什么是“硬盘”?

Question

什么是“硬盘”?

Answer 1

硬盘概述

硬盘是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

硬盘发展

从第一块硬盘RAMAC的问世到现在单碟容量高达250GB多的硬盘，硬盘也经历了几代的发展，以下是其发展历史。
1.1956年9月，IBM的一个工程小组向世界展示了第一台磁盘存储系统IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），其磁头可以直接移动到盘片上的任何一块存储区域，从而成功地实现了随机存储，这套系统的总容量只有5MB，共使用了50个直径为24英寸的磁盘，这些盘片表面涂有一层磁性物质，它们被叠起来固定在一起，绕着同一个轴旋转。此款RAMAC当时主要应用于飞机预约、自动银行、医学诊断及太空领域。
2.1968年IBM公司首次提出“温彻斯特/Winchester”技术，探讨对硬盘技术做重大改造的可能性。“温彻斯特”技术的精隋是：“密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这也是现代绝大多数硬盘的原型。
3.1973年IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术的硬盘，从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。它的容量为60MB，转速略低于3000RPM，采用4张14英寸盘片，存储密度为每平方英寸1.7MB。
4.1979年，IBM再次发明了薄膜磁头，为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。
5.80年代末期IBM发明的MR（Magneto Resistive)磁阻是对硬盘技术发展的又一项重大贡献，这种磁头在读取数据时对信号变化相当敏感，使得盘片的存储密度比以往每英寸20MB提高了数十倍。
6.1991年IBM生产的3.5英寸的硬盘使用了MR磁头，使硬盘的容量首次达到了1GB，从此硬盘容量开始进入了GB数量级。
7.1999年9月7日，Maxtor宣布了首块单碟容量高达10.2GB的ATA硬盘，从而把硬盘的容量引入了一个新的里程碑。
8.2000年2月23日，希捷发布了转速高达15，000RPM的Cheetah X15系列硬盘，其平均寻道时间仅3.9ms，它也是到目前为止转速最高的硬盘；其性能相当于阅读一整部Shakespeare只花.15秒。此系列产品的内部数据传输率高达48MB/s，数据缓存为4~16MB，支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纤通道) ，这将硬盘外部数据传输率提高到了160MB~200MB/s。总得来说，希捷的此款（"捷豹"）Cheetah X15系列将硬盘的性能提升到了一个全新的高度。
9.2000年3月16日，硬盘领域又有新突破，第一款“玻璃硬盘”问世，这就是IBM推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV，此两款硬盘均使用玻璃取代传统的铝作为盘片材料，这能为硬盘带来更大的平滑性及更高的坚固性。另外玻璃材料在高转速时具有更高的稳定性。此外Deskstar 75GXP系列产品的最高容量达75GB，而Deskstar 40GV的数据存储密度则高达14.3 十亿数据位/每平方英寸，这再次刷新数据存储密度世界记录。
10.以下是近年来关于硬盘价格的趣味数字
1995年 200MB～400MB 大于4000元/GB
1996年 1.2GB～2.1GB 1500元～2000/GB
1998年 1.2GB～2.1GB 200元～250元/GB
2000年 4.3GB～6.4GB 40元/GB
2002年 10GB～20GB 20元/GB
2004年 40GB～80GB 6.9元/GB
2005年 80GB～160GB 4.5元/GB
2006年 80GB～250GB 3.8元/GB
2008年 160GB～1TB 1.6元/GB

未来的发展趋势

希捷存储新技术：2009年出2500G硬盘
硬盘记录密度越大就可以实现越大的磁盘容量，希捷最近发布的160GB 5400rpm 2.5英寸
垂直纪录笔记本硬盘的纪录密度是每平方英寸135Gbits，东芝最新展示的2.5英寸硬盘每平
方英寸纪录密度是188Gbits，而在加州硅谷的IDEMA DiSKON展会上，希捷展示了1种磁记录
设备，每平方英寸可以纪录421Gbits数据！
希捷CEO Bill Watkins表示，在纪录密度上的突破将开启数字革命，硬盘在各种存储需
求上可以持续保持领先优势。根据希捷的新闻稿，希捷宣称采用421Gbits/平方英寸密度制
造的1.8英寸硬盘可以容纳275GB数据，2.5英寸硬盘可以容纳500GB数据，而全尺寸的3.5英
寸硬盘则可以容纳2.5TB数据，预计希捷将在2009年拿出全尺寸3.5英寸2.5TB容量的硬盘。

日立2010年推5000G硬盘 等同半个人脑存储量
据国外媒体报道，日立日前宣布，将于2010年推出5TB(5000G)硬盘，从而向新兴的固态
硬盘发起挑战。
如今，固态硬盘逐渐蚕食传统硬盘业务， 尤其是在笔记本电脑市场。但是，这并不意
味着传统硬盘将从此退出历史舞台。
硬盘专家日立的做法是，尽可能提升硬盘的存储空间。据悉，日立计划于2010年推出5TB
3.5英寸商用硬盘。该硬盘采用了电流正交平面垂直巨磁阻(CPP-GMR)技术，使每平方英寸的
存储密度达到1TB。
至于5TB的硬盘能够存储多少内容， 日立高管Yoshihiro Shiroishi称：“到2010年，2
块硬盘的存储量就与人类大脑的存储量相当。

硬盘接口

IDE，俗称PATA并口
SATA（Serial ATA）接口，它作为一种新型硬盘接口技术于2000年初由intel公司率先提出。虽然与传统并行ata存储设备相比，sata硬盘有着无可比拟的优势。而磁盘系统的真正串行化是先从主板方面开始的，早在串行硬盘正式投放市场以前，主板的sata接口就已经就绪了。但在intel ich5、sis964以及via vt8237这些真正支持sata的南桥芯片出现以前，主板的sata接口是通过第三方芯片实现的。这些芯片主要是siliconimage的sil 3112和promise的pdc20375及pdc20376，它们基于pci总线，部分产品还做成专门的pci raid控制卡。
SATA2，希捷在SATA的基础上加入NCQ本地命令阵列技术，并提高了磁盘速率。
SCSI，希捷在服务器上使用的接口，可以热插拔
SAS（Serial ATA SCSI）希捷在高端服务器上的接口。
硬盘品牌
希捷旗下的酷鱼Barracuda、迈拓金钻Maxtor Diamond
是硬盘的最佳选择，性能最稳定，技术最领先，速率最快，价格略高
西部数据，旗下的鱼子酱
是节能的选择，性能中规中矩，价格便宜
日立，原IBM硬盘部,价格便宜，但稳定性欠佳，且噪音大，建议不要选择
三星，主要提供笔记本硬盘

硬盘保养

硬盘作为电脑各配件中非常耐用的设备之一，保养好的话一般可以用上个6～7年，下面给大家说一说怎样正确保养硬盘。
硬盘的保养要分两个方面，首先从硬件的角度看，特别是那些超级电脑DIY的玩家要注意以下问题。他们通常是不用机箱的，把电脑都摆在桌面一方面有利于散热，一方面便于拆卸方便，而这样损坏硬件的几率大大提高，特别是硬盘，因为当硬盘开始工作时，一般都处于高速旋转之中，放在桌面上没有固定，不稳定是最容易导致磁头与盘片猛烈摩擦而损坏硬盘。还有就是要防止电脑使用时温度过高，过高的温度不仅会影响硬盘的正常工作，还可能会导致硬盘受到损伤。
温度过高将影响薄膜式磁头的数据读取灵敏度，会使晶体振荡器的时钟主频发生改变，还会造成硬盘电路元件失灵，磁介质也会因热胀效应而造成记录错误。
温度过高不适宜，过低的温度也会影响硬盘的工作。所以在空调房内也应注意不要把空调的温度降得太多，这样会产生水蒸气，损毁硬盘。一般，室温保持在20～25℃为宜。接下来我们谈谈使用过程中硬盘的问题。
很多朋友在使用电脑是都没有养成好习惯，用完电脑，关机时还没有等电脑完全关机就拔掉了电源，还有人在用完电脑时直接关上开关，硬盘此时还没有复位，所以关机时一定要注意面板上的硬盘指示灯是否还在闪烁，只有当硬盘指示灯停止闪烁、硬盘结束读写后方可关闭计算机的电源开关，养成用电脑的好习惯。
有的朋友十分注意硬盘的保养，但是由于操作不得当，也会对硬盘造成一定程度的伤害。
一些人看到报刊上讲要定期整理硬盘上的信息，而他就没有体会到定期二字，每天用完电脑后都整理一遍硬盘，认为这样可以提高速度，但他不知这样便加大了了硬盘的使用率，久而久之硬盘不但达不到效果，适得其反。
当然，如果您的硬盘长期不整理也是不行的，如果碎片积累了很多的话，那么我们日后在访问某个文件时，硬盘可能会需要花费很长的时间读取该文件，不但访问效率下降，而且还有可能损坏磁道。我们经常遇到的问题还不止这些。
还有就是有些朋友复制文件的时候，总是一次复制好几个文件，而换来的是硬盘的惨叫。要“定期”对硬盘进行杀毒，比如CIH会破坏硬盘的分区表，导致你的宝贵“财富”丢失。不要使用系统工具中的硬盘压缩技术，现在的硬盘非常大了，没有必要去节省那点硬盘空间，何况这样带来的是硬盘的读写数据大大地减慢了，同时也不知不觉影响了硬盘的寿命。
由此可见，养成良好的使用电脑的习惯是非常重要的，它会直接影响到电脑甚至硬盘的寿命。慢慢养成习惯，这样才能保证您的电脑长时间为您效力。

硬盘的物理结构

1、磁头
磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头，但是，硬盘的读、写却是两种截然不同的操作，为此，这种二合一磁头在设计时必须要同时兼顾到读/写两种特性，从而造成了硬盘设计上的局限。而MR磁头（Magnetoresistive heads），即磁阻磁头，采用的是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以得到最好的读/写性能。另外，MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度，因而对信号变化相当敏感，读取数据的准确性也相应提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关，故磁道可以做得很窄，从而提高了盘片密度，达到200MB/英寸2，而使用传统的磁头只能达到20MB/英寸2，这也是MR磁头被广泛应用的最主要原因。目前，MR磁头已得到广泛应用，而采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头（Giant Magnetoresistive heads）也逐渐普及。
2、磁道
当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5英寸软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有成千上万个磁道。
3、扇区
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。1.44MB3.5英寸的软盘，每个磁道分为18个扇区。
4、柱面
硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的CHS的数目，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数*磁头数*扇区数*512B。

硬盘的逻辑结构

1. 硬盘参数释疑
到目前为止, 人们常说的硬盘参数还是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)参数。那么为什么要使用这些参数，它们的意义是什么?它们的取值范围是什么?

很久以前， 硬盘的容量还非常小的时候，人们采用与软盘类似的结构生产硬盘。也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数。由此产生了所谓的3D参数 (Disk Geometry). 既磁头数(Heads)，柱面数(Cylinders)，扇区数(Sectors)，以及相应的寻址方式。
其中：
磁头数(Heads)表示硬盘总共有几个磁头,也就是有几面盘片, 最大为 255 (用 8 个二进制位存储)；
柱面数(Cylinders) 表示硬盘每一面盘片上有几条磁道,最大为 1023(用 10 个二进制位存储)；
扇区数(Sectors) 表示每一条磁道上有几个扇区, 最大为 63(用 6个二进制位存储)；
每个扇区一般是 512个字节, 理论上讲这不是必须的,但好像没有取别的值的。
所以磁盘最大容量为：
255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB ( 1M =1048576 Bytes )或硬盘厂商常用的单位：
255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB ( 1M =1000000 Bytes )
在 CHS 寻址方式中，磁头，柱面，扇区的取值范围分别为 0到 Heads - 1。0 到 Cylinders - 1。 1 到 Sectors (注意是从 1 开始)。
2. 基本 Int 13H 调用简介
BIOS Int 13H 调用是 BIOS提供的磁盘基本输入输出中断调用，它可以完成磁盘(包括硬盘和软盘)的复位，读写，校验，定位，诊，格式化等功能。它使用的就是 CHS 寻址方式， 因此最大识能访问 8 GB 左右的硬盘 (本文中如不作特殊说明，均以 1M = 1048576 字节为单位)。
3. 现代硬盘结构简介
在老式硬盘中，由于每个磁道的扇区数相等，所以外道的记录密度要远低于内道， 因此会浪费很多磁盘空间 (与软盘一样)。为了解决这一问题，进一步提高硬盘容量，人们改用等密度结构生产硬盘。也就是说，外圈磁道的扇区比内圈磁道多，采用这种结构后，硬盘不再具有实际的3D参数，寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位进行寻址。

为了与使用3D寻址的老软件兼容 (如使用BIOSInt13H接口的软件)， 在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器，由它负责将老式3D参数翻译成新的线性参数。这也是为什么现在硬盘的3D参数可以有多种选择的原因(不同的工作模式，对应不同的3D参数， 如 LBA，LARGE，NORMAL)。
4. 扩展 Int 13H 简介
虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址，但是由于基本 Int13H 的制约，使用 BIOS Int 13H 接口的程序， 如 DOS 等还只能访问 8 G以内的硬盘空间。为了打破这一限制， Microsoft 等几家公司制定了扩展 Int 13H 标准(Extended Int13H)，采用线性寻址方式存取硬盘， 所以突破了 8 G的限制，而且还加入了对可拆卸介质 (如活动硬盘) 的支持。

硬盘的基本参数
[编辑本段]

一、容量
作为计算机系统的数据存储器，容量是硬盘最主要的参数。
硬盘的容量以兆字节（MB）或千兆字节（GB）为单位，1GB=1024MB。但硬盘厂商在标称硬盘容量时通常取1G=1000MB，因此我们在BIOS中或在格式化硬盘时看到的容量会比厂家的标称值要小。
硬盘的容量指标还包括硬盘的单碟容量。所谓单碟容量是指硬盘单片盘片的容量，单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。
对于用户而言，硬盘的容量就象内存一样，永远只会嫌少不会嫌多。Windows操作系统带给我们的除了更为简便的操作外，还带来了文件大小与数量的日益膨胀，一些应用程序动辄就要吃掉上百兆的硬盘空间，而且还有不断增大的趋势。因此，在购买硬盘时适当的超前是明智的。近两年主流硬盘是80G，而160G以上的大容量硬盘亦已开始逐渐普及。
一般情况下硬盘容量越大，单位字节的价格就越便宜，但是超出主流容量的硬盘略微例外。时至2007年12月初，1TB（1000GB）的希捷硬盘中关村报价是￥2550元，500G的硬盘大概是￥965元。
二、转速
转速(Rotational speed 或Spindle speed)是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。
早期IDE硬盘的转速一般为5200rpm或5400rpm，曾经Seagate的“大灰熊”系列和Maxtor则达到了7200rpm，是IDE硬盘中转速最快的。如今的硬盘都是7200rpm的转速，而更高的则达到了10000rpm。

三、平均访问时间
平均访问时间(Average Access Time)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。

平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括了硬盘的寻道时间和等待时间，即：平均访问时间=平均寻道时间+平均等待时间。

硬盘的平均寻道时间(Average Seek Time)是指硬盘的磁头移动到盘面指定磁道所需的时间。这个时间当然越小越好，目前硬盘的平均寻道时间通常在8ms到12ms之间，而SCSI硬盘则应小于或等于8ms。

硬盘的等待时间，又叫潜伏期(Latency)，是指磁头已处于要访问的磁道，等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的一半，一般应在4ms以下。

四、传输速率
传输速率(Data Transfer Rate) 硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）。硬盘数据传输率又包括了内部数据传输率和外部数据传输率。
内部传输率(Internal Transfer Rate) 也称为持续传输率(Sustained Transfer Rate)，它反映了硬盘缓冲区未用时的性能。内部传输率主要依赖于硬盘的旋转速度。
外部传输率（External Transfer Rate）也称为突发数据传输率（Burst Data Transfer Rate）或接口传输率，它标称的是系统总线与硬盘缓冲区之间的数据传输率，外部数据传输率与硬盘接口类型和硬盘缓存的大小有关。
目前Fast ATA接口硬盘的最大外部传输率为16.6MB/s，而Ultra ATA接口的硬盘则达到33.3MB/s。
使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范。2002年，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但Serial ATA委员会已抢先确立了Serial ATA 2.0规范。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。
串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说，就具有非常多的优势。首先，Serial ATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次，Serial ATA的起点更高、发展潜力更大，Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/s，这比最快的并行ATA（即ATA/133）所能达到133MB/s的最高数据传输率还高，而在Serial ATA 2.0的数据传输率达到300MB/s，最终SATA将实现600MB/s的最高数据传输率。

五、缓存

与主板上的高速缓存（RAM Cache）一样，硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度。目前，大多数SATA硬盘的缓存为8M，而Seagate的“酷鱼”系列则使用了32M Cache。

Answer 2

硬盘是一种主要的电脑存储媒介，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。不过，现在可移动硬盘越来越普及，种类也越来越多。
绝大多数台式电脑使用的硬盘要么采用 IDE 接口，要么采用 SCSI 接口。SCSI 接口硬盘的优势在于，最多可以有七种不同的设备可以联接在同一个控制器面板上。由于硬盘以每秒3000—10000转的恒定高速度旋转，因此，从硬盘上读取数据只需要很短的时间。在笔记本电脑中，硬盘可以在空闲的时候停止旋转，以便延长电池的使用时间。老式硬盘的存储容量最小只有 5MB，而且，使用的是直径达12英寸的碟片。现在的硬盘，存储容量高达数十 GB，台式电脑硬盘使用的碟片直径一般为3.5英寸，笔记本电脑硬盘使用的碟片直径一般为2.5英寸。新硬盘一般都在装配工厂中经过低级格式化，目的在于把一些原始的扇区鉴别信息存储在硬盘上。

Answer 3

实体性质的可以存储数据信息的磁盘叫硬盘

Answer 4