第07讲 外存系统故障维修.ppt

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1、第第7讲讲 外存系统故障维修外存系统故障维修7.1 闪存系统故障维修闪存系统故障维修【重点重点】7.2 硬盘系统故障维修硬盘系统故障维修【重点重点】7.3 光盘系统故障维修光盘系统故障维修7.1 闪存系统故障维修7.1.1 闪存的基本类型闪存的基本类型闪存闪存从从EEPROM技术发展而来。技术发展而来。优点：快速存储，永久存储，可利用现有的优点：快速存储，永久存储，可利用现有的半导体工艺生产。半导体工艺生产。缺点：读写速度较缺点：读写速度较DRAM慢，而且擦写次数慢，而且擦写次数有极限。有极限。读写特性：读写特性：闪存以区块为单位进行数据擦除闪存以区块为单位进行数据擦除和写入和写入，区块大小为

2、，区块大小为8KB128KB。7.1 闪存系统故障维修7.1.1 闪存的基本类型闪存的基本类型NOR（异或）型闪存（异或）型闪存：由：由Intel和和AMD公司主公司主导，用于程序储存和运行。导，用于程序储存和运行。NOR闪存可闪存可随机读随机读，但，但写操作按写操作按“块块”进行进行。NOR闪存适合于频繁随机读操作，并直接在闪存适合于频繁随机读操作，并直接在闪存内运行。如闪存内运行。如BIOS芯片，手机存储芯片，芯片，手机存储芯片，交换机、路由器中的存储器等。交换机、路由器中的存储器等。手机是手机是NOR闪存应用的大户闪存应用的大户。7.1 闪存系统故障维修7.1.1 闪存的基本类型闪存的基

3、本类型NAND（与非（与非）型闪存）型闪存：大部分专利权掌握：大部分专利权掌握在东芝、三星、在东芝、三星、SanDisk等公司。等公司。NAND闪存采用闪存采用地址线和数据线复用地址线和数据线复用技术。技术。NAND闪存小数据块操作速度慢，而大数据闪存小数据块操作速度慢，而大数据块速度快。块速度快。NAND闪存主要用来存储资料，如闪存主要用来存储资料，如U盘、数码盘、数码存储卡、固态硬盘等。存储卡、固态硬盘等。7.1 闪存系统故障维修7.1.2 闪存存储单元工作原理闪存存储单元工作原理闪存采用单晶体管设计，无需存储电容闪存采用单晶体管设计，无需存储电容。闪存闪存SLC（单级储存单元）结构：（单

4、级储存单元）结构：在在1个存储单元存储个存储单元存储1位数据。位数据。闪存闪存MLC（多级储存单元）（多级储存单元）结构：结构：在在1个存储单元中存储个存储单元中存储2位数据。位数据。7.1 闪存系统故障维修7.1.2 闪存存储单元工作原理闪存存储单元工作原理MLC通通过过不不同同级级别别的的内内部部电电压压，在在1个个存存储储单元中记录单元中记录2组位信息（组位信息（00、01、11、10）。）。MLC的记录密度比的记录密度比SLC提高了提高了1倍。倍。但但是是，MLC电电压压变变化化频频繁繁，使使用用寿寿命命远远低低于于SLC，MLC只能承受约只能承受约1万次的擦写。万次的擦写。MLC需需

5、要要更更长长的的读读写写时时间间，SLC比比MLC要要快快3倍以上。倍以上。7.1 闪存系统故障维修7.1.2 闪存存储单元工作原理闪存存储单元工作原理NAND闪闪存存和和NOR闪闪存存都都采采用用MOS晶晶体体管管作作为为基基本本存存储储单单元元，不不同同的的是是构构成成存存储阵列时，采用了不同的技术方式。储阵列时，采用了不同的技术方式。NAND闪闪存存采采用用“与与非非”方方式式构构成成存存储储阵列阵列；NOR闪闪存存采采用用“异异或或”方方式式构构成成储储存存阵阵列列。7.1 闪存系统故障维修7.1.2 闪存存储单元工作原理闪存存储单元工作原理闪闪存存通通过过在在浮浮空空栅栅极极上上放放

6、置置电电子子和和清清除除电电子子来来表表示示数数据据，浮浮空空栅栅极极中中有有电电子子时时为为“0”，无电子时为无电子时为“1”。7.1 闪存系统故障维修7.1.3 NOR闪存结构与性能闪存结构与性能NOR闪存电路特点：闪存电路特点：NOR闪存有独立的数据总线和地址总线，能闪存有独立的数据总线和地址总线，能快速快速随机读取随机读取数据。数据。NOR闪存写入数据前，必须先将目标块内所闪存写入数据前，必须先将目标块内所有位都写为有位都写为0（擦除操作）。（擦除操作）。NOR闪存可以单闪存可以单字节写入，但不能单字节擦除字节写入，但不能单字节擦除。NOR闪存传输效率很高，适合存储程序代码，闪存传输效

7、率很高，适合存储程序代码，对大型数据文件应用显得力不从心。对大型数据文件应用显得力不从心。7.1 闪存系统故障维修7.1.4 NAND闪存结构与性能闪存结构与性能NAND闪存接口位宽为闪存接口位宽为8位或位或16位。位。如韩国现代如韩国现代HY27UK08BGFM闪存芯片：闪存芯片：总总容容量量为为4GB，页页面面大大小小为为（2KB+64B），8个个I/O接接口口每每次次可可以以传传输输（2KB+64B）8=16.5KB数据。数据。NAND闪闪存存采采用用地地址址/数数据据总总线线复复用用技技术术，大大容量闪存一般采用容量闪存一般采用32位地址总线位地址总线。7.1 闪存系统故障维修7.1.

8、4 NAND闪存结构与性能闪存结构与性能NAND闪闪存存的的一一个个重重要要特特点点是是闪闪存存芯片容量越大，寻址时间越长芯片容量越大，寻址时间越长。7.1 闪存系统故障维修7.1.4 NAND闪存结构与性能NAND闪存芯片技术参数 技术指标技术指标技术参数技术参数技术指标技术指标技术参数技术参数芯片型号芯片型号HY27UK08BGFM页页随机存取随机存取时间时间25s（最大）（最大）存存储储容量容量4GB（4G8bit）页顺页顺序存取序存取时间时间30ns（最小）（最小）接口位接口位宽宽8bit页编页编程程时间时间（写）（写）200m页页尺寸尺寸(2KB+64B)字字节节快速快速块块擦除擦除

9、时间时间2ms块块尺寸尺寸(128KB+4KB)字字节节写写/擦除次数擦除次数10万次万次阵阵列大小列大小(2KB+64B)字字节节64页页16 384块块*数据保存数据保存时间时间10年年工作工作电压电压2.7V3.6V芯片封装芯片封装48脚脚TSOP17.1 闪存系统故障维修7.1.4 NAND闪存结构与性能各种非易失性半导体存储器技术比较各种非易失性半导体存储器技术比较 技术指标技术指标FlashFlashNV SRAMMRAMFRAMOUMDRAM非易失性非易失性具具具具备备备备具具备备具具备备具具备备具具备备不具不具备备读读速度速度中等中等中等中等快快快快快快快快中等中等写速度写速度

10、慢慢慢慢快快快快快快快快中等中等随机存取随机存取不支持不支持不支持不支持支持支持支持支持支持支持支持支持支持支持写入次数写入次数10106 6无限无限101210121012无限无限芯片密度芯片密度高高高高低低高高中等中等高高中等中等读读特性特性非破坏非破坏非破坏非破坏非破坏非破坏非破坏非破坏破坏破坏非破坏非破坏破坏破坏耗耗电电量量中等中等中等中等低低中等中等低低中等中等高高市市场应场应用用主流主流主流主流成熟成熟研研发发中中小量小量应应用用研研发发中中主流主流7.1 闪存系统故障维修7.1.5 NV SRAM闪存结构与性能闪存结构与性能NV SRAM采采用用SAM芯芯片片加加电电池池的的结结

11、构构形形式式，这这种种设设计计方方案案在在主主板板的的CMOS（BIOS参参数数设设置芯片）设置电路中广泛应用。置芯片）设置电路中广泛应用。7.1 闪存系统故障维修7.1.6 MRAM闪存结构与性能闪存结构与性能MRAM利利用用电电阻阻随随磁磁化化方方向向变变化化记记录录数数据据，并通过隧道效应扩大电阻值的差别。，并通过隧道效应扩大电阻值的差别。MRAM耗耗电电量量低低，而而且且具具有有高高速速写写入入和和读读取取性性能能，擦擦写写次次数数无无限限制制，而而且且具具有有存存储储数数据据的的非非易易失失性性，也也不不需需要要刷刷新新操操作，速度接近作，速度接近SRAM。7.1 闪存系统故障维修7

12、.1.7 FRAM闪存结构与性能闪存结构与性能FRAM采采用用PZT（锆锆钛钛酸酸铅铅）薄薄膜膜材材料料为为存存储单元，耗电量极低，断电后也能保存数据。储单元，耗电量极低，断电后也能保存数据。FRAM结结构构与与DRAM非非常常类类似似，不不同同之之处处是是DRAM利利用用普普通通电电容容记记录录数数据据，FRAM采采用用铁电电容记录数据铁电电容记录数据。铁铁电电电电容容在在自自然然状状态态下下分分为为正正极极和和负负极极，加加电电后后它它的的极极性性会会统统一一成成为为一一个个方方向向，即即使使关关闭电源后状态也不会改变。闭电源后状态也不会改变。7.1 闪存系统故障维修7.1.8 OUM闪存

13、结构与性能闪存结构与性能OUM中中的的相相变变材材料料通通过过施施加加电电场场来来加加热热，以以发发生生相相变变，改改变变阻阻抗抗值值，从从而而实实现现二二进制数据存储进制数据存储。7.1 闪存系统故障维修7.1.9 固态盘技术与性能固态盘技术与性能SSD（固固态态硬硬盘盘）由由存存储储单单元元和和控控制制单单元元组组成成，存存储储单单元元采采用用闪闪存存作作为为存存储储介介质质，控控制制单元采用高性能单元采用高性能I/O控制芯片控制芯片。固固态态硬硬盘盘耗耗电电量量只只有有机机械械硬硬盘盘的的5%左左右右，写写入入速速度度与与机机械械硬硬盘盘相相当当，读读取取速速度度是是机机械械硬硬盘的盘的

14、3倍。倍。成本成本与与寿命寿命是固态盘普及的最大问题。是固态盘普及的最大问题。7.1 闪存系统故障维修7.1.9 固态盘技术与性能固态盘技术与性能2闪存卡闪存卡闪闪存存卡卡是是在在闪闪存存芯芯片片中中加加入入专专用用接接口口电电路路的的一种单片型移动固态盘。一种单片型移动固态盘。7.1 闪存系统故障维修7.1.9 固态盘技术与性能固态盘技术与性能3U盘存储技术盘存储技术 U盘盘是是利利用用闪闪存存、控控制制芯芯片片和和USB接接口口技技术术的的一种小型半导体移动固态盘。一种小型半导体移动固态盘。7.1 闪存系统故障维修7.1.9 固态盘技术与性能固态盘技术与性能4固态硬盘技术固态硬盘技术固固态

15、态硬硬盘盘在在接接口口标标准准、功功能能及及使使用用方方法法上上，与机械硬盘完全相同。与机械硬盘完全相同。固固态态硬硬盘盘没没有有机机械械部部件件，因因而而抗抗震震性性能能极极佳佳，同时工作温度很低。同时工作温度很低。固态硬盘与固态硬盘与U盘的区别在于盘的区别在于用途不同用途不同，U盘着盘着眼于移动性，采用眼于移动性，采用USB接口；固态硬盘着眼接口；固态硬盘着眼于赶超机械硬盘，采用于赶超机械硬盘，采用SATA接口。接口。7.1 闪存系统故障维修7.1.9 固态盘技术与性能7.2 硬盘系统故障维修7.2.1 硬盘基本组成SATA接口硬盘主要用于台式微机；接口硬盘主要用于台式微机；SAS接口硬盘

16、主要用于服务器；接口硬盘主要用于服务器；USB硬盘主要用作移动存储设备。硬盘主要用作移动存储设备。（1）硬盘呼吸孔）硬盘呼吸孔呼呼吸吸孔孔的的作作用用是是调调节节硬硬盘盘内内部部气气压压，使使他他与与大大气气气气压压保保持持一一致致，避避免免剧剧烈烈的的气气压压变变化化使使硬盘顶盖突起或凹陷。硬盘顶盖突起或凹陷。7.2 硬盘系统故障维修7.2.1 硬盘基本组成伺服孔呼吸孔7.2 硬盘系统故障维修7.2.1 硬盘基本组成硬盘基本组成（2）盘片伺服孔）盘片伺服孔硬盘伺服孔用于磁头定位信号写入。硬盘伺服孔用于磁头定位信号写入。3硬盘内部组成硬盘内部组成硬盘主要部件有盘片组件、磁头组件、硬盘主要部件有

17、盘片组件、磁头组件、控制电路板（控制电路板（PCB）、盘体和盖板等。）、盘体和盖板等。7.2 硬盘系统故障维修7.2.1 硬盘基本组成硬盘基本组成盘片组件磁头组件盘体组件电路组件7.2 硬盘系统故障维修7.2.1 硬盘基本组成硬盘基本组成4盘片组件盘片组件盘片用铝合金作为基片，厚度大约盘片用铝合金作为基片，厚度大约1mm；盘片数量在盘片数量在15片之间；片之间；盘片尺寸与存储容量有关，盘片尺寸与存储容量有关，2.5英寸的磁盘存英寸的磁盘存储容量约为储容量约为3.5英寸磁盘的一半左右；英寸磁盘的一半左右；主流产品为主流产品为3.5英寸硬盘。英寸硬盘。7.2 硬盘系统故障维修7.2.1 硬盘基本组

18、成硬盘基本组成硬盘转速的提高带来了磨损加剧、温度硬盘转速的提高带来了磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列负面影响。升高、噪声增大等一系列负面影响。5磁头组件磁头组件磁头组件由滑块和磁头、磁头传动臂组磁头组件由滑块和磁头、磁头传动臂组件、前置放大器、磁头悬架组件、音圈件、前置放大器、磁头悬架组件、音圈电机等组成。电机等组成。7.2 硬盘系统故障维修7.2.1 硬盘基本组成悬挂架 平直线圈越位档块信号线 前置放大器磁头7.2 硬盘系统故障维修7.2.1 硬盘基本组成6控制电路板组件控制电路芯片：主控制芯片、电机主控制芯片、电机控制芯片、高速数据缓存芯片、数控制芯片、高速数据缓存芯片、数据物理层读取

19、芯片、固件芯片等。据物理层读取芯片、固件芯片等。7.2 硬盘系统故障维修7.2.2 硬盘工作原理硬盘工作原理2硬盘数据存储原理硬盘数据存储原理硬盘盘片由铝质合金和磁性材料组成。硬盘盘片由铝质合金和磁性材料组成。硬硬盘盘利利用用一一个个很很小小区区域域组组成成一一个个同同一一方方向向的的“磁磁记记录录位位”（小小于于100nm），硬硬盘盘利利用用磁磁记录位的极性来记录二进制数据位记录位的极性来记录二进制数据位。磁极子磁极子7.2 硬盘系统故障维修7.2.2 硬盘工作原理硬盘工作原理直直流流平平衡衡问问题题：当当出出现现长长串串的的连连续续“1”或或连连续续“0”信信号号时时，接接收收端端无无法法

20、从从收收到到的的数数据据流流中提取位同步信号。中提取位同步信号。编码的目的是解决直流平衡，使编码的目的是解决直流平衡，使“0”与与“1”的编码个数相当。的编码个数相当。硬盘普遍采用硬盘普遍采用RLL（运行长度受限）编码方（运行长度受限）编码方式记录磁信号。式记录磁信号。7.2 硬盘系统故障维修7.2.2 硬盘工作原理硬盘工作原理3磁头飞行间隙的控制磁头飞行间隙的控制盘盘片片高高速速旋旋转转产产生生的的气气流流相相当当强强，它它使使磁磁头头升升起起与与盘盘面面保保持持一一个个微微小小的的距距离离。磁磁头头飞飞行行高度约为高度约为10nm左右左右 7.2 硬盘系统故障维修7.2.2 硬盘工作原理硬

21、盘工作原理4硬盘读操作工作原理硬盘读操作工作原理早期硬盘采用读写合一的电磁感应式磁头。早期硬盘采用读写合一的电磁感应式磁头。目前采用读目前采用读/写分离的写分离的GMR和和TMR磁头。磁头。GMR磁头利用磁头利用“磁阻效应磁阻效应”，即磁头中导体，即磁头中导体的电阻值，会随盘片上磁场的变化而变化。的电阻值，会随盘片上磁场的变化而变化。目前硬盘读操作采用目前硬盘读操作采用GMR磁头，而写操作仍磁头，而写操作仍采用传统的磁感应磁头采用传统的磁感应磁头。7.2 硬盘系统故障维修7.2.2 硬盘工作原理硬盘工作原理GMR读磁头读磁头磁感应磁感应写磁头写磁头磁粒子磁粒子档块档块7.2 硬盘系统故障维修7

22、.2.2 硬盘工作原理5硬盘写操作工作原理写操作原理：电电流流通通过过导导体体时时，围围绕绕导导体体会会产产生生一一个个磁磁场场。当当电电流流方方向改变时，磁场的极性也会改变。向改变时，磁场的极性也会改变。7.2 硬盘系统故障维修7.2.3 硬盘电路结构硬盘电路结构硬盘电路结构有：硬盘电路结构有：DSP（数字信号处理）芯片；（数字信号处理）芯片；磁头组件电路；磁头组件电路；主轴电机主轴电机/音圈电机控制电路；音圈电机控制电路；高速缓存等。高速缓存等。7.2 硬盘系统故障维修7.2.4 硬盘逻辑结构硬盘逻辑结构逻辑结构：盘片上信号存储格式。逻辑结构：盘片上信号存储格式。7.2 硬盘系统故障维修7

23、.2.4 硬盘逻辑结构硬盘逻辑结构磁道磁道：盘片最盘片最外圈为外圈为0道道，最内圈为，最内圈为n道。道。扇区扇区：每个扇区可以存储每个扇区可以存储512B信息信息。扇扇区区分分为为两两部部分分，一一部部分分为为ID地地址址段段；另一部分是另一部分是用户数据段用户数据段。伺伺服服扇扇区区：指指磁磁道道和和扇扇区区定定位位信信息息，一一般般写写入入格格雷雷码码信信息息，根根据据格格雷雷码码可可以以对对某一个磁道的某一扇区进行精确定位。某一个磁道的某一扇区进行精确定位。7.2 硬盘系统故障维修7.2.4 硬盘逻辑结构硬盘逻辑结构柱柱面面：数数据据按按柱柱面面进进行行读读/写写，不不是是按按磁磁道进行

24、读道进行读/写。写。簇簇：操操作作系系统统分分配配磁磁盘盘存存储储空空间间的的最最小小单单位位。在在Windows 2000/XP/Vista操操作作系系统中，缺省情况下每簇为统中，缺省情况下每簇为4KB。寻寻址址方方式式：硬硬盘盘为为线线性性寻寻址址，即即以以扇扇区区为单位进行寻址。为单位进行寻址。7.2 硬盘系统故障维修7.2.4 硬盘逻辑结构硬盘逻辑结构LBA（逻逻辑辑块块寻寻址址）模模式式：BIOS中中的的柱柱面面、磁磁头头、扇扇区区等等参参数数，并并不不是是硬硬盘盘的的实实际际物物理理参数。参数。硬盘容量硬盘容量=LBA512硬硬盘盘中中部部分分存存储储空空间间对对用用户户是是隐隐藏

25、藏的的；隐隐藏藏部部分分包包括括固固件件区区和和用用于于替替代代缺缺陷陷扇扇区区的的保保留留区区。7.2 硬盘系统故障维修7.2.4 硬盘逻辑结构硬盘逻辑结构固件区固件区：保存若干：保存若干程序模块程序模块和和硬盘参数硬盘参数。7.2 硬盘系统故障维修7.2.5 固件与缺陷表固件与缺陷表固固件件功功能能：硬硬盘盘初初始始化化、伺伺服服信信息息或或伺伺服服字字段段参参数数、硬硬盘盘低低级级格格式式化化、固固件件微微代代码码（操操作作程程序序）、配配置置表表、硬硬盘盘缺缺陷陷表表等。等。7.2 硬盘系统故障维修7.2.5 固件与缺陷表固件与缺陷表硬硬盘盘生生产产过过程程极极其其精精密密，很很难难做

26、做到到100%完完美美，盘面或多或少存在一些缺陷。盘面或多或少存在一些缺陷。P-List（基基本本缺缺陷陷列列表表）：硬硬盘盘出出厂厂前前通通过过低低级级格格式式化化，自自动动找找出出所所有有缺缺陷陷磁磁道道和和缺缺陷陷扇扇区区，记记录录在在P-List中中，操操作作系系统统和和用用户户不不能能使使用它们。用它们。硬硬盘盘基基本本缺缺陷陷表表记记录录有有一一定定数数量量的的缺缺陷陷，少少则数百，多则数以万计。则数百，多则数以万计。7.2 硬盘系统故障维修7.2.5 固件与缺陷表固件与缺陷表G-List（增增长长缺缺陷陷表表）：硬硬盘盘使使用用中中，会会出出现现一一些些新新的的缺缺陷陷扇扇区区。

27、为为了了减减少少硬硬盘盘返返修修率率，厂厂商商在在硬硬盘盘内内设设计计了了一一个个自自动动修修复复机机制制。在在硬硬盘盘读读写写过过程程中中，如如果果发发现现一一个个缺缺陷陷扇扇区区，则则自自动动分分配配一一个个备备用用扇扇区区来来替替换换该该缺缺陷陷扇扇区区，并并将将缺缺陷陷扇扇区区及及其其替替换换情情况况记记录录在在G-List中中，这这样样，少少量量的的缺缺陷陷扇扇区对用户的使用没有太大的影响。区对用户的使用没有太大的影响。7.2 硬盘系统故障维修7.2.5 固件与缺陷表固件与缺陷表P-List和和G-List表表无无法法用用标标准准ATA硬硬盘指令来获取以及修改。盘指令来获取以及修改。

28、专专业业硬硬盘盘修修复复工工具具软软件件（如如PC-3000）需需要要装装载载不不同同的的固固件件模模块块才才能对它们进行操作。能对它们进行操作。7.2 硬盘系统故障维修7.2.6 硬盘接口类型硬盘接口类型1IDE接口接口IDE接口采用接口采用ATA标准，也称为标准，也称为PATA。7.2 硬盘系统故障维修7.2.6 硬盘接口类型硬盘接口类型2SATA接口接口SATA采用低压差分信号传输采用低压差分信号传输。SATA双双工工通通信信由由两两个个单单工工信信道道组组成成，一一个个用用于于发发送送信信号号（写写数数据据），一一个个用用于于接接收收信信号号（读读数数据据），每每个个单单工工信信道道需

29、需要要2根根数数据据线线，SATA共需要共需要4根数据线。根数据线。7.2 硬盘系统故障维修7.2.6 硬盘接口类型硬盘接口类型电源插头电源插头信号插头信号插头电源插头电源插头信号插头信号插头7.2 硬盘系统故障维修7.2.6 硬盘接口类型SATA采用点对点方式进行数据传输SATA信号接口采用7针“L”型连接器SATA 2.0标准最大接口速率为3.0Gbit/sSATA最大线路连接长度为1mSATA提供+12V、+5V和+3.3V的电压7.2 硬盘系统故障维修7.2.6 硬盘接口类型硬盘接口类型3eSATA接口接口eSATA接口采用平直型接口采用平直型“一一”字形接口。字形接口。采用屏蔽信号线

30、，采用屏蔽信号线，eSATA连接长度达连接长度达2m。SATA只能插拔只能插拔 几十次，几十次，eSATA 能插拔能插拔2000次左右。次左右。7.2 硬盘系统故障维修7.2.6 硬盘接口类型硬盘接口类型4SCSI接口接口SCSI接接口口主主要要用用于于服服务务器器硬硬盘盘，它它能能连连接接更更多的设备。多的设备。SCSI接接口口硬硬盘盘的的CPU占占用用率率极极低低，但但是是SCSI硬盘较贵，因此硬盘较贵，因此SCSI接口处于淘汰趋势接口处于淘汰趋势。SCSI接口接口7.2 硬盘系统故障维修7.2.6 硬盘接口类型硬盘接口类型5SAS接口接口SAS（串行连接（串行连接SCSI）是）是SCSI

31、的串行版。的串行版。SAS和和SATA在物理上和电气上有兼容性。在物理上和电气上有兼容性。7.2 硬盘系统故障维修7.2.7 硬盘设计技术硬盘设计技术1垂直磁记录技术垂直磁记录技术垂垂直直磁磁记记录录技技术术将将磁磁场场方方向向改改变变了了90度度，磁磁记记录录垂垂直直于于盘盘面面的的磁磁场场，增增加加了了磁磁盘盘整整体体存存储容量。储容量。采采用用垂垂直直磁磁记记录录技技术术，硬硬盘盘的的基基本本工工作作原原理理和和结结构构都都没没有有发发生生改改变变，重重要要的的技技术术变变革革在在于磁介质、磁头和读写电子器件上。于磁介质、磁头和读写电子器件上。7.2 硬盘系统故障维修7.2.7 硬盘设计

32、技术硬盘设计技术水平磁记录水平磁记录垂直磁记录垂直磁记录7.2 硬盘系统故障维修7.2.7 硬盘设计技术硬盘设计技术2多层磁盘结构技术多层磁盘结构技术磁盘表面采用了特殊激光防滑齿保护层。磁盘表面采用了特殊激光防滑齿保护层。记记录录层层采采用用氧氧化化铬铬覆覆盖盖（磁磁性性材材料料）或或钴层。钴层。磁盘一般采用磁盘一般采用1个记录层和个记录层和12个稳定层。个稳定层。7.2 硬盘系统故障维修7.2.7 硬盘设计技术硬盘设计技术4硬盘数据保护技术硬盘数据保护技术S.M.A.R.T.（自监测、分析及报告）技术：（自监测、分析及报告）技术：由由硬硬盘盘监监测测电电路路对对磁磁头头、磁磁盘盘、电电机机、

33、电电路路等等进进行行监监测测。硬硬盘盘运运行行出出现现安安全全值值范范围围以以外外的的情情况况时时，硬硬盘盘自自动动向向用用户户发发出出警警告告，并并自自动动降降低低硬硬盘盘运运行行速速度度，将将重重要要数数据据文文件件转转存存到其它安全扇区。到其它安全扇区。7.2 硬盘系统故障维修7.2.7 硬盘设计技术硬盘设计技术S.M.A.R.T.只只要要硬硬盘盘电电源源开开着着，每每隔隔8小小时时就会做一次扫描、分析与修复动作。就会做一次扫描、分析与修复动作。S.M.A.R.T.只只能能对对渐渐发发性性故故障障进进行行监监测测，对对一一些些突突发发性性故故障障，如如磁磁头头突突然然断断裂裂等等，这种技

34、术也无能为力。这种技术也无能为力。7.2 硬盘系统故障维修7.2.8 RAID磁盘阵列技术磁盘阵列技术改进磁盘速度的方法：改进磁盘速度的方法：磁盘磁盘高速缓存高速缓存技术技术RAID（廉价磁盘冗余阵列廉价磁盘冗余阵列）技术）技术小型小型RAID由由2个硬盘和个硬盘和RAID控制卡组成控制卡组成大型大型RAID由专用计算机和几十个磁盘组成由专用计算机和几十个磁盘组成RAID级别大小并不代表技术的高低级别大小并不代表技术的高低7.2 硬盘系统故障维修7.2.8 RAID磁盘阵列技术磁盘阵列技术3RAID 0条带技术条带技术RAID 0采用采用无数据冗余无数据冗余的的条带化条带化存储技术存储技术性能

35、提高性能提高80%；硬盘利用率；硬盘利用率95%；无纠错。；无纠错。数据条带数据条带7.2 硬盘系统故障维修7.2.8 RAID磁盘阵列技术磁盘阵列技术4RAID 1镜像技术镜像技术RAID 1采用数据采用数据镜像镜像技术。技术。无性能提高；硬盘利用率无性能提高；硬盘利用率50%；数据备份。；数据备份。数据镜像数据镜像7.2 硬盘系统故障维修7.2.8 RAID磁盘阵列技术磁盘阵列技术5RAID 5校验技术校验技术RAID 5对硬盘数据进行纠错校验。对硬盘数据进行纠错校验。性能提高性能提高70%；硬盘利用率；硬盘利用率90%；可纠错。；可纠错。7.2 硬盘系统故障维修7.2.9 硬盘主要技术性

36、能硬盘主要技术性能单碟容量是衡量硬盘技术的一个主要指标。单碟容量是衡量硬盘技术的一个主要指标。硬盘单碟容量增加后速度反而加快了。硬盘单碟容量增加后速度反而加快了。硬盘转速越快，发热量和噪声越大。硬盘转速越快，发热量和噪声越大。平均访问时间平均访问时间=平均寻道时间平均寻道时间+平均等待时间平均等待时间硬盘平均寻道时间在硬盘平均寻道时间在8ms左右。左右。硬盘硬盘7200rpm时，平均等待时间为时，平均等待时间为4.167ms7.2 硬盘系统故障维修7.2.9 硬盘主要技术性能硬盘主要技术性能目目 前前 内内 部部 数数 据据 传传 输输 速速 率率 为为 80150MB/s高高转转速速硬硬盘盘

37、采采用用小小尺尺寸寸盘盘片片控控制制能能耗和噪音。耗和噪音。7.2 硬盘系统故障维修7.2.10 硬盘数据结构1FAT32文件系统下的硬盘数据结构主引导记录（主引导记录（MBR）操作系统引导记录（操作系统引导记录（OBR）文件分配表（文件分配表（FAT）根目录区（根目录区（DIR）用户数据区（用户数据区（DATA）。）。7.2 硬盘系统故障维修7.2.10 硬盘数据结构硬盘数据结构2NTFS文件系统下的硬盘数据结构文件系统下的硬盘数据结构硬硬盘盘数数据据结结构构由由MFT（主主文文件件表表）和和文文件件存存储区储区组成。组成。7.2 硬盘系统故障维修7.2.10 硬盘数据结构硬盘数据结构MFT

38、由由一一系系列列文文件件记记录录组组成成，它它是是分分区区中每个文件的索引数据库。中每个文件的索引数据库。MFT中中文件记录文件记录大小固定为大小固定为1KB。在在NTFS系系统统中中，文文件件按按簇簇进进行行分分配配和和管管理。理。7.2 硬盘系统故障维修7.2.11 硬盘低级格式化与分区硬盘低级格式化与分区硬盘出厂前都必须进行低级格式化。硬盘出厂前都必须进行低级格式化。低低级级格格式式化化：对对所所有有盘盘片片进进行行磁磁道道、扇扇区区、伺伺服服扇扇区区等等划划分分。然然后后在在扇扇区区中中写写入入ID地地址址段段 和和 数数 据据 段段，对对 扇扇 区区 中中 的的 用用 户户 数数 据

39、据 区区（512B）进行填充）进行填充00或或FF。硬硬盘盘物物理理损损坏坏的的磁磁道道或或扇扇区区，软软件件会会自自动动进进行行标标记记，并并写写入入到到硬硬盘盘固固件件区区的的P-list中中，避避免免操操作作系系统统的的分分配配使使用用。硬硬盘盘低低级级格格式式化化后后，磁盘中的磁粒子是有序的，磁盘中的磁粒子是有序的，7.2 硬盘系统故障维修7.2.12 硬盘常见故障分析硬盘常见故障分析硬盘维修是为了挽救硬盘中宝贵的数据。硬盘维修是为了挽救硬盘中宝贵的数据。开盘仅用于重要数据的恢复。开盘仅用于重要数据的恢复。发发生生数数据据丢丢失失后后，不不要要向向硬硬盘盘中中拷拷贝贝任任何文件何文件。

40、7.2 硬盘系统故障维修7.2.12 硬盘常见故障分析故障现象故障现象故障主要原因分析故障主要原因分析蓝蓝屏、花屏屏、花屏硬硬盘发热盘发热、硬、硬盘盘工作工作电压过电压过高或高或过过低等低等死机死机硬硬盘电盘电路故障、外路故障、外设设太多太多导导致致电电源功率不足等源功率不足等BIOS中可以找到硬中可以找到硬盘盘，但是不能引，但是不能引导导系系统统扇区扇区损损坏、操作系坏、操作系统统引引导导文件破坏、硬文件破坏、硬盘盘0磁道磁道损损坏、硬坏、硬盘盘扇区扇区逻辑错误逻辑错误，如簇，如簇链丢链丢失、失、IDE硬硬盘盘上的主从跳上的主从跳线错误线错误BIOS中找不到硬中找不到硬盘盘参数参数硬硬盘电盘

41、电路路损损坏、硬坏、硬盘盘信号信号线线接触不良、硬接触不良、硬盘盘信号信号线线接反、接反、电电源源接接头头未插牢、主板南未插牢、主板南桥桥芯片故障、芯片故障、电电源供源供电电不足等不足等数据数据丢丢失失错误错误操作、扇区操作、扇区损损坏、静坏、静电电干干扰扰、硬、硬盘发热严盘发热严重、病毒破坏等重、病毒破坏等硬硬盘盘容量减少容量减少磁道或扇区磁道或扇区损损坏、文件簇坏、文件簇链丢链丢失、失、临时临时文件太多、文件太多、MBR参数参数块块错误错误等等硬硬盘盘速度速度过过低低文件碎片太多、安装太多文件碎片太多、安装太多应应用用软软件、磁件、磁盘盘老化老化硬硬盘盘出出现现“咔咔咔咔”声声机械控制部分

42、故障、机械控制部分故障、传动传动臂故障、臂故障、盘盘片有片有严严重重损伤损伤等等7.3 光盘系统故障维修7.3.1 光盘的类型光盘的类型光盘读写原理：光盘读写原理：只读光盘，如只读光盘，如DVD-ROM；1次刻录光盘，如次刻录光盘，如DVD-R；反复读写光盘，如反复读写光盘，如DVD-RW、DVD-RAM。光盘容量：光盘容量：CD-ROM容量为容量为650MB；DVD-ROM容量为容量为4.7-17GB；BD-ROM容量为容量为23-27GB。7.3 光盘系统故障维修7.3.2 只读光盘物理结构只读光盘物理结构光光盘盘由由保保护护层层（透透明明塑塑料料涂涂层层）、反反射射层层（镀镀铝铝涂涂层层

43、）、塑塑料料基基板板层层（数数据据记记录）、标签层（光盘屏蔽保护）等组成录）、标签层（光盘屏蔽保护）等组成。7.3 光盘系统故障维修7.3.2 只读光盘物理结构只读光盘物理结构光盘每扇区为光盘每扇区为2KB光光盘盘最最内内圈圈光光道道为为起起始始扇扇区区（1号号扇扇区）区）光光盘盘数数据据存存储储原原理理：光光盘盘中中每每个个沟沟槽槽边边缘缘代代表表数数据据“1”，其其它它地地方方代代表数据表数据“0”。7.3 光盘系统故障维修7.3.3 读写光盘物理结构读写光盘物理结构BD-R/DVD-R/CD-R刻录原理：刻录原理：利利用用有有机机染染料料在在高高温温下下会会发发生生分分子子排排列列变变化

44、化来记录数据。来记录数据。DVD-R需需要要连连续续写写入入，但但是是存存储储在在DVD-R中中的数据可以的数据可以随机读出随机读出。BD-RW/DVD-RW/CD-RW刻录原理：刻录原理：一一些些特特殊殊晶晶体体材材料料在在不不同同温温度度下下分分别别呈呈结结晶晶态态与与非非结结晶晶态态，使使用用不不同同功功率率的的激激光光对对它它们们照射，就可以使晶体材料发生相变。照射，就可以使晶体材料发生相变。7.3 光盘系统故障维修7.3.4 光盘逻辑结构光盘逻辑结构计计算算机机数数据据选选择择Mode 1扇扇区区模模式式，Mode 2适适合存放图形、声音、影音等资料。合存放图形、声音、影音等资料。7

45、.3 光盘系统故障维修7.3.4 光盘逻辑结构光盘逻辑结构光光盘盘采采用用计计时时地地址址系系统统。它它以以分分、秒和百分秒时间值作为地址。秒和百分秒时间值作为地址。7.3 光盘系统故障维修7.3.5 光盘文件系统光盘文件系统1ISO 9660光盘文件系统光盘文件系统ISO 9660是是描描述述计计算算机机用用CD-ROM文文件件结结构构标准。标准。ISO 9660不支持长文件名（最长不支持长文件名（最长31个字符）个字符）2Windows光盘文件系统光盘文件系统微微软软公公司司提提出出了了与与ISO 9660兼兼容容的的Joliet（朱朱丽叶）和丽叶）和Romeo（罗密欧）光盘文件系统。（罗

46、密欧）光盘文件系统。7.3 光盘系统故障维修7.3.5 光盘文件系统光盘文件系统Joliet文文件件系系统统最最多多允允许许64个个字字符符，文文件件名和路径加起来不超过名和路径加起来不超过120个字符个字符。Romeo文文件件系系统统只只能能用用于于Windows，文文件名最多件名最多128个字符。个字符。7.3 光盘系统故障维修7.3.6 光驱工作原理光驱工作原理光驱采用向下兼容的设计方案。光驱采用向下兼容的设计方案。例例如如，BD-ROM光光驱驱可可以以读读出出DVD-ROM、CD-ROM、DVD-R、DVD-RW、CD-ROM等光盘。等光盘。光光驱驱由由激激光光头头、光光头头驱驱动动机

47、机构构、光光盘盘驱驱动动机机构、控制电路、数据处理芯片等电路组成。构、控制电路、数据处理芯片等电路组成。7.3 光盘系统故障维修7.3.6 光驱工作原理光驱工作原理光光驱驱工工作作时时，光光盘盘上上的的灰灰尘尘在在激激光光高高温温熔熔化化下下，容容易易在在激激光光头头形形成成顽顽固固的的污污垢垢。这这影影响响了光驱读盘性能，也加速了光驱的老化。了光驱读盘性能，也加速了光驱的老化。7.3 光盘系统故障维修7.3.7 光驱主要技术性能光驱主要技术性能CD-ROM基基准准传传输输速速率率度度为为150KB/s（1x），如如50 x光驱的数据传输速度为光驱的数据传输速度为7.5MB/s。DVD基基准准

48、速速率率为为1.35MB/s（1x），如如20 x光光驱驱最大数据传输速度为最大数据传输速度为27MB/s。BD-ROM基准速率为基准速率为4.5MB/s（1x）。）。最最大大数数据据传传输输速速度度指指激激光光头头在在光光盘盘最最外外圈圈读读写写数数据据所所达达到到的的最最大大值值，光光盘盘内内圈圈数数据据传传输输速度大约为外圈的一半左右。速度大约为外圈的一半左右。7.3 光盘系统故障维修7.3.8 光驱常见故障分析故障现象故障现象主要故障原因分析主要故障原因分析不能不能读盘读盘激光激光头头表面表面污污垢、激光垢、激光头头老化、激光老化、激光头头定位不准、光定位不准、光驱驱机机械振械振动动太

49、大、光太大、光盘盘凹痕太小、光凹痕太小、光盘变盘变形、光形、光盘盘有划痕、有划痕、光光盘盘数据格式不兼容等数据格式不兼容等光光驱驱挑挑盘盘、读盘读盘中途出中途出错错光光盘质盘质量太差、激光量太差、激光头头功率不功率不够够、光、光盘夹紧盘夹紧机构机构压压力不力不够够、光光驱电驱电磁干磁干扰扰太大、病毒影响等太大、病毒影响等读盘读盘不不稳稳定定光光盘质盘质量差、光量差、光盘盘厚薄不均、光厚薄不均、光盘夹紧盘夹紧机构松机构松动动等等舱门舱门无法无法弹弹出出光光驱传动驱传动松松动动、润润滑不良、滑不良、弹弹出开关出开关损损坏、光坏、光驱驱信号信号线线接接反等反等光光驱读盘驱读盘速度速度激光激光头头老化、光老化、光盘质盘质量太差、光量太差、光驱驱信号信号线质线质量不佳等量不佳等光光驱图标丢驱图标丢失失主板主板驱动驱动程序冲突、注册表被修改、病毒造成、光程序冲突、注册表被修改、病毒造成、光驱连线驱连线不正常、安装了某些虚不正常、安装了某些虚拟拟光光驱软驱软件等件等 课程讨论1.硬盘为什么是微机性能的一个瓶颈。硬盘为什么是微机性能的一个瓶颈。2.低级格式化会对硬盘造成损伤吗。低级格式化会对硬盘造成损伤吗。3.U盘的发展会淘汰光盘吗。盘的发展会淘汰光盘吗。4.NVRAM会取代会取代DRAM吗。吗。5.有哪些方法可以恢复硬盘中的数据？有哪些方法可以恢复硬盘中的数据？