硬盘——电脑的重要部件
硬盘容量的大小是电脑的一项重要指标。它容量的大小、寻找道速度的快慢直接影响电脑的性能。现在微机硬盘的容量已能达到几GB甚至几十GB。称得上是海量存储器。
硬盘是电脑的重要部分。因为硬盘中存放着大量的数据,包括庞大的操作系统,游戏软件,文本文件等等,有时就连启动引导自举程序(boot)也放在硬盘中。特别是COMPAQ机的硬盘,COMS
和BIOS全放在硬盘上,如果硬盘出了问题,那么我们什么事都干不成。
大多电脑使用者知道硬盘的重要性,但很少有人了解它的结构,很少有人懂得它的工作原理。
硬盘由磁盘组、磁头、磁头臂、控制电路、伺服电路、电机等组成,磁盘的表面涂有磁介质,磁介质在磁头写电流的作用下磁化表面,信息以两进制“0”和“1”形式存放在磁盘上。在读时,正好与写的模式相反,有磁感应产生读电流。磁盘分成若干磁道(cylinder),每一磁道又分成若干扇区(sector),每一扇区以一定的格式存放一定量的数据(512)BIT。零磁道一些扇区十分重要,它存放着硬盘索引,存放着文件分配表。
当然,硬盘的寻找速度和读写速度是很快的。它的主电机每分钟转速在5400－7200转,目前有些硬盘的转速已达到15000转。平均寻道时间9MS左右,
磁头平均读写时间20MB/S。以前硬盘的数据是通过硬盘控制器与中央处理器和内存打交道的,硬盘控制器中的时序电路和数据缓冲起着协调作用,而所有的寻道和读写操作全在操作系统的调度下有条不紊地进行。如果有大量的数据进行交换,速度就十分慢。现在这种工作方式仅适合软盘的数据存取,而硬盘高速数据交换采用DMA控制方式。这种数据传送方式是用一个硬件电路DMA控制器,向CPU请求,并接管系统总线的控制权,使硬盘和内存之间直接进行数据交换,而无需CPU的干预。现在多数硬盘都带有可读写数据的回写式高速缓存（CACHE），以缓解系统与硬盘之间这一压力。这样的话，硬盘磁头读出的数据首先放在速度较快的CACHE中，待完成一个周期运动后，由CACHE交付给系统来缓和传输瓶颈。假设磁头一个周期可以读取512KB的数据，而CACHE只有256KB的话,
最后由磁头读取指定位置的信息并传送到硬盘自带的Cache中。在Cache中的数据可以通过硬盘接口与外界进行数据交换,从而解决了硬盘数据传送的"瓶颈"问题。大大加快了硬盘数据的传送速度,满足了硬盘数据在传送交换时间上的要求。
近一些年来,硬盘在制造上发展迅速,体积越来越小,容量越来越大,而价格越来越便宜。记得在八十年代初,一台五兆容量的进口保加利亚硬盘价格五万元人民币。而且体积庞大,大概是50X80X30(cm),磁头是浮动式的,在工作时,磁头和盘面间距仅0.2微米。目前，硬盘的磁头多采用轻质薄膜部件，盘片在高转速下产生的气流浮力迫使磁头离开盘面悬浮在盘片上方，浮力与磁头座架上弹簧的反向弹力使得磁头保持平衡。这样的非接触式磁头可以有效地减小磨损和由摩擦产生的热量及阻力。在硬盘中这种技术广泛使用。现在一台10GB的硬盘才手掌大小,价格仅1000元左右。除了电路板外,盘体是封闭的,自己无法拆洗维修。现在硬盘的种类很多,像西捷(SEAGATE),昆腾(QUANTUM),钻石,三星,长城,火球等。但它们工作原理和组成大致相同,均采用温砌斯特技术(我们有时也称它们为温盘)。
硬盘种类、款式很多, 硬盘接口有IDE和SCSI两种。
SCSI数据传输的速度较快,当使用16位传输的Wide模式时，数据传输率更可以提高至40MB/s。
现在主板支持硬盘工作有：NORMAL、LBA和LARGE三种模式。
NORMAL普通模式是最早的IDE方式。在此方式下对硬盘访问时,BIOS和IDE控制器对参数不作任何转换。该模式支持的最大柱面数为1024,最大磁头数为16,最大扇区数为63,每扇区字节数为512。因此支持最大硬盘容量为：512×63×16×1024=528MB。在此模式下即使硬盘的实际物理容量更大,但可访问的硬盘空间也只能是528MB。
LBA逻辑块寻址模式。这种模式所管理的硬盘空间突破了528KB的瓶颈,可达8.4GB。在LBA模式下,设置的柱面、磁头、扇区等参数并不是实际硬盘的物理参数。在访问硬盘时,由IDE控制器把由柱面、磁头、扇区等参数确定的逻辑地址转换为实际硬盘的物理地址。在LBA模式下,可设置的最大磁头数为255,其余参数与普通模式相同。由此可计算出可访问的硬盘容量为:512×63×255×1024=8.4GB。
LARGE大硬盘模式。当硬盘的柱面超过1024而又不为LBA支持时可采用此种模式。LARGE模式采取的方法是把柱面数除以2,把磁头数乘以2,其结果总容量不变。目前基本上只有LBA比较通用。
硬盘发展很快, 目前占主流的IBM 推出银币大的微型硬盘，仅重20克，容量为 340MB。现在，IBM 的工程师们将一个正常硬盘的容量压缩到了一个只有1.68英寸长，1.43英寸宽，不到五分之一英寸厚的小硬盘上，这个硬盘只有大约一个银币那么大。
据该公司介绍，又有一种硬盘只有火柴盒那样大，IBM给这种微型硬盘取名就叫“微驱动器” 。其存储容量比目前手持设备所用的存储器要高上3倍,重量只有28．35克，可储存1000张高分辨率的照片、1000本每本200页的小说或18小时的高质量数字音乐。它的问世为数字相机、手提电脑等产品小型化创造了条件，将来还有助于开发电子书籍、可佩戴式电脑、微型全球定位系统接收器、微型电话、电子钱包等产品。微型硬盘价格昂贵,售价为499美元。硬盘作为一种传统的存储设备，一直以来在电脑硬件中处于一个重要的地位。相信它们在将来的电脑产品中会担任更重要的角色。