硬盤接口類型與工作原理.ppt

硬盤接口是硬盤與主機系統(tǒng)間的連接部件，作用是在硬盤緩存和主機內(nèi)存之間傳輸數(shù)據(jù)。不同的硬盤接口決定著硬盤與計算機之間的連接速度，在整個系統(tǒng)中，硬盤接口的優(yōu)劣直接影響著程序運行快慢和系統(tǒng)性能好壞。從整體的角度上，分為IDE、SATA、SCSI和光纖通道四種： IDE接口硬盤多用于家用產(chǎn)品中，也部分應用于服務器； SCSI接口的硬盤則主要應用于服務器市場； 光纖通道只在高端服務器上，價格昂貴； SATA是新生的硬盤接口類型，在家用市場有廣泛前景。,硬盤接口類型,IDE和SATA硬盤接口,硬盤接口類型,硬盤接口類型,SCSI硬盤接口,光纖通道接口,IDE，即“電子集成驅(qū)動器”，它的本意是指把“硬盤控制器”與“盤體”集成在一起的硬盤驅(qū)動器。 與控制器集成在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘玫搅嗽鰪?，硬盤制造起來變得更容易，因為硬盤生產(chǎn)廠商不需要再擔心自己的硬盤是否與其它廠商生產(chǎn)的控制器兼容。對用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。 IDE代表著硬盤的一種類型，這種類型的接口隨著接口技術的發(fā)展已經(jīng)被淘汰了，其后發(fā)展分支出更多類型的硬盤接口，比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都屬于IDE硬盤。,IDE Integrated Drive Electronics,SCSI是與IDE（ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC的標準接口，而SCSI并不是專門為硬盤設計的接口，是一種廣泛應用于小型機上的高速數(shù)據(jù)傳輸技術。 SCSI接口具有應用范圍廣、多任務、帶寬大、CPU占用率低，以及熱插拔等優(yōu)點，但較高的價格使得它很難如IDE硬盤般普及，因此SCSI硬盤主要應用于中、高端服務器和高檔工作站中。,SCSI Small Computer System Interface,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， 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。,SATA,與SCIS接口一樣光纖通道最初也不是為硬盤設計開發(fā)的接口技術，是專門為網(wǎng)絡系統(tǒng)設計的，但隨著存儲系統(tǒng)對速度的需求，逐漸應用到硬盤系統(tǒng)中。 光纖通道硬盤是為提高多硬盤存儲系統(tǒng)的速度和靈活性開發(fā)的，它的出現(xiàn)大大提高了多硬盤系統(tǒng)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(shù)量大等。 光纖通道是為像服務器這樣的多硬盤系統(tǒng)環(huán)境而設計，能滿足高端工作站、服務器、海量存儲子網(wǎng)絡、外設間通過集線器、交換機和點對點連接進行雙向、串行數(shù)據(jù)通訊等系統(tǒng)對高數(shù)據(jù)傳輸率的要求。,光纖通道Fibre Channel,硬盤的外部結(jié)構(gòu),硬盤的外部結(jié)構(gòu),硬盤的外部結(jié)構(gòu),1. 接口 包括電源插口和數(shù)據(jù)接口兩部分，其中電源插口與主機電源相聯(lián)，為硬盤工作提供電力保證。數(shù)據(jù)接口則是硬盤數(shù)據(jù)和主板控制器之間進行傳輸交換的紐帶，根據(jù)聯(lián)接方式的差異，分為SATA接口，IDE接口和SCSI接口等。 2. 控制電路板 大多采用貼片式元件焊接，包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動與伺服定位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在電路板上還有一塊高效的單片機ROM芯片，其固化的軟件可以進行硬盤的初始化，執(zhí)行加電和啟動主軸電機，加電初始尋道、定位以及故障檢測等。在電路板上還安裝有容量不等的高速緩存芯片。 3. 固定蓋板 就是硬盤的面板，標注產(chǎn)品的型號、產(chǎn)地、設置數(shù)據(jù)等，和底板結(jié)合成一個密封的整體，保證硬盤盤片和機構(gòu)的穩(wěn)定運行。固定蓋板和盤體側(cè)面還設有安裝孔，以方便安裝。,硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu),硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)由固定面板、控制電路板、盤頭組件、接口及附件等幾大部分組成，而盤頭組件(HardDiskAssembly，HDA)是構(gòu)成硬盤的核心，封裝在硬盤的凈化腔體內(nèi)，包括浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機構(gòu)、盤片及主軸驅(qū)動機構(gòu)、前置讀寫控制電路等。,硬盤的各個部件,硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu),放大的磁頭部分,1.浮動磁頭組件：由讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三部分組成。磁頭是硬盤技術最重要和關鍵的一環(huán)，實際上是集成工藝制成的多個磁頭的組合，它采用了非接觸式頭、盤結(jié)構(gòu)，加電后在高速旋轉(zhuǎn)的磁盤表面飛行，飛高間隙只有0.10.3um，可以獲得極高的數(shù)據(jù)傳輸率。現(xiàn)在轉(zhuǎn)速5400rpm的硬盤飛高都低于0.3um，以利于讀取較大的高信噪比信號，提高數(shù)據(jù)傳輸存儲的可靠性。,硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu),放大了的磁線圈部分,2.磁頭驅(qū)動機構(gòu)：由音圈電機和磁頭驅(qū)動小車組成，新型大容量硬盤還具有高效的防震動機構(gòu)。高精度的輕型磁頭驅(qū)動機構(gòu)能夠?qū)Υ蓬^進行正確的驅(qū)動和定位，并在很短的時間內(nèi)精確定位系統(tǒng)指令指定的磁道，保證數(shù)據(jù)讀寫的可靠性。,硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu),盤片和主軸,3.盤片和主軸組件：盤片是硬盤存儲數(shù)據(jù)的載體，現(xiàn)在的盤片大都采用金屬薄膜磁盤，這種金屬薄膜較之軟磁盤的不連續(xù)顆粒載體具有更高的記錄密度，同時還具有高剩磁和高矯頑力的特點。主軸組件包括主軸部件如軸瓦和驅(qū)動電機等。隨著硬盤容量的擴大和速度的提高，主軸電機的速度也在不斷提升，有廠商開始采用精密機械工業(yè)的液態(tài)軸承電機技術。,硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu),硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu),盤片和主軸,4.前置控制電路：前置放大電路控制磁頭感應的信號、主軸電機調(diào)速、磁頭驅(qū)動和伺服定位等，由于磁頭讀取的信號微弱，將放大電路密封在腔體內(nèi)可減少外來信號的干擾，提高操作指令的準確性。,硬盤的工作原理（1）,概括地說，硬盤的工作原理是利用特定的磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時，將磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖信號，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將這些原始信號變成電腦可以使用的數(shù)據(jù)，寫的操作正好與此相反。另外，硬盤中還有一個存儲緩沖區(qū)，這是為了協(xié)調(diào)硬盤與主機在數(shù)據(jù)處理速度上的差異而設的。由于硬盤的結(jié)構(gòu)比軟盤復雜得多，所以它的格式化工作也比軟盤要復雜，分為低級格式化，硬盤分區(qū)，高級格式化并建立文件管理系統(tǒng)。,硬盤的工作原理（2）,硬盤驅(qū)動器加電正常工作后，利用控制電路中的單片機初始化模塊進行初始化工作，此時磁頭置于盤片中心位置，初始化完成后主軸電機將啟動并以高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的小車機構(gòu)移動，將浮動磁頭置于盤片表面的0道，處于等待指令的啟動狀態(tài)。 當接口電路接收到微機系統(tǒng)傳來的指令信號，通過前置放大控制電路，驅(qū)動音圈電機發(fā)出磁信號