柱面、卷、扇形区

一、硬盘的架构组成

当前的硬盘架构多采用温彻斯特（Winchester）架构，由头盘组件（HDA，Head Disk Assembly）与印刷电路板组件（PCBA，Print Circuit Board Assembly）组成。温氏硬盘是一种可移动头固定盘片的磁盘存储器，磁头定位的驱动方式主要有步进电机驱动（已淘汰）和音圈电机驱动两种。其盘片及磁头均密封在金属盒中，构成一体，不可拆卸，金属盒内是高纯度气体，不是真空，有的媒体介绍说里面是真空，这里加以纠正，至于为什么要气体，不能做成真空，因为在硬盘工作期间，磁头是悬浮在盘片上面，这个悬浮是靠一个飞机头来保持平衡。飞机头与盘片保持一个适当的角度，高速旋转的时候，用气体的托力，就象飞机飞行在大气中一样，而磁头（GMR磁头）与盘片的距离一般在0.15μm左右，对气体中的悬浮颗粒要求直径不超过0.08μm，否则对磁头的读写及其运动、寿命都会造成很大的影响；结束工作时，硬盘的磁头会通过专门的机构让它停落在它的着陆区（没有数据存储的区域），早期，这个动作需要一个DOS命令来完成，如今这个动作在工作结束后可以自动完成。

二、硬盘接口类型

目前硬盘接口类型不算多，主要有IDE、SCSI、SATA三种。IDE许多时候以Ultra ATA指代之，很多人习惯将Ultra ATA硬盘称为IDE硬盘，但需要说明的是IDE的概念要大于ATA——原则上所有硬盘驱动器集成控制器的设计都属于IDE，SCSI也不例外。当然，以IDE指代ATA已经形成很大的惯性，SATA开始将IDE与ATA区别开来。成熟廉价的是IDE，最新兴的是SATA，稳定价高的SCSI。最早出现的是IDE接口，后来出现SCSI接口，主要面向服务器。如果仔细观察，你可以发现，最近电脑业界的系统总线都是朝串行发展，硬盘的接口总线SATA是个代表，包括今后的将要顶替AGP接口的图形接口标准PCI-Express，都朝着串行方向发展。

1. IDE接口：

IDE的英文全称为：Integrated Drive Electronics，是目前最主流的硬盘接口，包括光储类的主要接口。它经过数年的发展变得很成熟、廉价、稳定。IDE接口使用一根40芯或80芯的扁平电缆连接硬盘与主板，每条线最多连接2个IDE设备（硬盘或者光储）。早期的是用IDE多功能卡插在主板上，再连接IDE线，这功能卡已经淘汰；目前主板全部提供2个IDE接口，相比IDE多功能卡，它显得价格便宜和易于安装。IDE接口又分为UDMA/33，UDMA/66，UDMA/100，UDMA/133。1996年底，昆腾和英特尔公司宣布共同开发了Ultra DMA/33的新型EIDE接口，因其数据传输率为33MB/s，故称UDMA/33，后面的UDMA/66，UDMA/100，UDMA/133命名同上。Ultra DMA把时钟脉冲的上升和下降沿均用作选通信号，即每半个时钟周期传输一次数据，这就使得最大外部传输速率从16.6MB/s倍增至33.3MB/s。另外，Ultra DMA采用总线控制方式，在硬盘上有直接内存通道控制器，可大大降低硬盘在读写时对CPU的占用率，可将对CPU的占用率从92％降至52％，这也是Ultra DMA的一个重要作用。当然，要实现Ultra DMA功能，还需要支持Ultra DMA规格的主板和相应的驱动程序。所有的IDE硬盘接口都使用相同的40针连接器，如下图所示：

2.SCSI接口

SCSI英文全称：Small Computer System Interface，它出现的原因主要是因为原来的IDE接口的硬盘转速太慢，传输速率太低，因此高速的SCSI硬盘出现。其实SCSI并不是专为硬盘设计的，实际上它是一种总线型接口。由于独立于系统总线工作，所以它的最大优势在于其系统占用率极低，不过转速快，传输率高的SCSI接口硬盘也有它的不足之处：价格高、安装不便、还需要设置及其安装驱动程序，因此这种接口的硬盘大多用于服务器等高端应用场合。它是使用一根50芯的扁平电缆，转速在万转以上，不过随着IDE技术的发展，如今IDE接口的硬盘在容量和速度上已与SCSI接口硬盘相差无几，不久将来，它可能不会存在了。所有SCSI接口都使用下面3种连接器中的1种，如下图所示：

3.SATA接口

四、硬盘真面目

1.外观

当一块硬盘沉甸甸地拿在手中时，你就应该知道它的分量。硬盘的正面主要是印刷的商标和一些跳线设置说明。

小提示：每块硬盘的具体跳线说明都标明在硬盘的正面，它主要是设置硬盘作为主盘还是从盘的说明，硬盘出厂时默认设置是作主盘。

硬盘的背面有一块PCB控制电路板，它上面有很多芯片及元件，大家只要记住其中三个比较重要的芯片就可以了。

A.硬盘的主控芯片，它是电路板中最大的一块芯片，负责管理硬盘的工作、接口传输和电源的供应。

B.缓存芯片，它位于主控芯片上方，实际上它是一个内存颗粒，硬盘缓存的作用在于提高硬盘的稳定性，在读写文件时提高性能。

C.驱动芯片，作用是推动马达线圈以及主轴马达的驱动器。

2.接口

硬盘与主板的连接部分就是它的接口，常见的有ATA、SATA、SCSI。ATA和SATA接口的硬盘主要应用在个人电脑上，SCSI接口的硬盘则较多地用在服务器上。接口的性能指标主要是传输率，也就是硬盘支持的外部传输率。

ATA接口传输率一般分为100MB/s 133MB/s目前常见的ATA接口硬盘的外部传输速率模式有UltraATA/100、UltraDMA/133两种。大多数的硬盘的都支持UltraDMA/100/133的传输速率模式。现在SATA硬盘都是150MB/s的传输率。

SATA硬盘的出现，缓解了磁盘系统的瓶颈问题。首先SATA是以串行的方式传送数据，这可使连接电缆数目变少，效率提高。其次，SATA有更高的起点、可发展的潜力大，Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比ATA 133所能达到的133MB/s的最高数据传输率还高，而Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/s。

最后，Serial ATA具有更强的系统拓展性，由于Serial ATA 采用点对点的传输协议，这样可以使每个驱动器独享带宽，而且在拓展Serial ATA设备方面会更有优势。

我们上图中看出ATA硬盘与SATA硬盘之间的区别

3.内部

拆开硬盘后，可以看到如图4的硬盘模样，这就是一块硬盘的内部结构。它主要是由磁盘盘片、磁头组件及磁头传动结构组成。

硬盘工作时，它的核心是盘片，由主轴驱动旋转，然后由磁头定位，在高速旋转的盘片上定位数据来获取数据，磁头获取的数据，首先被送入缓存，然后通过数据线传送给系统。这就是硬盘的基本运作模式。

磁头组件很复杂、精密，主要用来读取和写入数据，在它工作时，离磁盘盘片的距离相当近，而且不能接触盘片，所以平时当硬盘在运行时，我们一定要让硬盘保持平稳的状态，不能晃动它，否则硬盘就很容易损坏。

磁盘盘片是由硬质合金组成的，是在盘片上涂上一层磁性物质，现在还出现了玻璃盘片。它的主要作用就是储存数据和资料。硬盘的磁头是用线圈缠绕在磁芯上制成的现在大都使用的是GMR（巨磁阻）磁头。

主轴结构也就是使磁盘盘片运动起来的部分，它决定了硬盘的转速。其中的马达转速越高，硬盘读取数据的速度也越快，相应地，也产生了噪音。所以很多硬盘使用了液态轴承，让硬盘的发热量和噪音都减小。

五、硬盘的基本参数

了解了硬盘的基本概念以后，我们来了解一下硬盘的基本性能指标：

1.容量

我们通常所说的容量是指硬盘的总容量。这里要注意，一般硬盘厂商定义的单位1GB=1000MB，而系统定义的1GB=1024MB，所以会出现硬盘上的标称值小于格式化容量的情况，这算业界惯例，属于正常情况。

还有一种是指单碟容量，单碟容量就是指一张碟片所能存储的字节数，现在硬盘的单碟容量一般都在20GB以上。而随着硬盘单碟容量的增大，硬盘的总容量已经可以实现上百甚至上千GB了。目前，市场上所售的硬盘容量大都在80GB以上。

2.转速

转速是指硬盘内电机主轴的转动速度，单位是RPM（每分钟旋转次数）。其转速越高，内部传输速率就越高。目前一般的硬盘转速为5400转/分和7200转/分最高的转速则可达到10000转/分以上。我们可以这样理解：当磁头在盘片定位寻找数据时，如果盘片转动速度越快，磁头则可更快地定位到要找的数据，那么硬盘一秒钟内可读取的数据就越多。特别是在读取游戏和拷贝大量数据的时候，转速高低就明显地体现出来。

3.缓存

硬盘缓存是为解决硬盘的存取速度和内存存取速度不匹配而设计的（类似于CPU的一二级缓存）。缓存的容量因为其造价太高，而不可能做得太大。ATA硬盘的缓存大小一般为512KB和2MB。现在来说，5400转/分的硬盘通常有512KB和2MB两种，7200转/分的硬盘的缓存通常为2MB或者8MB还有一些高端的型号采用了更大的缓存以提高硬盘性能。硬盘缓存越大，一次的数据吞吐量就越大，性能也就更好。

4.最高内部传输速率

这是硬盘的内圈传输速率，它是指磁头和高速数据缓存之间的最高数据传输速率，单位为MB/s。最高内部传输速率的性能是与硬盘转速以及盘片存储密度（单碟容量）有直接的关系。

5.平均寻道时间

平均寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在磁道时所用的时间，单位为毫秒（ms），现在硬盘的平均寻道时间一般低于9毫秒。平均寻道时间越短，硬盘的读取数据能力就越高。

6.数据保护系统

硬盘内保存了很多重要的数据和资料，但是硬盘很脆弱。因此，数据安全对用户来说是一个重要的话题。目前硬盘普遍采用S.M.A.R.T技术（Self Monitoring Analysis and Reporting Technology自监测、分析及报告技术）来保护数据，各大硬盘厂商也推出了自己的特色产品：昆腾公司在火球八代硬盘中内建了DPS（数据保护系统），Maxtor（迈拓）在金钻二代上应用了MaxSafe技术，以及Seagate（西捷）的DST（Drive Self Test， 驱动器自我检测）和IBM的DFT（Drive Fitness Test，驱动器健康检测）等等。这些检测软件能有效地保护硬盘内数据的安全，用户使用时也可以更加放心了。