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电脑硬件基础篇硬盘(硬盘工作原理及作用_特性参数及型号和位置

发布时间:2019-05-15 10:15 来源:未知 编辑:admin

  硬盘是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。

  硬盘有固态硬盘(SSD盘,新式硬盘)、机械硬盘(HDD传统硬盘)、混合硬盘(HHD一块基于传统机械硬盘诞生出来的新硬盘)。SSD采用闪存颗粒来存储,HDD采用磁性碟片来存储,混合硬盘(HHD:HybridHardDisk)是把磁性硬盘和闪存集成到一起的一种硬盘。绝大多数硬盘都是固定硬盘,被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

  多磁头技术:通过在同一碟片上增加多个磁头同时的读或写来为硬盘提速,或同时在多碟片同时利用磁头来读或写来为磁盘提速,多用于服务器和数据库中心。

  硬盘是采用磁介质进行数据存储的。在硬盘的盘片表面都涂有磁性介质,这些磁性介质被划分成磁道,在每个磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁,它们分别代表着0和1的状态。当这些小磁铁受到来自磁头的磁力影响时,其排列的方向会随之改变。利用磁头的磁力控制指定的一些小磁铁的方向,使每个小磁铁都可以用来存储数据。

  硬盘驱动器加电正常工作后,利用电路板中的单片机初始化模块进行初始化工作,此时磁头置于盘片的启停着陆区,该区域不存放任何数据,磁头在此区域启停不存在损伤数据的问题。初始化完成后主轴电机将启动并高速旋转,而装载磁头的小车机构将会移动,将磁头置于盘片表面的0磁道上方,处于等待指令的启动状态。当硬盘的接口电路接收到计算机系统传来的指令信号后,将通过前置放大控制电路,驱动硬盘磁头的音圈电机发出磁信号,根据感应阻值变化的磁头对以磁性介质形式表示的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到接口电路,反馈给计算机系统完成指令操作。而硬盘断电后,在反力矩弹簧的作用下浮动的磁头会返回并驻留在启停着陆区。这便是硬盘的整个工作过程。

  概括地说,硬盘的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时,将磁粒子的不同极性转换为不同的电脉冲信号,再利用数据转换器将这些电脉冲信号转变为电脑可以使用的数据,而写的操作正好与此相反。

  硬盘的容量以兆字节(MB/MiB)、千兆字节(GB/GiB)或百万兆字节(TB/TiB)为单位,而常见的换算式为:1TB=1024GB,1GB=1024MB而1MB=1024KB。但硬盘厂商通常使用的是GB,也就是1G=1000MB,而Windows系统,就依旧以“GB”字样来表示“GiB”单位(1024换算的),因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。

  硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘单片盘片的容量,单碟容量越大,单位成本越低,平均访问时间也越短。

  一般情况下硬盘容量越大,单位字节的价格就越便宜,但是超出主流容量的硬盘略微例外。

  在我们买硬盘的时候说是500G的,但实际容量都比500G要小的。因为厂家是按1MB=1000KB来换算的,所以我们买新硬盘,比买时候实际用量要小点的。

  转速(Rotational Speed 或Spindle speed),是硬盘内电机主轴的旋转速度,也就是硬盘盘片在一分钟内所能完成的最大转数。转速的快慢是标示硬盘档次的重要参数之一,它是决定硬盘内部传输率的关键因素之一,在很大程度上直接影响到硬盘的速度。硬盘的转速越快,硬盘寻找文件的速度也就越快,相对的硬盘的传输速度也就得到了提高。硬盘转速以每分钟多少转来表示,单位表示为RPM,RPM是Revolutions Per minute的缩写,是转/每分钟。RPM值越大,内部传输率就越快,访问时间就越短,硬盘的整体性能也就越好。

  硬盘的主轴马达带动盘片高速旋转,产生浮力使磁头飘浮在盘片上方。要将所要存取资料的扇区带到磁头下方,转速越快,则等待时间也就越短。因此转速在很大程度上决定了硬盘的速度。

  家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种高转速硬盘也是台式机用户的首选;而对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主,虽然已经有公司发布了10000rpm的笔记本硬盘,但在市场中还较为少见;服务器用户对硬盘性能要求最高,服务器中使用的SCSI硬盘转速基本都采用10000rpm,甚至还有15000rpm的,性能要超出家用产品很多。较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间,但随着硬盘转速的不断提高也带来了温度升高、电机主轴磨损加大、工作噪音增大等负面影响。

  平均访问时间(Average Access Time)是指磁头从起始位置到到达目标磁道位置,并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。

  平均访问时间体现了硬盘的读写速度,它包括了硬盘的寻道时间和等待时间,即:平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。

  硬盘的平均寻道时间(Average Seek Time)是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间当然越小越好,硬盘的平均寻道时间通常在8ms到12ms之间,而SCSI硬盘则应小于或等于8ms。

  硬盘的等待时间,又叫潜伏期(Latency),是指磁头已处于要访问的磁道,等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半,一般应在4ms以下。

  传输速率(Data Transfer Rate)硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度,单位为兆字节每秒(MB/s)。硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率。

  内部传输率(Internal Transfer Rate) 也称为持续传输率(Sustained Transfer Rate),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(External Transfer Rate)也称为突发数据传输率(Burst Data Transfer Rate)或接口传输率,它标称的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和硬盘缓存的大小有关。

  缓存(Cache memory)是硬盘控制器上的一块内存芯片,具有极快的存取速度,它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。由于硬盘的内部数据传输速度和外界介面传输速度不同,缓存在其中起到一个缓冲的作用。缓存的大小与速度是直接关系到硬盘的传输速度的重要因素,能够大幅度地提高硬盘整体性能。当硬盘存取零碎数据时需要不断地在硬盘与内存之间交换数据,有大缓存,则可以将那些零碎数据暂存在缓存中,减小外系统的负荷,也提高了数据的传输速度。

  从使用的角度来说,硬盘分台式机硬盘、笔记本硬盘、移动硬盘、机械硬盘、固态硬盘、服务器硬盘、磁盘阵列等,下面我们一一介绍。

  简单的说,台式机硬盘是3.5英寸的硬盘,比较大、比较厚也比较重;笔记本硬盘是2.5英寸的,比较小、比较薄也比较轻。看下面的图,您能直观的看出两种硬盘在尺寸上的差别:

  关于台式机硬盘与笔记本硬盘的区别,除了一个较大、较厚、较重;一个较小、较薄、较轻外。更重要的是,您要知道,就性能而言,台式机硬盘要好于笔记本硬盘,笔记本硬盘的优势主要在于节省空间,便于携带;就价格而言,笔记本硬盘要比台式机硬盘稍贵一些。

  另外,其实并不是台式机硬盘只能用在台式机上,笔记本硬盘只能用在笔记本上。台式机硬盘用在笔记本上是可以的,技术上没问题,只是由于台式机硬盘比较占空间,这样笔记本的尺寸就很大了,不方便携带了;同样,笔记本硬盘也是可以用在台式机上的,只是笔记本硬盘用在台式机上,性能不如台式机硬盘,价格又稍贵,几乎没人这样用罢了。

  移动硬盘,本质就是在笔记本硬盘或台式机硬盘上,加了一个壳子及USB转换接口,就成了可以移动使用的硬盘,将移动硬盘插入电脑的USB口中,就可以即插即用,如下图所示:

  为了方便携带,一般移动硬盘都是用2.5寸的笔记本硬盘加壳做成的。如果处于特殊的原因,需要用3.5英寸的台式机硬盘做移动硬盘,那么在使用移动硬盘时,除了要用USB线将移动硬盘与电脑相连外,还需要给移动硬盘外加一个电源,否则不能使用。

  建议:购买移动硬盘,一定要买知名厂商的产品,不然,谁知道壳子里面的硬盘是什么质量。另外可以自己分别购买笔记本硬盘和移动硬盘壳子,然后自己制作移动硬盘,既能省钱,又能保证质量,一点也不麻烦!

  一直以来,我们使用的传统硬盘都是机械硬盘,硬盘里面有盘片、磁头等设备,依靠磁记录存储数据。目前机械硬盘仍然是市场的主流,价格也比较便宜。固态硬盘,英文名称是Solid State Drives,简称SSD。固态硬盘是依靠电子存储芯片(闪存)来存储数据的,完全不同于机械硬盘,目前固态硬盘还很贵,用的人还不是很多,但未来的发展趋势,使用固态硬盘的人会越来越多,固态硬盘的市场份额会越来越大。

  为什么说固态硬盘的市场会越来越大呢?这是因为,相比较于传统硬盘,固态硬盘在技术上有巨大的优势。最突出的优势就是速度快。依据笔者的使用经验,启动一个Windows7,电脑其他配置完全相同,机械硬盘需要2分钟,固态硬盘只需要十几秒,就是说,固态硬盘比机械硬盘快10倍!

  固态硬盘的尺寸一般都是2.5英寸的,同笔记本硬盘相同,但在厚度与重量上,固态硬盘更轻、更薄,更方便携带。下图是台式机硬盘、笔记本硬盘与固态硬盘在尺寸大小上的比较:

  建议: 现在固态硬盘的价格还非常贵,特别是大容量的固态硬盘,动辄几千块,比电脑其他部分加一起还贵很多,笔者建议,您可以买一块128G的固态硬盘,把操作系统和最常用的软件装到固态硬盘中,其他数据装到机械硬盘中,固态硬盘会极大的提升让您电脑的速度!

  在本教程中,服务器硬盘与磁盘阵列是属于高大尚一类的东西,因为它们真的很贵!不过不用担心,只有在搭建服务器时,才会用到这两个高大尚,普通用户很少有机会用到。如果您对服务器硬盘与磁盘阵列有好奇心,请接着看教程,否则完全可以忽略这一部分的介绍。

  首先我说说什么是服务器,无论您是访问网站、打电话、刷银行卡等等,实际上最后处理您的请求数据的设备,都是一类称之为服务器的东西。服务器在本质上同您个人使用的电脑、笔记本没有区别,只是服务器速度更快、功能更强、可靠性更高。

  同样,服务器上使用的硬盘,在本质上,同您在台式机、笔记本上使用的硬盘也没有区别,只是服务器硬盘性能更好,当然也更贵。下图是一块实际的服务器硬盘:

  外观上,服务器硬盘同普通硬盘最明显的区别就是,服务器硬盘多出来一个用于热插拔的接口设备。另外,服务器的接口类型也不同于普通硬盘。

  我们使用电脑或笔记本时,硬盘都是内置在电脑或笔记本中的,但服务器硬盘不是这样的,一般都是把服务器硬盘,放在一种专门设计的柜子中,然后用数据线将柜子与服务器相连。这种柜子,称为磁盘阵列,如下图:

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