硬盘驱动器软盘驱动器.ppt

第第6章章 硬盘、软盘驱动器硬盘、软盘驱动器6.1 硬盘的结构和工作原理硬盘的结构和工作原理6.2 硬盘的主要技术指标硬盘的主要技术指标6.3 硬盘接口硬盘接口 6.4 硬盘的新技术硬盘的新技术6.5 软盘、软驱的结构和工作原理软盘、软驱的结构和工作原理6.1 硬盘的工作原理和结构硬盘的工作原理和结构 硬盘驱动器简称硬盘，是微机系统中硬盘驱动器简称硬盘，是微机系统中最重要的外部存储设备，操作系统及所有最重要的外部存储设备，操作系统及所有的应用软件等都存储在硬盘中。硬盘的存的应用软件等都存储在硬盘中。硬盘的存储容量极大，速度在所有外部设备中是最储容量极大，速度在所有外部设备中是最快的。硬盘驱动器的盘片是涂有金属氧化快的。硬盘驱动器的盘片是涂有金属氧化物的刚性金属盘片，所以称为硬盘。它与物的刚性金属盘片，所以称为硬盘。它与软盘最明显的区别是，硬盘的生产过程是软盘最明显的区别是，硬盘的生产过程是在无尘环境中进行的，盘片和磁头全部密在无尘环境中进行的，盘片和磁头全部密封在金属盒子中，因此它的容量在出厂之封在金属盒子中，因此它的容量在出厂之前就已经固定了。前就已经固定了。1硬盘的工作原理硬盘的工作原理 硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路中的初始化模块进行初始化工作，此时电路中的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构移动，将浮动磁头置于盘片表面的00道，道，处于等待指令的启动状态。当主机下达存取处于等待指令的启动状态。当主机下达存取盘片上数据的命令时，通过前置放大控制电盘片上数据的命令时，通过前置放大控制电路，发出驱动电机运动的信号，控制磁头定路，发出驱动电机运动的信号，控制磁头定位机构将磁头移动，搜寻定位它要存取数据位机构将磁头移动，搜寻定位它要存取数据的磁道扇区位置，进行数据读写。的磁道扇区位置，进行数据读写。2硬盘的外部结构硬盘的外部结构（1）接口）接口 接口包括电源接口插座和数据接口插座两部分。接口包括电源接口插座和数据接口插座两部分。（2）控制电路板）控制电路板 硬盘控制电路板上有三个主要的芯片：主控制芯硬盘控制电路板上有三个主要的芯片：主控制芯片、数据传输芯片、高速缓存芯片。其中，主控制芯片、数据传输芯片、高速缓存芯片。其中，主控制芯片负责硬盘数据读写指令等工作；数据传输芯片则是片负责硬盘数据读写指令等工作；数据传输芯片则是将硬盘磁头前置控制电路读出的数据经过校正及变换将硬盘磁头前置控制电路读出的数据经过校正及变换后，通过数据接口传输到主机系统；高速缓存芯片是后，通过数据接口传输到主机系统；高速缓存芯片是为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设置。为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设置。（3）固定面板）固定面板 3硬盘的内部结构硬盘的内部结构 硬盘的内部结构主要包括盘片和主轴组件、硬盘的内部结构主要包括盘片和主轴组件、浮动磁头组件、磁头驱动机构、前置控制电路等浮动磁头组件、磁头驱动机构、前置控制电路等几部分，其中磁头和盘片组件是构成硬盘的核心，几部分，其中磁头和盘片组件是构成硬盘的核心，它密封在硬盘的净化腔体内。如图它密封在硬盘的净化腔体内。如图3-26所示。所示。（1）盘片和主轴组件）盘片和主轴组件 盘片是硬盘存储数据的载体，现在的硬盘盘盘片是硬盘存储数据的载体，现在的硬盘盘片大多采用铝金属材料制成，有些硬盘盘片是用片大多采用铝金属材料制成，有些硬盘盘片是用玻璃材料制成的，这种盘片与铝合金盘片相比具玻璃材料制成的，这种盘片与铝合金盘片相比具有更好的稳定性和更大的容量。有更好的稳定性和更大的容量。主轴组件包括轴承和驱动电机等。主轴组件包括轴承和驱动电机等。（2）浮动磁头组件）浮动磁头组件 磁头组件是硬盘中最精密的部件之一，它由磁头组件是硬盘中最精密的部件之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三个部分组成，它读写磁头、传动手臂、传动轴三个部分组成，它是用集成工艺制成的多个磁头的组合。是用集成工艺制成的多个磁头的组合。（3）磁头驱动机构）磁头驱动机构 磁头驱动机构的作用是在硬盘寻道时用来移磁头驱动机构的作用是在硬盘寻道时用来移动磁头的，一般由电磁线圈电机、磁头驱动小车、动磁头的，一般由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置组成。防震动装置组成。（4）前置控制电路）前置控制电路 前置控制电路的作用是控制磁头感应的信号、前置控制电路的作用是控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等。由于磁主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等。由于磁头读取的信号微弱，将放大电路密封在硬盘腔体头读取的信号微弱，将放大电路密封在硬盘腔体内可减少外来信号的干扰。内可减少外来信号的干扰。6.2 硬盘的主要技术指标硬盘的主要技术指标1硬盘容量硬盘容量 硬盘容量是指硬盘能够存储数据的总量，通常硬盘容量是指硬盘能够存储数据的总量，通常以兆字节（以兆字节（MB）或千兆字节（）或千兆字节（GB）为单位。影响）为单位。影响硬盘容量大小的因素有单碟容量和盘片数量。硬盘容量大小的因素有单碟容量和盘片数量。2转速转速 硬盘的转速是指带动盘片旋转的主轴电机的最硬盘的转速是指带动盘片旋转的主轴电机的最高旋转速度，目前主流高旋转速度，目前主流IDE硬盘的转速一般为每分硬盘的转速一般为每分钟钟7200转。通常，转速越高，硬盘的数据传输率也转。通常，转速越高，硬盘的数据传输率也越高，综合性能也越佳。越高，综合性能也越佳。3内部数据传输率内部数据传输率 内部数据传输率也称为持续数据传输率，内部数据传输率也称为持续数据传输率，它是指从磁头到硬盘高速缓存之间的传输它是指从磁头到硬盘高速缓存之间的传输速度。速度。主流硬盘的内部数据传输率大多在主流硬盘的内部数据传输率大多在4060MB/s之间，只有外部数据传输率的之间，只有外部数据传输率的60%左右。左右。4外部数据传输率外部数据传输率 外部数据传输率也称为突发数据传输率，外部数据传输率也称为突发数据传输率，它是指从硬盘高速缓存到系统总线之间的它是指从硬盘高速缓存到系统总线之间的传输速度。外部数据传输率与硬盘接口类传输速度。外部数据传输率与硬盘接口类型和高速缓存大小有关。目前，主流硬盘型和高速缓存大小有关。目前，主流硬盘通常采用通常采用Ultra ATA 133接口，它的最大外接口，它的最大外部数据传输率即为部数据传输率即为133MB/s；SATA接口硬接口硬盘的外部数据传输率为盘的外部数据传输率为150MB/s；而；而SCSI接口硬盘的外部数据传输率可达接口硬盘的外部数据传输率可达160MB/s。5数据缓存数据缓存(Cache)数据缓存是指在硬盘内部的高速缓冲数据缓存是指在硬盘内部的高速缓冲存储器。使用硬盘存储器。使用硬盘Cache后，可将磁头需后，可将磁头需要读取的数据事先放到要读取的数据事先放到Cache中，大大提中，大大提高了硬盘读取数据的速度。另一方面，将高了硬盘读取数据的速度。另一方面，将要写入硬盘的数据事先存放到要写入硬盘的数据事先存放到Cache中，中，等到磁头空闲时再从等到磁头空闲时再从Cache写入盘片。写入盘片。6硬盘速度参数硬盘速度参数 平均寻道时间平均寻道时间(Average Seek Time)平均潜伏时间平均潜伏时间(Average Latency Time)平均访问时间平均访问时间(Average Access Time)7平均无故障时间（平均无故障时间（MTBF）平均无故障时间是指硬盘从开始运行到出平均无故障时间是指硬盘从开始运行到出现故障的平均时间，一般硬盘至少在现故障的平均时间，一般硬盘至少在3000040000小时之间。小时之间。6.3 硬盘接口硬盘接口 1IDE接口接口 IDE(Integrated Drive Electronics，集成驱，集成驱动电子接口动电子接口)，也称为，也称为AT-Bus或或ATA(Advanced Technology Attachment)接口。接口。IDE接口的最大特点是把控制器集成到了驱动接口的最大特点是把控制器集成到了驱动器的内部。器的内部。IDE接口采用接口采用40线单组扁平电缆与硬盘连接，线单组扁平电缆与硬盘连接，一个接口可连一个接口可连2个硬盘或光驱，最初的数据传输率个硬盘或光驱，最初的数据传输率只有，最大为，所支持的硬盘容量最大为只有，最大为，所支持的硬盘容量最大为528MB。2EIDE接口接口 EIDE(Enhanced IDE)接口是一种增强接口是一种增强型的型的IDE接口，又称接口，又称ATA-2接口。接口。IDE接口（包括接口（包括EIDE接口）与外部总接口）与外部总线交换数据时，有线交换数据时，有PIO模式、模式、DMA(或称或称Fast ATA)模式、模式、Ultra DMA模式三种控制模式三种控制数据流的模式。数据流的模式。（1）Ultra DMA/33 （2）Ultra DMA/66 （3）Ultra DMA/100(ATA/100)（4）Ultra DMA/133(ATA/133)3SCSI接口接口 SCSI(Small Computer System Interface)是是小型计算机系统接口，最初是为小型计算机研制的，小型计算机系统接口，最初是为小型计算机研制的，现已被完全移植到微机上。它有以下几个标准：现已被完全移植到微机上。它有以下几个标准：（1）SCSI-1 （2）SCSI-2 （3）SCSI-3 现在现在SCSI接口硬盘的针数有接口硬盘的针数有3种，分别为种，分别为50针、针、68针和针和80针，可通过硬盘标牌上的标记来识别。针，可通过硬盘标牌上的标记来识别。“N”、“W”、“SCA”就是表示接口针数的，就是表示接口针数的，N（Narrow）即窄口，）即窄口，50针；针；W（Wide）即宽口，）即宽口，68针；针；SCA（Single Connector Attachment）即）即单接头，单接头，80针。其中针。其中80针的针的SCSI硬盘支持热插拔。硬盘支持热插拔。4Serial ATA接口接口 Serial ATA接口传输数据时只需要用一接口传输数据时只需要用一根根4芯电缆与设备相连，用芯电缆与设备相连，用4个针（第个针（第1针为数针为数据发送端、第据发送端、第2针为数据接收端、第针为数据接收端、第3针为供针为供电端、第电端、第4针为地线）就能完成所有的数据交针为地线）就能完成所有的数据交换工作。实际使用中，换工作。实际使用中，Serial ATA接口硬盘接口硬盘使用使用7芯信号电缆线、芯信号电缆线、15芯专用电源线。考虑芯专用电源线。考虑到兼容性，到兼容性，Serial ATA接口硬盘还提供接口硬盘还提供IDE接接口硬盘标准电源接口。口硬盘标准电源接口。在版中，规定数据传输速率为在版中，规定数据传输速率为150MB/s，已经超过了现有最快的，已经超过了现有最快的Ultra DMA/133（Ultra ATA/133）。在版中，规）。在版中，规定数据传输速率为定数据传输速率为300MB/s。而且随着未。而且随着未来后续版本的推出，数据传输速率可允许来后续版本的推出，数据传输速率可允许提高到、和。提高到、和。从上到下依次为从上到下依次为IDE接口、接口、SCSI接口、接口、Serial ATA接口接口5IEEE 1394接口接口 IEEE 1394接口理论上数据传输率可达接口理论上数据传输率可达400MB/s以上，但硬盘内部数据传输率较以上，但硬盘内部数据传输率较低，距离理论值相差甚远。目前符合低，距离理论值相差甚远。目前符合IEEE 1394接口的硬盘大多为带有接口的硬盘大多为带有IEEE 1394转转接卡的接卡的EIDE接口硬盘接口硬盘。6USB接口接口 USB接口与接口与IEEE 1394接口类似，也属接口类似，也属于外置接口。于外置接口。6.4 硬盘的新技术硬盘的新技术1新型磁头技术新型磁头技术 目前硬盘广泛使用的磁头有两种：目前硬盘广泛使用的磁头有两种：MR(Magneto Resistive)磁阻磁头和磁阻磁头和GMR(Grand Magneto Resistive)巨磁阻磁头。巨磁阻磁头。2PRML读取通道技术读取通道技术 PRML(Partial Response Maximum Likelihood，部分响应完全匹配，部分响应完全匹配)3S.M.A.R.T.技术技术 S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology，自监测、分析及报告，自监测、分析及报告)4RAID技术技术 RAID(Redundant Array of Inexpensive Disks，廉价冗余磁盘阵列，廉价冗余磁盘阵列)技术技术5噪音与防震技术噪音与防震技术 “液态轴承马达液态轴承马达”可以有效地解决这些问题。可以有效地解决这些问题。它使用黏膜液态轴承，以油膜代替滚珠，有效地它使用黏膜液态轴承，以油膜代替滚珠，有效地降低了因金属摩擦而产生的噪声和发热。降低了因金属摩擦而产生的噪声和发热。在防震技术方面，各大生产商还增加了独特在防震技术方面，各大生产商还增加了独特的技术来提升硬盘的质量。的技术来提升硬盘的质量。1.软盘软盘 微机目前仍在使用的软盘片一般都是英微机目前仍在使用的软盘片一般都是英寸规格，有关软盘片的组织结构和使用详寸规格，有关软盘片的组织结构和使用详见第见第5章。章。6.5 软盘、软驱的结构和工作原理软盘、软驱的结构和工作原理2.软驱的结构和工作原理软驱的结构和工作原理 软盘驱动器从功能结构上来看，主要软盘驱动器从功能结构上来看，主要由主轴驱动系统、磁头定位系统、状态检由主轴驱动系统、磁头定位系统、状态检测系统和读写系统几部分组成。软驱工作测系统和读写系统几部分组成。软驱工作时，盘片夹紧机构把软盘压紧在主轴上，时，盘片夹紧机构把软盘压紧在主轴上，主轴电机拖动软盘旋转，使盘片与主轴电主轴电机拖动软盘旋转，使盘片与主轴电机做同步旋转运动。同时磁头定位机构将机做同步旋转运动。同时磁头定位机构将磁头迅速、准确地送到需要读写的磁道上，磁头迅速、准确地送到需要读写的磁道上，在读写电路的作用下进行读写操作。在读写电路的作用下进行读写操作。(1)主轴驱动系统主轴驱动系统 主轴驱动是指软驱中驱动盘片旋转的装主轴驱动是指软驱中驱动盘片旋转的装置，它由主轴驱动电机、主轴部件、主轴置，它由主轴驱动电机、主轴部件、主轴稳速系统电路组成。稳速系统电路组成。(2)磁头定位系统磁头定位系统 磁头定位系统主要由步进电机、磁头小磁头定位系统主要由步进电机、磁头小车、小车导轨和相应的定位控制电路等部车、小车导轨和相应的定位控制电路等部分组成，其作用是准确、迅速地将磁头定分组成，其作用是准确、迅速地将磁头定位于指定的位置上。位于指定的位置上。(3)状态检测系统状态检测系统l盘片插入检测装置盘片插入检测装置 l 0磁道检测装置磁道检测装置l索引信号检测装置索引信号检测装置 l写保护检测装置写保护检测装置(4)读写系统读写系统l读电路读电路l写电路写电路 l抹电路抹电路