什么是電腦硬盤
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什么是電腦硬盤
電腦硬盤是計算機的最主要的存儲設(shè)備。硬盤(港臺稱之為硬碟,英文名:Hard Disk Drive 簡稱HDD 全名 溫徹斯特式硬盤)由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成。這些碟片外覆蓋有鐵磁性材料。絕大多數(shù)硬盤都是固定硬盤,被永久性地密封固定在硬盤驅(qū)動器中。
早期的硬盤存儲媒介是可替換的,不過今日典型的硬盤是固定的存儲媒介,被封在硬盤里 (除了一個過濾孔,用來平衡空氣壓力)。隨著發(fā)展,可移動硬盤也出現(xiàn)了,而且越來越普及,種類也越來越多.大多數(shù)微機上安裝的硬盤,由于都采用溫切斯特(winchester)技術(shù)而被稱之為“溫切斯特硬盤”,或簡稱“溫盤”。所謂溫切斯特磁盤實際上是一種技術(shù),這種技術(shù)是由IBM公司位于美國加州坎貝爾市溫切斯特大街的研究所研發(fā)的,它于1973年首先應(yīng)用于IBM3340硬磁盤存儲器中,因此將這種技術(shù)稱作溫切斯特技術(shù)。
電腦硬盤的發(fā)展史
從第一塊硬盤RAMAC的產(chǎn)生到單碟容量高達666.7GB的硬盤,硬盤經(jīng)歷了以下幾代的發(fā)展歷史:
1956年,IBM的IBM 350 RAMAC是現(xiàn)代硬盤的雛形,它相當(dāng)于兩個冰箱的體積,不過其存儲容量只有5MB。
1973年IBM 3340問世,他擁有“溫徹斯特”這個綽號,來源于他兩個30MB的存儲單元,恰是當(dāng)時出名的“溫徹斯特來福槍”的口徑和填彈量。至此,硬盤的基本架構(gòu)被確立。
1980年,兩位前IBM員工創(chuàng)立的公司開發(fā)出5.25英寸規(guī)格的5MB硬盤,這是首款面向臺式機的產(chǎn)品,而該公司正是希捷(SEAGATE)公司。
80年代末,IBM公司推出MR(Magneto Resistive磁阻)技術(shù)令磁頭靈敏度大大提升,使盤片的存儲密度較之前的20Mbpsi(bit/每平方英寸)提高了數(shù)十倍,該技術(shù)為硬盤容量的巨大提升奠定了基礎(chǔ)。1991年,IBM應(yīng)用該技術(shù)推出了首款3.5英寸的1GB硬盤
1970年到1991年,硬盤盤片的存儲密度以每年25%~30%的速度增長;從1991年開始增長到60%~80%;至今,速度提升到100%甚至是200%,從1997年開始的驚人速度提升得益于IBM的GMR(Giant Magneto Resistive,巨磁阻)技術(shù),它使磁頭靈敏度進一步提升,進而提高了存儲密度
1989年 世界上第一款固態(tài)硬盤出現(xiàn)
1995年,為了配合Intel的LX芯片組,昆騰(Quantum)與Intel攜手
發(fā)布UDMA33接口——EIDE標準將原來接口數(shù)據(jù)傳輸率從16.6MB/s提升到了33MB/s 同年。希捷開發(fā)出液態(tài)軸承(FDB,F(xiàn)luid Dynamic Bearing)馬達。所謂的FDB就是指將陀螺儀上的技術(shù)引進到硬盤生產(chǎn)中,用厚度相當(dāng)于頭發(fā)直徑十分之一的油膜取代金屬軸承,減輕了硬盤噪音與發(fā)熱量
1996年,希捷收購康諾(Conner Peripherals)
1998年2月,UDMA 66規(guī)格面世
2000年10月,邁拓(Maxtor)收購昆騰
2003年1月,日立宣布完成20.5億美元的收購IBM硬盤事業(yè)部計劃,并成立日立環(huán)球存儲科技公司(Hitachi Global Storage Technologies, Hitachi GST)
2005年日立環(huán)儲和希捷都宣布了將開始大量采用磁盤垂直寫入技術(shù)(perpendicular recording),該原理是將平行于盤片的磁場方向改變?yōu)榇怪?90度),更充分地利用的存儲空間
2005年12月21日, 硬盤制造商希捷宣布收購邁拓(Maxtor)
2007年1月,日立環(huán)球存儲科技宣布將會發(fā)售全球首只1Terabyte的硬盤,比原先的預(yù)定時間遲了一年多。硬盤的售價為399美元,平均每美分可以購得27.5MB硬盤空間。
2007年11月,Maxtor硬盤出廠的預(yù)先格式化的硬盤,被發(fā)現(xiàn)已植入會盜取在線游戲的帳號與密碼的木馬。
電腦硬盤的技術(shù)參數(shù)
容量
作為計算機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器,容量是硬盤最主要的參數(shù)。
硬盤的容量以兆字節(jié)(MB)或千兆字節(jié)(GB)為單位,1GB=1024MB,1TB=1024GB。但硬盤廠商在標稱硬盤容量時通常取1G=1000MB,因此我們在BIOS中或在格式化硬盤時看到的容量會比廠家的標稱值要小。
硬盤的容量指標還包括硬盤的單碟容量。所謂單碟容量是指硬盤單片盤片的容量,單碟容量越大,單位成本越低,平均訪問時間也越短。
對于用戶而言,硬盤的容量就象內(nèi)存一樣,永遠只會嫌少不會嫌多。Windows操作系統(tǒng)帶給我們的除了更為簡便的操作外,還帶來了文件大小與數(shù)量的日益膨脹,一些應(yīng)用程序動輒就要吃掉上百兆的硬盤空間,而且還有不斷增大的趨勢。因此,在購買硬盤時適當(dāng)?shù)某笆敲髦堑?。前兩年主流硬盤是320G,500G,而750G以上的大容量硬盤亦已開始普及,2007年開始出現(xiàn)1TB的大容量硬盤。
轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速(Rotationl Speed 或Spindle speed),是硬盤內(nèi)電機主軸的旋轉(zhuǎn)速度,也就是硬盤盤片在一分鐘內(nèi)所能完成的最大轉(zhuǎn)數(shù)。轉(zhuǎn)速的快慢是標示硬盤檔次的重要參數(shù)之一,它是決定硬盤內(nèi)部傳輸率的關(guān)鍵因素之一,在很大程度上直接影響到硬盤的速度。硬盤的轉(zhuǎn)速越快,硬盤尋找文件的速度也就越快,相對的硬盤的傳輸速度也就得到了提高。硬盤轉(zhuǎn)速以每分鐘多少轉(zhuǎn)來表示,單位表示為RPM,RPM是Revolutions Per minute的縮寫,是轉(zhuǎn)/每分鐘。RPM值越大,內(nèi)部傳輸率就越快,訪問時間就越短,硬盤的整體性能也就越好。
硬盤的主軸馬達帶動盤片高速旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生浮力使磁頭飄浮在盤片上方。要將所要存取資料的扇區(qū)帶到磁頭下方,轉(zhuǎn)速越快,則等待時間也就越短。因此轉(zhuǎn)速在很大程度上決定了硬盤的讀取速度。
家用的普通硬盤的轉(zhuǎn)速一般有5400rpm、7200rpm幾種,高轉(zhuǎn)速硬盤是臺式機用戶的首選;而對于筆記本用戶則是4200rpm、5400rpm為主,雖然已經(jīng)有公司發(fā)布了7200rpm的筆記本硬盤,但在市場中還較為少見;服務(wù)器用戶對硬盤性能要求最高,服務(wù)器中使用的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速基本都采用10000rpm,甚至還有15000rpm的,性能要超出家用產(chǎn)品很多。較高的轉(zhuǎn)速可縮短硬盤的平均尋道時間和實際讀寫時間,但隨著硬盤轉(zhuǎn)速的不斷提高也帶來了溫度升高、電機主軸磨損加大、工作噪音增大等負面影響。筆記本硬盤轉(zhuǎn)速低于臺式機硬盤,一定程度上是受到這個因素的影響。筆記本內(nèi)部空間狹小,筆記本硬盤的尺寸(2.5寸)也被設(shè)計的比臺式機硬盤(3.5寸)小,轉(zhuǎn)速提高造成的溫度上升,對筆記本本身的散熱性能提出了更高的要求;噪音變大,又必須采取必要的降噪措施,這些都對筆記本硬盤制造技術(shù)提出了更多的要求。同時轉(zhuǎn)速的提高,而其它的維持不變,則意味著電機的功耗將增大,單位時間內(nèi)消耗的電就越多,電池的工作時間縮短,這樣筆記本的便攜性就受到影響。所以筆記本硬盤一般都采用相對較低轉(zhuǎn)速的4200rpm硬盤。
訪問時間
平均訪問時間(Average Access Time)是指磁頭從起始位置到達目標磁道位置,并且從目標磁道上找到要讀寫的數(shù)據(jù)扇區(qū)所需的時間。
平均訪問時間體現(xiàn)了硬盤的讀寫速度,它包括了硬盤的尋道時間和等待時間,即:平均訪問時間=平均尋道時間+平均等待時間。
硬盤的平均尋道時間(Average Seek Time)是指硬盤的磁頭移動到盤面指定磁道所需的時間。這個時間當(dāng)然越小越好,硬盤的平均尋道時間通常在8ms到12ms之間,而SCSI硬盤則應(yīng)小于或等于8ms。
硬盤的等待時間,又叫潛伏期(Latency),是指磁頭已處于要訪問的磁道,等待所要訪問的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)至磁頭下方的時間。平均等待時間為盤片旋轉(zhuǎn)一周所需的時間的一半,一般應(yīng)在4ms以下。
傳輸速率
傳輸速率(Data Transfer Rate) 硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率是指硬盤讀寫數(shù)據(jù)的速度,單位為兆字節(jié)每秒(MB/s)。硬盤數(shù)據(jù)傳輸率又包括了內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率和外部數(shù)據(jù)傳輸率。
內(nèi)部傳輸率(Internal Transfer Rate) 也稱為持續(xù)傳輸率(Sustained Transfer Rate),它反映了硬盤緩沖區(qū)未用時的性能。內(nèi)部傳輸率主要依賴于硬盤的旋轉(zhuǎn)速度。
外部傳輸率(External Transfer Rate)也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率(Burst Data Transfer Rate)或接口傳輸率,它標稱的是系統(tǒng)總線與硬盤緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率,外部數(shù)據(jù)傳輸率與硬盤接口類型和硬盤緩存的大小有關(guān)。
目前Fast ATA接口硬盤的最大外部傳輸率為16.6MB/s,而Ultra ATA接口的硬盤則達到33.3MB/s。
使用SATA(Serial ATA)口的硬盤又叫串口硬盤,是未來PC機硬盤的趨勢。2001年,由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、邁拓這幾大廠商組成的Serial ATA委員會正式確立了Serial ATA 1.0規(guī)范。2002年,雖然串行ATA的相關(guān)設(shè)備還未正式上市,但Serial ATA委員會已搶先確立了Serial ATA 2.0規(guī)范。Serial ATA采用串行連接方式,串行ATA總線使用嵌入式時鐘信號,具備了更強的糾錯能力,與以往相比其最大的區(qū)別在于能對傳輸指令(不僅僅是數(shù)據(jù))進行檢查,如果發(fā)現(xiàn)錯誤會自動矯正,這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。串行接口還具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔的優(yōu)點。
緩存
緩存(Cache memory)是硬盤控制器上的一塊內(nèi)存芯片,具有極快的存取速度,它是硬盤內(nèi)部存儲和外界接口之間的緩沖器。由于硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外界介面?zhèn)鬏斔俣炔煌彺嬖谄渲衅鸬揭粋€緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤的傳輸速度的重要因素,能夠大幅度地提高硬盤整體性能。當(dāng)硬盤存取零碎數(shù)據(jù)時需要不斷地在硬盤與內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù),有大緩存,則可以將那些零碎數(shù)據(jù)暫存在緩存中,減小外系統(tǒng)的負荷,也提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度