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硬盤是一個計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲中心，我們運行計算機時使用的程序和數(shù)據(jù)目前絕大部分都存儲在硬盤上。硬盤在各種各樣固定存儲設(shè)備中的地位是最重要的，它是計算機中不可或缺的存儲設(shè)備.
必備常識篇
說到了解硬盤，我們首要的一步是了解一些有關(guān)硬盤的常識。關(guān)于硬盤，最重要的不外乎結(jié)構(gòu)、磁頭技術(shù)、接口、容量、單碟容量、緩存、轉(zhuǎn)速、數(shù)據(jù)傳輸率等概念，我們不妨一一來看
1、結(jié)構(gòu)
現(xiàn)在絕大多數(shù)硬盤在結(jié)構(gòu)上都是溫徹斯特盤。從1973年IBM生產(chǎn)出第一塊溫氏硬盤以來，后來的硬盤基本都沿用了這一結(jié)構(gòu)，即采用溫徹斯特(Winchester)技術(shù)，其核心就是：磁盤片被密封、固定并且不停高速旋轉(zhuǎn)，磁頭懸浮于盤片上方沿磁盤徑向移動，并且不和盤片接觸。
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2、磁頭技術(shù)
硬盤讀取數(shù)據(jù)是通過磁頭來完成的。最早的傳統(tǒng)磁頭是電磁感應(yīng)式磁頭，這些磁頭是讀寫合一的，由于硬盤讀、寫操作的不同，這種二合一磁頭就必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性，對硬盤的設(shè)計造成了不便。后來的硬盤開始采用MR(磁阻磁頭技術(shù))磁頭這種分離式的磁頭結(jié)構(gòu)：寫入磁頭仍采用磁感應(yīng)磁頭，而MR磁頭則作為讀取磁頭磁阻。這樣便可以得到更好的讀/寫性能。MR磁頭是通過阻值變化來感應(yīng)信號幅度，對信號變化相當(dāng)敏感，準(zhǔn)確性也較高,而且由于讀取的信號幅度與磁道寬度無關(guān)，故磁道可以做得很窄，從而提高了盤片密度，擴大了盤片的容量。然而，隨著單碟容量的不斷增加，終于到了MR磁頭的讀取極限，于是GMR(巨磁阻磁頭技術(shù))磁頭誕生了，現(xiàn)在單碟容量超過5G的型號都采用了GMR磁頭。進入2001年后，幾乎全部硬盤均采用GMR，GMR磁頭技術(shù)是在MR的基礎(chǔ)上開發(fā)的，它比MR具有更高的靈敏性。正在基于越來越先進的磁頭技術(shù)，才使硬盤單碟容量越做越大成為可能，目前最新的磁頭是基于第三代巨磁阻磁頭技術(shù)。
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3、接口
硬盤的接口方式可以說是硬盤另一個非常重要的技術(shù)指標(biāo)，這點從SCSI硬盤和IDE硬盤的巨大差價就能體現(xiàn)出來，接口方式直接決定硬盤的性能?，F(xiàn)在最常見的接口有IDE(ATA)和SCSI兩種，此外還有一些移動硬盤采用了PCMCIA或USB接口。
(1)IDE(Integrated Drive Electronics)：
IDE接口最初由CDC、康柏和西部數(shù)據(jù)聯(lián)合開發(fā)，由美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ATA)制定標(biāo)準(zhǔn)，所以又稱ATA接口。我們普通用戶家里的硬盤幾乎全是IDE接口的。IDE接口的硬盤可細分為ATA-1(IDE)、ATA-2(EIDE)、ATA-3(Fast ATA-2)、ATA-4 (包括UltraATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66)與Serial ATA (包括Ultra ATA/100及其它后續(xù)的接口類型)?；綢DE接口數(shù)據(jù)傳輸率為4.1MB/秒，傳輸方式有PIO和DMA兩種，支持總線為ISA和EISA。后來為提高數(shù)據(jù)傳輸率、增加接口上能連接的設(shè)備數(shù)量、突破528M限制以及連接光驅(qū)的需要，又陸續(xù)開發(fā)了ATA-2、ATAPI和針對PCI總線的FAST-ATA、FAST-ATA2等標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸率達到了16.67MB/秒。1996年昆騰和英特爾合作開發(fā)了Ultra DMA/33接口，嚴格說來，這已經(jīng)不能算IDE接口，而應(yīng)稱為EIDE接口，它采用PIO模式5，數(shù)據(jù)傳輸率達到33MB/秒。1999年昆騰又推出了Ultra DMA/66接口，傳輸率為Ultra DMA/33的兩倍，采用CRC(循環(huán)冗余循環(huán)校驗)技術(shù)以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，并且使用?0線的專用連接電纜，現(xiàn)在市場上主流的硬盤接口類型即為Ultra ATA/66。不過，在進入新世紀后，最有前景的硬盤接口類型則該是Ultra ATA/100了，它的理論最大外部數(shù)據(jù)傳輸率可以高達100MB/s。
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(2)SCSI(小型計算機系統(tǒng)接口，Small Computer System Interface)：
SCSI并不是專為硬盤設(shè)計的，實際上它是一種總線型接口。由于獨立于系統(tǒng)總線工作，所以它的最大優(yōu)勢在于其系統(tǒng)占用率極低，但由于其昂貴的價格，這種接口的硬盤大多用于服務(wù)器等高端應(yīng)用場合。
4、容量
容量可以說是用戶對硬盤認識最多的一個技術(shù)指標(biāo)，它的單位是兆字節(jié)(MB)或千兆字節(jié)(GB)。影響容量的兩個因素是單碟容量和碟片數(shù)量。顧名思義，單碟容量也就是在單張盤片上所能存儲的信息容量，單盤容量越大，實現(xiàn)大容量硬盤也就越容易，尋找數(shù)據(jù)所需的時間也相對減少?，F(xiàn)在硬盤的單碟容量是越做越大了，一般都可以達到20G。單碟容量提高的同時，硬盤的生產(chǎn)成本也隨之而降低，這也是為什么硬盤廠商競先推出高單碟容量的硬盤產(chǎn)品。你有時在檢測硬盤時可能會發(fā)現(xiàn)廠家標(biāo)稱的容量和電腦檢測的容量不一致，這是由于他們采用的換算單位不同，廠家多以1000進制換算，即1MB=1000byte、1GB=1000MB，而電腦中多用1024進制換算。
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5、緩存
由于CPU運算與硬盤讀取之間存在著巨大的速度差異，為了解決硬盤在讀寫數(shù)據(jù)時CPU的等待問題，在硬盤上設(shè)置適當(dāng)?shù)母咚倬彺?，以解決二者之間速度不匹配的問題。硬盤緩存與主板上的高速緩存作用一樣，是為了提高硬盤的讀寫速度，當(dāng)然緩存越大越好。目前IDE硬盤的高速緩存一般為512K到2M之間，主流硬盤的數(shù)據(jù)緩存應(yīng)該為2MB，而在SCSI硬盤中最高的數(shù)據(jù)緩存現(xiàn)在已經(jīng)達到了16MB。
6、轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速指的是硬盤內(nèi)電機主軸的轉(zhuǎn)動速度，其單位是RPM(Round Per Minute，每分鐘旋轉(zhuǎn)次數(shù))，它直接影響硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率，理論上轉(zhuǎn)速越快數(shù)據(jù)傳輸率就越大。目前IDE接口的硬盤主軸轉(zhuǎn)速一般為5400和7200rpm(轉(zhuǎn)/秒)，主流硬盤的轉(zhuǎn)速為7200RPM，至于SCSI硬盤的主軸轉(zhuǎn)速一般可達7200到10 ,000rpm，而最高轉(zhuǎn)速的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速高達15,000rpm。更快的轉(zhuǎn)速可以使盤片轉(zhuǎn)動一周的時間減短，使平均等待時間和平均尋道時間減短，更快地尋找所需要的數(shù)據(jù)，同時硬盤的內(nèi)部傳輸率也會提高，使讀寫速度加快。
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7、平均尋道時間
這個指標(biāo)指磁頭從得到指令到尋找到數(shù)據(jù)所在磁道的時間，它是代表硬盤讀取數(shù)據(jù)的能力，單位為毫秒，需要注意的是它與平均訪問時間有差別。平均尋道時間越小越好，現(xiàn)在選購硬盤時應(yīng)該選擇平均尋道時間低于9毫秒的產(chǎn)品。
8、內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率
內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率是磁頭到硬盤的高速緩存之間的數(shù)據(jù)傳輸速度，這可以說是影響硬盤整體性能的關(guān)鍵，一般取決于硬盤的盤片轉(zhuǎn)速和盤片數(shù)據(jù)線密度。在這項指標(biāo)中常常使用Mb/S或Mbps為單位，這是兆位/秒的意思，如果需要轉(zhuǎn)換成MB/S(兆字節(jié)/秒)，就必須將Mbps數(shù)據(jù)除以8。例如有的硬盤給出最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率為131Mbps，但如果按MB/S計算就只有16.37MB/s。目前市場上主流硬盤的最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率為30MB/s到45MB/s，這比Ultra ATA/100的100MB/s低多了，由此可以看出目前硬盤作為電腦的瓶頸，其病根還在于硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率上。
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9、外部數(shù)據(jù)傳輸率
這是指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速率。它與硬盤的接口類型是直接掛勾的，因此在廣告或硬盤特性表中常以數(shù)據(jù)接口速率代替，單位為MB/S。目前主流硬盤普通采用的是Ultra ATA/66，它的最大外部數(shù)據(jù)率即為66.7MB/s。而采用目前最新的Ultra ATA/100接口最大外部數(shù)據(jù)傳輸率即可達到100MB/s。對于SCSI硬盤，若采用最新的Ultra 160/m SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)傳輸率可達160MB/s，F(xiàn)ibra Channel的最大外部數(shù)據(jù)傳輸將可達200MB/s!
10、MTBF(連續(xù)無故障時間)
它指硬盤從開始運行到出現(xiàn)故障的最長時間，單位是小時。一般硬盤的MTBF至少在30000或40000小時。這項指標(biāo)在一般的產(chǎn)品廣告或常見的技術(shù)特性表中并不提供，需要時可專門上網(wǎng)到具體生產(chǎn)該款硬盤的公司網(wǎng)址中查詢。
除了以上提到的這些技術(shù)指標(biāo)外，影響硬盤性能的還有道至道時間、硬盤表面溫度等因素，這里就不再贅述了。說實話，一口氣說這么多專業(yè)性挺強的內(nèi)容，不但你可能難以消化，就是我的頭都大了。但之所以堅持講這些術(shù)語常識，只是希望你對硬盤能有一個初步的了解，不至于對硬盤一無所知。
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關(guān)鍵技術(shù)篇
正如我們看到的那樣，由于技術(shù)的發(fā)展，硬盤的速度、性能在近幾年里有了較大幅度的提升，但究其根源，硬盤在技術(shù)上的突破只可能是以下幾個方面：
★采用更先進的技術(shù)使硬盤的單碟容量更高以能存儲更多的數(shù)據(jù)(此項技術(shù)也就是在上面所說的盤片及磁頭上下功夫);
★改進硬盤的主軸電機以使其轉(zhuǎn)速更高，從而減小硬盤的平均尋道時間;
★采用更先進的硬盤附加技術(shù)，以使硬盤的工作穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)完整性與安全性提高到一個新的高度。
正是這樣一個思路，如今的硬盤采用了一系列新技術(shù)，并將在新世紀里繼續(xù)得以廣泛的應(yīng)用：
1、RAID(Redundent Array of Inexpensive Disks)磁盤陣列技術(shù)
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RAID實際上可以理解成一種使用磁盤驅(qū)動器的方法，它將一組磁盤驅(qū)動器用某種邏輯方式聯(lián)系起來，作為邏輯上的一個磁盤驅(qū)動器來使用。這種技術(shù)的優(yōu)點是成本低、功耗小、傳輸速率高，可以提供容錯功能、安全性更高以及比起傳統(tǒng)的大直徑磁盤驅(qū)動器來，在同樣的容量下，價格要低許多。RAID現(xiàn)在主要應(yīng)用在服務(wù)器硬盤上，但就像任何高端技術(shù)一樣，RAID也在向PC機上轉(zhuǎn)移。也許所有的PC機都用上了SCSI磁盤驅(qū)動器的RAID的那一天，才是PC機真正的“出頭之日”。
2、PRML(Partial Response Maximum Likelyhood，部分響應(yīng)完全匹配)讀取通道技術(shù)
PRML技術(shù)簡單的講就是將硬盤數(shù)據(jù)讀取電路分成兩段“操作流水線”，流水線第一段將磁頭讀取的信號進行數(shù)字化處理然后只選取部分“標(biāo)準(zhǔn)”信號移交第二段繼續(xù)處理，第二段將所接收的信號與PRML芯片預(yù)置信號模型進行對比，然后選取差異最小的信號進行組合后輸出以完成數(shù)據(jù)的讀取過程。PRML技術(shù)可以降低硬盤讀取數(shù)據(jù)的錯誤率，因此可以進一步提高磁盤數(shù)據(jù)密集度。PRML技術(shù)的普通采用，使硬盤的容量、速度、可靠性都有了不同程度的提高。
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3、S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology)技術(shù)
由于硬盤的容量越來越大，為了保證數(shù)據(jù)的安全性，硬盤廠商都在努力尋求一種硬盤安全監(jiān)測機制，S.M.A.R.T.技術(shù)便應(yīng)運而生。S.M.A.R.T.即“自我監(jiān)測、分析及報告技術(shù)”。它可以監(jiān)控磁頭、磁盤、電機、電路等部件，由硬盤的監(jiān)測電路和主機上的監(jiān)測軟件對被監(jiān)對象的運行情況與歷史記錄和預(yù)設(shè)的安全值進行分析、比較，一旦出現(xiàn)安全值范圍以外的情況，它就會自動向用戶發(fā)出警告。而更先進的技術(shù)還可以自動降低硬盤的運行速度，把重要數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)存到其它安全扇區(qū)，通過S.M.A.R.T.技術(shù)可以對硬盤潛在故障進行有效預(yù)測，提高數(shù)據(jù)的安全性。
4、ATA/100技術(shù)
對于IDE市場，世紀末可以說是Ultra ATA/66的天下，它支持最大的硬盤外部數(shù)據(jù)傳輸率為66.7MB/s。到了2000年昆騰公司聯(lián)合英特爾等芯片組巨頭共同推出了ATA/100標(biāo)準(zhǔn)，在理論上它支持的最大硬盤外部數(shù)據(jù)傳輸率為100MB/s，同時在處理器廠商、芯片組廠商、主板廠商及硬盤廠商的努力下，ATA/100成了硬盤新技術(shù)的主角。但是硬盤的內(nèi)部傳輸率就是影響硬盤性能大幅提高的瓶頸所在，盡管硬盤的內(nèi)部傳輸率也正在不斷的提高，可目前最高也只能達到45MB/S，這就影響了硬盤整體速度的發(fā)揮。
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