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硬碟(港台稱之為硬碟,英文名:Hard Disk Drive 簡稱HDD 全名 溫徹斯特式硬碟)是電腦主要的存儲媒介之一,由一個或者多個鋁製或者玻璃制的碟片組成。這些碟片外覆蓋有鐵磁性材料。絕大多數硬碟都是固定硬碟,被永久性地密封固定在硬碟驅動器中。

1硬碟

硬碟技術
磁頭複位節能技術:通過在閑時對磁頭的複位來節能。
硬碟
西部數據在最新的硬碟上採用了該技術來減少空閑時功耗。
多磁頭技術:通過在同一碟片上增加多個磁頭同時的讀或寫來為硬碟提速,或同時在多碟片同時利用磁頭來讀或寫來為磁碟提速。希捷和日立數據的部分型號採用了該技術。多用於伺服器和資料庫中心。
硬碟
ATA
全稱Advanced Technol
硬碟
ogy Attachment,是用傳統的40-pin 並口數據線連接主板與硬碟的,外部介面速度最大為133MB/s,因為並口線的抗干擾性太差,且排線占空間,不利計算機散熱,將逐漸被SATA 所取代。
SATA
使用SATA(Serial ATA)口的硬碟又叫串口硬碟,是未來PC機硬碟的趨勢。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規範,2002年,雖然串列ATA的相關設備還未正式上市,但Serial ATA委員會已搶先確立了Serial ATA 2.0規範。Serial ATA採用串列連接方式,串列ATA匯流排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別在於能對傳輸指令(不僅僅是數據)進行檢查如果發現錯誤會自動矯正。

硬碟

硬碟
SATA Ⅲ
正式名稱為「SATARevision3.0」,是串列ATA國際組織(SATA-IO)在2009年5月份發布的新版規範,主要是傳輸速度翻番達到6Gbps,同時向下兼容舊版規範「SATARevision2.6」(也就是現在俗稱的SATA3Gbps),介面、數據線都沒有變動。SATA3.0介面技術標準是2007上半年英特爾公司提出的,由英特爾公司的存儲產品架構設計部技術總監Knut Grimsrud負責。Knut Grimsrud表示,SATA3.0的傳輸速率將達到6Gbps,將在SATA2.0的基礎上增加1倍。
光纖通道
光纖通道的英文拼寫是Fibre Channel,和SCIS介面一樣光纖通道最初也不是為硬碟設計開發的介面技術,是專門為網路系統設計的,但隨著存儲系統對速度的需求,才逐漸應用到硬碟系統中。光纖通道硬碟是為提高多硬碟存儲系統的速度和靈活性才開發的,它的出現大大提高了多硬碟系統的通信速度。光纖通道的主要特性有:熱插拔性、高速帶寬、遠程連接、連接設備數量大等。
光纖通道是為在像伺服器這樣的多硬碟系統環境而設計的,能滿足高端工作站、伺服器、海量存儲子網路、外設間通過集線器、交換機和點對點連接進行雙向、串列數據通訊等系統對高數據傳輸率的要求。
磁頭
硬碟內部結構

  硬碟內部結構

磁頭是硬碟中最昂貴的部件,也是硬碟技術中最重要和最關鍵的一環。傳統的磁頭是讀寫合一的電磁感應式磁頭,但是,硬碟的讀、寫卻是兩種截然不同的操作,為此,這種二合一磁頭在設計時必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性,從而造成了硬碟設計上的局限。而MR磁頭(Magnetoresistive heads),即磁阻磁頭,採用的是分離式的磁頭結構:寫入磁頭仍採用傳統的磁感應磁頭(MR磁頭不能進行寫操作),讀取磁頭則採用新型的MR磁頭,即所謂的感應寫、磁阻讀。這樣,在設計時就可以針對兩者的不同特性分別進行優化,以得到最好的讀/寫性能。另外,MR磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應信號幅度,因而對信號變化相當敏感,讀取數據的準確性也相應提高。而且由於讀取的信號幅度與磁軌寬度無關,故磁軌可以做得很窄,從而提高了碟片密度,達到200MB/英寸2,而使用傳統的磁頭只能達到20MB/英寸2,這也是MR磁頭被廣泛應用的最主要原因。MR磁頭已得到廣泛應用,而採用多層結構和磁阻效應更好的材料製作的GMR磁頭(Giant Magnetoresistive heads)也逐漸開始普及。
扇區
磁碟上的每個磁軌被等分為若干個弧段,這些弧段便是磁碟的扇區,每個扇區可以存放512個位元組的信息,磁碟驅動器在向磁碟讀取和寫入數據時,要以扇區為單位。1.44MB3.5英寸的軟盤,每個磁軌分為18個扇區。
3D參數
很久以前,硬碟的容量還非常小的時候,人們採用與軟盤類似的結構生產硬碟。也就是硬碟碟片的每一條磁軌都具有相同的扇區數。由此產生了所謂的3D參數(Disk Geometry),即磁頭數(Heads),柱面數(Cylinders),扇區數(Sectors),以及相應的定址方式。
其中:
磁頭數(Heads)表示硬碟總共有幾個磁頭,也就是有幾面碟片, 最大為255 (用8 個二進位位存儲)
柱面數(Cylinders) 表示硬碟每一面碟片上有幾條磁軌,最大為1023(用 10 個二進位位存儲)
扇區數(Sectors) 表示每一條磁軌上有幾個扇區,最大為63(用 6個二進位位存儲)
每個扇區一般是512個位元組, 理論上講這不是必須的,但好像沒有取別的值的。
所以磁碟最大容量為:
255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB (1M =1048576 Bytes)
或硬碟廠商常用的單位:
255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB (1M =1000000 Bytes)
在CHS定址方式中,磁頭,柱面,扇區的取值範圍分別為0到 Heads - 1。0 到Cylinders - 1。1 到Sectors (注意是從1 開始)。
現代硬碟結構
在老式硬碟中,由於每個磁軌的扇區數相等,所以外道的記錄密度要遠低於內道,因此會浪費很多磁碟空間 (與軟盤一樣)。為了解決這一問題,進一步提高硬碟容量,人們改用等密度結構生產硬碟。也就是說,外圈磁軌的扇區比內圈磁軌多,採用這種結構后,硬碟不再具有實際的3D參數,定址方式也改為線性定址,即以扇區為單位進行定址。
為了與使用3D定址的老軟體兼容(如使用BIOSInt13H介面的軟體), 在硬碟控制器內部安裝了一個地址翻譯器,由它負責將老式3D參數翻譯成新的線性參數。這也是為什麼硬碟的3D參數可以有多種選擇的原因(不同的工作模式,對應不同的3D參數,如 LBA,LARGE,NORMAL)。
容量
作為計算機系統的數據存儲器,容量是硬碟最主要的參數。
硬碟的容量以兆位元組(MB/MiB)或千兆位元組(GB/GiB)為單位,1GB=1024MB而1GiB=1024MiB。但硬碟廠商通常使用的是GB,也就是1G=1000MB,而Windows系統,就依舊以「GB」字樣來表示「GiB」單位(1024換算的),因此我們在BIOS中或在格式化硬碟時看到的容量會比廠家的標稱值要小。
硬碟的容量指標還包括硬碟的單碟容量。所謂單碟容量是指硬碟單片碟片的容量,單碟容量越大,單位成本越低,平均訪問時間也越短。
一般情況下硬碟容量越大,單位位元組的價格就越便宜,但是超出主流容量的硬碟略微例外。
平均訪問時間
平均訪問時間(Average Access Time)是指磁頭從起始位置到到達目標磁軌位置,並且從目標磁軌上找到要讀寫的數據扇區所需的時間。
平均訪問時間體現了硬碟的讀寫速度,它包括了硬碟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。
硬碟的平均尋道時間(Average Seek Time)是指硬碟的磁頭移動到盤面指定磁軌所需的時間。這個時間當然越小越好,硬碟的平均尋道時間通常在8ms到12ms之間,而SCSI硬碟則應小於或等於8ms。
硬碟的等待時間,又叫潛伏期(Latency),是指磁頭已處於要訪問的磁軌,等待所要訪問的扇區旋轉至磁頭下方的時間。平均等待時間為碟片旋轉一周所需的時間的一半,一般應在4ms以下。
緩存
緩存(Cache memory)是硬碟控制器上的一塊內存晶元,具有極快的存取速度,它是硬碟內部存儲和外界介面之間的緩衝器。由於硬碟的內部數據傳輸速度和外界介面傳輸速度不同,緩存在其中起到一個緩衝的作用。緩存的大小與速度是直接關係到硬碟的傳輸速度的重要因素,能夠大幅度地提高硬碟整體性能。當硬碟存取零碎數據時需要不斷地在硬碟與內存之間交換數據,有大緩存,則可以將那些零碎數據暫存在緩存中,減小外系統的負荷,也提高了數據的傳輸速度

2數據保護

1.S.M.A.R.T.技術
  1. S.M.A.R.T.技術的全稱是Self-Monitoring,Analysis and Reporting Technology,即「自監測、分析及報告技術」。在ATA-3標準中,S.M.A.R.T.技術被正式確立。S.M.A.R.T.監測的對象包括磁頭、磁碟、馬達、電路等,由硬碟的監測電路和主機上的監測軟體對被監測對象的運行情況與歷史記錄及預設的安全值進行分析、比較,當出現安全值範圍以外的情況時,會自動向用戶發出警告,而更先進的技術還可以提醒網路管理員的注意,自動降低硬碟的運行速度,把重要數據文件轉存到其它安全扇區,甚至把文件備份到其它硬碟或存儲設備。通過S.M.A.R.T.技術,確實可以對硬碟潛在故障進行有效預測,提高數據的安全性。但我們也應該看到,S.M.A.R.T.技術並不是萬能的,它只能對漸發性的故障進行監測,而對於一些突發性的故障,如碟片突然斷裂等,硬碟再怎麼smart也無能為力了。因此不管怎樣,備份仍然是必須的。
2.DFT技術
DFT(Drive Fitness Test,驅動器健康檢測)技術是IBM公司為其PC硬碟開發的數據保護技術,它通過使用DFT程序訪問IBM硬碟里的DFT微代碼對硬碟進行檢測,可以讓用戶方便快捷地檢測硬碟的運轉狀況。
據研究表明,在用戶送回返修的硬碟中,大部分的硬碟本身是好的。DFT能夠減少這種情形的發生,為用戶節省時間和精力,避免因誤判造成數據丟失。它在硬碟上分割出一個單獨的空間給DFT程序,即使在系統軟體不能正常工作的情況下也能調用。
DFT微代碼可以自動對錯誤事件進行登記,並將登記數據保存到硬碟上的保留區域中。DFT微代碼還可以實時對硬碟進行物理分析,如通過讀取伺服位置錯誤信號來計算出碟片交換、伺服穩定性、重複移動等參數,並給出圖形供用戶或技術人員參考。這是一個全新的觀念,硬碟子系統的控制信號可以被用來分析硬碟本身的機械狀況。
而DFT軟體是一個獨立的不依賴操作系統的軟體,它可以在用戶其他任何軟體失效的情況下運行。
3.加密技術
現代社會人們對隱私的保護欲越來越強烈,硬碟加密技術開始發展。文字、圖形、數字密碼保護是最基本的形式,隨著科技的進步,生物識別技術開始應用到硬碟技術當中。

3擴展分區

由於主分區表中只能分四個分區,無法滿足需求,因此設計了一種擴展分區格式。基本上說,擴展分區的信息是以鏈表形式存放的,但也有一些特別的地方。首先,主分區表中要有一個基本擴展分區項,所有擴展分區都隸屬於它,也就是說其他所有擴展分區的空間都必須包括在這個基本擴展分區中。對於DOS / Windows 來說,擴展分區的類型為0x05。除基本擴展分區以外的其他所有擴展分區則以鏈表的形式級聯存放, 后一個擴展分區的數據項記錄在前一個擴展分區的分區表中,但兩個擴展分區的空間並不重疊。
擴展分區類似於一個完整的硬碟,必須進一步分區才能使用。但每個擴展分區中只能存在一個其他分區。此分區在 DOS/Windows環境中即為邏輯盤。因此每一個擴展分區的分區表(同樣存儲在擴展分區的第一個扇區中)中最多只能有兩個分區數據項(包括下一個擴展分區的數據項)。

4相關名詞

薄膜感應磁頭
在1990年至1995年間,硬碟採用TFI讀/寫技術。TFI磁頭實際上是繞線的磁芯。碟片在繞線的磁芯下通過時會在磁頭上產生感應電壓。TFI讀磁頭之所以會達到它的能力極限,是因為在提高磁靈敏度的同時,它的寫能力卻減弱了。
Magneto Resistive,巨磁阻
GMR磁頭繼承了TFI磁頭和AMR磁頭中採用的讀/寫技術。但它的讀磁頭對於磁碟上的磁性變化表現出更高的靈敏度。GMR磁頭是由4層導電材料和磁性材料薄膜構成的:一個感測層、一個非導電中介層、一個磁性的栓層和一個交換層。GMR感測器的靈敏度比AMR磁頭大3倍,所以能夠提高碟片的密度和性能。
硬碟的磁頭數取決於硬碟中的碟片數,碟片正反兩面都存儲著數據,所以一個碟片對應兩個磁頭才能正常工作。比如總容量80GB的硬碟,採用單碟容量80GB的碟片,那只有一張碟片,該碟片正反面都有數據,則對應兩個磁頭;而同樣總容量120GB的硬碟,採用二張碟片,則只有三個磁頭,其中一張碟片的一面沒有磁頭。

5網路硬碟

"網路硬碟",即「網路優(U)盤」,是將用戶的文件存放在互聯網上,方便用戶"攜帶"他們的文件,方便用戶與他的親朋好友"分享"他們的文件,所有操作在網站的頁面上完成。文件類型不作限制。

6固態硬碟

固態硬碟介紹:固態硬碟SSD(Solid State Disk、IDE FLASH DISK、Serial ATA Flash Disk)是由控制單元和存儲單元(FLASH晶元)組成,簡單的說就是用固態電子存儲晶元陣列而製成的硬碟,固態硬碟的介面規範和定義、功能及使用方法上與普通硬碟的完全相同。在產品外形和尺寸上也完全與普通硬碟一致,包括3.5",2.5",1.8"多種類型。由於固態硬碟沒有普通硬碟的旋轉介質,因而抗震性極佳,同時工作溫度很寬,擴展溫度的電子硬碟可工作在-45℃~+85℃。廣泛應用于軍事、車載、工控、

英特爾固態硬碟

英特爾固態硬碟
視頻監控、網路監控、網路終端、電力、醫療、航空等、導航設備等領域。
硬碟

7DNA硬碟

早期的研究已經可以把DNA做成電路或小工廠,但從沒見過將DNA當做存儲介質的。哈佛大學的研究人員卻將這一夢想變成了現實。
這個由喬治·切齊(George Church)、瑟里拉姆·庫蘇里(Sriram Kosuri)和高原(Yuan Gao,音譯)領導的團隊可以將96比特數據存儲到DNA鏈中。具體方法則是為腺嘌呤、鳥嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶分別賦予二進位值,隨後通過微流體晶元對基因序列進行合成,從而使該序列的位置與相關數據集相匹配。
這項技術表面看起來似乎沒有什麼了不起,但用微觀物質存儲宏觀數據卻會達到意想不到的效果:1立方毫米即可存儲704TB的數據,相當於數百個硬碟的容量。雖然這一成果令人振奮,但流程還很緩慢,因此不能存儲對時效性要求較高的數據。

8故障表現

根據星晴吧權威人士的說法:硬碟出現故障前會有以下幾種表現:
1.出現S.M.A.R.T故障提示。這是硬碟廠家本身內置在硬碟里的自動檢測功能在起作用,出現這種

計算機中的硬碟

計算機中的硬碟
提示說明您的硬碟有潛在的物理故障,很快就會出現不定期地不能正常運行的情況。
2.在Windows初始化時死機。這種情況較複雜,首先應該排除其他部件出問題的可能性,比如內存質量不好、風扇停轉導致系統過熱,或者是病毒破壞等,最後如果確定是硬碟故障的話,再另行處理。
3.能進入Windows系統,但是運行程序出錯,同時運行磁碟掃描也不能通過,經常在掃描時候緩慢停滯甚至死機。這種現象可能是硬碟的問題,也可能是Windows天長日久的軟故障,如果排除了軟體方面設置問題的可能性后,就可以肯定是硬碟有物理故障了。
4.能進入Windows,運行磁碟掃描程序直接發現錯誤甚至是壞道,這不用我多說了,Windows的檢查程序會詳細地報告情況。
5.在BIOS里突然根本無法識別硬碟,或是即使能識別,也無法用操作系統找到硬碟,這是最嚴重的故障。

9維護

1、保持電腦工作環境清潔
硬碟以帶有超精過濾紙的呼吸孔與外界相通,它可以在普通無凈化裝置的室內環境中使用,若在灰塵嚴重的環境下,會被吸附到PCBA的表面、主軸電機的內部以及堵塞呼吸過濾器,因此必須防塵。還有環境潮濕、電壓不穩定都可能導致硬碟損壞。
2、養成正確關機的習慣
硬碟在工作時突然關閉電源,可能會導致磁頭與碟片猛烈磨擦而損壞硬碟,還會使磁頭不能正確複位而造成硬碟的划傷。關機時一定要注意麵板上的硬碟指示燈是否還在閃爍,只有當硬碟指示燈停止閃爍、硬碟結束讀寫後方可關機。
3、正確移動硬碟,注意防震
移動硬碟時最好等待關機十幾秒硬碟完全停轉后再進行。在開機時硬碟高速轉動,輕輕的震動都可能碟片與讀寫頭相互磨擦而產生磁片壞軌或讀寫頭毀損。所以在開機的狀態下,千萬不要移動硬碟或機箱,最好等待關機十幾秒硬碟完全停轉后再移動主機或重新啟動電源,可避免電源因瞬間突波對硬碟造成傷害。在硬碟的安裝、拆卸過程中應多加小心,硬碟移動、運輸時嚴禁磕碰,最好用泡沫或海綿包裝保護一下,盡量減少震動。
注意:硬碟廠商所謂的「抗撞能力」或「防震系統」等,指在硬碟在未啟動狀態下的防震、抗撞能力,而非開機狀態。

10保養

保持良好的環境
硬碟對環境的要求比較高,有時候嚴重集塵或是空氣濕度過大,都會造成電子元件短路或是介面氧化,從而引起硬碟性能的不穩定甚至損壞。
減少頻繁操作
如果長時間運行一個程序(如大型軟體或玩遊戲),或是長期使用BT等下載軟體,這時就要注意了,這樣磁頭會長時間頻繁讀寫同一個硬碟位置(即程序所在的扇區),而使硬碟產生壞道。另外,如果長時間使用一個操作系統,也會使系統文件所在的硬碟扇區(不可移動)處於長期讀取狀態,從而加快該扇區的損壞速度。當然,最好是安裝有兩個或以上的操作系統交替使用,以避免對硬碟某個扇區做長期的讀寫操作。
定期整理碎片
硬碟工作時會頻繁地進行讀寫操作,同時程序的增加、刪除也會產生大量的不連續的磁碟空間與磁碟碎片。當不連續磁碟空間與磁碟碎片數量不斷增多時,就會影響到硬碟的讀取效能。如果數據的增刪操作較為頻繁或經常更換軟體,則應該每隔一定的時間(如一個月)就運行Windows系統自帶的磁碟碎片整理工具,進行磁碟碎片和不連續空間的重組工作,將硬碟的性能發揮至最佳。
對於Linux系統用戶(Ext文件系統)或MAC OS 用戶,基本不需要清理(因為Linux的文件寫入方式於Win不同)。
不要強制性關機
強制關機會使硬碟與指針產生強烈的摩擦,長期這樣的話,硬碟會丟失信息,所以,一定要正確關機。

11虛擬硬碟

所謂虛擬硬碟就是用內存中虛擬出一個或者多個磁碟的技術。
硬碟
內存的速度要比硬碟快得多,就要利用這一點,在內存中虛擬出一個或多個硬碟就可以加快磁碟的數據交換速度,從而提高電腦的運行速度。
從上面我們可以看出:所謂「虛擬」有二:其一所謂「虛擬」首先是假的,其次是能夠起到所虛擬的硬碟的功能。

12分區調整

IDCPCW就說說如何設置。Windows7的磁碟分區調整功能在磁碟管理中可以找到,點擊Win7開始菜單,用滑鼠右鍵點擊計算機,選擇「管理」后立即有一個窗口彈出,從中找到「磁碟管理」項,就可以在這裡進行調整了。
一:壓縮已有分區。找到所需要調整的硬碟,可以看到圖形化的分區示意圖。在需要縮小的分區上點擊右鍵/選擇壓縮卷/軟體會自動計算可以壓縮的大小,如果可壓縮數值比較小最好先進行碎片整理/輸入一個壓縮數值,點擊壓縮。等操作完成後,將會在原有分區後部出現未分配空間。
  二:創建新分區。在未分配空間上點擊右鍵選擇新建簡單卷/跟隨嚮導操作,一次輸入卷大小(分區容量)、驅動器號、分區格式等參數後點擊完成。友情提示,建議勾選快速格式化可以加快格式化速度。
  三:調整分區大小。Win7自帶的磁碟管理還可以進行分區大小調整。和分區縮小一樣進行壓縮操作,然後在後一卷上點擊滑鼠右鍵並選擇擴展卷。不過這個擴展功能只能擴展未分配空間之間的分區。
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