硬盘介绍课件.doc

1、硬盘概述和工作原理 硬盘是电脑数据存储的核心部件，没有硬盘，我们将丢失一切 1.硬盘的磁头 一块硬盘存取数据的工作完全都是依靠 磁头来进行，换句话说 ，没有磁头 ，也就没 有实际意义上的硬盘。那么，究竟什么是磁 头呢？磁头就是硬盘进行读写的“笔尖”，通 过全封闭式的磁阻感应读写，将信息记录在 硬盘内部特殊的介质上。硬盘磁头的发展先 后经历了亚铁盐类磁头(Monolithic Head)、 MIG(Metal In Gap)磁头和薄膜磁头(Thin Film Head)、MR 磁头等几个阶段。前 3 种传统的磁 头技术都是采取了读写合一的电磁感应式磁 头，在设计方面因为同时需要兼顾读/写两 种特

2、性，因此也造成了硬盘在设计方面的局限性。 第 4 种磁阻磁头在设计方面引入了全新的分离式磁头结构，写入磁头仍沿用传统的磁感应磁头，而读取磁头则应用了新型的 MR 磁头，即所 谓的感应写、磁阻读，针对读写的不同特性分别进行优化，以达到最好的读写性能。 除上述几种磁头技术外，技术更为创新、采用多层结构、磁阻效应更好的材料制作的 G MR 磁头 (Giant Magneto Resistive heads，巨磁阻磁头) ，可以使目前硬盘的容量在此基础上再提高 10 倍 以上。 2.硬盘的盘面 如果把硬盘磁头比喻作“笔”的形容成立，那么所谓硬盘的盘面自然就是这“笔”下的“纸”。如 果您曾经有幸打开过自

3、己的硬盘，可以发现硬盘内部是由金属磁盘组成的 ，有单碟片的 ，有双碟片的，也有多碟片的。它们通过表面的磁物质结 合在一起。 与平时使用的那些普通软磁盘存储介 质的不连续颗粒相比，这种特殊物质的金 属磁盘具有更高的记录密度和更强的安全 性能。 目前市场上主流硬盘的盘片大都是采 用了金属薄膜磁盘构成，这种金属薄膜磁 盘较之普通的金属磁盘具有更高的剩磁 (Remanence:经消磁后，残留在磁介质上的磁感应)和高矫顽力(Coercive Force:作用于磁化材料以去除剩磁的反向磁通强度)，因此也被硬盘厂 商普遍采用。 与金属薄膜磁盘相比，用玻璃做为新的盘片，有利于把硬盘盘片做得更平滑，单位磁盘密度

4、也会 更高。 同时由于玻璃的坚固特性，新一代的玻璃硬磁盘在性能方面也会更加稳定。不过也有一点问题，如 果一旦把玻璃材质作为硬盘基片，玻璃材质较之金属材质的脆弱性就会表现出来。 3.硬盘的马达 有了“笔”和“ 纸”，要让“笔”能够在“ 纸”上顺利地写字，当然还要有“手”的控制，而这双 控制磁头在磁片上高速工作的“手”就应该是硬盘主轴上的马达了。硬盘正因为有了马达，才可以带 动磁盘片在真空封闭的环境中高速旋转，马达高速运转时所产生的浮力使磁头飘浮在盘片上方进行工 作。硬盘在工作时，通过马达的连动将需要存取资料的扇区带到磁头下方，马达的转速越快，等待存 取记录的时间也就越短。从这个意义上讲，硬盘马达

5、的转速在很大程度上决定了硬盘最终的速度。 在当今硬盘不断向着超大容量迈进的同时，硬盘的速度也在不断提高，这当然就要求硬盘的马达 也必须能够跟上技术时代飞速发展的步伐。进入 2000 年后，5400rpm 的硬盘即将成为历史，7200rpm 势 必成为 2000 年乃至今后一段时间的主流产品。速度方面的提升对于硬盘的马达而言，自然也是提出了 更高的要求。7200rpm 、10000rpm 甚至 15000rpm 的硬盘马达自然不会再是传统意义上的普通滚珠轴承马达，因 为硬盘转速的不断提高会带来诸如磨损加剧、温度升高、噪声增大等一系列负面问题。传统的普通滚 珠轴承马达自然无法妥善解决这些问题，于是

6、曾广泛应用在精密机械工业上的液态轴承马达(F l u id dynamic bearing motors)被引入到硬盘技术中。 与传统的滚珠轴承马达不同，液态轴承马达使用的是黏膜液油轴承，这种特殊的轴承以油膜代替 了原先的滚珠，一方面避免了与金属面的直接磨擦，将传统马达所带来的噪声及高温降至最低;另一方 面，油膜可以有效地吸收外来的震动 ，使硬盘的抗震能力由以往的 150G 提高至 1200G ;再一个方面，从 理论上讲，液态轴承马达无磨损，使用寿命可以达到无限长，虽然我们无法通过这一点就奢想自己的新硬盘能够“长生不老”，但最起码可以延长使用寿命。 4.硬盘的转速 硬盘的转速(Rotate S

7、peed)，正像我们上文所述，硬盘的马达直接决定了硬盘的转速。理论上讲， 硬盘的转速越快越好，因为较高的硬盘转速可以极大地缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间。但 是，硬盘的高转速带给硬盘的负面影响就是转速越快，硬盘表面的发热量越大，如果再加上机箱散热 不佳和其他周边散热过多的原因，很可能造成机器运行不稳定。也正是这个原因，目前市场上绝大多 数笔记本电脑中的专用硬盘，其转速一般都不会超过 4500rpm 。 5.硬盘的平均寻道时间、平均访问时间和平均潜伏时间 所谓硬盘的平均寻道时间(Average Seek Time)，其实就是指硬盘在盘面上移动读写头至指定磁 道寻找相应目标数据所用的时间。我

8、们在描述硬盘读取数据能力时，目前主要以毫秒为计算单位，而 硬盘读取数据一次大多在 6 14ms 之间。当硬盘的单碟容量增大时，磁头的寻道动作和移动距离会相 应减少，这样也就导致硬盘本身的平均寻道时间减少，从而提高了硬盘传输数据的速度。 而平均访问时间(Average Access Time)，指的就是平均寻道时间与平均潜伏时间的总和。平均访问时间基本上也就能够代表硬盘找到某一数据所用的时间。平均访问时间越短越好，一般情况下应 该控制在 11 18ms 之间，建议用户选择那些平均访问时间在 15ms 以下的硬盘。 所谓平均潜伏时间(Average Latency Time) ，其准确的概念定位就

9、是指相应磁道旋转到磁头下方 的时间，一般情况下在 2 6ms 之间。 6.硬盘的外部传输率和内部传输率 所谓硬盘的外部数据传输率 (External Transfer Rate)就是指电脑通过接口将数据交给硬盘的传 输速度，而内部数据传输率(Internal Transfer Rate)就是指硬盘将这些数据记录在自身盘片上的速 度，也称最大或最小持续传输率(Sustained Transfer Rate)。从实际应用方面分析，硬盘的外部数 据传输率比其内部传输率速度要快很多，在它们之间有一块缓冲区可以缓解二者的速度差距。而从硬 盘缓冲区读取数据的速度又称之为突发数据传输率(Burst data

10、 Transfer Rate)。 普通的 EIDE 硬盘理论上的传输速率，都已达到了 17.5MB/s 左右，而采用 Ultra DMA/33 、Ultra DMA/ 66 技术后，传输率瞬间速度便可以达到 33.3MB/s 和 66MB/s，至于 Ultra DMA/100 和 Ultra DMA/160， 也是指在这个速度上的提升。 7.硬盘的缓冲区 所谓硬盘的缓冲区(硬件缓冲 )就是指硬盘本身的高速缓存 (Cache)，它能够大幅度地提高硬盘整体 性能。高速缓存其实就是指硬盘控制器上的一块存取速度极快的 DRAM 内存，分为写通式和回写式。所 谓写通式，就是指在读硬盘时系统先检查请求，寻

11、找所要求的数据是否在高速缓存中。如果在则称为 被命中，缓存就会发送出相应的数据，磁头也就不必再向磁盘访问数据，从而大幅度改善硬盘的性能。 所谓回写式，指的是在内存中保留写数据，当硬盘空闲时再次写入。从这一点上而言，回写式具有高于写通式的系统性能。 较早期的硬盘大多带有 128KB 、256KB 、512KB 等高速缓存，目前的高档硬盘高速缓存大多已经达到 1MB 、2MB 甚至更高，在高速缓存的取材上也采用了速度比 DRAM 更快的同步内存 SDRAM，确保硬盘性能 更为卓越。 二、硬盘的接口标准 硬盘的接口标准可以说是影响硬盘速度的另外一个决定性因素。目前分析，硬盘的接口标准主要 分为 AT

12、A 和 SCSI(Small Computer System Interface，小型计算机接口)两种。 1 .A TA 接口 ATA 接口的几种类型。 (1)ST-506/412 接口 ST-506/412 接口是希捷公司主创开发的一种硬盘接口。首先使用这种接口的硬盘为希捷的 ST-506 及 ST-412，ST-506 接口使用起来相当简便，它不需要任何特殊的电缆及接头，但是它支持的传输速度 很低，因此到了 1987 年左右这种接口就基本上被淘汰了，而且采用该接口的老硬盘容量多数都低于 200MB 。早期 IBM PC/XT 和 PC/AT 机器使用的硬盘就是 ST-506/412 硬盘或

13、称 MFM 硬盘，其中 MFM(Modified Frequency Modulation，改进调频制)指一种编码方案。 (2)ESDI 接口 ESDI(Enhanced Small Drive Interface)接口是迈拓公司于 1983 年开发的。它的特点是将编解码器放在硬盘中，而不是在控制卡上，理论传输速度是 ST-506 的 2 4 倍，一般可达到 10Mbit/s 。但由 于成本较高，与后来产生的 IDE 接口相比几乎没有什么优势可言，因此在 20 世纪 90 年代后期就基本被 淘汰了。 (3)IDE 及 EIDE 接口 IDE(Integrated Drive Electroni

14、cs)就 是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动 器，我们常说的 IDE 接口，也叫 ATA 接口。现 在 PC 机使用的硬盘大多数都是与IDE 兼容，只 需用一根数据线将它们与主板或接口卡连起来 就可以了。把盘体与控制器集成在一起的做法 减少了硬盘接口的电缆数目与长度，而且数据传输的可靠性也得到了增强，硬盘制造起来变 得更容易，因为厂商不需要再担心自己的硬盘 是否与其他厂商生产的控制器兼容。对用户而 言，硬盘安装起来也更为方便。 (4)ATA-1(IDE) 最初 IDE 标准的正式名称是 ATA，IDE 实际上是指连在硬盘接口的硬盘本身。ATA 在主板上有 1 个插 口，支持 1 个主设备和

15、 1 个从设备，每个设备的最大容量为 504MB，ATA 最早支持的 PIO-0 模式(Programmed I/O-0)只有 3.3MB/s，而 ATA-1 一共规定了 3 种 PIO 模式和 4 种 DMA 模式(没有得到实际应用)，用户只 需要安装 1 个 EIDE 适配卡就可以升级成为 ATA-2 。 (5)ATA-2(EIDE Enhanced IDE/Fast ATA) ATA-2 其实就是对 ATA-1 标准的一个扩展。ATA-2 增加了 2 种 PIO 和 2 种 DMA 模式，把最高传输率提 高到了 16.7MB/s，同时引进了 LBA 地址转换方式，突破了老 BIOS 固有

16、 504MB 的限制，支持最高可达 8.1GB 容量的硬盘。如果电脑支持ATA-2，则可以在 CMOS 设置中找到“LBA，Logical Block Address ”或“CHS， Cylinder，Head ，Sector ”的设置。 其两个插口分别可以连接 1 个主设备和 1 个从设置，从而可以支持 4 个设备，2 个插口也分为主插 口和从插口。通常可将硬盘和 CD ROM 放置在主插口上，而将一些次要的设备放在从插口上，这种放 置方式对于 486 及早期的 Pentium 电脑很必要，因为这样可以使主插口连在快速的 PCI 总线上，而从插 口连在较慢的 ISA 总线上。 (6)ATA-

17、3(FastATA-2) 这个版本支持 PIO-4，没有增加更高速度的工作模式 (仍为 16.7MB/s)，但引入了简单的密码保护， 对电源管理方案进行了修改，引入了 S.M.A.R.T 技术(Self-Monitoring 、Analysis and Reporting Technology，自监测、分析和报告技术)。 (7)ATA-4(Ultra ATA 、Ultra DMA 、Ultra DMA/33 、Ultra DMA/66) 应用 ATA-4 标准将 PIO-4 模式下的最大数据传输率提高了一倍，达到 33MB/s 或更高的 66MB/s 。它还 在总线占用上引入了新的技术，使用

18、PC 的 DMA 通道减少了 CPU 的处理负荷。要使用 Ultra ATA，需要 一个空闲的 PCI 扩展槽，如果将Ultra ATA 硬盘卡插在 ISA 扩展槽上，则该设备不可能达到其最大传输 率，因为 ISA 总线的最大数据传输率只有 8MB/s 。 (8)Serial ATA 新的 Serial ATA(即串行 ATA)，是英特尔公司在 2000 年 IDF(Intel Developer Forum，英特尔开发者论坛)发布，将于下一代外设产品中采用的接口类型。它是以连续串行的方式传送资料，在 同一时间点内只会有 1 位数据传输，此做法能减小接口的针脚数目，即用 4 个针就完成了所有的

19、 工作(第 1 针发出、第 2 针接收、第 3 针供电、第 4 针地线)，还降低了电力消耗，减小发热量。 最新的硬盘接口类型 A T A -1 00 就是 S e r i a l A TA 的初始规格，它支持的最大外部数据传输率达 1 0 0 M B /s，I B M D e s k s t a r 7 5 G XP 及 D e s k s t a r 4 0 GV 是第一次采用 A T A -1 00 接口的产品。预计在 2 0 01 年第二季度将推出 S e r i a l A T A 1X 标准的产品，它能达到 1 5 0 M B /s 的数据传输率。 (9 )A T A -1 33 A

20、 T A -1 00 是目前的主流 I DE 接口，它的技术特 征跟 A T A -66 一样，都是使用 80 针接口电缆。A N SI 美国国家标准学会)公布的 A T A -1 00 标准，它能 支持最大外部数据传输率为 1 0 0 M B /s，但这只是理 论值。实际上，A T A -1 00 所能支持的最大数据传输 率只有理论值的 62，所以现在支持的最高接口传输率根本还不及 1 0 0 M B /s 。而按现在硬盘性能每 年递增 4 0%的速度来计算，如果还没有新型 I DE 接口推出，将会发生硬盘的内部数据传输率，超过 接口所能支持的最大外部数据传输率的情况。 为了突破接口限制，M

21、 a x t o r(迈拓)公司在 A T A -1 00 的基础上推出了 A T A -1 33 接口类型，它保持 了 A TA 接口一贯的技术特征，除了在接口传输率上有一个数量的增加外，其它特征都差不多。这 样做能让新接口能在现存的十亿个 A TA 设备上继续使用，下面是 A T A -1 33 具有主要几项技术特征： 将 接口传输率提高到了 1 3 3 M B /s，相对于 A T A 1 00 接口有 3 3%的提升。 向 前兼容所有并口 A TA 接口与设备。 在这些技术特征中，最重要的一点是将硬盘接口所能支持的最大电缆传输率，提高到了 1 3 3 M B /s，这更能发挥系统 P

22、CI 总线的效能，如图所示，假如系统总线为 1 3 3 M B /s，那如果你使 用的是 A T A -1 00 接口，此时因为 P CI 总线速度为 1 3 3 M B /s，所以 P CI 总线处于非饱和状态，不能 充分利用系统总线带宽 。如果采用了 A T A -1 33 接口后，A T A -1 33 所支持的 1 3 3 M B /s 刚好与 PCI 总 线速度一样，因此可以充分发挥系统的整体性能。 M a x t or 推出的新型接口A T A -1 33 为突破系统瓶颈提供了一个可行的解决方案，它将以其廉价、便捷的升级方式来吸引广大用户的青睐。 2 .S C SI 接口 对于 S

23、 C SI 接口的硬盘，其基本的数据传输率是 2 0 M B /s (8 b it，50 线)。在应用了 U l t r a W I DE 标准后，其传输速率可以达到 4 0 M B /s 。而在采用了 U l t r a 2 W I D E S C SI 标准后，其传输速率还可以升至 8 0 M B /s (1 6 b it，68 线)。而应用 U l t r a 1 6 0 /m S C S I(参考后面第八章 )标准 接口后，其传输速度更可以飙升到 1 6 0 M B/ s 。另外，目前还有一种采用 F C A L (F i b re Channel Arbitrated Loop，光纤

24、通道)接 口的硬盘，其传输速率也可以达到 1 0 0 M B/ s 的数据传输率。 如果要比较 E I DE 与 S C SI 这两种不同接口模式硬盘设备的优劣。从价格方面分析，E I DE 的价格比较便宜， S C SI 价格却相当高。如果 从性能方面分析，E I DE 接口的硬盘虽然安装容易，但其允许增加的外设少，且 C PU 占用率较高。 而 S C SI 接口的硬盘在这方面却表现突出：速度更快、允许增加足够的外设 (E I DE 能提供两个通 道，每个通道可挂两个 E I DE 设备，而 S C SI 却允许用户连接 7 个 S C SI 设备)、C PU 占用率较低。 3 .U SB

25、 接口 USB 英文全称为 “Universal Serial Bus ”，即通用串行总线，这个概念最早于 1995 年，以 Intel 公司为首的核心团队提出，参与研发的公司还包括：Compaq(康柏电脑)、HP(惠普电脑)、Lucent(朗讯 公司)、Microsoft(微软公司)、NEC 和 Philips(飞利浦公司)等。USB 的设计初衷是由于随着个人电脑 上连接的设备越来越多，却没有一个通用而且易用的接口，这为设备的安装带来了诸多不便，其直接 导致的结果是电脑使用门槛偏高。为了可以使安装设备能像电话插头与插座那么简单方便，业界就开 发了此通用串行总线。 最早的 USB 1.0 标准

26、于 1996 年发布，由于当时设计性能一般，再加上主流操作系统 Windows 95 不 支持此功能，因此多数硬件厂商均持谨慎态度，这些都使得该标准迟迟得不到推广。直到 1998 年 9 月， U S B 1 .1 标准出台后，同时得到了W i n d o w s 98 操作系统的支持，U SB 接口才逐渐盛行起来，并 成为目前个人电脑的标准部件之一，目前越来越多的外设开始采用这种接口，U SB 已成为方便易 用的代表，得到了广大用户的赞赏。 对于 U S B 1 .1 的工作原理，整个 U SB 系统由 主控电脑、主控软件、U S B H UB 、外设等部份 成。其中系统软件是为所有应用软件

27、提供一个统 一的输入输出系统，通过它可以屏蔽掉硬件的执 行细节，使应用软件更加容易设计而且通用。对 于 USB 的 I /O 子系统而言，它可以随时监控系统 接入或者从系统中取下的外设，这个过程包括同 外设进行通讯，找到需要回载的设备驱动程序， 并分配一个唯一的地址给它，用来传送数据。 而其中的 U S B H UB 是对接入的外设进行管 理，为其提供必要的电力，并增加额外的接入 能力，它允许动态接入 U SB 外设，并在初始化过程中为其提供至少 0 .5W 的电力。在主控软件的控制下，H UB 能够提供更多的电力给设备，一 个新接入的 H UB 也会分配到自己的独有地址，H UB 的级联最多

28、为五层。由于 H UB 的操作是双向转 发的，所以转发的 HUB 信号需要上行和下行电缆，U S B 1 .1 H UB 同时支持 1 2 M b p s(全速) 和 1 .5 M b ps (低速)的外设。至于 U SB 外设，它只要遵循已定义好的协议，并且必须对主控 PC 传递来的处理 事件做出反应，比如外设要响应自己的详细和配置情况等。 在 U S B 1 .1 之后推出的新标准是 U S B 2 .0，它于 2 0 01 年 4 月 27 日由康柏电脑、惠普电脑、英特尔公司、朗讯科技、微软公司、N EC 和飞利浦公司组成的研发团队制定了最终的 U S B 2 .0 规范。 U S B

29、2 .0 标准与以前标准所不同之处，主要是其所支持的最高传输率大幅增加，在高速模式下， U S B 2 .0 支持最大传送速度为 4 8 0 M b ps，这是 U S B 1 .1 的 1 2 M b ps 的 40 倍，而且 U S B 2 .0 完全向 后兼容，U S B 1 .1 的连接器和电缆可以不需要做任何改变，就能支持 U S B 2 .0 的高速，此外在 U S B 2 .0 中还特别定义了微帧结构，使 U S B 2 .0 设备在小缓存的情况下仍能够高速率的传送数据，如果系统外设不支持此速度，那系统将还原到较早的 1 2 M b ps 或 1 .5 M b ps 上来。 在

30、U S B 2 .0 的系统配置方面，U S B 2 .0 将和外部 U S B 2 .0 H UB 及支持 U S B 2 .0 的外设之间建 立高速连接，同时也可以连接 U S B 1 .1 H UB，在 U S B 1 .1 H UB 中的数据仍按原有标准进行传送， 这就意味着支持 U S B 2 .0 的 H UB 在它的端口上会有两种不同的信号传输率，显然这对 H UB 的负荷加大了。 因为 USB 2.0 能支持更高的传输率，所以相应的 USB 2.0 HUB 也会有更高的帧传送率，以保证支 持 USB 2.0 的高速外设间会有更通畅的数据流，此外，为了兼容过去的旧式标准，HUB

31、之间进行的数据 传送率还需要根据实际情况进行调速，即USB 2.0 HUB 必须有数据流速度的匹配能力，也就是说，HUB 将负责管理转换从主控制器传送出的高速数据流至低速 USB 1.1 外设上。这样就可以使得当前支持 USB 1.1 的外设产品，可以不需要在 USB 2.0 系统中做任何改变，直接插上就能使用。 随着在下一代操作系统中对 U S B 2 .0 提供支持及 U S B 2 .0 外设的越来越多，可以想像以后用户传 送数据将会更加便利。 4 .I E E E 1 3 94 IEEE1394 的前身称为 Firewire(即火线接口) ，这最早是在 1986 年由 Michael

32、Teener(Apple 公司的一名工程师) 所草拟，A p p le 公司称其为火线， 而 S O NY 公司则称其为 i .L i nk，此外还有一种名 称是 T e x a s I n s t r u m e n t s(美国德州仪器公司)的 商标叫 L y nx 。 实际上，上面所提的这三种不同商标都指同一 种技术IEEE1394 。最早的 Firewire 是于 1987 年 完成，IEEE 在 1995 年将它认可为 IEEE1394-1995 规 范，因为在此规范中存在一些模糊的定义，所以当 时使用此接口的产品并不普遍 ，后来 IEEE 为其添加 了一份补充文件(IEEE1394

33、a 草案)，以此来澄清其中 的疑点，更正了一些错误同时添加了一些功能，这 也就是为什么 1995 年就已完成的 IEEE1394 规范，但 一直到 1 9 98 年才会相关的 PC 产品问市。 如果要问 I E E E 1 3 94 最适合于那些产品，那莫过于多媒体领域，因为它的设计初衷就是为了 增强多媒体设备与电脑连接性能的高速串行总线。利用 I E E E 1 3 94 技术，我们可以轻易地把电脑 与如摄像机、高速硬盘和音响设备等多种多媒体设备连接，并且连接速度高达 4 0 0 M b ps 。目前此 项技术已有很多著名厂商参与共同研发，即有电脑制造界的，也有家电产业的，例如 A p p

34、le 、SONY 、 德州仪器和 V I A(威盛科技) 等。 在 IEEE1394 的数据通讯协议方面，该总线协议(Open Host Controller Interface)包含三层：物 理层(Physical)，连接层(Link) 和传输层(Transaction)，此外再加上一个串行总线管理模块(Serial Bus Management) ，一共 4 层。 其中物理层主要提供设备与电缆电气及机械上的接口标准，处理数据的接收和发送，确保所有的 设备都能完好地访问总线。而连接层主要提供数据包接受的认信息，再加上寻址、数据检验、数据帧 传输等功能，该层完全由硬件实现。至于传输层仅仅在异步

35、传输数据包时用到，它提供读、写、锁命 令，一般是由软件实现。最后第 4 层串行总线管理模块提供整个总线控制，包括对挂在总线上的各个设备电力的供应、时序的控制、主设备通道的控制、处理出错等，一般也由软件实现。 在 IEEE1394 的具体技术细节方面，它具有如下主要特征： (1)即时数据传输(R e a l -T i m e D a t a T r a n s f e r)：I E E E 1 3 94 具有两种数据传输模式，同步 (I s o c h o n o u s)传输与非同步 (A s y n c h r o n o u s)传输。在同一总线下，同步及非同步传输连线可能同时存在。 (2

36、)驱动程序安装简易。 (3)内存映射的架构(Memory Mapping Architecture):所有 IEEE1394 总线上的资源，皆可以映射 到某段内存地址，并依此方式来存取数据。 (4)IEEE1394 接线可提供电源: 对无自用电源的设备而言，可以透过 IEEE1394 6-Pin 的连接头来供 给电源。 (5)通用 I/O 连接头：整合各种 PC 的连接头成为一种万用的连接头，使用者就不用花时间辨认不同 外围设备要接到那个接头，同时也降低系统的成本。 (6)点对点的通讯架构(Peer-to-Peer Communication Architecture):IEEE1394 外围

37、设备间互传 数据时，不须主机监控，因此不会增加主机的负载，实际上就是我们常说的 CPU 资源占用率低。 (7)最大 4 0 0 M b ps 的数据传输率：在相同的总线上可以有几种不同的数据传输速率 1 0 0 M b ps 、 200Mbps 或 400Mbps 。 (8)IEEE1394 是最理想的多媒体设备的接口：IEEE1394 支持同步(Synchronous)传输模式，同步传 输模式会确保某一连线的频宽，对于即时影像而言，这是相当重要的，因为影音数据都会有其时间上 的限制，无法接受过久的延迟。 (9)支持热插拨(Hot Plugging Support):IEEE1394 可以自动

38、侦测设备的加入与移出动作并对系统 重新整合,无须人工干预。 因为 IEEE1394 网络是点对点的传输数据的，这就是说，在 IEEE1394 设备联成的网络中不需要设置 服务器，这一点在对安全要求不高或对数据集中控制不严的情况下是优点，相反就是缺点了。此外尽 管 IEEE1394 是一种串行总线，设备是菊花链型连接，但并不需要每个节点的设备都把电源打开，数据 在节点设备关闭的情况下，照样可以通过该节点。 数据传输速度是由机器自动调整的，也就是说在一个由 IEEE1394 接口所组成的网络中，数据可以 在网络中不同的部分以不同的速度传输 ，虽然这个特征能提高 IEEE1394 的产品兼容性，但在

39、使用时有 一点必须注意，在网络设计时，在两个传输速率都是 4 0 0 M b ps 的设备之间，不能放置传输速率只有 100Mbps 的设备，否则会形成局部瓶颈，从而降低系统性能。 上面介绍的大多为 IEEE1394a 标准，而 IEEE1394b 标准，计划带宽将翻 4 倍至1.6Gb/s(200MB/s)， 甚至高达 3.2 Gb/s(400MB/s)，而且电缆长度将增加到 100m，这使得家庭网络使用 IEEE1394b 十分方 便，同时这也向 USB 接口发起了强大的挑战。 三、硬盘技术 硬盘所采用的技术，目前主要包括 3 个方面，一是磁头技术，二是防震技术，三是数据保护技术。 随着各

40、大制造厂商的技术竞争，目前这 3 个方面的技术要点也逐渐走向融合。 1.磁头技术 (1)磁阻磁头技术(Magneto-Resistive Head) 磁阻磁头技术是一种比较传统的硬盘磁头技术 ，是完全基于磁电阻效应工作的，其核心就是一片金属材料，其电阻随磁场的变化而 变化。应用这种磁阻磁头技术的原 理就是:通过磁阻元件连着的一个 十分敏感的放大器可以测出微小的 电阻变化。所以越先进的 MR 技术可 以提高记录密度来记录数据，增加 单碟片容量即硬盘的最高容量，进 而提高数据传输率。 (2 )巨型磁阻磁头(G M R) 这是 MR 磁阻磁头技术的换代技术，目前绝大多数的硬盘产品都应用了这种技术。采

41、用了巨 型磁阻磁头技术的硬盘，其读、写工作是分别由不同的磁头来完成的，这种变化从而可以有效地 提高硬盘的工作效率，并使增大磁道密度成为可能。 (3 )O A W(光学辅助温式技术 ) O AW 是美国希捷公司新研制技术代号，很可能是未来磁头技术的发展方向。应用这种 O AW 技 术，未来的硬盘可以在 1 英寸面积内写入 1 0 5 0 00 以上的磁道，单碟容量更是有望突破 3 6 GB 。 2.防震技术 (1)SPS 防震保护系统 这是昆腾公司在其火球 7 代(EX)系列之后普遍采用的硬盘防震动保护系统。其设计思路就是分散外 来冲击能量，尽量避免硬盘磁头和盘片之间的意外撞击，使硬盘能够承受

42、1000G 以上的意外冲击力。 (2)ShockBlock 防震保护系统 虽然这是 Maxtor 公司的专利技术，但其设计思路与防护风格与昆腾公司的 SPS 技术有着异曲同工 之妙，也是为了分散外来的冲击能量，尽量避免磁头和盘片相互撞击，但它能承受的最大冲击力却可 以达到 1500G 甚至更高。 3.数据保护技术 (1)S.M.A.R.T 技术 S.M.A.R.T 技术是目前绝大多数硬盘已经普遍采用的通用安全技术，而应用 S.M.A.R.T 技术，用户 们能够预先测量出某些硬盘的特性。举个例子，如监测硬盘磁头的飞行高度。因为一旦磁头开始出现 飞得太高或太低的情况，硬盘在运行中就极有可能报错，S

43、.M.A.R.T 技术就是一种对硬盘故障预先发出 报警的廉价数据保护。 当然，利用 S.M.A.R.T 技术可预测的硬盘故障一般是硬盘性能恶化的结果，其中约 60%为机械性质 的，40%左右则是对软性故障的有效预测。应用 S.M.A.R.T 技术可以有效地防止并减少硬盘数据丢失， 而预先报警系统更能够让电脑用户及时掌握自己硬盘的性能和实际使用状况。 (2)数据卫士 西部数据(WD)公司的数据卫士能够在硬盘工作的空余时间里，每 8 个小时便自动执行硬盘扫描、检 测、修复盘片的各扇区等步骤。以上操作完全是自动运行，无需用户干预与控制，特别是对初级用户 与不懂硬盘维护的用户十分适用。 (3)DPS(

44、数据保护系统) 昆腾公司在推出火球 7 代硬盘以后，从 8 代开始的所有硬盘中，都内建了所谓的 DPS(数据保护系统) 系统模式。D PS 系统模式的工作原理是在其硬盘的前 3 0 0 MB 内，存放操作系统等重要信息，D PS 可在系统出现问题后的 9 0s 内自动检测恢复系统数据，如果不行，则启用随硬盘附送的 D PS 软盘， 进入程序后 D PS 系统模式会自动分析造成故障的原因，尽量保证用户硬盘上的数据不受损失。 (4)MaxSafe 技术 M a x S a fe 技术是迈拓公司在其金钻 2 代以后普遍采用的技术。M a x S a fe 技术的核心就是将附加的 E CC 校验位保存

45、在硬盘上，使硬盘在读写过程中，每一步都要经过严格的校验，以此来保证硬 盘数据的完整性。 4.其他综合技术方面 (1)PRML(Partial Response Maximum Likelihood，硬盘最大相似性技术) 读取技术 利用 PRML 读取技术可以使单位硬盘盘片存储更大量的信息。在增加硬盘容量的同时，还可以有效 地提高硬盘数据的读取和传输率。 (2)Ultra DSP(超级数字信号处理器 )技术及接口技术 应用 Ultra DSP 进行数学运算，其速度较一般 CPU 快 10 50 倍。采用 Ultra DSP 技术，单个的 DSP 芯片可以同时提供处理器及驱动接口的双重功能，以减少

46、其他电子元件的使用，可大幅度地提高硬盘 的速度和可靠性。 接口技术可以极大地提高硬盘的最大外部传输率，最大的益处在于，可以把数据从硬盘直接传输 到主内存而不占用更多的 CPU 资源，提高系统性能。Maxtor 公司2000 年最新的钻石 9 代和金钻 4 代都 采用了双 DSP 芯片技术，将硬盘的系统性能提升到极致。 (3)3D Defense System(3D 保护系统) 3D Defense System 是美国希捷公司独有的一种硬盘保护技术。3D Defense System 中主要包括了 Drive Defense(磁盘保护)、Data Defense(数据保护)及 Diagnost

47、ic Defense(诊断保护 )等 3 个方面 的内容。 Drive Defense(磁盘保护)。这里面又包括：G-Force 保护，可帮助希捷硬盘承受业界内最高的非 工作状态下的震动 ，即在 2ms 内震动力即使达到 350G，也不会使硬盘损坏;SeaShield 保护，提供 ESD 及安全处理，特别是对 PCBA(Printed Circuit Board Assembly，印刷电路集成板);SeaShell 保护， 这是一种可以替换原有 ESD(Elestro-Static Discharge)的硬盘工具包，通过这一保护系统可为硬盘 提供更多的保护。 Data Defense(数据保护

48、)。这里面又包括了希捷独创的 Multidrive 系统(SAMS)。所谓 S A MS 就是 通过减小硬盘的旋转振动来最大程度地减少对硬盘的损坏;ECC(Error Correction Code，错误检正代 码)，即为高性能硬盘提供 on-the-fly 检正，还有就是对数据恢复提供最大限度 Firmware(固件)检正， 因此可以正确完整地进行读、恢复数据;Safe Saring，当硬盘断电及重新来电后，利用 Safe Saring 技术可以确保硬盘磁头回到同样的扇区，保证数据不丢失;End-to-End Path Protection，确保数据 在主机与磁盘之间传输的完整性。 Diag

49、nostic Defense(诊断保护)。这里面也包括了 SeaTools 诊断工具软件，可以帮助用户诊 断系统是否存在问题，以及诊断错误是否由其他硬件及软件产生。另外，SeaTools 还可以在 ATA 及 SCSI 产品中工作，可以应用于所有老旧的希捷硬盘;增强型的 S.M.A.R.T 功能，可以在硬盘发生错误与问题 之前作为预测并向用户发出警告 ;Web-Based Tools(基于 Web 的工具)，允许用户标识及解决一些非硬 盘相关错误，如病毒等，也可以检正文件系统，解决硬件冲突以避免不必要的硬盘返修;D L D (D r i ve Logging Diagnostics)捕获不可恢复性数据错误，实质上就是交互性的诊断工作。 四、硬盘的工作模式 从主板的支持度来看，目前硬盘的工作模式主要有 3 种:NORMAL 、LBA 和 LARGE 模式。 NORMAL 即我们平时讲的普通模式，也是最早的 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 1 0 24，最大磁头数为 16，最大扇区数为 63，每扇区字节数为 5 1 2 K