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硬盘结构基础知识(3)

 昵称818135 2016-02-08
2.硬盘接口类型
​3.固态硬盘怎么用?知道后使用寿命延长几倍

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1.硬盘结构基础知识

时间:2015-06-11 21:26来源:未知 作者:www.58116.cn 点击:2253次
对于熟悉的硬盘,突然之间有好多疑问,电脑C、D、E、F盘在硬盘哪里呢?主分区、扩展分区分别对应的哪些扇区?主引导记录和系统分区表在哪里呢?为什么有些硬盘贵,有些便宜,参

        对于熟悉的硬盘,突然之间有好多疑问,电脑C、D、E、F盘在硬盘哪里呢?主分区、扩展分区分别对应的哪些扇区?主引导记录和系统分区表在哪里呢?为什么有些硬盘贵,有些便宜,参数之间的差距到底意味着什么?操作系统如何和硬盘打交道的?操作系统中的文件到底是怎么存储在硬盘里面的?什么是扇区、簇?硬盘到底是怎么存储数据的?。。。。这些问题的解决,也许只需要了解很少的硬盘内部知识,可是我仍然想打开硬盘内部,看看里面到底是些什么......(图片均来自互联网)

 

一、从硬盘外观入手 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

  在深入硬盘内部之前,我们有必要从整体的角度去审视一下硬盘,这里仅简单的说一说,下图一是一块硬盘图片:

图一

  我们的笔记本硬盘、台式机硬盘、移动硬盘,基本上都是这样的“大”方块,接下来我们从多个角度来审视一下硬盘:

(1)大小:大小会有所不同,一般台式机的为3.5寸大小,笔记本和移动硬盘的为2.5寸大小,还有一些1.8寸、1.3寸、1.0寸、0.85寸等大小的。

(2)接口:我们平时的移动硬盘,就是usb接口的;对于台式机和笔记本,硬盘在里面安装着,就不是usb接口了,主要有IDE、SATA接口,看下图二:

 

图二

IDE就是我们说的并口,台式机为40针的一个接口,笔记本为44针的一个接口,只有一个接口,直接插在电脑里面,不过现在这种接口很少见了;另外一种SATA接口,由两部分组成:一个7针的接口(数据接口)和一个15针接口(电源接口)。另外我们的移动硬盘是USB接口的,其实可以看成是台式机或笔记本电脑硬盘,里面有个SATA转USB的PCB板,你可能会说,我能不能把我的移动硬盘拆开,然后把那个SATA转USB的PCB板拆掉,然后当台式机或笔记本硬盘?不太好弄,因为目前很多原装的移动硬盘内部已经没有了SATA口,直接通过内部电路形式,以USB接口作为出口,供大家使用了,所以拆开移动硬盘也不好再利用了;你可能又问,那我的台式机或者笔记本硬盘是SATA接口的,能不能拆下来,当移动硬盘用呢?这个可以通过一个SATA转USB的线来实现,这种线网上就有卖的,如果哪天想折腾一下自己的电脑或者电脑硬盘有问题想拆下来恢复一下数据,那么可以买根这样的线试试,前段时间有个朋友的电脑启动不了,我就是这样把他的硬盘里面的数据给恢复了。

 

  (3)前后面:前后面都是铁皮包着,外面写点儿厂家信息,没有什么可说的。

  上面看了一下硬盘的整体外观,真正区分硬盘不同的以及内部的样子,还需要我们去打开硬盘,看看里面有什么。我们一面一面的打开,下图三给出了一个硬盘大卸八块图。 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

 

图三

二、打开硬盘正面

   我们打开硬盘的一面,能看到一个绿色的电路板,这里就是对硬盘进行控制的电路,以及一些芯片,具体可以看下下面图四:

图四

三、打开硬盘背面 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

  前面啰啰嗦嗦了那么多,真正要讲的其实才刚刚开始,我们打开硬盘的背面,才能看到数据到底存储在哪里?数据到底是怎么读写的等等。

  不同种类的硬盘,打开背面后,你看到的东西可能不同,这里的种类分为三种:(1)SSD硬盘,既固态硬盘。(2)HDD硬盘,即机械硬盘。(3)HHD混合硬盘。他们的区别先不讲,后面会慢慢提到。我们先打开我们目前最常用,也相对最便宜的硬盘HDD机械硬盘,看看它里面到底是什么样的,可以看看图五.

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图五

  上图中可以看到各个组成部分,我们一部分一部分来讲解。

(1)盘面:箭头所指“磁盘”的地方,看着它是不是长的像光盘一样,这个盘就是来存储数据的,它不仅仅只有一张,而且是上下好几张在一起的。

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(2)磁头(Head):我们知道盘面是存储数据的,那么它的数据怎么读写的呢,就是通过磁头来读写的。磁头有电感应式的,也有MR磁阻式的,这个磁头就是能够把盘面上存储的磁信息转换为电信号,进而能够读取信息了。这里注意,一个盘面有正反两面,因此也对应正反两个头,分别对着盘面的正反两面;盘面是多个上下叠放,因此也有多个磁头与之对应,所以一般情况下:盘面数量=磁头数量。(目前有些多磁头技术的应用,一个盘面可能对应多个磁头,这里先不考虑这种情况)。

 

(3)主轴马达:盘面和磁头如果是固定不动的,那么磁头是无法读到盘面其他地方的数据的,因此有一个主轴马达,带动着盘面高速旋转,这个就是转速,也就是我们平时看到的磁盘转速,或者硬盘转速,一般有5400,7200,10000以上的等等,速度越快,数据读写的越快,但是那么快转速,自然发热和功耗也多了。 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

 

(4)音圈马达和磁头臂:如果仅仅是盘面在主轴马达带动下转还不够,那样的话磁头仅仅能够读盘面的一圈数据,因此还需要磁头也能运动,就是在音圈马达和磁头臂共同作用下,沿着盘面半径方向运动,这样就能够读整个盘面的内容了。磁头在盘面高速旋转下,在空气流的作用下,会抬起很微小的高度,来读写数据。所以如果在硬盘正在读写数据的时候,去震动硬盘,那么很有可能使磁头和盘面相碰,进而损耗硬盘,因此,硬盘读写过程中要减少震动。

 

备注:这里的主轴马达和音圈马达为什么能够精确的定位到需要读取的数据的地方呢?就是通过硬盘正面电路板里面的控制电路来精确控制的,而寻址方式可以采用CHS(柱面,磁头,扇区)寻址方式或线性寻址。

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(5)空气过滤片:进出空气来导出热量,同时他有一个滤片在上面,过滤空气中的灰尘。

备注:前面提到了SSD固态硬盘,它不像这里的一样采用磁性盘面来存储数据,而是采用闪存颗粒来存储,无旋转,而是由控制单元和存储单元组成的,因此读取速度更快,抗震动性更强。 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

 

  好了,大体上讲解了主要的组成部分,接下来,需要更加细致的去理解一下,往细致里面去看,自然也增加了一些新的名词。 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

(1)磁道(Track):我们让磁头固定住,然后让盘面旋转,那么磁头所划出的同心圆,就称为一个磁道,如果再加上磁头的运动,那么磁盘上就形成了从外到里的一圈圈的磁道。看下图:

 (责任编辑:电脑入门到精通网 www.58116.cn)

     那么多的磁道,为了好称呼,因此给他们取了名词,从外到里,分别叫做磁道0,磁道1,。。。,这里有三点需要说明的:一是磁道与磁道之间并不是之间相连的,而是有一段距离,要不然磁道和磁道之间磁性会相互干扰了;二是上图中磁道画的是一个“圆圈”,而实际上,磁道是有一定宽带的,所以应该叫做“圆环”才对。如下图:绿色的一个环就是一个磁道;三是磁道实际上是虚拟出来的,我们看到的就是一个像光盘一样盘子,那些磁道只是被磁化了,我们想象成一个一个的磁道。

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(2)扇区(Sector):前面说了一个“圆环”就叫做一个磁道,里面可以存储信息,如果再细分的话,这个磁道可以分成一截一截的,就叫做扇区,英文叫sector,上图中蓝色的部分;因此一个磁道由多个扇区组成的。每个扇区可以存储512个字节,差不多0.5KB。

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(3)柱面(Cylinder):我们知道了磁道和扇区的概念,同时我们知道不是一个盘面存储信息,而是多个盘面上下叠放在一起存储信息,每个盘面都会有磁道,因此上下盘面中具有同一个编号的磁道就形成了一个圆柱,就称为柱面。通过概念我们知道,一个磁盘的柱面数=磁道数。 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

  再看下下面的图,对上面的概念再加深一下理解:

四、进一步理解

  前面把基础的知识都给讲了,这里总结一下:

(1)硬盘是由盘面来存储数据的,每个盘面有许多磁道,从外到内编号依次为0,1,2,3...,每个磁道又是由许多个扇区组成的。还可以看看这个视频增加些感性认识:探索电脑硬盘内部的秘密

(2)每个盘面对应一个磁头来读写数据。

(3)相同编号的磁道组成了柱面。 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

  因此:柱面数=磁道数,盘面数=磁头数。

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  再来理解几个概念

(1)平均访问时间

  我们知道数据是存储在扇区里面的,我们要想读取数据,就需要磁头运动到指定的扇区,因此需要时间,这个时间就叫做“平均访问时间”,这个时间由两个部分组成,一个是磁头找到相应磁道的时间,即“平均寻道时间”,这是靠磁头运动来完成的;一个是找到相应的扇区,即“平均潜伏时间”,这是靠主轴带动盘面的运动来完成的。 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

 

(2)磁盘的容量

  磁盘容量=柱面数(或磁道数)*磁头数(盘面数)*扇区数*512B,其中扇区数表示一个磁道有多少个扇区;磁道数表示一个盘面(正反两面)有多少个磁道数;盘面数表示有多少个上下叠放的盘面。

  上面的公式我们假定磁道内的扇区数目是相同,以前的磁盘技术确实是这么安排的,但是这样有一个问题,那就是越往外,磁道的周长越长,但是扇区数一定,导致越往外圈,512B的数据量占用的空间越多,也即数据存储密度越少,因此现在磁盘技术往往各个磁道的扇区数目不同,越往外,扇区数目越多。

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(3)主引导记录和系统分区表在哪里? 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

  硬盘的第一个扇区(0磁道0磁头1扇区)被保留为主引导扇区,里面保存了主引导记录(MBR,Main)和硬盘分区表(DPT)。主引导记录是一段程序代码,可以对硬盘上安装的操作系统进行引导;硬盘分区表存储了硬盘的分区信息。

 

(4)磁头复位节能技术 转自电脑入门到精通网 www.58116.cn

  通过闲时对磁头进行复位,来达到节能的目的。平时硬盘磁头是怎么动的,可以看看这个视频亲眼看看硬盘是如何工作的。

  就写到这里吧,心里又有了几个疑惑等待解决。

 

 (5)扇区交叉和磁头扭斜

  为了提高磁盘访问速度的,具体就不说了,太细节了。

 

(责任编辑:电脑入门到精通网 www.58116.cn)






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2.硬盘接口类型 免费编辑 添加义项名

所属类别 :
生活日用品

硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件,作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度,在整个系统中,硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏。

词条
百科
精彩信息一览无遗

基本信息

  • 中文名称

    硬盘接口类型

  • 作用

    在硬盘缓存和主机内存间传输数据

 
  • 充当角色

    硬盘与主机系统间的连接部件

  • 重要性

    决定硬盘与计算机之间的连接速度

折叠编辑本段接口分类

从整体的角度上,硬盘接口分为IDE、SATA、SCSI、光纤通道和SAS五种,IDE接口硬盘多用于家用产品中,也部分应用于服务器,SCSI接口的硬盘则主要应用于服务器市场,而光纤通道只在高端服务器上,价格昂贵。SATA是种新生的硬盘接口类型,还正处于市场普及阶段,在家用市场中有着广泛的前景。在IDE和SCSI的大类别下,又可以分出多种具体的接口类型,又各自拥有不同的技术规范,具备不同的传输速度,比如ATA100和SATA;Ultra160 SCSI和Ultra320 SCSI都代表着一种具体的硬盘接口,各自的速度差异也较大。

折叠IDE

硬盘IDE接口硬盘IDE接口IDE的英文全称为"Integrated Drive Electronics",即"电子集成驱动器",它的本意是指把"硬盘控制器"与"盘体"集成在一起的硬盘驱动器。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,因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它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。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展,性能也不断的提高,其拥有的价格低廉、兼容性强的特点,为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。

IDE代表着硬盘的一种类型,但在实际的应用中,人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1,这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了,而其后发展分支出更多类型的硬盘接口,比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。

IDE硬盘的传输模式有以下三种:PIO(Programmed I/O)模式,DMA(Driect Memory Access)模式,Ultra DMA(简称UDMA)模式。

PIO(Programmed I/O)模式的最大弊端是耗用极大量的CPU资源。以PIO模式运行的IDE接口,数据传输率达3.3MB/s(PIO mode 0)-16.6MB/s(PIO mode 4)不等。

DMA(Direct Memory Access)模式分为Single-Word DMA及Multi-Word DMA两种。Single-Word DMA模式的最高传输率达8.33MB/s,Multi-Word DMA(Double Word)则可达16.66MB/s。

DMA模式同PIO模式的最大区别是:DMA模式并不用过分依赖CPU的指令而运行,可达到节省处理器运行资源的效果。但由于Ultra DMA模式的出现和快速普及,这两个模式立即被UDMA所取代。

Ultra DMA模式(简称UDMA)是Ultra ATA制式下所引用的一个标准,以16-bit Multi-Word DMA模式作为基准。UDMA其中一个优点是它除了拥有DMA模式的优点外,更应用了CRC(Cyclic Redundancy Check)技术,加强了资料在传送过程中侦错及除错方面的效能。

自Ultra ATA标准推行以来,其接口便应用了DDR(Double Data Rate)技术将传输的速度提升了一倍,已发展到Ultra ATA/100了,其传输速度高达100MB/s。

折叠SCSI

SCSI的英文全称为"Small Computer System Interface"(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。

折叠光纤通道

光纤通道的英文拼写是Fiber Channel,和SCSI接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术,是专门为网络系统设计的,但随着存储系统对速度的需求,才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的,它的出现大大提高了多硬盘系统的通信速度。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。

光纤通道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。

折叠SATA

硬盘SATA接口硬盘SATA接口使用SATA(Serial ATA)口的硬盘又叫串口硬盘,是未来和现在PC机硬盘的主流趋势。2001年,由Intel、APT、Dell、IBM、希捷迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范,2002年,虽然串行ATA的相关设备还未正式上市,但Serial ATA委员会已抢先确立了Serial ATA 2.0规范。Serial ATA采用串行连接方式,串行ATA总线使用嵌入式时钟信号,具备了更强的纠错能力,与以往相比其最大的区别在于能对传输指令(不仅仅是数据)进行检查,如果发现错误会自动矫正,这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。

折叠SAS

SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI,是新一代的SCSI技术,和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同,都是采用串行技术以获得更高的传输速度,并通过缩短连结线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用性和扩充性,并且提供与SATA硬盘的兼容性。

SAS的接口技术可以向下兼容SATA。具体来说,二者的兼容性主要体现在物理层和协议层的兼容。在物理层,SAS接口和SATA接口完全兼容,SATA硬盘可以直接使用在SAS的环境中,从接口标准上而言,SATA是SAS的一个子标准,因此SAS控制器可以直接操控SATA硬盘,但是SAS却不能直接使用在SATA的环境中,因为SATA控制器并不能对SAS硬盘进行控制;在协议层,SAS由3种类型协议组成,根据连接的不同设备使用相应的协议进行数据传输。其中串行SCSI协议(SSP)用于传输SCSI命令;SCSI管理协议(SMP)用于对连接设备的维护和管理;SATA通道协议(STP)用于SAS和SATA之间数据的传输。因此在这3种协议的配合下,SAS可以和SATA以及部分SCSI设备无缝结合。

SAS系统的背板(Backplane)既可以连接具有双端口、高性能的SAS驱动器,也可以连接高容量、低成本的SATA驱动器。所以SAS驱动器和SATA驱动器可以同时存在于一个存储系统之中。但需要注意的是,SATA系统并不兼容SAS,所以SAS驱动器不能连接到SATA背板上。由于SAS系统的兼容性,使用户能够运用不同接口的硬盘来满足各类应用在容量上或效能上的需求,因此在扩充存储系统时拥有更多的弹性,让存储设备发挥最大的投资效益。

在系统中,每一个SAS端口可以最多可以连接16256个外部设备,并且SAS采取直接的点到点的串行传输方式,传输的速率高达3Gbps,估计以后会有6Gbps乃至12Gbps的高速接口出现。SAS的接口也做了较大的改进,它同时提供了3.5英寸和2.5英寸的接口,因此能够适合不同服务器环境的需求。SAS依靠SAS扩展器来连接更多的设备,扩展器以12端口居多,不过根据板卡厂商产品研发计划显示,未来会有28、36端口的扩展器引入,来连接SAS设备、主机设备或者其他的SAS扩展器。

和传统并行SCSI接口比较起来,SAS不仅在接口速度上得到显著提升(主流Ultra 320 SCSI速度为320MB/sec,而SAS才刚起步速度就达到300MB/sec,未来会达到600MB/sec甚至更多),而且由于采用了串行线缆,不仅可以实现更长的连接距离,还能够提高抗干扰能力,并且这种细细的线缆还可以显著改善机箱内部的散热情况。

折叠编辑本段尺寸介绍

硬盘的尺寸和用途可分为:

0.85英寸,多用于手机等便携装置中;

1英寸, 多用于数码相机(CF type II接口);

1.8英寸,用于部分笔记本电脑及外置硬盘盒;

2.5英寸,常用于笔记本电脑及外置硬盘盒;

3.5英寸,多用于台式电脑中。采用3.5"硬盘的外置硬盘盒需要外接电源;

5.25英寸,多为早期之台式电脑使用。今已无厂商生产。

折叠编辑本段接口比较

SATA硬盘采用新的设计结构,数据传输快,节省空间,相对于IDE硬盘具有很多优势:

1.SATA硬盘比IDE硬盘传输速度高。SATA可以提供150MB/s的高峰传输速率。今后将达到300 MB/s和600 MB/s。到时我们将得到比IDE硬盘快近10倍的传输速率。

2.相对于IDE硬盘的PATA40针的数据线,SATA的线缆少而细,传输距离远,可延伸至1米,使得安装设备和机内布线更加容易。连接器的体积小,这种线缆有效的改进了计算机内部的空气流动,也改善了机箱内的散热。

3.相对于IDE硬盘系统功耗有所减少。SATA硬盘使用500毫安的电流就可以工作。

4.SATA可以通过使用多用途的芯片组或串行--并行转换器来向后兼容PATA设备。由于SATA和PATA可使用同样的驱动器,不需要对操作系统进行升级或其他改变。

5.SATA不需要设置主从盘跳线。BIOS会为它按照1、2、3顺序编号。这取决于驱动器接在哪个SATA连接器上(安装方便)。而IDE硬盘需要设置通过跳线来设置主从盘。

6.SATA还支持热插拔,可以像U盘一样使用。而IDE硬盘不支持热插拔。

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3.固态硬盘怎么用?知道后使用寿命延长几倍

云逸之寰 

固态硬盘,其实就是由多个闪存颗粒串联起来的一个存储系统,相当于断电也不会丢失数据的内存,与机械硬盘有着完全不同的构造,其中,影响着固态硬盘寿命的主要因素就是闪存颗粒,根据颗粒的不同,固态硬盘的成本也有着很大的区别。

现在市面上主流的闪存颗粒主要是两种,一种是MLC颗粒,另一种则是TLC颗粒,至于更早的SLC,已经是先一步消失在了一般的市场中。TLC与MLC之间有着怎样的区别呢?答案很简单,寿命。所有闪存颗粒都有着一个读写次数上限,最早的SLC就有着十万次以上的读写寿命,当然,这也导致SLC颗粒的造价十分高昂,完全不适合用于民用领域,所以颗粒生产商们就开发了SLC的弱化版,MLC。MLC的读写寿命一般都在5000次左右,基本能够使用四五年甚至七八年都不会出现错误,对于一种用于提升性能的硬件来说,也不可能四五年都不进行换代升级,所以,MLC是真正可以用到不想用为止的闪存颗粒,可惜的是,TLC以低廉的造价和更高的读写速度而逐渐取代了MLC的位置。

没错,就像你想的那样,TLC是MLC的再次弱化版,读写寿命仅在1000到2000次左右,按照正常人的使用频率来说,一般在三年左右就会进入不稳定的状态,运气好,闪存颗粒就会依然正常的运行下去,运气不好,有可能其中一个颗粒就提前去见上帝了。固态硬盘是由多个闪存颗粒组成的,似乎少了一个颗粒也不会有什么大问题,大概只是容量少了一部分?如果你是这样想的,那就大错特错了,固态硬盘虽然是由多个闪存颗粒组成的,但是在存储数据的时候却是采用随机存储的方式来保存,也就是说只要其中一个颗粒损坏,那么就意味着整个固态硬盘中的数据都可能无法读取,简单的说,一个升天全体陪葬。


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