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)目煽啃缘玫搅嗽鰪姡脖P制造起來變得更容易，因為硬盤生產廠商不需要再擔心自己的硬盤是否與其它廠商生產的控制器兼容。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)目煽啃浴４薪涌谶€具有結構簡單、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,硬盤的外部結構,硬盤的外部結構,硬盤的外部結構,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，包括主軸調速電路、磁頭驅動與伺服定位電路、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，標注產品的型號、產地、設置數(shù)據(jù)等，和底板結合成一個密封的整體，保證硬盤盤片和機構的穩(wěn)定運行。固定蓋板和盤體側面還設有安裝孔，以方便安裝。,硬盤的內部結構,硬盤內部結構由固定面板、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)是構成硬盤的核心，封裝在硬盤的凈化腔體內，包括浮動磁頭組件、磁頭驅動機構、盤片及主軸驅動機構、前置讀寫控制電路等。,硬盤的各個部件,硬盤的內部結構,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、盤結構，加電后在高速旋轉的磁盤表面飛行，飛高間隙只有0.10.3um，可以獲得極高的數(shù)據(jù)傳輸率?，F(xiàn)在轉速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。,硬盤的內部結構,放大了的磁線圈部分,2.磁頭驅動機構：由音圈電機和磁頭驅動小車組成，新型大容量硬盤還具有高效的防震動機構。高精度的輕型磁頭驅動機構能夠對磁頭進行正確的驅動和定位，并在很短的時間內精確定位系統(tǒng)指令指定的磁道，保證數(shù)據(jù)讀寫的可靠性。,硬盤的內部結構,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。,硬盤的內部結構,硬盤的內部結構,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、主軸電機調速、磁頭驅動和伺服定位等，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換成不同的電脈沖信號，再利用數(shù)據(jù)轉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。由于硬盤的結構比軟盤復雜得多，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，裝載磁頭的小車機構移動，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，驅動音圈電機發(fā)出磁信號