硬盘存储器

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硬盘存储器简称硬盘,英文名称是Hard Disk,它是计算机系统的主要外部存储器。硬盘技术于1956年由IBM公司首先发明,当时第一块硬盘容量只有5MB。到了1968年IBM公司又提出了温彻斯特(Winchester)技术,其精髓是密封、固定并高速旋转镀磁盘片,磁头沿盘片径向移动,现在使用的硬盘大多是这种技术的延伸。

硬盘的工作原理

硬盘的数据读写是靠磁头和盘片来实现的,盘片是在圆形盘基表面上涂有一层磁介质而制成,工作时盘片在主轴电机驱动下均速旋转,读写磁头浮动在盘片上。数据是按磁道分布的。盘片上的磁道从外边向圆心,按0~N顺序编号,如图1所示。

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                         图1  硬盘工作原理图

磁头通过磁头臂安装在滑动小车上,在驱动和定位机构控制下,磁头沿盘片径向作进、退运动,访问相应磁道。一般盘片的两面都有读写磁头。多片盘的情况,各片盘上相同编号的磁道组成一个柱面,柱面的编号与磁道号相同。

硬盘的工作过程是:若从查找操作开始,驱动机构根据柱面地址把磁头向目标磁道移动,并定位在目标磁道上,等待有关信息区段旋转到磁头下,然后进行读写操作。若是写操作,则把要写入的二进制数码经编码电路变换成相应的电流信号,送到磁头线圈,磁化盘片的表面磁介质,在磁道上形成一串微小的磁化单元。读出时,磁道上事先记录的磁化单元高速掠过磁头,在磁头线圈中感应出电压信号,再经放大、鉴别和整形电路后,还原成数字信息。

硬盘的技术指标

存储容量

存储容量是指磁盘驱动器所能存储的数据字节总数。通常磁盘驱动器由多个硬盘碟片组成,每个碟片的容量称为单碟容量。因为硬盘体积有限,所以提高单碟容量几乎成了提高整体容量的惟一途径。

存储容量有未格式化容量和格式化容量两种指标。格式化容量指的是经过低级格式化后的硬盘容量,通常只有未格式化容量的80%。目前,硬盘在出厂前都要进行低级格式化,因此制造商报告的硬盘容量就是格式化容量。计算公式如下:

格式化容量(字节)=扇区字节数×扇区数×磁道数×磁头数

其中:扇区字节数表示每个扇区包括的字节个数,扇区数表示每个磁道包括的扇区个数,磁道数又称柱面数,表示每面包括的磁道个数,磁头数表示硬盘的磁头个数,因为每面对应一个磁头,所以磁头数就是硬盘中有磁介质的盘面个数。

制造商报告的硬盘容量往往要多于系统BIOS或分区工具识别出的容量,这是由于换算公式不同。硬盘容量以字节为单位数字太大,往往要换算成吉字节(GB)。

工厂容量换算使用十进制。格式化容量(GB)=格式化容量(B)÷10003

系统显示的容量换算使用二进制。格式化容量(GB)=格式化容量(B)÷10243

很明显,系统显示的容量低于工厂容量。

数据传输率

硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度,单位为MB/s。硬盘数据传输率又包括内部数据传输率和外部数据传输率。

内部传输率又称为持续传输率,是指磁头到硬盘缓存间的最大数据传输率,它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。

外部传输率也称为接口传输率,它是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率,外部数据传输率与硬盘接口类型及硬盘缓存的大小有关。ATA 66/100/133接口的传输率可达66~133MB/s。

平均寻道时间

平均寻道时间是指磁头移动到数据所在磁道时所用的时间,这个数值越小越好,如今IDE硬盘的平均寻道时间大多在9ms以下。而硬盘的道间寻道时间是指磁头从一磁道转移到另一磁道的时间,它越短越好。

最大寻道时间是指硬盘磁头从开始移动直到最后找到所需要的数据块所用的全部时间,它的数值也是越小越好,市场上的主流IDE硬盘的最大寻道时间大多在20ms以内。

硬盘高速缓存

高速缓存是硬盘与外部总线交换数据时,起数据缓冲作用的存储器。硬盘的读过程是经过磁信号转换成电信号后,通过缓存的一次次填充与清空、再填充与再清空才一步步地按照PCI总线周期送出去,所以高速缓存的作用不容小视,缓存的容量与速度直接关系到硬盘的传输速度。

通常缓存为静态存储器,无须定期刷新,它的容量有2~16MB。从理论上讲,高速缓存是越快越好,并非越大越好。

硬盘主轴转速

主轴转速是指硬盘主轴的转动速度,单位为rpm(转/分)。较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间,从而提高硬盘的运行速度。也就是说,主轴转速的快慢在很大程度上决定了硬盘的速度,硬盘的转速越快,硬盘寻找文件的速度就越快。目前市场上常见的硬盘转速有5400rpm、7200rpm和10000rpm。理论上转速越快越好,但转速越快其发热量就越大,主轴磨损也大,工作噪音也会增大。

硬盘的外部结构

硬盘的外部尺寸有5.25、3.5、2.5、1.8in等几种,其中前两种主要用于台式机,后两种常用于各种笔记本电脑。5.25in硬盘早已被淘汰,目前台式机中主要使用3.5in的硬盘,简称3英寸盘,如图2所示。

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                                  图2  硬盘的外部结构

从外观上看,硬盘有电源接口、跳线设置器、数据线接口、控制电路板、固定盖板和固定螺丝孔等部分。