本章要点硬盘的分类、组成结构及其工作原理硬盘的安装.ppt
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1、本章要点 硬盘的分类、组成结构及其工作原理 硬盘的安装、BIOS相关设置、硬盘分区和高级格式化,8.1 硬盘简介8.2 硬盘的分类8.3 硬盘的结构及工作原理8.3.1 硬盘的结构8.3.2 硬盘的工作原理8.4 硬盘的主要参数和性能指标8.4.1 硬盘的主要参数8.4.2 硬盘的性能指标 8.5 主流硬盘简介8.6 硬盘新技术介绍,8.7 硬盘的选购8.8 硬盘常见故障分析与处理8.9 实验及实训8.9.1 实验及实训1-IDE接口硬盘的安装8.9.2 实验及实训2-SATA接口硬盘的安装.8.9.3 实验及实训3-IDE硬盘的BIOS设置8.9.4 实验及实训5-硬盘的分区8.9.5 实验
2、及实训6-硬盘的高级格式化8.9.6 实验及实训7-网上查询8.10 本章小结8.11 习题8.12 习题参考答案,8.1 硬盘简介 硬盘是电脑中使用最频繁的存储设备,主要用来存储电脑中的各类数据,它与内存不同,存放在硬盘中的数据不会因为电脑电源关闭而消失。硬盘由若干个钢性磁盘片组成,是机械技术、材料技术、电磁技术和半导体技术等顶尖技术的综合产品,是高度精密的电脑设备之一。它的发展虽然不像CPU那样日新月异,但是近几年在容量以及数据传输速度等方面也有突飞猛进的发展。,8.2 硬盘的分类硬盘按盘径尺寸和接口类型可进行如下分类。1按盘径尺寸分类 目前的硬盘产品,按内部盘片尺寸可以分为3.5英寸硬盘
3、、2.5英寸硬盘和1.8英寸硬盘。其中,3.5英寸的硬盘主要用在台式电脑中,如图8-1所示。2.5英寸的硬盘多用于笔记本电脑,而1.8英寸的硬盘则主要用在一些精密仪器和数码产品中,如现在的硬盘式MP4播放器主要使用的就是1.8英寸的硬盘。,图8-1 3.5英寸的硬盘,2按接口类型分类 硬盘按接口类型可分为IDE(Integrated Drive Electronics,集成驱动设备)接口硬盘、SCSI(Small Computer System Interface,小型计算机系统接口)接口硬盘和SATA(Serial Advanced Technology Attachment,一种基于行业标
4、准的串行硬件驱动器接口)接口硬盘。,(1)IDE接口硬盘 IDE是由Western Digital与Compaq两家公司共同研制的硬盘接口标准。IDE接口的硬盘又称为P-ATA接口的硬盘,IDE接口硬盘有多种工作模式:Ultra ATA 66(66MB/s)、Ultra DMA 100(100MB/s)和Ultra DMA 133(133MB/s)。IDE接口硬盘将控制器与盘体集成在一起,通过专用的40芯或80芯数据线连接在主板上的IDE接口上,如图8-2所示。80芯的数据线抗干扰能力比40芯的数据线强,传输速度也比40芯的数据线快,因此应用更为广泛。,随着数据传输速度较快的SATA接口硬盘的
5、出现,IDE接口硬盘有逐渐被淘汰的趋势。,(2)SCSI接口硬盘 SCSI最初是为小型机研制的一种硬盘接口技术,随着计算机技术的发展,现已被移植到普通电脑中,但是仍然多用于服务器等高档电脑中。SCSI从刚创建的8位发展到今天的Ultra320SCSI,数据传输速率也从1.2MB/s发展到现在的320MB/s,已经是第六代技术,SCSI接口硬盘同样也发展到了第六代产品。SCSI接口被广泛应用于硬盘、光驱、扫描仪、打印机和光盘刻录机等设备上,它具有适应面广、多任务、CPU占用率低、数据传输速率高等优点。但是SCSI接口硬盘价格相对较高,而且使用时还必须另外购买SCSI卡,一般用于服务器等高档电脑,
6、很少用于普通电脑。,如图8-3所示是希捷Cheetah 15K3的SCSI接口硬盘的接口图,它是第六代SCSI接口硬盘,主轴转速为15000r/Min,容量36.7GB,物理接口是68针,并且具有光纤接口,接口界面采用了UltraSCSI320规范。,(3)SATA接口硬盘 SATA接口是一种完全不同于IDE接口的新型硬盘接口标准,它的数据传输速率是普通IDE接口的几倍。随着高速CPU的普及,SATA接口硬盘已逐渐流行。SATA 1.0标准的数据传输速率的有效带宽峰值为150MB/s;SATA 2.0标准的数据传输速率为300MB/s;SATA 3.0标准的数据传输速率为600MB/s。SAT
7、A采用点对点传输模式,以保证每块硬盘都能够独享通道带宽,而且没有主、从限制。SATA接口硬盘在外观上和IDE接口硬盘没有太大的区别,如图8-4所示,只不过其数据线更细、更长,数据线的长度可达1m。,8.3 硬盘的结构及工作原理8.3.1 硬盘的结构1硬盘的外部结构 从表面来看,硬盘主要由电源接口、数据接口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔等组成,如图8-5所示,相同类型的硬盘其结构是相似的。,图8-5 硬盘的外观,数据接口,主从盘跳线,电源接口,(1)电源接口 电源接口用于硬盘与主机电源相连,为硬盘的工作提供能源。IDE接口硬盘的电源接口为4针,SATA接口硬盘的电源接口为15针。但是现在的AT
8、X电源没有SATA接口硬盘的电源接头,通常的做法是采用SATA电源转接线与传统电源线转接,输入线只有4条,通过转接线转接后有15路输出,如图8-6所示。,图8-6 IDE,SATA接口硬盘的电源线接头,(1)IDE电源接头,(2)SATA电源接头,(3)转接线,(2)数据接口 数据接口是硬盘与主板之间传输数据的纽带,根据连接方式可分为IDE和SATA等接口。IDE接口为40根针,数据线分40芯和80芯两种。而SATA接口是将并行数据传输方式改为串行数据传输方式,这样在同一时间内只有一位数据传输,SATA接口使用7根针。IDE接口和SATA接口的数据线如图8-7所示。,(3)控制电路板 控制电路
9、板安装在盘体的下方并裸露在外,有利散热。其功能是将操作系统的命令转变成电信号,从而控制硬盘的主传动装置在盘片上移动磁头,控制主轴电机恒定旋转,指挥磁头完成读写操作。此电路板采用贴片式元件焊接,包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。电路板上有一块ROM芯片,其固化的软件可以对硬盘进行初始化,完成加电和启动主轴电机、加电初始寻道、定位及故障检测等操作。电路上还装有2MB、4MB和8MB的高速缓存芯片。,(4)封闭式金属外壳 采用封闭式金属外壳,是为了防止灰尘进入硬盘内。一旦灰尘进入硬盘,轻则划伤盘片,破坏磁道,重则磁头损坏,硬盘报废。同时,面板上还标注有该产品的型号
10、、产地和设置数据等。,2硬盘的内部结构 如图8-8所示,硬盘的内部主要由浮动磁头组件、音圈电机、金属盘片、主轴电机和前置控制电路所组成。,(1)浮动磁头组件 浮动磁头组件由读写磁头、传动手臂和传动轴组成,如图8-9所示。读写磁头是多个磁头的组合,每张盘片的上、下面各有一个磁头,固定在由音圈电机所带动的磁头驱动臂上。加电工作时,磁头悬浮起来,距离磁片表面间隙只有0.10.3um,可以获得极高的数据传输速率。当硬盘停止工作时,磁头停放在着陆区,此时磁头和盘片接触。,(2)音圈电机:如图8.9所示,音圈电机是根据控制器传输的信息编码,利用线圈磁场的改变将磁头移动到盘片磁道的准确位置,它是一个密封性的
11、控制系统。(3)金属盘片 金属盘片是硬盘存储数据的载体,上下表面涂满磁性氧化铁,通过磁头读写盘片上的数据。多个盘片构成一个组,固定在主轴电机上,随之转动。一个组中的盘片越多,其容量也就越大。为了克服铝材质热胀冷缩的缺点,现在多采用玻璃材质的盘片,而且玻璃材质盘片的容量要比铝材质盘片的容量要大。,(4)主轴电机 主轴电机是使盘片同步、高速、平稳转动的电机,一般磁头以3600 r/min10000 r/min的速度转动。当前IDE接口的硬盘一般以7200 r/min的速度旋转,而SCSI硬盘一般以10000 r/min及以上的速度旋转。随着硬盘容量扩大,主轴电机转速也不断提升,传统滚珠轴承电机弊病
12、更加突出,现在开始采用精密机械工业液态轴承电机技术。这种电机噪音小、温度低、抗震能力强、无磨损。,(5)前置控制电路 前置控制电路用来控制磁头感应得到的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等。由于磁头读取的信号微弱,所以将放大电路密封在腔内以减少外来信号的干扰,提高操作指令的准确性。,8.3.2 硬盘的工作原理1工作原理 硬盘加电正常工作后,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,主轴电机启动并高速旋转,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,如图8-10所示。,当接口电路接收到电脑系统传来的指令信号后,通过前置控制电路,驱动音
13、圈电机发出磁信号,根据感应阻值的变化,磁头对盘片进行定位,并将接收到的数据进行解码,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的操作。硬盘断电后,在反力矩弹簧的作用下,浮动磁头驻留到盘面的停放位置。盘片的每个记录表面都设有一个读写磁头,整个磁头组件有相应的驱动机构带动,可沿径向移动。盘片上记录信息的圆形轨迹称为磁道,每个磁道可分为多个扇区。由于硬盘有多个盘片构成,因此各个盘片上半径相同的所有磁道处于同一个圆柱面上,从而引入了硬盘的“磁柱面”的概念,如图8-11所示。,2三种工作方式 在CMOS中设置硬盘时,计算机给出NORMAL、LBA(Logical Block Addressi
14、ng,逻辑块模式)和LARGE三种模式可供选择,如果选择不对,电脑不能启动或不能正常工作。一般情况下是用BIOS自动检测硬盘参数,并对硬盘参数自动设置。(1)NORMAL普通模式(2)LBA逻辑块模式(3)LARGE巨大模式,(1)NORMAL普通模式该模式支持的最大柱面数为1024(即使在CMOS硬盘参数中的柱面数设置了大于1024的数值也是按1024工作的),最大磁头数为16,最大扇区数为63,每扇区字节数为512B。因此支持最大硬盘容量为:10241663512B=528MB。在此模式下,即使硬盘的实际物理容量再大,可访问的硬盘空间也只能是528MB。,(2)LBA逻辑块模式为了突破NO
15、RMAL模式下容量528MB大小的瓶颈,出现了LBA模式。在此模式下,用逻辑参数代替真正的物理参数,以保证系统正常使用所有的硬盘空间。访问硬盘时,由IDE控制器把由柱面、磁头、扇区等参数确定的逻辑地址转换为实际硬盘的物理地址后再进行读写。,(3)LARGE巨大模式当硬盘的柱面数超过1024而又不被LBA模式所支持时可采用此种模式。它的设置方法是硬盘柱面数除以2,磁头数乘以2,以使柱面设置值小于1024而硬盘总容量又不变。此时硬盘最大容量为:10246332512GB。,目前,通常把硬盘设置为LBA模式,只有设置一些老硬盘(容量小于528MB)和使用早期操作系统(如老版本的UNIX)时,才将硬盘
16、设置为NORMAL模式,而LARGE工作模式极少采用。,8.4 硬盘的主要参数和性能指标8.4.1 硬盘的主要参数1磁头数(Head)每一个盘片均有两个磁面,每面都有一个磁头。所以一般情况下,磁头数是盘片数的两倍.2柱面(Cylinder)硬盘是由一组重叠的盘片所组成的,最多为14片,一般在210片之间。硬盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。3容量(Capacity)硬盘容量=盘片数2磁道数扇区数512B,4每磁道扇区数(Sector)通过上面的学习,我们还知道磁道可以进一步划分为扇区,每个扇区为512B。5交错因子(Interleave)交错因子是两个连续逻辑扇区之间所间隔的物理扇区数,
17、取值范围在1:1到5:1之间。具体数值由硬盘的类型决定,是硬盘低级格式化时所给定的一个主要参数,它对硬盘的存取速度有很大的影响。,8.4.2 硬盘的性能指标1平均寻道时间(Average Seek Time)2平均等待时间(Average latency)3道至道时间(Single Track Seek)4平均访问时间(Average Access)5转速(Rotational Speed)6硬盘的缓冲区(Buffer Memory)7外部数据传输率(External Transfer Rate)8最大内部数据传输率(Maximum Internal Data Transfer Rate)9平
18、均故障间隔时间(Mean Time Between Failures MTBF)10数据保护技术,图8-12 硬盘内部数据传输率与外部数据传输率示意图,8.5 主流硬盘简介 目前国内的硬盘市场正处于一个新旧交替的转型期,既有老一代产品,又有各大厂商刚推出的新一代产品,而且采用全新接口规范的S-ATA(串行)硬盘也已经大量上市。当前市场上主流硬盘厂商有:Seagate(希捷)、Maxtor(拓迈)、WD(西部数据)和Samsung(三星)。1希捷酷鱼7200.9/ST3160812AS 2迈拓金钻九代/6Y160M0 3西部数据WD1600AAJS 4三星HD160HJ,8.6 硬盘新技术介绍
19、随着硬盘性能的不断提高,一种结合传统硬盘与Flash闪存缓冲区的新技术硬盘(即混合式硬盘)问世,Windows Vista“ReadyDrive”功能就是针对混合式硬盘技术所设计的。作为一种更耐用、热能产生较少,且更省电的新产品在当今讲求高效率、环保的社会风潮中将很容易被人们所接受,并受到欢迎。不过,这项存储技术并非万无一失,最值得注意的是安全交换性能。Flash闪存使用寿命不长,多次使用后会完全失效。因此,要将此技术普及,就必须使其更加成熟、性能更加稳定。,8.7 硬盘的选购选购硬盘应考虑以下几个因素:1品牌2容量3转速与发热4接口5缓存,8.8 硬盘常见故障分析与处理 电脑硬件都是有价的,
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