南京新华电脑专修学院硬件维修课件-硬盘

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第五章硬盘硬盘简介硬盘的盘体结构硬盘的数据结构硬盘的接口硬盘的技术指标硬盘的选购 一、硬盘驱动器简介硬盘驱动器（HardDiskDriver，HDD）也是微机系统的基本外存设备。与软盘驱动器不同的是，它的磁盘片是硬质合金的，并固定安装在驱动器内部，所以也可统称为硬盘。与软盘相比，它的存储容量要大得多，速度也快得多，而体积也较小。软盘的容量为1.44MB，而目前PC机硬盘容量在80GB到1024GB。目前市面上硬盘的主流品牌为昆腾（Quantum）、希捷（Seagate）、钻石（Maxtor）、西部数据（WestData）和IBM等。 二、硬盘的盘体结构硬盘驱动器内部硬件主要由电路板和头盘组件HDA（HeadDiskAssemblly）构成。硬盘的内部结构如图所示。硬盘的内部结构示意 1、盘片：盘片是硬盘存储数据的载体。硬盘的盘体由多个重叠在一起并由垫圈隔开的盘片组成，盘片是表面极为平整光滑且涂有磁性物质的金属圆片。它们通过表面的磁性物质结合在一起。这种特殊物质的金属磁盘具有更高的记录密度和更强的安全性能。目前市场上主流硬盘的盘片大都是由金属薄膜磁盘构成，除金属薄膜磁盘以外，目前已经有一些硬盘厂商开始尝试使用玻璃作为磁盘基片。与金属薄膜磁盘相比，用玻璃作为盘片有利于把硬盘盘片做得更平滑，单位磁盘密度也会更高，同时由于玻璃的坚固特性，新一代的玻璃硬磁盘在性能方面也会更加稳定。 2、主轴主轴组件包括主轴部件如轴承和马达等。硬盘在工作时，通过马达的转动将用户需要存取的资料所在的扇区带到磁头下方，马达的转速越快，用户存取数据的时间也就越短。目前，现在7200转、2MB缓存的大容量硬盘已经成为装机的首选。随着硬盘转速的不断提高，同时也会带来诸如磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列负面问题。 3、磁头这个组件是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，众所周知，一块硬盘存取数据的工作完全依靠磁头来进行的。没有磁头，也就没有实际意义上的硬盘。磁头的作用就类似于在硬盘盘体上进行读写的“笔尖”，通过全封闭式的磁阻感应读写，将信息记录在硬盘内部特殊的介质上。4、传动手臂以传动轴为圆心带动前端的读写磁头在盘片旋转的垂直反向上移动，起定位磁头的作用。 三、硬盘的数据结构硬盘上的数据按照其不同的特点和作用大致可分为4部分：MBR区、DBR区、FAT区、和DATA区。 MBR（MainBootRecord）:按其字面上的理解即为主引导记录区，位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区。不过，在总共512字节的主引导扇区中，这个整体构成了硬盘的主引导扇区。主引导记录,包含了硬盘的一系列参数和一段引导程序。其中的硬盘引导程序的主要作用是检查分区表是否正确并且在系统硬件完成自检以后引导具有激活标志的分区上的操作系统，并将控制权交给启动程序。MBR是由分区程序（如Fdisk.com）所产生的，它不依赖任何操作系统，而且硬盘引导程序也是可以改变的，从而实现多系统共存。 DBR（DosBootRecord）:是操作系统引导记录区的意思。它通常位于硬盘的0磁道1柱面1扇区，是操作系统可以直接访问的第一个扇区，它包括一个引导程序和一个被称为BPB（BiosParameterBlock）的本分区参数记录表。引导程序的主要任务是当MBR将系统控制权交给它时，判断本分区跟目录前两个文件是不是操作系统的引导文件（以DOS为例，即是Io.sys和Msdos.sys）。如果确定存在，就把其读入内存，并把控制权交给该文件。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数，分配单元的大小等重要参数。 FAT:在DBR之后的是我们比较熟悉的FAT（FileAllocationTable文件分配表）区。在解释文件分配表的概念之前，我们先来谈谈簇（cluster）的概念。文件占用磁盘空间时，基本单位不是字节而是簇。簇的大小与磁盘的规格有关，一般情况下，软盘每簇是1个扇区，硬盘每簇的扇区数与硬盘的总容量大小有关，可能是4、8、16、32、64……最后才是DATA区。 数据（DATA）区:数据区是真正意义上的数据存储的地方，占据硬盘上的大部分数据空间。 四、硬盘的接口1、IDE接口（ATA）IDE（IntelligentDeviceElectronics）即智能设备电子接口，是目前PC机普遍采用的最基本硬盘接口。IDE接口的40个引脚除了对主板上的ISA总线（也叫AT总线）的信号进行必要控制之外，基本上是原封不动地送往硬盘驱动器，所以IDE接口也常被称为ATA接口。PC主板通常提供两个IDE接口，每个ID可连接两个IDE设备，采用一条40线扁平电缆传送控制和数据信号。硬盘上的IDE插座外形如图所示，其中第20针没有，为的是电缆定位。IDE接口和电缆的40线信号定义如表。 硬盘的40线电缆 主板上IDE接口占用的系统硬件资源通常为：IDE1的I/OPort地址为1F0H-1F7H，IRQ14，IDE2的I/OPort地址为170H-177H，IRQ15。硬盘IDE接口的插座 小提示：在一个IDE接口上连接两个硬盘，一个硬盘上的跳线应设置为“Master”状态，另一个硬盘上的跳线应设置为“Slave”状态。硬盘的电源线为4线，分别为+12V（黄色）、地（黑色两根）和+5V（红色），12V供给马达，5V供给电路元件。 2、SATA接口目前最为流行的硬盘接口，目前最低的传输速率为150MB/S（SATA1），SATA2技术甚至可以达到300MB/S.采用串行数据传输技术.3、SCSI接口小型计算机系统接口，属于专用服务器接口，使用时需要准备一块SCSI控制卡，使用成本高，未能成为市场主流。 4、电源接口IDE4针D型电源接口。SATA5针扁平接口。SCSI 5、硬盘跳线硬盘上的跳线是比较简单的，其跳线位置多在硬盘后面，如硬盘后面跳线图所示。其跳线在数据线接口和电源线接口之间，白色的键帽清晰可见。而硬盘表面和这个“之间”的位置对应的电路板的一面，都有关于跳线设置的说明，如硬盘电路板上跳线说明图。 虽然不同的品牌的硬盘跳线有所不同，但因为硬盘属于IDE接口设备，所以一般都分为三种跳线设置，它们分别是“Master”、“Slave”、“CableSelect”（简称CS）。“Master”（主）表示主盘，是一个IDE通道上第一个被系统检测的设备，一个主板通常有两个IDE设备通道，而一个通道上最多能连接两个IDE设备，它们有主从之分。“Slave”（从）表示从盘，是一个IDE通道上第二个被系统检测的设备。“CableSelect”（线缆选择）表示使用特殊的硬盘数据线连接主板，跳线就决定了硬盘的主从位置。真正支持这种功能的数据线市场很少见到。80针数据线实际上已经不理睬硬盘上的任何跳线设置，其黑色一端必须接主板IDE接口，蓝色端连接主设备，灰色的一端连接从设备，你的硬盘使用什么样的跳线都不起作用。这样的线适合今天的支持DMA66/100/133接口的硬盘。 小提示：如果硬盘跳线设置错误，会导致一个IDE通道上的两个设备冲突，多不能使电脑正常引导，但不会导致硬件损伤。一般只有在一个通道上的两个设备的设置相同时才会引起冲突，比如都设置成主盘或都设置成从盘了。同一个通道上两个设备设置没有冲突，一个为主，一个为从，但不兼容的事情发生的还是不多。因为硬盘跳线还没有统一的标准，因此我们看一下主流硬盘的具体跳线说明。通常我们可以在硬盘的电路板上、硬盘正面或IDE接口旁边上找到跳线说明图示。 Seagate（希捷）硬盘 Seagate硬盘的跳线设置图示一般可以在盘体的反面找到，短接的跳线被框上长方框，主要有四种设置方式：“MasterorSingledrive”（表示设置硬盘为主盘或该通道上只单独连接一个硬盘，即该硬盘独占一个IDE通道，这个通道上不能有从盘）、“Driveisslave”（表示当前硬盘为从盘）、“Masterwithanon-ATAcompatibleslave”（表示存在一个主盘，而从盘是不与ATA接口硬盘兼容的硬盘，这包括老式的不支持DMA33的硬盘或SCSI接口硬盘）、“CableSelect”（使用数据线选择硬盘主从）、无跳线（表示当前硬盘为从盘） WesternDigital（西部数据） WesternDigital硬盘的跳线设置图示一般可以在盘体的正面找到，短接的跳线被框上黑色长方块，主要有三种设置方式：“Slave”（表示当前硬盘为从盘）、“Masterw/Slavepresent”（表示当前盘为主盘，同时存在从盘）、“SingleorMaster”（表示设置硬盘为主盘或该通道上只单独连接一个硬盘，即该硬盘独占一个IDE通道，这个通道上不能有从盘）。 Maxtor（迈拓）硬盘Maxtor硬盘的跳线设置图示一般可以在盘体的正面找到，短接的跳线被涂上黑色，主要有三种设置方式：“Master（Factorydefault）”（主盘）、“Slave（JumperParkingPosition）”（从盘）、“CableselectforMaster/Slave”（电缆选择）。 IBM硬盘 传统的硬盘上只有Master、Slave、CableSelect三种跳线，个别的硬盘组合更多一点，也还是离不开这几个概念。但IBM硬盘就是与众不同，它的跳线特别复杂，其跳线设置图示一般可以在接口上方找到，主要有四种设置方式：“Device0（Master）”（主盘）、“Device1（Slave）”（从盘）、“CableSelect”（电缆选择）、“ForcingDEV1Present”（即设备0强制设备1存在，如果你的从盘比较旧，不能告之系统总线自己的存在，就应该将主盘设置为本跳线）。 四、硬盘的技术指标1．道密度与位密度硬盘道密度是指磁盘径向的磁道密度，单位是TPI（TrackPerInch）即每英寸磁道数。2.转速硬盘的转速是指硬盘主轴马达也就是盘片的转速，单位是（RoundPerMinute）即每分钟圈数。 3．平均存取时间平均存取时间（AverageAccessTime）是反映硬盘数据操作速度的指标，单位是毫秒（mS）。它包括三个时间段：平均寻道时间（Seektime），平均定位时间（Settingtime），转动延迟（Rotationallatency）。4．缓存容量缓存容量（CacheSize）是指硬盘内部数据的高速缓冲存储器的大小，如1MB和2MB和8MB等。 5．硬盘的数据传输率包括内部数据传输率和外部数据传输率。外部：通过接口将数据交给硬盘的传输速度。（ETR）内部：硬盘将数据记录在自身盘片上的速度。（STR）外部>内部 6、平均寻道时间(AverageSeekTime)：如果没有特殊说明一般指读取时的寻道时间，单位为ms(毫秒)。这一指标的含义是指硬盘接到读/写指令后到磁头移到指定的磁道(应该是柱面，但对于具体磁头来说就是磁道)上方所需要的平均时间。 6、硬盘的物理类型参数硬盘的参数很多，其中直接关系到用户安装使用硬盘的参数有柱面数、磁头数、扇区数和容量，前三项称为硬盘的物理结构参数，常常以“C/H/S”标注在硬盘的盘面上。柱面数（Cylinder）缩写为Cyln，指每个盘面上的磁道数。由于硬盘盘片是上下叠放的，所以每一个盘面上的同号磁道便组成一个圆柱面。这个参数为CMOSSetup中设置硬盘类型（HDDType）的关键参数。磁头数（Heads）硬盘的读写磁头总数。因为每个盘片的上下两面各有一个磁头，所以也是硬盘的盘面总数。这个参数也是CMOSSetup中设置硬盘类型的关键参数。 扇区数（Sector）缩写为Sect，指每个磁道上划分的记录数据的基本小区域的数目，对DOS系统而言，每个小区域包含512个字节。这个参数也为CMOSSetup中设置硬盘类型的关键参数。存储容量（Size）指硬盘可以存储的数据字节数，单位为MB（1MB=1024×1024字节）和GB（1GB=1024MB）。格式化容量（GB）=柱面数×磁头数×扇区数×512÷1024÷1024÷1024。 7．IDE的工作方式PIO-0、PIO-1、PIO-2模式。以10bit表示柱面数、4bit表示磁头数和6bit表示扇区数，即允许硬盘参数的最大值是1024柱面、16磁头和63扇区，因此能支持的硬盘的最大容量为528MB（=1024×16×63×512）。在目前的系统BIOS设置程序（CMOSSetup）中，被称为硬盘类型的Normal方式。不管硬盘容量有多大，只要选择了Normal模式，就只能访问该硬盘的528MB空间。 五、硬盘的选购1、容量：除了整个硬盘的容量之外，单碟容量也是必须参考的一个标准。单碟容量就是指硬盘内每张碟片存储的最大容量，单碟容量越大，就可以用更少的碟片数实现更大容量，从而有效地降低成本。2、转速：指硬盘碟片转动的速度，直接影响了数据读取的数据，因而对系统整体的性能有着直接的影响。 3、稳定性：买个速度快、容量又大的硬盘，但稳定性很差，时不时地出现系统死机，或在用一段时间后，无帮出现坏道，都是很头痛的问题，所以在选购之前最好了解相关硬盘的权威测试数据。4、缓存容量：5、SATA接口6、售后服务7、发热问题 课后总结：通过本章学习了解了硬盘接口，掌握硬盘性能参数和技术指标。作业：硬盘盘片的数据结构是由几部分构成的？硬盘数据接口技术有哪几种？