第十六章 硬盘驱动器
硬盘的内部结构硬盘的内部结构主要由固定面板、控制电路板、盘头组件、接口及附件等几大部分组成。
盘头组件 (HDA,Hard Disk Assembly)是构成硬盘的核心，封装在硬盘的净化腔内，包括浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片及主轴驱动机构、前置读写控制电路等，如图所示。
第十六章 硬盘驱动器硬盘按其结构可分为固定式硬盘的移动式硬盘，大多数 PC机采用固定式硬盘，固定式硬盘采用温彻斯特技术（即将磁头和盘片及部分读写控制电路封装在一个密闭防尘的盒子里，使硬盘的可靠性大大增强）故称为“温盘”。
第十六章 硬盘驱动器第十六章 硬盘驱动器
1．浮动磁头组件
浮动磁头组件由读写磁头,传动杆和传动轴三部分组成,如图所示 。 磁头是硬盘技术最重要和最关键的一环,实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合,它采用了非接触式结构,加电后在高速旋转的磁盘表面飞行,飞 高 间隙 只 有 0.1?μm～
0.3?μm,可以获得极高的数据传输率 。 现在转速
5400 r/min的硬盘飞高都低于 0.3?μm,以利于读取较大的高信噪比信号,提供数据传输存储的可靠性 。
第十六章 硬盘驱动器音圈电机读写磁头传动杆传动轴第十六章 硬盘驱动器
2．磁头驱动机构
磁头驱动机构由音圈电机、磁头驱动小车组成。新型大容量硬盘还具有高效的防震动机构。
3．盘片和主轴组件
盘片是硬盘存储数据的载体,现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘,这种金属薄膜较之软盘的不连续颗粒载体具有更高的记录密度,同时还具有高剩磁和高矫顽力的特点 。
第十六章 硬盘驱动器
4．前置控制电路
前置放大电路控制磁头感应的信号,主轴电机调速,磁头驱动和伺服定位等 。 由于磁头读取的信号微弱,将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰,提高操作指令的准确性 。
5．硬盘的磁道、扇区和柱面
硬盘上的数据都是存储在磁盘片上的。当磁盘旋转时，若磁头都保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面上划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫磁道。
第十六章 硬盘驱动器第十六章 硬盘驱动器
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧度,这些弧度便是磁盘的扇区,每个扇区可存放 512
个字节的信息 。 磁盘读取或写入数据时,都以扇区为单位 。
磁盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘片上半径相同的磁道处于同一圆柱面上，称之为硬盘的柱面，如图所示。可以看出，硬盘的柱面数与盘片的磁道数是相同的。
第十六章 硬盘驱动器
0 柱面
1 柱面
2 柱面
0 号读写头
1 号读写头
2 号读写头
3 号读写头扇区
0 面
1 面
2 面
3 面第十六章 硬盘驱动器
硬盘的每个盘片都有两个面,每个面都有一个读写磁头,所以硬盘的容量由三个参数决定,即：
磁盘容量 =磁头数 × 柱面数 × 扇区数 × 512B
其中磁头数 =盘面数,柱面数 =每个盘面的磁道数 。
例如,某 IDE接口硬盘的磁道数为 1120,磁头数为 16,每个磁道有 59个扇区,则磁盘容量为：
1120× 16× 59× 512 B=54 132 736 013≈541 MB
第十六章 硬盘驱动器
硬盘的工作原理硬盘的工作原理非常复杂，在这里我们以硬盘的一个工作流程来讲述硬盘的工作原理。
当硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路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中心位置，初始化完成后主轴电机将启动并高速旋转，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的
00道，处于等待指令的启动状态。
第十六章 硬盘驱动器
当接口电路接收到微机系统传来的指令信号时,该指令信号通过前置放大控制电路,驱动音圈电机发出磁信号,根据感应阻值变化的磁头对盘片数据进行正确定位并将接收后的数据信息解码,然后通过放大控制电路传输到接口电路,反馈给主机系统以完成指令操作 。 当硬盘断电停止工作时,在反力矩弹簧的作用下浮动磁头驻留到盘面中心 。
第十六章 硬盘驱动器
硬 盘 接 口
1,IDE接口
IDE(集成设备电子部件 )接口也叫
ATA接口，目前 PC机使用的硬盘大多数都是
IDE接口，如图所示。
第十六章 硬盘驱动器
2,SCSI接口
SCSI(Small Computer System
Interface，小型计算机系统接口 )接口是一种系统级接口，如图所示。由于 SCSI接口比
IDE接口可以支持更大的带宽、更多的连接设备和更长的传输距离 (普通 SCSI接口的最大有效传输距离可达 12?cm)。 SCSI接口常用在服务器的硬盘上，也常用在 ZIP软驱,MO驱动器、扫描仪、刻录机等设备上。
第十六章 硬盘驱动器
目前,市场上有许多不同形式的 SCSI接口,包括
Ultra,Ultra2,Ultra160 SCSI。 Ultra SCSI带有 8
个地址,运行速率为 20 MB/s。 Ultra2分有几种不同的形式,其中,Ultra2 SCSI (也被称为 LVD SCSI)
的数据传输率为 40 MB/s；另外一种形式的 Ultra2接口的最大数据带宽可以达到 80?MB/s。 Ultra160
SCSI在性能上有了进一步的提高,最大传输率为
160 MB/s。 一条 SCSI总线最多可以连接 15块硬盘 。
无论是在速度还是在容量方面,SCSI接口都具有非常好的扩展性能 。 而 IDE的硬驱动方案为：一种标准的 33.3兆字节 /秒的方案和另一种 66.6兆字节 /秒
（ ATA/66型 ） 的方案,IDE最多只能同时支持四台驱动器第十六章 硬盘驱动器
硬盘的性能指标
1．转速
转速是指硬盘碟片转动的速度，其单位为 r/min(转 /分钟 )，这个参数当然是越大越好。目前市场上的主流 IDE硬盘转速有 7200
r/min和 5400 r/min两种，转速对于硬盘的传输速率有着非常重要的影响，转速越高，传输速率就越快。
第十六章 硬盘驱动器
2．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)。
注意它与平均访问时间的差别，平均寻道时间的值越小越好。现在的硬盘完成数据搜索的时间只需要 11 ms，所以在购买硬盘时一般应该选择平均寻道时间低于 9 ms的产品。
第十六章 硬盘驱动器
3．反应时间
反应时间就是硬盘完成第一次转轮旋转的时间，它是反映非曲直硬盘转速最直接的一个性能指标。 5400 r/min的硬盘拥有的是 5.55 ms的反应时间，
而 7200 r/min的硬盘反应时间可以达到 4.17 ms。
4．平均潜伏期
平均潜伏期是指当磁头移动到数据所在的磁道后，等待所要的数据继续转动 (半圈或多些、少些 )
到磁头下的时间，单位为 ms。
第十六章 硬盘驱动器
7．数据缓存
数据缓存指的是硬盘内部的高速存储器，在电脑中就像存储器一样将一些数据暂时性地保存起来以供读取和再读取。目前硬盘的高速缓存一般为
512?KB～ 2?MB，主流 ATA硬盘的数据缓存都为
2?MB，而在 SCSI硬盘中最高的数据缓存现已经达到了 16MB。
8．单碟容量
单碟容量是硬盘盘体内每张磁碟的最大容量。
每块磁盘内都有若干张碟片，所有碟片的容量之和就是磁盘的总容量。
第十六章 硬盘驱动器
文件系统在操作系统中体现文件命名,存贮和组织的整体结构,由文件,目录和对这些项目定位及存取所需的信息组成,不同的操作系统所采用的文件系统各不相同,就常用的 FAT文件系统与 NTFS文件系统加以对比,
第十六章 硬盘驱动器
FAT文件系统
FAT文件系统最早是 MS-DOS操作系统中采用的,而后在
WINDOWS操作系统中也使用了它,如果想实现 WINDOWS
NT 或 2000和 MS-DOS或 WINDOWS 95,98的双重启动,必须用 FAT文件系统格式化系统分区,
早期的 FAT文件系统采用 16位的文件分配表 (也称为 FAT16
文件系统 ),主要使用于 DOS,WINDOWS 3.x/95中,由于其在硬盘分区太大时所分配的簇的容量不科学,只能管理 2GB以下的硬盘,在 WIN98中除可以采用 FAT16文件系统外,新增了对
FAT16文件系统的增强版本 FAT32文件系统,它采用 32位的文件系统分配表,能有效地管理 2GB以上的硬盘,最多可以支持 2TB的磁盘容量,
第十六章 硬盘驱动器
NTFS文件系统只能在安装了 WIN NT/2000以后系统的计算机上使用,NTFS文件系统与
FAT文件系统相比,功能更强大,适合更大的磁盘和分区,支持安全性,是更为完善和灵活的文件系统,
在 NTFS文件系统中,对于不同配置的硬件,实际的文件大小从 40GB到 64GB.由于 NTFS文件系统的开销较大,使用的最小分区应为
50MB.
第十六章 硬盘驱动器
NTFS文件系统与 FAT文件系统相比最大的特点是安全性,NTFS提供了服务器或工作站点所需的安全保障,在 NTFS
分区上,支持随机访问控制和拥有权,对共享文件夹无论采用
FAT还是 NTFS文件系统都可以指定权限,以免受到本地访问或远程访问的影响 ;对于计算机上存储文件夹或单个文件,或者是通过连接到共享文件夹访问的用户,都可以指定权限,使每个用户只能按照系统赋予的权限进行操作,充分保护了系统和数据安全,NTFS使用事务日志自动记录和所有文件夹和文件更新,当出现系统损坏和电源故障等问题而引起操作失败后,
系统能利用日志文件重做或恢复未成功的操作,
硬盘的内部结构硬盘的内部结构主要由固定面板、控制电路板、盘头组件、接口及附件等几大部分组成。
盘头组件 (HDA,Hard Disk Assembly)是构成硬盘的核心，封装在硬盘的净化腔内，包括浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片及主轴驱动机构、前置读写控制电路等，如图所示。
第十六章 硬盘驱动器硬盘按其结构可分为固定式硬盘的移动式硬盘，大多数 PC机采用固定式硬盘，固定式硬盘采用温彻斯特技术（即将磁头和盘片及部分读写控制电路封装在一个密闭防尘的盒子里，使硬盘的可靠性大大增强）故称为“温盘”。
第十六章 硬盘驱动器第十六章 硬盘驱动器
1．浮动磁头组件
浮动磁头组件由读写磁头,传动杆和传动轴三部分组成,如图所示 。 磁头是硬盘技术最重要和最关键的一环,实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合,它采用了非接触式结构,加电后在高速旋转的磁盘表面飞行,飞 高 间隙 只 有 0.1?μm～
0.3?μm,可以获得极高的数据传输率 。 现在转速
5400 r/min的硬盘飞高都低于 0.3?μm,以利于读取较大的高信噪比信号,提供数据传输存储的可靠性 。
第十六章 硬盘驱动器音圈电机读写磁头传动杆传动轴第十六章 硬盘驱动器
2．磁头驱动机构
磁头驱动机构由音圈电机、磁头驱动小车组成。新型大容量硬盘还具有高效的防震动机构。
3．盘片和主轴组件
盘片是硬盘存储数据的载体,现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘,这种金属薄膜较之软盘的不连续颗粒载体具有更高的记录密度,同时还具有高剩磁和高矫顽力的特点 。
第十六章 硬盘驱动器
4．前置控制电路
前置放大电路控制磁头感应的信号,主轴电机调速,磁头驱动和伺服定位等 。 由于磁头读取的信号微弱,将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰,提高操作指令的准确性 。
5．硬盘的磁道、扇区和柱面
硬盘上的数据都是存储在磁盘片上的。当磁盘旋转时，若磁头都保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面上划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫磁道。
第十六章 硬盘驱动器第十六章 硬盘驱动器
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧度,这些弧度便是磁盘的扇区,每个扇区可存放 512
个字节的信息 。 磁盘读取或写入数据时,都以扇区为单位 。
磁盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘片上半径相同的磁道处于同一圆柱面上，称之为硬盘的柱面，如图所示。可以看出，硬盘的柱面数与盘片的磁道数是相同的。
第十六章 硬盘驱动器
0 柱面
1 柱面
2 柱面
0 号读写头
1 号读写头
2 号读写头
3 号读写头扇区
0 面
1 面
2 面
3 面第十六章 硬盘驱动器
硬盘的每个盘片都有两个面,每个面都有一个读写磁头,所以硬盘的容量由三个参数决定,即：
磁盘容量 =磁头数 × 柱面数 × 扇区数 × 512B
其中磁头数 =盘面数,柱面数 =每个盘面的磁道数 。
例如,某 IDE接口硬盘的磁道数为 1120,磁头数为 16,每个磁道有 59个扇区,则磁盘容量为：
1120× 16× 59× 512 B=54 132 736 013≈541 MB
第十六章 硬盘驱动器
硬盘的工作原理硬盘的工作原理非常复杂，在这里我们以硬盘的一个工作流程来讲述硬盘的工作原理。
当硬盘驱动器加电正常工作后，利用控制电路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中心位置，初始化完成后主轴电机将启动并高速旋转，装载磁头的小车机构移动，将浮动磁头置于盘片表面的
00道，处于等待指令的启动状态。
第十六章 硬盘驱动器
当接口电路接收到微机系统传来的指令信号时,该指令信号通过前置放大控制电路,驱动音圈电机发出磁信号,根据感应阻值变化的磁头对盘片数据进行正确定位并将接收后的数据信息解码,然后通过放大控制电路传输到接口电路,反馈给主机系统以完成指令操作 。 当硬盘断电停止工作时,在反力矩弹簧的作用下浮动磁头驻留到盘面中心 。
第十六章 硬盘驱动器
硬 盘 接 口
1,IDE接口
IDE(集成设备电子部件 )接口也叫
ATA接口，目前 PC机使用的硬盘大多数都是
IDE接口，如图所示。
第十六章 硬盘驱动器
2,SCSI接口
SCSI(Small Computer System
Interface，小型计算机系统接口 )接口是一种系统级接口，如图所示。由于 SCSI接口比
IDE接口可以支持更大的带宽、更多的连接设备和更长的传输距离 (普通 SCSI接口的最大有效传输距离可达 12?cm)。 SCSI接口常用在服务器的硬盘上，也常用在 ZIP软驱,MO驱动器、扫描仪、刻录机等设备上。
第十六章 硬盘驱动器
目前,市场上有许多不同形式的 SCSI接口,包括
Ultra,Ultra2,Ultra160 SCSI。 Ultra SCSI带有 8
个地址,运行速率为 20 MB/s。 Ultra2分有几种不同的形式,其中,Ultra2 SCSI (也被称为 LVD SCSI)
的数据传输率为 40 MB/s；另外一种形式的 Ultra2接口的最大数据带宽可以达到 80?MB/s。 Ultra160
SCSI在性能上有了进一步的提高,最大传输率为
160 MB/s。 一条 SCSI总线最多可以连接 15块硬盘 。
无论是在速度还是在容量方面,SCSI接口都具有非常好的扩展性能 。 而 IDE的硬驱动方案为：一种标准的 33.3兆字节 /秒的方案和另一种 66.6兆字节 /秒
（ ATA/66型 ） 的方案,IDE最多只能同时支持四台驱动器第十六章 硬盘驱动器
硬盘的性能指标
1．转速
转速是指硬盘碟片转动的速度，其单位为 r/min(转 /分钟 )，这个参数当然是越大越好。目前市场上的主流 IDE硬盘转速有 7200
r/min和 5400 r/min两种，转速对于硬盘的传输速率有着非常重要的影响，转速越高，传输速率就越快。
第十六章 硬盘驱动器
2．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)。
注意它与平均访问时间的差别，平均寻道时间的值越小越好。现在的硬盘完成数据搜索的时间只需要 11 ms，所以在购买硬盘时一般应该选择平均寻道时间低于 9 ms的产品。
第十六章 硬盘驱动器
3．反应时间
反应时间就是硬盘完成第一次转轮旋转的时间，它是反映非曲直硬盘转速最直接的一个性能指标。 5400 r/min的硬盘拥有的是 5.55 ms的反应时间，
而 7200 r/min的硬盘反应时间可以达到 4.17 ms。
4．平均潜伏期
平均潜伏期是指当磁头移动到数据所在的磁道后，等待所要的数据继续转动 (半圈或多些、少些 )
到磁头下的时间，单位为 ms。
第十六章 硬盘驱动器
7．数据缓存
数据缓存指的是硬盘内部的高速存储器，在电脑中就像存储器一样将一些数据暂时性地保存起来以供读取和再读取。目前硬盘的高速缓存一般为
512?KB～ 2?MB，主流 ATA硬盘的数据缓存都为
2?MB，而在 SCSI硬盘中最高的数据缓存现已经达到了 16MB。
8．单碟容量
单碟容量是硬盘盘体内每张磁碟的最大容量。
每块磁盘内都有若干张碟片，所有碟片的容量之和就是磁盘的总容量。
第十六章 硬盘驱动器
文件系统在操作系统中体现文件命名,存贮和组织的整体结构,由文件,目录和对这些项目定位及存取所需的信息组成,不同的操作系统所采用的文件系统各不相同,就常用的 FAT文件系统与 NTFS文件系统加以对比,
第十六章 硬盘驱动器
FAT文件系统
FAT文件系统最早是 MS-DOS操作系统中采用的,而后在
WINDOWS操作系统中也使用了它,如果想实现 WINDOWS
NT 或 2000和 MS-DOS或 WINDOWS 95,98的双重启动,必须用 FAT文件系统格式化系统分区,
早期的 FAT文件系统采用 16位的文件分配表 (也称为 FAT16
文件系统 ),主要使用于 DOS,WINDOWS 3.x/95中,由于其在硬盘分区太大时所分配的簇的容量不科学,只能管理 2GB以下的硬盘,在 WIN98中除可以采用 FAT16文件系统外,新增了对
FAT16文件系统的增强版本 FAT32文件系统,它采用 32位的文件系统分配表,能有效地管理 2GB以上的硬盘,最多可以支持 2TB的磁盘容量,
第十六章 硬盘驱动器
NTFS文件系统只能在安装了 WIN NT/2000以后系统的计算机上使用,NTFS文件系统与
FAT文件系统相比,功能更强大,适合更大的磁盘和分区,支持安全性,是更为完善和灵活的文件系统,
在 NTFS文件系统中,对于不同配置的硬件,实际的文件大小从 40GB到 64GB.由于 NTFS文件系统的开销较大,使用的最小分区应为
50MB.
第十六章 硬盘驱动器
NTFS文件系统与 FAT文件系统相比最大的特点是安全性,NTFS提供了服务器或工作站点所需的安全保障,在 NTFS
分区上,支持随机访问控制和拥有权,对共享文件夹无论采用
FAT还是 NTFS文件系统都可以指定权限,以免受到本地访问或远程访问的影响 ;对于计算机上存储文件夹或单个文件,或者是通过连接到共享文件夹访问的用户,都可以指定权限,使每个用户只能按照系统赋予的权限进行操作,充分保护了系统和数据安全,NTFS使用事务日志自动记录和所有文件夹和文件更新,当出现系统损坏和电源故障等问题而引起操作失败后,
系统能利用日志文件重做或恢复未成功的操作,
