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追根溯源话保养谈硬盘的选购与维护之道 时间：2004/10/8 15:34:00来源：本站整理作者：蓝点我要评论(0)

　　目前媒体对市场上的电脑配件报道的最多还是显卡类，确实的显卡类是电脑配件中更新换代最快的，而且在3D游戏日益发展的今天，它自然受到大家的关注。可是电脑重还有一个最重要的配件硬盘，一直躲在机箱里面很少能得到人的关注。

　　笔者认为整个电脑配件里面有两个最重要的分别为主板和硬盘。主板也称为母板，所有的配件基本上都是插在上面，它提供一个平台，将所有配件都联系起来，没有它所有硬件无立锥之地；另外就是硬盘了，我们知道，如今的多媒体电脑，包含的功能很多，如声卡，显卡，网卡，modem要能够正常工作，那么需要驱动程序，这些驱动程序自然都保留在硬盘里面，还有各种游戏软件及其操作系统都是安装在硬盘里面，如果没有硬盘，其结果难以想象，肯定没有多媒体电脑的今天。因此可以说硬盘和主板功能有相似的地方，主板容纳的是有形的电脑配件，而硬盘容纳的是无行的各种软件，硬盘的重要性不言而喻。

　　下面对硬盘进行一个比较全面的介绍，分别从硬盘的基本结构，规格参数，各种技术，主要内容是PC台式机的3.5硬盘介绍，不包括笔记本的微型硬盘内容。

　　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。

　　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：

所有的IDE硬盘接口都使用相同的40针连接器

　　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：

所有SCSI接口都使用上面3种连接器中的1种

　　3. SATA接口

　　SATA的英文全称是：Serial-ATA(串行)，IDE系列属于Parallel-ATA(并行)，SATA是最近颁布的新标准，具有更快的外部接口传输速度，数据校验措施更为完善，初步的传输速率已经达到了150MB/s，比IDE最高的UDMA/133还高不少。由于改用线路相互之间干扰较小的串行线路进行信号传输，因此相比原来的并行总线，SATA的工作频率得意大大提升。虽然总线位宽较小，但SATA 1.0标准仍可达到150MB/s，未来的SATA 2.0/3.0更可提升到300以至600MB/s。并且S-ATA具有更简洁方便的布局连线方式，在有限的机箱内，更有利于散热，并且简洁的连接方式，使内部电磁干扰降低很多。相信最后存在的是SATA接口，SCSI及IDE接口硬盘今后都会采用SATA接口标准。我们知道SATA接口与IDE硬盘接口不兼容，供电接口方式也不相同，下图是与并行ATA的传输线比较：

左边是串行数据传输线，右边是并行数据传输线

电源的输入接口也与原来的4pin电源不同，需要经过转换

　　纵观三种硬盘接口，PATA逐步被SATA取代已经是必然的趋势，剩下的只是个时间问题。而SCSI因为其自身的优势，恐怕地位一时间难以动摇。同时SCSI的倡导厂商也开始着手制定串行SCSI标准，或许到时候串行SCSI全面取代SCSI接口才是真正的大势所趋。

　　硬盘参数

　　硬盘的参数不多，主要有容量、传输率、寻道时间、高速缓存、主轴转速、单碟容量、柱面数、磁头数、登陆区、扇区数。

　　1.硬盘容量

　　硬盘容量常以兆字节(MB，一百万字节)和千兆字节(GB，十亿字节)为单位，IBM生产的第一片硬盘才50MB，如今市场上已经有数百G的硬盘上市了。

　　2.数据传输率

　　硬盘的数据传输率是衡量硬盘速度的一个重要参数，它与硬盘的转速、接口类型、系统总线类型有很大关系，它是指计算机从硬盘中准确找到相应数据并传输到内存的速率，以每秒可传输多少兆字节来衡量(MB/s)，IDE接口目前最高的是133MB/s，SATA已经达到了150MB/s。

　　3.寻道时间

　　这里的寻道时间主要是指平均寻道时间，它是指计算机在发出一个寻址命令，到相应目标数据被找到所需时间，我们常以它来描述硬盘读取数据的能力。平均寻道时间越小，硬盘的运行速率相应也就越快。一般硬盘的平均寻道时间在7.5～14ms。

　　4.高速缓存

　　硬盘与计算机的其他部件相似，特别是光储类，硬盘也通过将数据暂存在一个比其磁盘速度快得多的缓冲区来提高速度，这个缓冲区就是硬盘的高速缓存(Cache)。硬盘上的高速缓存可大幅度提高硬盘存取速度，这是由于目前硬盘上的所有读写动作几乎都是机械式的，真正完成一个读取动作大约需要10ms以上，而在高速缓存中的读取动作是电子式的，同样完成一个读取动作只需要大约50ns。由此可见，高速缓存对大幅度提高硬盘的速度有着非常重要的意义。从理论上讲，高速缓存当然是越大越好，但鉴于成本较高，目前一般为2MB，早期为256KB，现在也有8MBCache的普通硬盘。

　　5.主轴转速

　　较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间，从而提高硬盘的数据传输速度。目前主流硬盘的转速为7200RPM，市面5400RPM的已经不多(RPM＝转/每分钟)。

　　6.单碟容量

　　我们知道硬盘内部是由磁储存盘片组成，数量从一片到三片不等，每个盘片有一定的容量，几个盘片的容量之和就是硬盘总容量。单碟容量越大，则其达到相同容量所用的碟片就越少，其系统可靠性也就越好；同时，高密度碟片可使硬盘在读取相同数据量时，磁头的寻道动作和移动距离减少，从而使平均寻道时间减少，加快硬盘访问速度。

　　7.柱面数

　　柱面数(Cylinders)，是指硬盘多个盘片上相同磁道的组合，盘片上的同心圆圈(磁道)数即是柱面数，这些磁道有一个相同的磁场旋转方向，如果一个磁道上只要有一个坏点，那么这个磁道将废弃不能用了，因为这个磁道不能构成通路(也许这里深奥了一点，暂且打住)。

　　8.磁头数

　　磁头数(Heads)，磁头的作用是将磁电进行转换，磁头的成本占硬盘总成本的40%左右，如果单碟容量有所突破，那么磁头的技术一定要发展。一般情况下一个盘片只有一个磁头，不过最新的技术两个磁头可以同时读取一个盘片。

　　9.着陆区

　　着陆区(Lzone：landing Zone)：是指数据区外最靠近主轴的盘片区域，用来放置硬盘不工作时候的磁头。

　　10.扇区数

　　硬盘上的一个物理记录块要用三个参数来定位：柱面号、扇区号、磁头号。硬盘容量=柱面数×磁头数×扇区数×512字节，扇区越多，容量越大。

　　11.耐用性

　　耐用性即使用寿命，它与硬盘的各个部件都有很大联系，马达、盘片、磁头、PCB线路任何一个出了的问题损坏不能工作，那么整个寿命也结束了。它通常是用平均无故障时间、元件设计使用周期和保用期等指标来衡量，磁盘的磁性寿命为10年以上，而马达的寿命较短，一般不会超过5万小时，最后就是PCB线路问题了，这要看其工作环境，保护的好基本用10年没有问题，但是如果腐蚀、振动、静电等因素，可能没有几天就会毁掉。其实影响硬盘使用寿命还有更多的因素，比如连续使用后散热不良及电子迁移造成线路毁坏等。

　　硬盘技术

　　不可否认，这两年硬盘技术发展非常快，硬盘的性能得到较大幅度的提升，从让整机的系统性能得到一定改善。硬盘低下的性能还是拉低了整体性能，瓶颈还是没有得到突破，要提升硬盘的性能，只能从如下的一些方面着手。

　　1.采用先进的制造工艺，提高磁头的信噪比，提高单碟容量，增加硬盘整体容量。

　　2.采用新技术，提高主轴电机转速，从而减小硬盘的平均寻道时间，加快硬盘数据传输速度。

　　3.采用更先进的硬盘附加技术，以使硬盘的工作稳定性及数据完整性与安全性提高到一个新的高度，延长硬盘使用寿命。

　　这里面读写磁头的作用最大，无论增加硬盘容量还是提升数据传输速率，都离不开磁头技术的发展，数据的读写都是通过磁头来完成的。早期的磁头属于磁电感应式，读写都是同一个磁头，读写合一的磁头设计上比较简单，成本较低。但是由于读、写操作的不同，这种二合一磁头就必须要同时兼顾到读/写两种特性，对磁盘的信号读取或者写入的时候有较大的偏差，而且盘片上磁道很密集的时候，它就没有办法进行操作，导致单碟容量上不去。根据这个原因，后面的磁头技术发展开始将读写磁头进行分离，这样就有两个磁头，一个负责读取，一个负责写入。MR(磁阻磁头技术)磁头就是采用这种分离式的磁头结构：写入磁头仍采用磁感应磁头，而MR磁头则作为读取磁头磁阻，这样便可以得到更好的读/写性能，而且对磁道的磁信号感应很敏锐，磁道间距离可以很小，增加磁道数量，这样单碟容量上得到突破。不过随着单碟容量的不断增加，终于到了MR磁头的读取极限，于是GMR(巨磁阻磁头技术)磁头诞生了，近两年的硬盘磁头几乎全部采用GMR，GMR磁头技术是在MR的基础上开发的，它比MR具有更高的灵敏性。今后的发展只能说GMR随着纳米技术的开放，它的应用会更上一层楼，目前在研究的纳米磁记录材料粒径为16nm的超微铁粉的矫顽力(HC)比块状铁的HC高1000倍，如果用(2～3)nm尺寸的γFe2O3作存储器，将比现有的磁介质的存储器密度提高1万倍，而且可以获得更高的HC，更高的信噪比(后面测试中会有介绍)。而纳米巨磁阻(GMR)材料它与高温超导类似，利用GMR可使计算机磁盘存储能力提高30倍，即可使每平方英寸计算机磁盘信息存储能力增加到100亿位，GMR技术前途是光明的。

太平洋电脑网　文/东邪

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