关于硬盘的话题 陈渝兴 1998年 第13期 07版 ^130701a^ #1硬盘的结构 　　从计算机系统的结构来看，存储器分为内存储器和外存储器两大类。内存储器与CPU直接联系，负责各种软件的运行。外存储器包括软盘、硬盘、光盘、磁带机等。硬盘和软盘很相似，它们的工作原理大致相同，不同的是软盘与软盘驱动器是分开的，而硬盘与硬盘驱动器却是装在一起。另外，在使用时，二者速度差异很大。 　　硬盘的组成主要包括以下几个部分： 　　A.盘片，这是用来存储数据的，与软盘的盘片相比，它的精度更高，存储容量更大，寿命更长。通常一个硬盘中有好几张盘片。 　　B.磁头，这是进行数据读写的部分。 　　C.盘片转轴及控制电机，这是用来控制盘片的高速旋转。 　　D.磁头控制器，用来控制磁头的运动。 　　E.数据转换器，用于电脑数据与磁头读写的原始信号之间的转换。 　　F.与主板的接口部分。 　　硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每个盘片的存储面上有一个磁头（磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小），所有的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片的高速旋转（每分钟几千转），磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。因为包括了许多精密的电子机构和机械机构，为了防止尘埃侵入而影响使用寿命，硬盘是完全密封的。 　　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成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。另外，硬盘中还有一个存储缓冲区，这是为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异而设的。 　　由于硬盘的结构比软盘复杂得多，所以它的格式化工作也比软盘要复杂，分为低级格式化，硬盘分区，高级格式化并建立文件管理系统。一般来说，低级格式化容易对硬盘造成损害，应尽量少用。 #1硬盘的接口种类 #1　　IDE和EIDE 　　硬盘的接口就像一条小路，各种数据通过它在硬盘和主机之间传输。微机上最早采用的一种硬盘接口是IDE（Integrated Drive Electronics），这种接口是在1986年由Compaq和Conner（现已被Seagate兼并） 研制，广泛应用于286、386微机上。由于它采用美国国家标准协会（ATA）所制定的标准，所以又称为IDE/ATA接口。这种硬盘接口可用于ISA和EISA总线的微机，数据传输率为4.1Mbps。随着ISA总线被EISA总线淘汰，出现了PIO（Programmed Input/Output）和DMA（Direct Memory Access）两种数据传输方式，它们最多可以支持528MB硬盘。 　　为了扩大硬盘容量，提高数据传输率，出现了EIDE（Enhanced IDE），即增强型IDE。这种接口的速度更快，而且最多可同时连接4个设备，解决了CD－ROM的连接问题。和传统的IDE接口相比，EIDE可支持5.4GB以上的硬盘，所以，它已取代IDE接口，成为市场主流。另外，通过不断地改进PIO和DMA这两种数据传输方式，将数据传输率从8.3Mbps提高到13.3Mbps，再提高到16.6Mbps（Fast ATA－2），目前，最新的Ultra ATA接口的数据传输速率已达到33.3Mbps。 #1　　SCSI 　　SCSI（Small Computer System Interface），即小型计算机系统接口，顾名思义，这是将小型计算机的接口技术移植到微机的产物。它比IDE和EIDE接口更先进，被广泛用于高档服务器及高档微机。其特点是将外设用独立的总线相连，增强了同类设备的互换能力，并可即插即用。这种接口支持大容量硬盘，但与上两种接口相比价格要贵得多，普通用户一般很少问津。 #1硬盘的新技术 　　和计算机的其他硬件一样，硬盘的发展也是很快的。十年前，微机装备的是20MB的5.25英寸硬盘，而今天1GB以上的3.5英寸硬盘已随处可见，因为用户需要大容量硬盘来存放从Internet上下载的大量软件、高分辨率的图像、逼真的声音、3维图形等，而且随着容量的增大，硬盘和主机之间的数据交换量也急剧增加，因此对硬盘数据传输的速率也有了更高的要求。正是技术的不断进步促进了硬盘容量的大幅度提高和数据传输速率的增加，在目前上市的新产品中，又出现了一些新的技术。 #1　　S.M.A.R.T 　　S.M.A.R.T（Self－Monitoring Analysis & Reporting Technology）自动监测分析及报告技术。这项技术使得硬盘可以监测和分析自已的工作状态和性能，并显示出来。用户可以随时了解硬盘的运行状况，遇到紧急情况时，可以采取适当措施，确保硬盘中的数据不受损失。采用这种技术以后，硬盘的可靠性得到很大的提高。 #1　　MR磁头 　　提高硬盘的容量，主要就是提高盘片的面密度。磁盘上的信息存储在圆形的磁道上，在半径方向上单位长度内的磁道数称为道密度，而沿圆周方向上单位长度内的信息个数称为位密度，面密度等于位密度和道密度的乘积。MR（Magneto Resistive）磁头的应用对提高面密度有很大作用。 　　磁记录技术最早产生于1955年，并且不断发展以满足人们对存储容量的更高要求。大多数硬盘采用一般的薄膜磁头（也称感应式磁头），从本质上讲，这种磁头与磁带录音机的磁头很相似，通过检测存储介质表面磁通量的变化来读取数据。磁头从磁性存储介质上通过时，产生一个微小的信号，随后这个信号被放大、过滤、再转换成数字信号。 　　MR磁头又叫磁变阻磁头，它的原理则完全不同。某些金属，暴露在磁场中时，它的电阻会发生变化，MR磁头利用了这一原理，在读数时，磁头会通过存储介质的磁场，改变磁头的电阻，就可以通过感应电流电量的改变测出数据。由此可见，这种磁头在读数据时检测的是磁通量而不是其变化率，所以，其工作的稳定性与盘片的转速无关，比感应式磁头好得多。 　　采用MR磁头可提高硬盘容量40％以上，而不会影响其性能或增加成本。而且，MR 磁头最大的优势在于可以在更小的尺寸上实现更大的容量，因为它可以增加盘片的面密度。另外，现在流行的3.5英寸硬盘和过去的5.25英寸硬盘相比，盘片直径小了许多，即使保持同产的转速，盘片的线速度还是会下降，又因为普通的薄膜磁头对盘片转速有一定限制，这使得对采用传统磁头的硬盘提高数据传输速率很难。MR磁头却不同，盘片的转速对磁头读取数据没有影响，这使得硬盘的尺寸可以做得更小而数据的传输速率却可以很大。 　　美中不足的是，目前这种磁头只能用来读数据而不能写数据，因此，使用MR磁头的硬盘还必须有一个传统的电磁感应写磁头才行。 #1　　PRML技术 　　PRML（Partial Response Maximum Likelihood）技术又叫部分响应最大似然技术。它的基本特点是利用逻辑规则分析磁头读出的一组数据，归纳出一个最接近标准数据的信号。PRML最初是为数据通信开发的，用来解决通信误码率，如外太空的探测器，之所以远在几百万公里以外，也可以与地球进行通信，正是采用了PRML技术，使得信号穿过很长的距离和很强的干扰仍然能保持清晰。这项技术已在通信方面使用了20多年，后来被IBM公司用于硬盘制造上，获得很大成功。PRML技术可以提高盘片容量30％以上，而且也加快了数据传输率。 #1　　活动硬盘 　　随着计算机处理能力的提高，处理的数据量也急剧增长，在一些特定的行业中，需要大容量可移动存储器。软盘是可移动存储器，但容量太小，固定硬盘容量很大，但不易移动。活动硬盘不仅有高达几百MB甚至1GB的容量，而且有软盘可更换的优点。它采用了与固定硬盘相同的技术，具有可随机读写、高速、容量大的特点，可广泛用于大批量档案数据的备份、外出携带等。随着产品的大量上市以及价格的下降，活动硬盘将向软盘和固定硬盘发出强有力的挑战。