硬盘

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硬盘
Hdd od srodka.jpg
硬盘内部,可以明显看到硬盘盘片和磁头。
研發日期 1956年9月13日
研發者 IBM的Rey Johnson
連接介面

連接至线路板透過:

硬盘英语hard disk drive,简称HDD)是电脑上使用坚硬的旋转盘片为基础的非挥发性存储设备,它在平整的磁性表面存储和检索数字数据,信息通过离磁性表面很近的磁头,由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上,信息可以通过相反的方式回读,例如磁场导致线圈中电气的改变或读头经过它的上方。早期的硬盘儲存介质是可替换的,不过今日典型的硬盘采用的是固定的儲存介质,碟片与磁头被封装在机身裡(除了一個有过滤的气孔,用来平衡工作时产生的热量导致的气压差)。

目录

接口[编辑]

数据接口[编辑]

硬盘读取状态
硬盘內部的碟片在通电后开始高速转动

硬盘按数据接口不同,大致分为ATAIDE)和SATA以及SCSISAS。接口速度不是实际硬盘数据传输的速度,目前非基于闪存技术的硬盘数据实际传输速度一般不會超過300MB/s。

ATA,全称Advanced Technology Attachment,是用传统的 40-pin 并口数据线连接主板与硬盘的,接口速度最大为133MB/s,因为并口线的抗干扰性太差,且排线占用空间较大,不利电脑内部散热,已逐渐被 SATA 所取代。

SATA,全称Serial ATA,也就是使用串口的ATA接口,因抗干扰性强,且对数据线的长度要求比ATA低很多,支持[热插拔]]等功能,SATA-II的接口速度為375MB/s,而新的SATA-III标准可达到750MB/s的传输速度。SATA的数据线也比ATA的细得多,有利于机箱內的空气流通,整理线材也比较方便。

SCSI,全称是Small Computer System Interface(小型机系统接口),经历多代的发展,从早期的 SCSI-II,到目前的 Ultra320 SCSI 以及 Fiber-Channel (光纤通道),接口型式也多种多样。SCSI 硬盘广为工作站级個人电脑以及服务器所使用,因此会使用较为先进的技術,如碟片转速15000rpm的高转速,且资料传输时CPU占用率较低,但是单价也比相同容量的 ATA 及 SATA 硬盘更加昂贵。

SAS(Serial Attached SCSI)是新一代的SCSI技术,和SATA硬盘相同,都是采取序列式技术以获得更高的传输速度,可达到6Gb/s。此外也透过缩小连接线改善系统内部空间等。

此外,由于SAS硬盘可以与SATA硬盘共享同样的背板,因此在同一个SAS存储系统中,可以用SATA硬盘来取代部分昂贵的SAS硬盘,节省整体的存储成本。但SATA存储系統并不能连接SAS硬盘。

FC(Fibre Channel,光纤通道接口),拥有此接口的硬盘在使用光纤联接时具有热插拔性、高速带宽(4Gb/s或10Gb/s)、远程连接等特点;内部传输速率也比普通硬盘更高。限制于其高昂的售价, 通常用于高端服务器领域。

电源接口[编辑]

一块希捷硬盘电源口处的Molex徽标
電腦内部硬盘电源线,白色的是D形4针电源接口,黑色的是SATA電源線

3.5寸的台式机硬盘,與ATA配合使用的是「D形4针电源接口」(俗稱「大4pin」),由Molex公司设计并持有专利;而SATA接口也有相應的SATA電源線。

2.5寸的笔记本电脑用硬盘,可直接由数据口取电,不需要额外的电源接口。在插上外接的便携式硬盘盒之后,由计算机外部的USB接口提供电力来源,而单个USB口供电約为4~5V 500mA,若移动硬盘盒用电需求较高,有时需要接上两个USB口才能使用,否则,需要外接电源供电。但如今多数新型硬盘盒(使用2.5寸或以下硬盘)已可方便地使用单个USB口供电。

结构[编辑]

硬碟內部結構

磁軌[编辑]

當磁盤旋轉時,磁頭若保持在一個位置上,則每個磁頭都會在磁盤表面劃出一個圓形軌跡,這些圓形軌跡就叫做磁道(Track)。

柱面[编辑]

在有多个盘片构成的盘组中,由处于同一半径的磁道组成的一个圆柱面(Cylinder)。

磁區[编辑]

磁盤上的每個磁軌被等分為若干個弧段,這些弧段便是硬碟的磁區(Sector)。硬碟的第一個磁區,叫做引导扇区

主引导记录(MBR)和全局唯一標識分區表 (GPT)[编辑]

尺寸[编辑]

带一个小提手的笔记本用SATA接口2.5英寸东芝硬盘
5.25英寸硬盘与3.5英寸硬盘的尺寸比较

硬碟機的尺寸和用途可分為:

主要参数[编辑]

除了接口和尺寸以外,硬盘还有以下参数:

容量 目前硬盘的容量有36GB、40GB、45GB、60GB、75GB、80GB、120GB、150GB、160GB、200GB、250GB、300GB、320GB、400GB、500GB、640GB、750GB、1TB、1.5TB、2TB、2.5TB、3TB、4TB等多种规格,但計算誤差,詳見檔案大小轉換
转速 硬盘每分钟旋转的圈数,单位是rpm(每分鐘的轉動數),有4200rpm、5400rpm、5900rpm、7200rpm、10000rpm、15000rpm等几种规格。轉速愈高通常資料傳輸速率愈好,但同時噪音、耗電量和發熱量也較高。
缓存 主要有2MB、8MB、16MB、32MB、64MB等规格。
平均寻道时间 单位是ms(毫秒),有5.2ms、8.5ms、8.9ms、12ms等规格。
内部传输速度 包括磁头把数据从盘片读入缓存的速度,以及磁头把数据从缓存写入盘片的速度[1]。可用来评价硬盘的读写速度和整体性能[2]

發展史[编辑]

  • 1956年IBM的IBM 350 RAMAC是現代硬碟的雛形,它相當於兩個冰箱的體積,不過其儲存容量只有5MB。1973年IBM 3340問世,它擁有「溫徹斯特」這個綽號,來源於它兩個30MB的儲存單元,恰好是當時出名的「溫徹斯特來福槍」的口徑和填彈量。至此,硬碟的基本架構被確立。
  • 1980年,兩位前IBM員工創立的公司開發出5.25英寸規格的5MB硬碟,這是首款面向桌上型電腦的產品,而該公司正是希捷公司(Seagate)公司。
  • 1980年代末,IBM推出MR(Magneto Resistive磁阻)技術令磁頭靈敏度大大提升,使盤片的儲存密度較之前的20Mbpsi(bit/每平方英寸)提高了數十倍,該技術為硬碟容量的巨大提升奠定了基礎。1991年,IBM應用該技術推出了首款3.5英寸的1GB硬碟。
  • 1970年1991年,硬碟碟片的儲存密度以每年25%~30%的速度增長;從1991年開始增長到60%~80%;至今,速度提升到100%甚至是200%。從1997年開始的驚人速度提升得益於IBM的GMR(Giant Magneto Resistive,巨磁阻)技術,它使磁頭靈敏度進一步提升,進而提高了儲存密度。
  • 1993年康諾(Conner Peripherals)推出了CP30344硬碟容量是340MB
  • 1995年,為了配合Intel的LX芯片組,昆騰Intel攜手發布UDMA 33接口——EIDE標准將原來接口數據傳輸率從16.6MB/s提升到了33MB/s 同年,希捷開發出液態軸承(FDB,Fluid Dynamic Bearing)馬達。所謂的FDB就是指將陀螺儀上的技術引進到硬碟生產中,用厚度相當於頭髮直徑十分之一的油膜取代金屬軸承,減輕了硬碟噪音與發熱量。
  • 1996年希捷收購康諾(Conner Peripherals)
  • 1998年2月,UDMA 66規格面世。
  • 2000年10月,邁拓(Maxtor)收購昆騰
  • 2003年1月,日立宣佈完成20.5億美元的收購IBM硬碟事業部計畫,並成立日立環球儲存科技公司(Hitachi Global Storage Technologies, Hitachi GST)。
  • 2005年日立環儲和希捷都宣佈了將開始大量採用磁盤垂直寫入技術(perpendicular recording),該原理是將平行於盤片的磁場方向改變為垂直(90度),更充分地利用的儲存空間。
  • 2005年12月21日希捷宣佈收購邁拓(Maxtor)。
  • 2007年1月日立環球儲存科技宣佈將會發售全球首隻1Terabyte的硬碟,比原先的預定時間遲了一年多。硬碟的售價為399美元,平均每美分可以購得27.5MB硬碟空間。
  • 2011年3月,西部数据以43億美元的價格,收購日立環球儲存科技[3]
  • 2011年4月,希捷宣佈與三星強化策略夥伴關係。[4]
  • 2011年12月,希捷宣布收购了三星旗下的硬盘业务[5]

硬盘制造商[编辑]

電腦配件圖中7是硬碟安裝位置

註釋[编辑]

参考文献[编辑]

外部連結[编辑]

硬盤製造商[编辑]

参见[编辑]