外存储器维修.docx

1、全国信息技术人才培养工程指定培训教材硬件工程师职业教育系列教程外 存 储 器 维 修信 息 产 业 部 电 子 教 育 中 心 组 编刘桂松 主 编电子科技大学出版社图 书 在 版 编 目 （ CIP） 数 据外存储器维修 / 刘桂松主编成都：电子科技大学出版社，2005.8（硬件工程师职业教育系列教程）ISBN 7-81094-934-9I. 外 II. 刘 III. 电子计 算机 外存储器维修教材 IV .TP333.207中国版本图书馆 CIP 数据核字（2005 ）第 099723 号内 容 简 介本书是“全国信息技术人才培养工程硬件工程师职业教育项目”的配套教材。 本册针对计算机维修

2、人员学习外存储器技术的特点和要求，系统、全面地介绍了外存储器的系统结构、工作原理和检测外存储器故障的方法。 全书共分 7 章， 内容 包括外存储器概述、 磁性存储原理、 硬盘存储器、 软件数据恢复、光存储器、外存储器接口、维修思路和维修方法。本教程强调基本概念和实际应用相结合， 注重基础理论和实操练习， 可以作为外存储器维修人员和在校 生的基础教材，也可以作为外存储器维修人员的参考书和自学资料。全国信息技术人才培养工程指定培训教材 硬件工程师职业教育系列教程 外存储器维修信息产业部电子教育中心 组 编刘桂松 主 编出 版 电子科技大学出版社（成都市建设北路二段四号，邮编：610054）责任编辑

3、 周 岚发 行 电子科技大学出版社印 刷 成都蜀通印务有限责任公司开 版 印 书 定本 次 次 号 价7871092 1/16 印张 14.25 字数 306 千字2005 年 9 月第一版2005 年 9 月第一次印刷 ISBN 7-81094-934-9/TP48228.00 元 版权所有 侵权必究 邮购本书请与本社发行科联系。电话：(028)83201495 邮编：610054 。 本书如有缺页、破损、装订错误，请寄回印刷厂调换。全 国 信 息 技 术 人 才 培 养 工 程 教 材 编 委 会主 任：王耀光（信息产业部人事司 副司长）副主任：柳纯录（中国电子信息产业发展研究院 总工程师

4、） 华平澜（中国软件行业协会 副会长）委 员： （以姓氏笔画为序）张 刚（天津大学信息学院 教授）陈 平（西安电子科技大学软件学院 教授） 沈林兴（信息产业部电子教育中心 高级工程师） 柏家球（天津大学信息学院 教授）杨 成（河北大学计算机学院 副教授） 张长安（航天科工集团 研究员）张 宜（北京邮电设计院 高级工程师） 袁 方（河北大学计算机学院 副教授） 曹文君（上海复旦大学软件学院 教授） 温 涛（东软信息技术学院 教授）蒋建春 （中国科学院信息安全技术工程研究中心 博士） 焦金生（清华大学出版社 编审）程仁洪（南开大学 教授）通信地址：北京 4556 信箱教育中心Http:/www.c

5、eiaec.org前 言为开展实用、高效的计算机硬件职业教育，打造高素质、实用型复合人才，信息产业部 电子教育中心启动了 “硬件工程师职业教育项目” 。 该项目对象为具有一定的计算机硬件基础 知识、电子电路基础知识和英语基础，学历为中专或中专以上水平，立志于从事微型计算机 硬件产品的销售、维护或维修工作的学生和在职人员。本册针对维修人员和在校学生学习外存储器技术的特点和要求，系统、全面地介绍了外 存储器的系统结构、工作原理和外存储器故障的检测方法。全书共分 7 章 ， 主 要 内 容 包 括 ：（ 1） 外 存 储 器 的 基 本 结 构 、 工 作 原 理 、 技 术 参 数 和 相 关 的

6、 新 技 术 ；（ 2） 计 算 机 中 磁 盘 的 磁 性 存 储 原 理 、 数 据 编 码 和 应 用 ；（ 3） 硬 盘 存 储 器 的 工 作 原 理 、 内 部 结 构 、 主 要 的 电 子 电 路 ；（ 4） 硬 盘 软 件 系 统 中 的 MBR、 FAT、 DBR 的 存 储 结 构 和 利 用 工 具 软 件 对 硬 盘 数 据 进 行 恢复的方法；（ 5） 光 存 储 器 的 工 作 原 理 、 基 本 结 构 和 一 些 常 见 故 障 的 处 理 方 法 ；（ 6） 外 存 储 器 的 接 口 技 术 ；（ 7） 外 存 储 器 维 修 的 方 法 和 检 测 流

7、程 。 本书内容由浅入深、层次分明，文字以条目形式出现。逻辑上结构清晰、论理确切，便于自学。全书图文并茂，避免了术语晦涩难懂，它可以作为理工科电子类专业中职、高职专 科学生相应课程的基本教材，也可以作为计算机硬件销售人员和维护、维修人员的参考书和 自学教材。本书由李涛、王联峰参与编写，北京动力时代资讯有限公司提供技术支持，在此对于为 本书出版付出辛勤劳动的同志表示衷心感谢。由于编者水平有限，书中难免存在错误及不妥之处，敬请读者提出宝贵意见。编 者2005 年 3 月1序当今世界，随着信息技术在经济社会各领域应用的不断深化，信息技术对生产力乃至人 类文明发展的巨大推动作用越来越明显。 党的 “十

8、六大” 提出要 “坚持以信息化带动工业化， 以工业化促进信息化” ， “优先发展信息产业， 在经济和社会领域广泛应用信息技术” ， 明确了 我国经济发展的道路，赋予了信息产业新的历史使命。近年来，日新月异的信息技术呈现出 新的发展趋势，各类信息技术加快了相互融合和渗透的步伐，信息技术与其他技术的结合更 加紧密，信息技术应用的深度、广度和专业化程度不断提高。我国的信息产业作为国民经济的支柱产业正面临着有利的国际、国内形势，电子信息产 业的规模总量已进入世界大国行列。但是我们也清楚地认识到，与国际先进水平相比，我们 在产业结构、核心技术、管理水平、综合效益、普及程度等方面，还存在较大差距，缺乏创

9、新能力与核心竞争力， “大” 而不强。 国际、 国内形势的发展 ， 要求信息产业不仅要做大， 而 且要做强， 要从制造大国向制造强国转变， 这是信息产业今后的重点工作。 要实现这一转变， 人才是基础。 机遇难得， 人才更难得， 要抓住本世纪头 20 年 的重要战略机遇期， 加快信息行业的发展， 关键在于培养和使用好人才资源。 中共中央、 国务院关于进一步加强人才工作的 决 定 指 出 ， 人 才 问 题 是 关 系 党 和 国 家 事 业 发 展 的 关 键 问 题 ， 人 才 资 源 已 成 为 最 重 要 的 战 略 资源，人才在综合国力竞争中越来越具有决定性意义。为抓住机遇，迎接挑战，实

10、施人才强业战略，信息产业部启动了“全国信息技术人才培 养工程” 。 该 项工程旨在通过政府政策的引导， 充分发挥全行业和全社会教育培训资源的作用， 建立规范的信息技术教育培训体系、科学的培训课程体系、严谨的信息技术人才评测服务体 系，培养造就大批行业急需的、结构合理的高素质信息技术应用型人才，以促进信息产业持 续、快速、协调、健康发展。2由各方专家依据信息产业对技术人才素质与能力的需求，在充分吸取国内外先进信息技 术培训课程优点的基础上， 信息产业部电子教育中心精心组织编写了信息技术系列培训教材。 这些教材注重提升信息技术人才分析问题和解决问题的能力，对各层次信息技术人才的培养 工作具有现实的

11、指导意义。我谨向参与本系列教材规划、组织、编写的同志们致以诚挚的感 谢，并希望该系列教材在全国信息技术人才培养工作中发挥有益的作用。1目 录第 1 章 外 存 储 器 概 述 11.1 硬 盘 系 统 .21.1.1 硬盘的分类 31.1.2 硬盘性能的技术指标 81.1.3 硬盘的其他技术 121.1.4 RAID 系统介绍 .141.2 光 盘 驱 动 器 系 统 .151.2.1 各种类型的光盘驱动器 151.2.2 光盘驱动器的主要性能指标 221.2.3 光盘驱动器的最新技术 261.3 移 动 存 储 系 统 .291.3.1 移动存储设备类别 291.3.2 移动存储的最新技术

12、33第 2 章 磁 性 存 储 342.1 磁 性 存 储 原 理 .352.1.1 磁性存储数据技术 362.1.2 磁头技术 392.1.3 磁头滑动触头 452.1.4 数据编码 452.2 磁 性 存 储 的 概 念 .492.2.1 容量 502硬件工程师职业教育系列教程 主板维修2.2.2 磁面、磁道、柱面及扇区 53第 3 章 硬 盘 存 储 器 563.1 硬 盘 的 结 构 和 工 作 原 理 .573.1.1 硬盘的结构 573.1.2 硬盘的基本工作原理 623.2 硬 盘 驱 动 器 的 基 本 部 件 .623.2.1 硬盘的基本部件 633.3 硬 盘 电 子 电

13、路 .763.3.1 硬盘电子电路的组成 773.3.2 硬盘电子电路 78第 4 章 软 件 数 据 恢 复 924.1 硬 盘 数 据 存 储 原 理 和 存 储 方 式 .934.1.1 硬盘数据存储原理 934.1.2 硬盘数据的存储方式 954.1.3 硬盘的物理扇区与逻辑扇区 964.1.4 簇及簇大小的确定 974.1.5 硬盘物理地址和逻辑地址的转换 984.2 硬 盘 的 数 据 结 构 .994.2.1 FAT 文件的组织结构 1004.2.2 FAT16 与 FAT32 文件系统结构的主要区别 1234.2.3 NTFS 文件系统 .1274.3 数 据 恢 复 .132

14、4.3.1 硬盘数据结构的保存与恢复 1324.3.2 数据恢复实例 139第 5 章 光 存 储 器 1455.1 CD-ROM 驱动器 1465.2 DVD-ROM 1545.3 CD-R/RW 驱动器 .1601目 录第 6 章 外 存 储 器 接 口 1656.1 外 存 储 器 接 口 概 述 .1666.2 IDE 接 口 1706.3 SCSI 接 口 技 术 184第 7 章 维 修 方 法 与 检 测 流 程 2017.1 外 存 储 器 故 障 .2027.2 外 存 储 器 维 修 方 法 .2077.2.1 硬盘和光驱的维修方法 2087.2.2 硬盘盘体的维修环境和维

15、修工具 2127.3 外 存 储 器 检 测 流 程 .213主要参考文献 21610第 1 章 外 存 储 器 概 述概 述本章主要介绍了计算机外存储器的分类和技术指标，包括对外存储器最新技术的介绍。 通过本章的学习，维修人员对外存储器将有一个清晰的认识。学习目标 掌握硬盘和光盘驱动器的技术指标 掌握 SCSI 系统的类型和技术指标 熟悉移动硬盘、U 盘和各种闪存卡的适用范围本章重点 硬盘、光驱和可移动设备的技术指标本章难点 硬盘、光驱和可移动设备的技术指标外存储器维修硬件工程师职业教育系列教程2计算机的存储器由两部分组成，即内存储器和外存储器。内存储器最突出的特点是存取 速度快，但是容量小

16、、价格高；外存储器的特点是容量大、价格低，但是存取速度慢。内存 储器用于存放那些立即要用的程序和数据，外存储器用于存放暂时不用的程序和数据，内存 储器和外存储器之间常常频繁地交换信息， 外存储器也属于输入/ 输出设备， 它只能与内存储 器交换信息，不能被计算机系统的其他部件直接访问。计算机的外存储器一般有硬盘、移动 硬盘、光驱和可擦写电子硬盘（U 盘）等，下面分别进行介绍。1.1 硬 盘 系 统概 述本节讲述了硬盘的发展史和硬盘的分类，并对每类硬盘的技术指标及性能进行详细的介 绍。通过本节的学习，维修人员能对硬盘及其技术指标有一个清晰的认识。学习目标 能够通过接口区分硬盘的类型 掌握硬盘的性能

17、指标及其定义 熟悉 RAID 系统的定义和各种标准本节重点 影响硬盘性能的技术指标本节难点 影响硬盘性能的技术指标1956 年 9 月， IBM 推出了世界上第一个称为 IBM 350 RAMAC（Ra ndom Access Method of Accounting and Control） 的 硬 盘 。 这 个 容 量 仅 5MB 的 铁 疙 瘩 共 使 用 了 50 个直径为 24 英寸的 磁 盘 ， 这 些 盘 片 （ Platter） 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，其磁头可以直接移动到盘片上的

18、任何存储区域，从而成功地实现随机存储。尽管这 个硬盘的个头像一个大型的家用洗衣机，速度和容量也不尽人意，但在当时总比使用纸带记第 1 章 外存储器概述3录数据好得多。计算机技术发展到今天，硬盘的速度日趋提高，容量也日趋庞大。早期以 8088 为 CPU 的计算机年代，硬盘还不是组成个人电脑的必要设备，因为那时的应用软件，一张软盘就可 以把它们装下，即使没有硬盘，你的电脑也可以运用自如。在当时，如果你的计算机上拥有 一个 10MB 的 硬 盘 ， 就 已 经 觉 得 非 常 高 档 了 。 然 而 ， 时 光 飞 逝 ， 一 转 眼 到 了 奔 腾 年 代 ， 什 么 都以奔腾的速度发展。操作系

19、统从 DOS 奔到了 Windows 9X / Me / 2000 / XP， 日 渐 华 丽 的 外 表和强大的功能使其身躯日益庞大。时至今日，装一个 Windows 98 就 要 占 去 二 三 百 兆 字 节 硬 盘 空 间 ， 其 他 应 用 软 件 诸 如 Photoshop、 Office 或 游 戏 软 件 少 则 占 去 你 几 十 兆 、 几 百 兆 字 节 的硬盘空间， 硬盘小于 2GB 就常常有捉襟见肘的感觉了。 从以前的几十兆到几百兆字节， 到 现在以 GB 甚至数十 GB 作 单 位 ， 可 见 高 速 度 和 大 容 量 的 硬 盘 是 发 展 的 必 然 趋 势

20、。1.1.1 硬盘的分类硬盘的英文全称是 Hard Disk，直译为“坚固的磁盘” ，从外 形看颇似一个四四方方的金 属盒子，底层控制电路裸板裸露，尾部是和计算机主机板连接的信息接口、电源接口和设置 性的跳线， 盒子内部密封了硬质合金片 （主要是铝， 也有用玻璃材料的） 、 磁头、 磁头臂、 磁 头臂服务定位系统等部件。硬盘的大小有 5.25 英寸、3.5 英 寸 、 2.5 英 寸 和 1.8 英 寸 （ 后 两 种 常用于笔记本计算机及部分袖珍精密仪器中）几种，现在台式机中常用 3.5 英 寸 的 盘 片 。按 硬 盘 与 计 算 机 之 间 的 数 据 接 口 可 分 为 两 大 类 ，

21、 IDE 接口和 SCSI 接口。如图 1-1 所 示 ， 上为 SCSI 接口硬盘，下为 IDE 接口硬盘。图 1-1 硬盘接口外存储器维修硬件工程师职业教育系列教程41 IDE 硬盘IDE（ Integrated Drive Electronics） 的 本 意 实 际 上 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（A dvanced Technology Attachment） 接口。 现 在 PC 机使用的硬盘大多数都是和 IDE 兼容的， 只需用一根电缆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

22、成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠 性得到了增强，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，硬盘制造 起来变得更容易；对用户而言，安装起来也更为方便。以下是 IDE 硬盘标准的发展情况：（ 1） ATA 1（ IDE）ATA1 是最 早的 IDE 标准的正式名称。 ATA1 在主板上有一个插口， 支持一个主设备 和一个从设备， 每个设备的最大容量为 504MB， 数据传输率只有 3.3MB/s。 从 ATA1 到 ATA4 的 各 种 硬 盘 都 使 用 40 针的数据线。（2）A TA2（ EIDE/Fast ATA）这是 ATA 1 的 扩 展 ，

23、 它 增 加 了 2 种 PIO（ 并 行 输 入 /输 出 ） 和 2 种 DMA（ 存 储 器 直 接 存取）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 固有的 504MB 的限 制， 支持最高可达 8.1GB 的硬盘， 其 两个插口分别可以连接一个主 设备和一个从设备，从而可以支持四个设备，两个插口也分为主插口和从插口。（ 3） ATA 3（ Fast ATA 2）这个版本支持 PIO4， 没有增加更高速度的工作模式 （即仍为 16.7MB/s） ， 但引入了简 单的密码保护的安全方案，对电源管理方案进行了修改，引入了 S

24、.M.A.R.T 技术。（4）A TA4（ Ultra ATA、Ultra DMA、Ultra DMA/33）这个标准将 PIO 4 下 的 最 大 数 据 传 输 率 提 高 了 一 倍 ， 达 到 33MB/s。 它 还 在 总 线 占 用 上 引入了新的技术，使用 PCI 总线的 DMA 通道减少了 CPU 的处理负荷。（ 5） ATA 5（ Ultra DMA/66、 Ultra DMA/100）这是目前主流的并行 ATA 硬盘标准 ， 最大数据传输率提高到了 100MB/s， 性能比前几代 有极大的改善。符合 ATA 5 的硬盘按照盘片主轴转速分为 5400 转和 7200 转两种。

25、尽管 ATA 接口拥有价格低廉、 兼容性好的优点， 但它的缺点同样很明显， 主要有以下几 点：1） ATA 的 速 度 较 慢 ， 对 接 口 电 缆 的 长 度 限 制 严 格 ， 也 无 法 外 接 使 用 。2）由于 ATA 为并行传输标准，只要其中 1bit 信号出错，整字节都必须重新传输。在 ATA 3 之 前 ， 这 个 问 题 并 不 突 出 ， 因 为 当 时 ATA 接 口 的 工 作 频 率 较 低 ， 数 据 传 输 速 度不快，干扰也就不明显。第 1 章 外存储器概述5在 ATA 4 之后，硬盘接口的数据传输速度急剧升高，总线频率也成倍提高，加上并行 的排线缆紧紧相连，

26、外部电磁干扰和内部线缆间的干扰现象愈来愈严重，数据传输出错概率 也随之成倍提高，而频频重传必然令传输速度难以加快。在 ATA5 之后引入的 80 针排线，它 在一定程度上缓解了该问题（如图 1-2 所示） ，但 是 当 接 口 速 率 提 升 到 100MB/s 之 后 ， 信 号 干 扰 问 题 又 开 始 变 得 严 重 ， 这 也 是 133MB/s 的 Ultra DMA/133 得不到支 持的主要原因。 到这个阶段， 并行模式的 ATA 已没有任何发展前途， 进入串行 ATA 的时代是大势所趋。图 1-2 80 针排线（6）串行 ATA 从 诞 生 到 现 在 ， IDE 硬盘的接口

27、速率自最初的 3.3MB/s 提高到目前的 133MB/s， 巨 大 进 步 毋 庸 置 疑 。 但 这 种 速 度 提 升 并 不 能 称 为 是 革 命 性 的 进 步 ， 因 为 无 论 第 一 代的 ATA1 ， 还是末代的 ATA 133， IDE 硬盘都是采用并行传输模式。 这是因为并行模式 一 次可以传输多个字节的数据，在当时速度远远超过一次只能传输 1bit 数据的串行技术。但随着工作频率的提升，并行总线信号间的相互干扰越来越令人难以忍受，在 ATA 5 时代引入的 80 针 数 据 线 虽 然 在 某 种 程 度 上 缓 解 了 这 个 问 题 ， 但 却 无 法 根 除 。

28、 当 ATA 总线接 口速率达到 100MB/s 和 133MB/s 的时 候， 同样的矛盾再次出现。 继续在并行技术基础上作改 进显然无法解决问题。在 IDE 存储 领域， 接口规 范的更替将牺牲数量在两亿以上的并行 IDE 设 备的向下兼容性 ， 因此行业规范制订者不得不慎之又慎。然而尽管这样，在接口速率势必成为瓶颈的严峻形势 下，串行通信技术终于再次浮出水面。和早期不同的是，虽然这种新型的串行通信技术一次 仍然只能传输 1bit 数 据 ， 但 它 的 工 作 频 率 却 远 远 超 过 当 前 主 板 上 的 串 口 （ 串 行 Port） 等 低 速 的通信设备。当前的数字信号传输规

29、范领域，串行技术取代传统并行技术的确已经成为了一种趋势， USB 2.0、 IEEE1394、 Hyper Transport 以及 MuTIOL 等高速总线在设计时都全部或部分地采 用了基于串行通信技术的原理，由于几乎不存在信号干扰的问题，因此这种设计构想可以保 证高频率下的稳定工作，从而获得远超过并行技术的高速度，而高频率、串行模式也就成为 现代高速总线的共同特征，新发展起来的串行 ATA 也是如此。新的串行 ATA 技术， 是英特尔公司发布的将于下一代外设产品中采用的接口类型， 正如 其名所示，它以连续串行的方式传送数据，在同一时间点内只会有 1 位数据传输。这种做法 不仅能减小接口的针

30、脚数目，只用四个针就完成了所有的工作（第 1 针发出、第 2 针接收、 第 3 针供 电 、 第 4 针地 线） ， 而且可 以降低电力消耗， 减小电磁串扰。 串行 ATA 1x 标准的产外存储器维修硬件工程师职业教育系列教程6品能提供 150MB/s 的 数 据 传 输 率 ， 如 图 1-3 所 示 为 串 行 ATA 标志。 无论是 80 针 还是 40 针的 并行 ATA 数据线， 它们都采用共同的40 针 接 口 ， 其 中 真 正 用 来 传 输 数 据 的 只 有 16 根 针 脚 ， 剩 下 的 为 信 号接地和控制针，工作原理十分复杂。串行 ATA 的工作原理非常简单， 它是

31、采用连续串行的方式来实 现数据传输的。 串行 ATA 先把 8bit 的 数据打包， 然 后采用比 ATA 100 高 出 多 倍 的 频 率 （ 150MHz） 将 这 个 数 据 包 传 送 至 主 机 或 从 主 机 中 接收， 这样串 行 ATA 便能 够获得 150MHz8bit/8=150MB/s 高速 率。图 1-3 串行 ATA 标志单向串行模式让接口线路变得非常简单，只要三组线缆就能完成所有的工作：1） 第 一 组 线 路 完 成 数 据 发 送 。2） 第 二 组 线 路 完 成 数 据 接 收 。3） 第 三 组 线 路 为 地 线 。串行 ATA 使用先进的 LVDS（

32、 低 电 压 微 分 驱 动 ） 信 号 传 输 模 式 ， 采 用 7 针接头的专用线 缆。除了高性能，串行 ATA 在数据可靠性方面也有了大幅提高。1）串行 ATA 可同时对指令及数据封包进行循环冗余码校验，能够检测出 99.998%可 能 出现的错误，再加上串行 ATA 接口的稳定性高，数据出错概率远低于并行 ATA， 而 高 工 作 频率又让数据重传输的速度很快，这样性能就不会打折扣，因此接口稳定性极高。2） 相 比 之 下 ， 传 统 的 并 行 ATA 只能对来回传输的数据进行校验，而无法对指令进行校 验，加之高频率下干扰甚大，因此数据传输稳定性很差。所谓的 133MB/s、 10

33、0MB/s 其实都 是理论上的说法，实际使用中根本达不到这个速度。在工作模式方面，串行 ATA 与并行 ATA 也存在很大差异。1） 早 在 ATA 1 时 代 ， 并 行 ATA 就 引 入 了 主 /从 模 式 （ Master/Slave） 来 解 决 单 通 道 双 硬 盘的问题。2）串行 ATA 取 消 了 这 种 做 法 ， 取 而 代 之 的 是 点 对 点 （ Peer-to-Peer） 传 输 协 议 ， 每 个 硬 盘都独占一个通道与主机通信。 从主机来看， 所有串行 ATA 硬盘的地位都是对等的， 这样各 硬盘的接口性能都能够得到充分保证，不仅为用户节省了麻烦的跳线工作，

34、系统也变得更易 于管理。2 SCSI 系统介绍SCSI 即 Small Computer System Interface（ 小 型 计 算 机 系 统 接 口 ） 最 早 研 制 于 1979 年 ， 原 是 为 小 型 机 研 制 出 的 一 种 接 口 技 术 ， 但 随 着 计 算 机 技 术 的 发 展 ， 被 完 全 移 植 到 了 普 通 PC 机上。SCSI 是 一 种 高 速 的 并 行 接 口 ， 用 来 连 接 计 算 机 的 各 式 外 围 设 备 ， 如 硬 盘 、 扫 描 仪 、 光 驱 等。一片 SCSI 适配卡可连接 7 15 个存储装置（个人计算机上的 IDE

35、 接口最多只能连接 4第 1 章 外存储器概述7个） ， SCSI 可执行多任务的存取 （I DE 不具多任务） ， 效率高又稳定， 所以服务器及高档计算 机都是使用 SCSI 作为硬盘的接口。现在的 SCSI 可以划分为 SCSI1 和 SCSI2 （SCSI Wide 与 SCSI Wide Fast） 。 最新的为 SCSI 3， SCSI 2 是目前最流行的 SCSI 版本。（ 1） SCSI 的优点SCSI 广 泛 应 用 于 如 硬 盘 、 光 驱 、 ZIP、 MO、 扫 描 仪 、 磁 带 机 、 JAZ、 打 印 机 、 光 盘 刻 录 机 等 设 备 上 。 SCSI 优点

36、非常多，主要表现为以下几点：1）适应面广SCSI 适配卡所连接的设备可以超过 15 个，而所有这些设备只占用一个 IRQ， 这 就 可 以 避免 IDE 最大外挂 4 个 外 设 的 限 制 。2）多任务SCSI 允许对一个设备传输数据的同时， 另一个设备对其进行数据查找。 这在多任务操作 系统如 Linux、 Windows NT 中获得更高的性能，而 IDE 设备同时只能执行一项任务。3）宽带宽在理论上， 最快的 SCSI 总线有 320MB/s 的带宽， 意味着硬盘传输率最高将达 320MB/s， 远远超过现在并行 ATA 硬盘 133MB/s 的最高传输率。4）少 CPU 占用率与 I

37、DE 设 备 不 同 ， SCSI 设备拥有完全独立的控制器。由 SCSI 控制芯片负责 SCSI 设 备 的管理和控制工作，这样就极大地减轻了 CPU 在数据传输控制上的负担。（ 2） SCSI 的发展阶段1） SCSI 1最早 SCSI 是于 1979 年 由 美 国 的 Shugart 公 司 （ Seagate 即 希 捷 公 司 的 前 身 ） 制 订 的 ， 并于 1986 年获 得了 ANS（ I 美国国家标准协会） 承认 的 SAS（ I Shugart Associates System Interface，译为施加特联合系统接口） ，这就是 现在的 SCSI1，它的特 点是

38、支持同步和异步 SCSI 外围 设备，支持 7 台 8 位 的 外 围 设 备 ， 最 大 数 据 传 输 率 为 5MB/s。2） SCSI 21992 年 ， SCSI 发展到了 SCSI 2， 当 时 的 SCSI 2 产 品 （ 统 称 为 Fast SCSI） 通 过 提 高 同 步 传 输 的 频 率 使 数 据 传 输 率 提 高 到 了 10MB/s，原本为 8 位 的 并 行 数 据 传 输 称 为 Narrow SCSI， 后 来 出 现 了 16 位 并 行 数 据 传 输 的 Wide SCSI， 将 其 数 据 传 输 率 提 高 到 了 20MB/s 。3） SCS

39、I 31995 年推出 了 SCSI3， 俗称 Ultra SCSI， 全称为 SCSI3 Fast20 Parallel Interface（数 据传输率为 20MB/s） ，它 将同步传输时钟频率提高到 20MHz 以提高数 据传输的技术，因此 使用 16 位传 输的 Wide 模 式时 ， 数据传输率即可达到 40MB/s。 SCSI3 允许接口电缆的最大 长度为 1.5m。外存储器维修硬件工程师职业教育系列教程84） Ultra2 SCSI1997 年推出 了 Ultra2 SCSI（F ast40 ） ，采用了 LVD（Low Voltage Differential，译为 低 电

40、平 微 分 ） 传 输 模 式 ， 16 位的 Ultra2 SCSI（ LVD） 接 口 的 最 高 传 输 率 可 达 80MB/s， 允 许 接 口电缆的最大长度为 12m， 大 大 增 加 了 设 备 的 灵 活 性 。5） Ultra160 SCSI1998 年 9 月 更 高 数 据 传 输 率 的 Ultra160 SCSI（ Wide 下的 Fast 80） 规 格 正 式 公 布 ， 其 最高数据传输率为 160MB/s， 给 计 算 机 带 来 更 高 的 系 统 性 能 。1.1.2 硬盘性能的技术指标无论为系统购买硬盘作出最佳抉择，还是为了正确理解各种硬盘之间的差异，都

41、需要全 面了解硬盘的各种特性，本节讨论在评估驱动器时应注意的一些要素，包括可靠性、性能、 价格、容量和工作模式。1可靠性购买任何产品首先考虑的就是产品的可靠性，针对硬盘的可靠性主要有以下两个参数：（ 1） 连 续 无 故 障 时 间 连续无故障时间 （MTBF ） 是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间 ， 单位是小时 （h） ，一般硬盘的 MTBF 至 少 在 30 000h 以 上 。 这 项 指 标 在 一 般 的 产 品 广 告 或 常 见 的 技 术 特 性 表 中 并不提供，需要时可上网到具体生产该款硬盘的公司网站中查询。（2）S.M.A.R.T 技术S.M.A.R.T 技 术 的

42、 英 文 全 称 是 Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology， 中 文 意 思是自动监测分析报告技术。这项技术指标可以监测和分析硬盘的工作状态和性能，并将其 显示出来。用户可以随时了解硬盘的运行状况，遇到紧急情况时，可以采取适当措施，确保 硬盘中的数据不受损失。采用这种技术以后，硬盘的可靠性得到了很大的提高。2性能硬盘驱动器考虑的一个重点因素是驱动器的性能。驱动器性能的范围较广，速度是驱动 器相对性能的一个最好指标，用来衡量磁盘驱动器速度的指标有以下几个参数：（ 1） 平 均 寻 道 时 间平 均 寻 道 时 间 （ Average

43、Seek Time） 指 磁 头 移 动 到 正 中 间 的 磁 道 需 要 的 时 间 。 平 均 寻 道 时间越少性能越高，现在硬盘一般平均寻道时间在 9ms 以下。（ 2） 外 部 数 据 传 输 率第 1 章 外存储器概述9外部数据传输率也称为突发数据传输率，它是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。在硬盘 特性表中常以数据接口速率代替， 单 位为 MB/s。 目前主流的硬盘已经全部采用 Ultra DMA/100 技术，外部数据传输率可达 100MB/s。（ 3） 最 大 内 部 数 据 传 输 率最大内部数据传输率也叫持续数据传输率（Sustained Da ta Transfer Rat

44、e） ，单位为 Mb/s。 它是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片线密度（指 同一磁道上的数据容量） 。 这项指标常常使用 Mb/s 或 Mbps 为 单位， 这是兆位/秒的意思， 如 果需要转换成 MB/s（兆 字节 /秒） ， 就 必须将 Mbps 数据除以 8（一字节 8 位 数） ， 例如， 某硬 盘给出的最大内部数据传输率为 131Mbps， 但 如 果 按 MB/s 计 算 就 只 有 16.37MB/s。（ 4） 平 均 访 问 时 间 平 均 访 问 时 间 指 磁 头 找 到 指 定 数 据 的 平 均 时 间 ， 单 位 为 毫 秒 （ ms

45、） 。 通 常 是 平 均 寻 道 时间和平均潜伏时间之和， 硬盘广告中说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时间来代替的。 平 均 潜 伏 时 间 （ Average Latency Time） 是 指 相 应 数 据 所 在 的 扇 区 转 到 磁 头 下 的 时 间 ， 一般在 1 6ms 之间。（ 5） 等 待 时 间 等待时间是影响磁盘读/写性能的一个因素。 减小等待时间， 提高对数据或文件的访问速度，只有通过提高驱动器盘片的旋转速度才能达到。表 1-1 列 出 了 驱 动 器 不 同 旋 转 速 度 下 等 待时间的数值。表 1-1 硬盘旋转速度和等待时间转 速 /rmin1 转 速

46、 /rs1 等 待 时 间 /ms3600 60 8.334200 70 7.145400 90 5.567200 120 4.1710 000 167 3.0015 000 250 2.00目 前 ， 大 多 数 驱 动 器 的 旋 转 速 度 是 7200 转 /分 ， 等 待 时 间 为 4.17 毫 秒 ； 还 有 一 些 驱 动 器是 10 000 转 /分 甚 至 15 000 转 /分 ， 等 待 时 间 是 3 毫秒或 2 毫 秒 。 提 高 盘 片 的 旋 转 速 度 ， 不 但 加快了访问数据的速度，也增加了磁头到达期望的扇区后传输数据的速度。（ 6） 缓 存 程 序 和

47、缓 存 控 制 器外存储器维修硬件工程师职业教育系列教程10磁 盘 缓 存 程 序 ， 如 SMARTDRV（ DOS 中 ） 或 VCACHE（ Windows 9X、 Windows NT 和 Windows 2000 中 ） 对 磁 盘 驱 动 器 性 能 有 重 大 影 响 。 这 些 缓 存 程 序 通 过 异 常 分 支 进 入 BIOS 硬 盘中断，并且从应用程序和设备驱动程序中截取对磁盘 BIOS 的读/ 写调用。当一个应用程序要从一个硬盘读取数据时，缓存程序截取读请求，以通常的途径将其传 递到硬盘驱动器控制器， 从盘上读出的数据存储在缓存中缓冲， 然后将数据返回到应用程序。

48、根据缓存的大小，可有多个扇区的数据被读入并存储在此缓存。当应用程序要读取更多的数据时，缓存程序再次截取读取并检查其缓存中是否有请求的 数据存在。如果有，立即将数据从缓存送回到应用程序，无需硬盘驱动器操作。因为数据存 储在内存中，这种方法极大地提高了访问速度，能对驱动器性能产生重大影响。现在， 大多数控制器都用了内置硬件缓存或高速缓存， 不用截取或使用任何 BIOS 中断。 驱动器改为在硬件缓存数据，这时常用性能测试软件是不可见的，制造商最初在控制器中配 置了磁道读前缓存， 以满足 1 1 交叉 性能的要求。 现在采用在控制器中增加这些读前缓存的 容量，另外通过使用高速缓存替代简单的缓存以提高智

49、能化。许多 ATA 和 SCSI 驱动器将高速缓存直接做在驱动器的板载控制器中， 多数新的 ATA 驱 动器有 521KB 2MB 的 内 置 高 速 缓 存 ， 一 些 SCSI 驱动器更达到了 16MB 内 置 高 速 缓 存 。 640KB 对一个计算机系统而言曾经是很大的内存容量，而今，很小的 3.5 英寸硬盘驱动器的 内置高速缓存可能就已经超过了 16MB。 这 些 集 成 的 高 速 缓 存 是 许 多 ATA（ IDE） 和 SCSI 驱 动器性能好的部分原因。（ 7） 交 叉 选 择 低级格式化硬盘时必须设定扇区 “交叉因子” （间隔因子） 值。 交叉因子是指低级格式化后，第一个扇区和第二个扇区相隔多少个物理扇区块。低级格式化划分出来的扇区不一定是 连续的， 而是交错排列的。 只有交叉因子1 时 才是连续的， 交叉因子2 时， 第 1 号扇区和 第 2 号扇区中间间隔有一个扇区，交叉因子3 时，第 1 号和第 2 号扇区中间间隔着两个扇 区 ， 如 此 类 推 。 交 叉 因 子 值 对 硬 盘 读 /写 速 度 有 很 大 影 响 ， 应 与 硬 盘 转 速 、 CPU 速 度 、