路等部分。,图7-4 磁盘驱动器的原理方框,7.1.2 超级软驱 目前还有多种高速大容量的新型软盘驱动器，如ZIP100、LS-120和UHC等。由于价格较高和软盘交换性等原因，都尚未被PC机普遍采用。7.1.2.1 LS-120软盘驱动器 LS-120（Laser Servo-120MB）是一种采用激光伺服机构的大容量3.5”软盘驱动器，主要部件采用激光光学轨迹读写技术，并配备高容量高密度软磁盘。,LS-120盘片容量可达l20MB，是原3.5寸软盘的83倍。读写速度为原软驱的5倍。LS-120使用标准IDE接口。它与原3.5寸软驱兼容，即可以读写1.44MB软盘。许多新的BIOS都支持LS-120软驱，DOS、Win3.x、Windows 9x和Windows NT可以使用这种软驱。LS-120软盘驱动器有望成为未来PC机的大容量外存设备。内外置LS-120的安装是不同的。1外置式LS-120软驱的安装：2内置式LS-120软驱的安装：,7.1.2.2 ZIP驱动器 ZIP驱动器是一种活动式存储驱动器，它使用的盘片容量为100MB。它的盘片比传统3.5”盘片厚许多，它不兼容传统软盘。按接口形式分，ZIP有IDE内置式、SCSI内置式、SCSI外置式和并口外置式等。采用与硬盘同样的SCSI和IDE接口，使ZIP驱动器的存取时间大大提高，达到29毫秒。而采用通用的并行口，则使ZIP驱动器可以非常方便地接入台式、便携式或其它各式计算机，但并行口会使ZIP的访问速度明显变慢。IDE接口、SCSI接口和并行接口的ZIP软驱的安装方法均与原来的3寸软驱不同。,2.3 UHC软盘驱动器 UHC（Ultra High Capacity）即超高容量软盘驱动器，由日本Mitsumi公司开发。它的盘片容量为150MB，也兼容原1.44MB的3.5寸软盘。它的主轴马达转速为3600RPM。它的磁头与盘面不接触，与硬盘原理一样。它的平均搜寻时间为20mS，比LS-120的60mS快3倍。预言各种新型大容量软盘驱动器的发展前景，到底谁能够取代传统的软盘驱动器，不仅仅取决于它自身的性能优良和价格便宜，一个重要因素就是它能否与当前仍独霸PC机的3.5”1.44MB软盘驱动器相兼容和方便地交换共享数据。,7.2 硬盘,7.2.1 硬盘驱动器简介 硬盘驱动器（Hard Disk Driver，HDD）也是微机系统的基本外存设备。与软盘驱动器不同的是，它的磁盘片是硬质合金的，并固定安装在驱动器内部，所以也可统称为硬盘。与软盘相比，它的存储容量要大得多，速度也快得多，而体积也较小。3”软盘的容量为1.44MB，而目前PC机硬盘容量在10GB到60GB。目前市面上硬盘的主流品牌为昆腾（Quantum）、希捷（Seagate）、钻石（Maxtor）、西部数据（Westdata）和IBM等。,硬盘子系统包括硬盘驱动器（内含硬盘）、驱动程序和硬盘接口。硬盘的控制器（HDD Controller）做在硬盘内部，而接口集成在主板上。硬盘的驱动程序包含在系统BIOS程序中。硬盘的构成和工作原理与软驱相仿，它以自己专用的微处理器作为控制器，它的内部ROM固化了控制软件，用来实现加电时的自我诊断、运行状态检测、主轴电机的转速调节和对磁头的位置控制等功能。硬盘驱动器内部硬件主要由电路板和头盘组件HDA（Head Disk Assemblly）构成。硬盘的内部结构如图7-5所示。,图7-5 硬盘的内部结构示意,硬盘按其盘片直径大小可分为5.25、3.5、2.5和1.8英寸等多种，按其接口类型分有IDE接口及SCSI接口等多种，目前使用最多的是IDE接口的3.5英寸硬盘。IDE接口来自IBM AT机，其信号定义与AT机的总线相似，因此也叫AT总线（AT BUS）。IDE接口的硬盘连接电缆为40线排线电缆，其中红色为1号线，如图7-6所示。在一个IDE接口上连接两个硬盘，一个硬盘上的跳线应设置为“Master”状态，另一个硬盘上的跳线应设置为“Slave”状态。硬盘的电源线为4线，分别为+12V（黄色）、地（黑色两根）和+5V（红色），12V供给马达，5V供给电路元件。,图7-6 硬盘的40线电缆,硬盘装好后还要做两件事，首先要进入CMOS Setup设置硬盘类型（HDD Type），即设置硬盘的柱面数、磁头数和扇区数。其次要用FDISK、FORMAT命令进行硬盘分区和格式化，也可用硬盘专用管理软件DM进行，之后才能使用。具体做法在后面有关章节介绍。,7.2.2 硬盘的技术参数 7.2.2.1 硬盘的技术指标 1道密度与位密度 硬盘道密度是指磁盘径向的磁道密度，单位是TPI（Track Per Inch）即每英寸磁道数。2转速：硬盘的转速是指硬盘主轴马达也就是盘片的转速，单位是RPM（Round Per Minute）即每分钟圈数。3平均存取时间 平均存取时间（Average Access Time）是反映硬盘数据操作速度的指标，单位是毫秒（mS）。它包括三个时间段：平均寻道时间（Seek time），平均定位时间（Setting time），转动延迟（Rotational latency）。,4缓存容量 缓存容量（Cache Size）是指硬盘内部数据的高速缓冲存储器的大小，如256KB、512KB、1MB和2MB等。5平均故障间隔时间 平均故障间隔时间MTBF（Mean Time Between Failures）是指硬盘操作时发生故障的时间间隔的平均数。6硬盘控制器的数据传输率 硬盘控制器即接口的数据传输率是指缓存至主机的数据传送速度。,7.2.2.2 硬盘实例 以Maxtor 5T060H6硬盘为例，它的技术规格如下：,7.2.3 硬盘的物理类型参数 硬盘的参数很多，其中直接关系到用户安装使用硬盘的参数有柱面数、磁头数、扇区数和容量，前三项称为硬盘的物理结构参数，常常以“C/H/S”标注在硬盘的盘面上。1柱面数（Cylinder）缩写为Cyln，指每个盘面上的磁道数。由于硬盘盘片是上下叠放的，所以每一个盘面上的同号磁道便组成一个圆柱面。这个参数为CMOS Setup中设置硬盘类型（HDD Type）的关键参数。2磁头数（Heads）硬盘的读写磁头总数。因为每个盘片的上下两面各有一个磁头，所以也是硬盘的盘面总数。这个参数也是CMOS Setup中设置硬盘类型的关键参数。,3扇区数（Sector）缩写为Sect，指每个磁道上划分的记录数据的基本小区域的数目，对DOS系统而言，每个小区域包含512个字节。这个参数也为CMOS Setup中设置硬盘类型的关键参数。4存储容量（Size）指硬盘可以存储的数据字节数，单位为MB（1MB=10241024字节）和GB（1GB=1024MB）。格式化容量（GB）=柱面数磁头数扇区数512102410241024。5间隔存取因子（Interleaver）6写预补偿（Write Pre-Comp）7磁头着陆区（Landing Zone）,7.3 硬盘控制器接口,在微机系统中采用过的硬盘接口主要有四种，ST-506、ESDI（Enhanced Small Device Interface）即增强型小型设备接口、IDE和SCSI。IDE接口广泛用于普通PC机，SCSI接口多用于服务器和专用图形工作站。,7.3.1 硬盘 IDE 型接口 7.3.1.1 IDE接口 IDE（Intelligent Device Electronics）即智能设备电子接口，是目前PC机普遍采用的最基本硬盘接口。IDE接口的40个引脚除了对主板上的ISA总线（也叫AT总线）的信号进行必要控制之外，基本上是原封不动地送往硬盘驱动器，所以IDE接口也常被称为ATA接口。PC主板通常提供两个IDE接口，每个ID可连接两个IDE设备，采用一条40线扁平电缆传送控制和数据信号。硬盘上的IDE插座外形如图7-7所示，其中第20针没有，为的是电缆定位。IDE接口和电缆的40线信号定义如表7-2。,主板上IDE接口占用的系统硬件资源通常为：IDE1的I/O Port地址为1F0H-1F7H，IRQ 14，IDE2的I/O Port地址为170H-177H，IRQ 15。,图7-7 硬盘IDE接口的插座,7.3.1.2 IDE硬盘接口的类型 1IDE的类型 我们现在统称的IDE（或ATA）接口，是指接口形式相同的早期IDE、EIDE、ATA（AT Attachment，AT附加设备）和Ultra DMA等多种改进型。EIDE（Enhanced IDE）即增强型IDE，是Pentium以上主板上配备的标准硬盘接口，也支持CD-ROM驱动器等设备。目前使用的IDE接口有ATA（或Ultra DMA）33、66、100等新型高速接口。,2IDE的工作方式 3IDE的类型模式 PIO-0、PIO-1、PIO-2模式。以10bit表示柱面数、4bit表示磁头数和6bit表示扇区数，即允许硬盘参数的最大值是1024柱面、16磁头和63扇区，因此能支持的硬盘的最大容量为528MB（=10241663512）。在目前的系统BIOS设置程序（CMOS Setup）中，被称为硬盘类型的Normal方式。不管硬盘容量有多大，只要选择了Normal模式，就只能访问该硬盘的528MB空间。,增强的EIDE硬盘接口使用PCI总线适配器，通常做在主板上，它支持PIO-3/4和Multi Word DMA1/2模式的硬盘，也支持符合EIDE接口的光驱（CD-ROM Driver）和磁带机等。EIDE以8bit（255）表示磁头数，10bit柱面数和6bit扇区数不变。显然它能支持的硬盘的最大容量应比Normal方式大16倍为8.4GB（528MB16）。这在目前的系统BIOS设置程序（CMOS Setup）中，被称为硬盘类型的LBA（Logical Block Addressing）逻辑块寻址方式。系统BIOS设置程序中还有一种硬盘类型的large方式，它只能将柱面数除以2，使之不大于1024，再将磁头数乘以2，因此它能支持的硬盘的最大容量为Normal方式的2倍为1GB。目前的硬盘都采用LBA模式。,7.3.2 SCSI接口 7.3.2.1 SCSI接口类型 SCSI（Small Computer System Interface）即小型计算机系统接口，其实是一种用于高速外设的外部接口适配器卡，也有称之为硬盘协处理器卡（Disk Coprocessor Board）的，通常也叫做“Scuzzy”卡。在计算机外设接口尤其是外存储设备接口方面，SCSI接口始终占据着高贵地位，这不仅是由于它的先进技术性能，也是由于它的高价位。SCSI的意义是小型计算机系统接口，它是做在一个专门的系统扩展卡上。SCSI开发于70年代末，至今已有SCSI-1、SCSI-2以及SCSI-3等多种。,1SCSI-1 SCSI-1是第一个版本，异步数据传输率为3MB/S，同步数据传输率为5MB/S。采用的是特殊的25针的SCSI接口。2SCSI-2 SCSI-2最初称为Fast SCSI，8位并行数据传输，数据传输率提高到10MB/S，可连接7个外设。标准接口为50线，信号有差分方式和单端方式两种。50线的SCSI插座如图7-8所示。Wide SCSI，16位并行数据传输，数据传输率提高到20MB/S，可连接16个外设。SCSI-2用于硬盘、CD-ROM驱动器和扫描仪等设备。SCSI的50线差分方式接口的信号定义如表7-3，单端方式接口的信号定义如表7-4。,图7-8 50针SCSI插座,3SCSI-3 SCSI-3也称为Ultra SCSI，数据传输率达到20MB/S，若使用16位传输模式，则数据传输率可高达40MB/S。SCSI-3增加为一个68针接口，用于将8位数据增加到32位数据。68针的SCSI插座如图7-9所示。它也分为差分方式和单端方式两种。SCSI-3的68线差分方式接口的信号定义如表7-5，单端方式接口的信号定义如表7-6。,图7-9 68针SCSI插座,4最新型Ultra SCSI Ultra 2 SCSI发表于97年，采用低电压差分技术，使用16位传输模式，数据传输率达到80MB/S。Ultra 160/m SCSI发表于98年，采用低电压差分技术，并且每个时钟可发送两位数据，数据传输率达到160MB/S。98年以后生产的硬盘开始采用此类接口。,7.3.2.2 SCSI的特点 SCSI接口设备是链接的，安装在系统中的每个SCSI设备都有自己唯一的标号ID（ID=115）。设备ID号可由设备前面的跳线来设置，缺省值为7。SCSI接口的优点主要有：1SCSI可以连接最多16个设备，所有设备只需占用一个IRQ资源。,2SCSI允许在对一个设备进行数据传输的同时，另一个设备对其进行数据查找。这就可以在多任务操作系统中获得更高的性能。3SCSI对CPU的占用率极低，在多任务系统中的确占有明显的优势。4SCSI设备还具有智能化，提高了工作效率。5SCSI快于IDE。,2.3 SCSI和IDE硬盘的比较 比较SCSI和IDE硬盘，它们的主要差别是：,习题,1掌握软驱的种类、规格和接口。2熟悉磁盘驱动器的工作原理。3掌握硬盘的规格、特点、技术指标和类型参数。4熟悉IDE和SCSI接口的规格和特点。,