第八章硬盘驱动器优秀课件.ppt
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1、第八章硬盘驱动器第1页,本讲稿共40页一、硬盘的驱动器的分类和组成结构 硬盘(硬盘(Hard DiskHard Disk,也称硬盘存储器)是各种数据的主要存放场所之,也称硬盘存储器)是各种数据的主要存放场所之一。一。1 1、硬盘的驱动器的分类、硬盘的驱动器的分类n n按盘径尺寸分类按盘径尺寸分类 目前的硬盘产品按内部盘片尺寸分为:目前的硬盘产品按内部盘片尺寸分为:5.25IN5.25IN、3.5IN 3.5IN,2.5IN,2.5IN,和和1.8IN1.8IN。2 2、按接口类型分类、按接口类型分类n nIDEIDE接口接口 IDE IDE接口是一个集中存储设备的接口,它控制器被整合在硬盘驱动
2、器接口是一个集中存储设备的接口,它控制器被整合在硬盘驱动器或光盘驱动器中。或光盘驱动器中。n nSCSISCSI接口接口 SCSI SCSI广泛应用于硬盘、光驱。广泛应用于硬盘、光驱。ZIPZIP、MOMO、扫描仪、磁机、扫描仪、磁机、JAZJAZ、打印机、光盘刻录机等设备上。它有适应而广、多任、打印机、光盘刻录机等设备上。它有适应而广、多任务、占用务、占用CPUCPU低、数据传输高。低、数据传输高。SCSISCSI接口的硬盘主要用在接口的硬盘主要用在网络服务器、工作站和高档微机上。网络服务器、工作站和高档微机上。第2页,本讲稿共40页3、SERIAL(串行)接口 从早期的ATA1,到现在的U
3、1TRA ATA100。甚至是MAXTOR推出的U1TRA ATA133,硬盘的接口都是并行接口,用并行方式进行数据传输。便是采用并行方式传输数据。一、硬盘的驱动器的分类和组成结构第3页,本讲稿共40页二、硬盘的驱动器的组成结构1 1、硬盘的外部结构、硬盘的外部结构n n电源接口:电源接口与主机电源相连接,为硬盘工作提电源接口:电源接口与主机电源相连接,为硬盘工作提供能源。供能源。n n数据接口:数据接口是硬盘数据和主板控制器之间数据接口:数据接口是硬盘数据和主板控制器之间进行传输交换的纽带,连接方式的不同,分为进行传输交换的纽带,连接方式的不同,分为IDEIDE接口,和接口,和SCSISCS
4、I接口。接口。n n控制电路板:控制电路板采用贴片元件焊接,主轴控制电路板:控制电路板采用贴片元件焊接,主轴电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、控制与接口电路等。在电路板上还有高效的与接口电路等。在电路板上还有高效的ROMROM蕊片。蕊片。n n固定盖板:硬盘的固定盖板上标注产品的型号,产地,固定盖板:硬盘的固定盖板上标注产品的型号,产地,设置数据,和诋板结合成一个体,保证硬盘盘片和机设置数据,和诋板结合成一个体,保证硬盘盘片和机构的运行。构的运行。n n安装螺孔:用于硬盘的安装,对于安装螺孔:用于硬盘的安装,对于3.15in3.15in的产品,
5、固的产品,固定盖板和侧面都有安装孔,可以方便灵活地放置。定盖板和侧面都有安装孔,可以方便灵活地放置。第4页,本讲稿共40页硬盘外部结构第5页,本讲稿共40页2 2、硬盘的内部结构、硬盘的内部结构n n硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、盘头组件、接口件硬盘内部结构由固定面板、控制电路板、盘头组件、接口件等几大部分组成,而盘头组件是构成硬盘的核心,封装在硬等几大部分组成,而盘头组件是构成硬盘的核心,封装在硬盘的净化体内。盘的净化体内。n n浮动磁头组件:浮动磁头组件由读写磁头、传动杆和传动轴浮动磁头组件:浮动磁头组件由读写磁头、传动杆和传动轴3 3部分组成。部分组成。二、硬盘的驱动器的组成结构第
6、6页,本讲稿共40页n n磁头驱动机构:磁头驱动机构由音圈电机、磁头驱磁头驱动机构:磁头驱动机构由音圈电机、磁头驱动小车组成,新型大容量盘还具有高效的防震动机动小车组成,新型大容量盘还具有高效的防震动机构。磁头机的构的电机有步进电机、力矩电机和音构。磁头机的构的电机有步进电机、力矩电机和音圈电机三种,前两种应用在低容量硬盘中,现已被圈电机三种,前两种应用在低容量硬盘中,现已被淘汰,大容量硬盘多采用音圈电机驱动,盘片和主淘汰,大容量硬盘多采用音圈电机驱动,盘片和主轴组件,盘片是硬盘存储数据的载体,现在的盘片轴组件,盘片是硬盘存储数据的载体,现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘,这种金属薄膜较之软盘的大
7、都采用金属薄膜磁盘,这种金属薄膜较之软盘的不连续颗粒载体具有更高的记录密度,同时还具有不连续颗粒载体具有更高的记录密度,同时还具有高剩磁和高矫顽力的特点。高剩磁和高矫顽力的特点。n n前置控制电路:前置放大电路控制磁头感应信号,主轴电前置控制电路:前置放大电路控制磁头感应信号,主轴电机调速、磁头驱动和服写位等,由于磁头读取的信号微弱,机调速、磁头驱动和服写位等,由于磁头读取的信号微弱,将放大电路封存在腔体内可少外来信号的打扰,提高操作将放大电路封存在腔体内可少外来信号的打扰,提高操作指令的准确性指令的准确性。二、硬盘的驱动器的组成结构第7页,本讲稿共40页硬盘的内部结构n n将硬将硬盘面盘面板
8、揭板揭开后,开后,内部内部结构结构即可即可一目一目了然。了然。第8页,本讲稿共40页硬盘的内部结构n n细细看看硬硬盘盘内内部部结结构构。第9页,本讲稿共40页硬盘的内部结构n n细细看看硬硬盘盘内内部部结结构构。第10页,本讲稿共40页三、硬盘的工作原理n n整个硬盘系统由硬盘驱动器、硬盘适配器及连接电整个硬盘系统由硬盘驱动器、硬盘适配器及连接电缆三部分组成缆三部分组成n n硬盘驱动器加电正常工作后,利用控制电路中的单片机初硬盘驱动器加电正常工作后,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,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
9、将启动并以高速旋转,装载磁头的初始化完成后主轴电机将启动并以高速旋转,装载磁头的小车机构移动,将浮动磁头置于盘片表面的小车机构移动,将浮动磁头置于盘片表面的0000道,处于等道,处于等待指令的启动状态。当接口电路接收到微机系统传来的指待指令的启动状态。当接口电路接收到微机系统传来的指令信号,通过前置放大控制电路,驱动音圈电机发出磁信令信号,通过前置放大控制电路,驱动音圈电机发出磁信号,根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定号,根据感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位,并将接收后的数据信息解码,通过放大控制电路传输位,并将接收后的数据信息解码,通过放大控制电路传输到接口电路,反馈
10、给主机系统完成指令操作。硬盘断电状到接口电路,反馈给主机系统完成指令操作。硬盘断电状态,在反力矩弹簧的作用下,浮动磁头驻留到盘面中心。态,在反力矩弹簧的作用下,浮动磁头驻留到盘面中心。第11页,本讲稿共40页四、硬盘的主要性能指标1 1、容量容量 容量的单位为兆字节(容量的单位为兆字节(MBMB)吉字节()吉字节(GBGB)。目前的主流)。目前的主流硬盘容量为硬盘容量为3040GB3040GB。影响硬盘容量的因素有单碟容量。影响硬盘容量的因素有单碟容量和碟片数量。和碟片数量。2 2、平均寻道时间、平均寻道时间 硬盘的平均寻道时间是指硬盘的磁头从初始位置移动到盘硬盘的平均寻道时间是指硬盘的磁头从
11、初始位置移动到盘面移动指定磁道所需的时间,单位为面移动指定磁道所需的时间,单位为msms(毫秒),是影(毫秒),是影响硬盘内部数据传输率的重要参数。响硬盘内部数据传输率的重要参数。3 3、转速转速 硬盘的转速上指硬盘盘片每分钟转过的圈数,即硬盘内主硬盘的转速上指硬盘盘片每分钟转过的圈数,即硬盘内主轴的转动速度,单位为轴的转动速度,单位为r/minr/min(Rotation Per MinuteRotation Per Minute)。)。一般硬盘的转速都达到一般硬盘的转速都达到5400r/min5400r/min,而部分硬盘如迈拓的,而部分硬盘如迈拓的金钻系列则达到了金钻系列则达到了7200
12、r/min7200r/min。有些。有些SCSISCSI接口的硬盘使接口的硬盘使用了液态轴承技术,转速可达用了液态轴承技术,转速可达1000015000r/min1000015000r/min。第12页,本讲稿共40页4 4、平均潜伏期、平均潜伏期 平均潜伏斯指当磁头移动到数据所在磁道后,然后等待所要的数据平均潜伏斯指当磁头移动到数据所在磁道后,然后等待所要的数据块继续转动(半圈或多些、或少些)到磁头下的时间,单位块继续转动(半圈或多些、或少些)到磁头下的时间,单位msms(毫秒)。(毫秒)。5 5、道至道时间、道至道时间 道至道时间指磁头从一磁道转移至另一磁道的时间,单位道至道时间指磁头从一
13、磁道转移至另一磁道的时间,单位为为msms(毫秒)。(毫秒)。6 6、全程访问时间、全程访问时间 全程访问时间指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据全程访问时间指磁头开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的全部时间,单位为块所用的全部时间,单位为msms(毫秒)。(毫秒)。7 7、平均访问时间平均访问时间 平均访问时间指磁头找到指定数据的平均时间,通常是平均寻道平均访问时间指磁头找到指定数据的平均时间,通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和,单位为时间和平均潜伏时间之和,单位为msms(毫秒)。注意:现在不(毫秒)。注意:现在不少硬盘广告之中所说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时少硬盘广告之中
14、所说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时间所代替的。间所代替的。四、硬盘的主要性能指标第13页,本讲稿共40页8 8、最大内部数据传输率(、最大内部数据传输率(Maximum internal Data Maximum internal Data Transfer RateTransfer Rate)最大内部数据传输率是磁头到古盘高速缓存之间的最最大内部数据传输率是磁头到古盘高速缓存之间的最大数据传输率,也叫持续数据传输第,单位大数据传输率,也叫持续数据传输第,单位MB/SMB/S(注意(注意与与MB/SMB/S之间的差别),是影响之间的差别),是影响 硬盘整体速度的关键。硬盘整体速度的关键。
15、9 9、外部数据传输率(、外部数据传输率(External Transfer RateExternal Transfer Rate)通称突发数据传输率(通称突发数据传输率(burst data Transfer Rateburst data Transfer Rate),指从硬),指从硬盘缓冲区读取数据的速率,在广告硬盘特性表是常以数据接口速代盘缓冲区读取数据的速率,在广告硬盘特性表是常以数据接口速代替,单位为替,单位为MB/SMB/S。1010、缓存、缓存 由于由于CPUCPU与硬盘之间砘在巨大的速度差异,为解决硬盘与硬盘之间砘在巨大的速度差异,为解决硬盘在读写数据时在读写数据时CPUCPU
16、的等待问题,在硬盘上设置适当的高速缓的等待问题,在硬盘上设置适当的高速缓存,以解决二者之间速度不匹配的问题。存,以解决二者之间速度不匹配的问题。1111、硬盘表面温度、硬盘表面温度 硬盘表面温度指硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上硬盘表面温度指硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升的情况。升的情况。四、硬盘的主要性能指标第14页,本讲稿共40页1212、MTBF MTBF(平均无故障时间)(平均无故障时间)MTBF MTBF指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间,单位是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间,单位是H H(小时)。一盘硬盘的(小时)。一盘硬盘的MTBFMTBF至少在至少在30
17、00030000或或40000H40000H。这项指标在一般的产品广告或常见的技术特性表中并不提这项指标在一般的产品广告或常见的技术特性表中并不提供,需要时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中供,需要时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中查询。查询。1313、单碟容量、单碟容量 硬盘中的存储片一般有硬盘中的存储片一般有1414片。每张盘片的储存密度越高,片。每张盘片的储存密度越高,则其达到相同容量所用的盘片就越少,其系统可靠性也越高。则其达到相同容量所用的盘片就越少,其系统可靠性也越高。1414、数据保护技术、数据保护技术 数据保护技术上硬盘的一项重要附加技术指标,现在的硬盘除了数据保
18、护技术上硬盘的一项重要附加技术指标,现在的硬盘除了有有S.M.A.R.TS.M.A.R.T外,一般都还有各自的一套数据保护系统。硬盘外,一般都还有各自的一套数据保护系统。硬盘是一种可靠非常高的设备,它的平均无故障工作时间可达是一种可靠非常高的设备,它的平均无故障工作时间可达1010万万小时以上,即使如此仍不能排除硬盘发生故障的可能。小时以上,即使如此仍不能排除硬盘发生故障的可能。四、硬盘的主要性能指标第15页,本讲稿共40页五、硬盘的三种工作方式1 1、NORMALNORMAL普通模式普通模式 :NORMAL NORMAL是原始的是原始的IDEIDE硬盘工作模式,最大柱面数为硬盘工作模式,最大
19、柱面数为10241024。只能使用前只能使用前10241024柱面空间,硬盘最大容量为柱面空间,硬盘最大容量为504MB504MB2 2、LBALBA逻辑块模式逻辑块模式 减小柱面数而增加磁头数,当对硬盘进行操作时,由硬盘控减小柱面数而增加磁头数,当对硬盘进行操作时,由硬盘控制器自动判断参数的正确性并完成逻辑地址物理地址的映射制器自动判断参数的正确性并完成逻辑地址物理地址的映射工作。工作。19971997年年9 9月以前生产的主板月以前生产的主板BIOSBIOS采用采用LBALBA寻址方式,寻址方式,最大寻址空间为最大寻址空间为8GB8GB。19971997年年9 9月以后生产的月以后生产的B
20、IOSBIOS都支持都支持大于大于8GB8GB的硬盘,最大可达到的硬盘,最大可达到128GB128GB。现在使用的大容量。现在使用的大容量硬盘,一般都应在硬盘,一般都应在BIOSBIOS中设置为中设置为LBALBA模式。模式。3 3、LARGELARGE巨大模式巨大模式 此模式的逻辑参数设置方法是把真正的柱面数除以此模式的逻辑参数设置方法是把真正的柱面数除以2 2,而把磁头数,而把磁头数乘以乘以2 2,以保证硬盘的总容量不变,此时硬盘最大容量为,以保证硬盘的总容量不变,此时硬盘最大容量为1GB1GB。第16页,本讲稿共40页六、硬盘的安装1 1、设置硬盘驱动器主、从跳线、设置硬盘驱动器主、从跳
21、线 在在IDEIDE或或EIDEEIDE接口上通常可连接两台接口上通常可连接两台IDEIDE设备。为于区别,在设备。为于区别,在每一台每一台IDEIDE设备上者有设置主(设备上者有设置主(MASTERMASTER)、从()、从(SLAVESLAVE)方)方式的跳线,式的跳线,IDEIDE硬盘在出厂时通常预设为硬盘在出厂时通常预设为MASTERMASTER,对于只有一,对于只有一个硬盘的微机系统可不必改变,而对于在一个个硬盘的微机系统可不必改变,而对于在一个IDEIDE口上连接两个口上连接两个硬盘的系统,必须将一个硬盘设为主硬盘,另一个设为从硬盘,。硬盘的系统,必须将一个硬盘设为主硬盘,另一个设
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