Ⅰ 電腦硬碟的結構，參數和結構
硬碟概述
硬碟是電腦主要的存儲媒介之一，由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成。這些碟片外覆蓋有鐵磁性材料。絕大多數硬碟都是固定硬碟，被永久性地密封固定在硬碟驅動器中。
硬碟發展
從第一塊硬碟RAMAC的問世到現在單碟容量高達15GB多的硬碟，硬碟也經歷了幾代的發展，以下是其發展歷史。
1.1956年9月，IBM的一個工程小組向世界展示了第一台磁碟存儲系統IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），其磁頭可以直接移動到碟片上的任何一塊存儲區域，從而成功地實現了隨機存儲，這套系統的總容量只有5MB，共使用了50個直徑為24英寸的磁碟，這些碟片表面塗有一層磁性物質，它們被疊起來固定在一起，繞著同一個軸旋轉。此款RAMAC當時主要應用於飛機預約、自動銀行、醫學診斷及太空領域。
2.1968年IBM公司首次提出「溫徹斯特/Winchester」技術，探討對硬碟技術做重大改造的可能性。「溫徹斯特」技術的精隋是：「密封、固定並高速旋轉的鍍磁碟片，磁頭沿碟片徑向移動，磁頭懸浮在高速轉動的碟片上方，而不與碟片直接接觸」，這也是現代絕大多數硬碟的原型。
3.1973年IBM公司製造出第一台採用「溫徹期特」技術的硬碟，從此硬碟技術的發展有了正確的結構基礎。它的容量為60MB，轉速略低於3000RPM，採用4張14英寸碟片，存儲密度為每平方英寸1.7MB。
4.1979年，IBM再次發明了薄膜磁頭，為進一步減小硬碟體積、增大容量、提高讀寫速度提供了可能。
5.80年代末期IBM發明的MR（Magneto Resistive)磁阻是對硬碟技術發展的又一項重大貢獻，這種磁頭在讀取數據時對信號變化相當敏感，使得碟片的存儲密度比以往每英寸20MB提高了數十倍。
6.1991年IBM生產的3.5英寸的硬碟使用了MR磁頭，使硬碟的容量首次達到了1GB，從此硬碟容量開始進入了GB數量級。
7.1999年9月7日，Maxtor宣布了首塊單碟容量高達10.2GB的ATA硬碟，從而把硬碟的容量引入了一個新的里程碑。
8.2000年2月23日，希捷發布了轉速高達15，000RPM的Cheetah X15系列硬碟，其平均尋道時間僅3.9ms，它也是到目前為止轉速最高的硬碟；其性能相當於閱讀一整部Shakespeare只花.15秒。此系列產品的內部數據傳輸率高達48MB/s，數據緩存為4~16MB，支持Ultra160/m SCSI及Fibre Channel(光纖通道) ，這將硬碟外部數據傳輸率提高到了160MB~200MB/s。總得來說，希捷的此款（"捷豹"）Cheetah X15系列將硬碟的性能提升到了一個全新的高度。
9.2000年3月16日，硬碟領域又有新突破，第一款「玻璃硬碟」問世，這就是IBM推出的Deskstar 75GXP及Deskstar 40GV，此兩款硬碟均使用玻璃取代傳統的鋁作為碟片材料，這能為硬碟帶來更大的平滑性及更高的堅固性。另外玻璃材料在高轉速時具有更高的穩定性。此外Deskstar 75GXP系列產品的最高容量達75GB，這是目前最大容量的硬碟，而Deskstar 40GV的數據存儲密度則高達14.3 十億數據位/每平方英寸，這再次刷新數據存儲密度世界記錄。
10.以下是近年來關於硬碟價格的趣味數字
1995年 200MB～400MB 大於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
硬碟介面
IDE，俗稱PATA並口
SATA（Serial ATA）介面，它作為一種新型硬碟介面技術於2000年初由intel公司率先提出。雖然與傳統並行ata存儲設備相比，sata硬碟有著無可比擬的優勢。而磁碟系統的真正串列化是先從主板方面開始的，早在串列硬碟正式投放市場以前，主板的sata介面就已經就緒了。但在intel ich5、sis964以及via vt8237這些真正支持sata的南橋晶元出現以前，主板的sata介面是通過第三方晶元實現的。這些晶元主要是siliconimage的sil 3112和promise的pdc20375及pdc20376，它們基於pci匯流排，部分產品還做成專門的pci raid控制卡。
SATA2，希捷在SATA的基礎上加入NCQ本地命令陣列技術，並提高了磁碟速率。
SCSI，希捷在伺服器上使用的介面，可以熱插拔
SAS（Serial ATA SCSI）希捷在高端伺服器上的介面。
硬碟品牌
希捷旗下的酷魚Barracuda、邁拓金鑽Maxtor Diamond
是硬碟的最佳選擇，性能最穩定，技術最領先，速率最快，價格略高
西部數據，旗下的魚子醬
是節能的選擇，性能中規中矩，價格便宜
日立，原IBM硬碟部,價格便宜，但穩定性欠佳，且噪音大，建議不要選擇
三星，主要提供筆記本硬碟
硬碟保養
硬碟作為電腦各配件中非常耐用的設備之一，保養好的話一般可以用上個6～7年，下面給大家說一說怎樣正確保養硬碟。
硬碟的保養要分兩個方面，首先從硬體的角度看，特別是那些超級電腦DIY的玩家要注意以下問題。他們通常是不用機箱的，把電腦都擺在桌面一方面有利於散熱，一方面便於拆卸方便，而這樣損壞硬體的幾率大大提高，特別是硬碟，因為當硬碟開始工作時，一般都處於高速旋轉之中，放在桌面上沒有固定，不穩定是最容易導致磁頭與碟片猛烈磨擦而損壞硬碟。還有就是要防止電腦使用時溫度過高，過高的溫度不僅會影響硬碟的正常工作，還可能會導致硬碟受到損傷。
溫度過高將影響薄膜式磁頭的數據讀取靈敏度，會使晶體振盪器的時鍾主頻發生改變，還會造成硬碟電路元件失靈，磁介質也會因熱脹效應而造成記錄錯誤。
溫度過高不適宜，過低的溫度也會影響硬碟的工作。所以在空調房內也應注意不要把空調的溫度降得太多，這樣會產生水蒸氣，損毀硬碟。一般，室溫保持在20～25℃為宜。接下來我們談談使用過程中硬碟的問題。
很多朋友在使用電腦是都沒有養成好習慣，用完電腦，關機時還沒有等電腦完全關機就拔掉了電源，還有人在用完電腦時直接關上開關，硬碟此時還沒有復位，所以關機時一定要注意麵板上的硬碟指示燈是否還在閃爍，只有當硬碟指示燈停止閃爍、硬碟結束讀寫後方可關閉計算機的電源開關，養成用電腦的好習慣。
有的朋友十分注意硬碟的保養，但是由於操作不得當，也會對硬碟造成一定程度的傷害。
一些人看到報刊上講要定期整理硬碟上的信息，而他就沒有體會到定期二字，每天用完電腦後都整理一遍硬碟，認為這樣可以提高速度，但他不知這樣便加大了了硬碟的使用率，久而久之硬碟不但達不到效果，適得其反。
當然，如果您的硬碟長期不整理也是不行的，如果碎片積累了很多的話，那麼我們日後在訪問某個文件時，硬碟可能會需要花費很長的時間讀取該文件，不但訪問效率下降，而且還有可能損壞磁軌。我們經常遇到的問題還不止這些。
還有就是有些朋友復制文件的時候，總是一次復制好幾個文件，而換來的是硬碟的慘叫。要「定期」對硬碟進行殺毒，比如CIH會破壞硬碟的分區表，導致你的寶貴「財富」丟失。不要使用系統工具中的硬碟壓縮技術，現在的硬碟非常大了，沒有必要去節省那點硬碟空間，何況這樣帶來的是硬碟的讀寫數據大大地減慢了，同時也不知不覺影響了硬碟的壽命。
由此可見，養成良好的使用電腦的習慣是非常重要的，它會直接影響到電腦甚至硬碟的壽命。慢慢養成習慣，這樣才能保證您的電腦長時間為您效力。
硬碟的物理結構
1、磁頭
磁頭是硬碟中最昂貴的部件，也是硬碟技術中最重要和最關鍵的一環。傳統的磁頭是讀寫合一的電磁感應式磁頭，但是，硬碟的讀、寫卻是兩種截然不同的操作，為此，這種二合一磁頭在設計時必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性，從而造成了硬碟設計上的局限。而MR磁頭（Magnetoresistive heads），即磁阻磁頭，採用的是分離式的磁頭結構：寫入磁頭仍採用傳統的磁感應磁頭（MR磁頭不能進行寫操作），讀取磁頭則採用新型的MR磁頭，即所謂的感應寫、磁阻讀。這樣，在設計時就可以針對兩者的不同特性分別進行優化，以得到最好的讀/寫性能。另外，MR磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應信號幅度，因而對信號變化相當敏感，讀取數據的准確性也相應提高。而且由於讀取的信號幅度與磁軌寬度無關，故磁軌可以做得很窄，從而提高了碟片密度，達到200MB/英寸2，而使用傳統的磁頭只能達到20MB/英寸2，這也是MR磁頭被廣泛應用的最主要原因。目前，MR磁頭已得到廣泛應用，而採用多層結構和磁阻效應更好的材料製作的GMR磁頭（Giant Magnetoresistive heads）也逐漸普及。
2、磁軌
當磁碟旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁碟表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁軌。這些磁軌用肉眼是根本看不到的，因為它們僅是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區，磁碟上的信息便是沿著這樣的軌道存放的。相鄰磁軌之間並不是緊挨著的，這是因為磁化單元相隔太近時磁性會相互產生影響，同時也為磁頭的讀寫帶來困難。一張1.44MB的3.5英寸軟盤，一面有80個磁軌，而硬碟上的磁軌密度則遠遠大於此值，通常一面有成千上萬個磁軌。
3、扇區
磁碟上的每個磁軌被等分為若干個弧段，這些弧段便是磁碟的扇區，每個扇區可以存放512個位元組的信息，磁碟驅動器在向磁碟讀取和寫入數據時，要以扇區為單位。1.44MB3.5英寸的軟盤，每個磁軌分為18個扇區。
4、柱面
硬碟通常由重疊的一組碟片構成，每個盤面都被劃分為數目相等的磁軌，並從外緣的「0」開始編號，具有相同編號的磁軌形成一個圓柱，稱之為磁碟的柱面。磁碟的柱面數與一個盤面上的磁軌數是相等的。由於每個盤面都有自己的磁頭，因此，盤面數等於總的磁頭數。所謂硬碟的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁頭）、Sector（扇區），只要知道了硬碟的CHS的數目，即可確定硬碟的容量，硬碟的容量=柱面數*磁頭數*扇區數*512B。
硬碟的邏輯結構
1. 硬碟參數釋疑
到目前為止, 人們常說的硬碟參數還是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)參數。那麼為什麼要使用這些參數，它們的意義是什麼?它們的取值范圍是什麼?
很久以前， 硬碟的容量還非常小的時候，人們採用與軟盤類似的結構生產硬碟。也就是硬碟碟片的每一條磁軌都具有相同的扇區數。由此產生了所謂的3D參數 (Disk Geometry). 既磁頭數(Heads)，柱面數(Cylinders)，扇區數(Sectors)，以及相應的定址方式。
其中：
磁頭數(Heads)表示硬碟總共有幾個磁頭,也就是有幾面碟片, 最大為 255 (用 8 個二進制位存儲)；
柱面數(Cylinders) 表示硬碟每一面碟片上有幾條磁軌,最大為 1023(用 10 個二進制位存儲)；
扇區數(Sectors) 表示每一條磁軌上有幾個扇區, 最大為 63(用 6個二進制位存儲)；
每個扇區一般是 512個位元組, 理論上講這不是必須的,但好像沒有取別的值的。
所以磁碟最大容量為：
255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 8024 GB ( 1M =1048576 Bytes )或硬碟廠商常用的單位：
255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8414 GB ( 1M =1000000 Bytes )
在 CHS 定址方式中，磁頭，柱面，扇區的取值范圍分別為 0到 Heads - 1。0 到 Cylinders - 1。 1 到 Sectors (注意是從 1 開始)。
2. 基本 Int 13H 調用簡介
BIOS Int 13H 調用是 BIOS提供的磁碟基本輸入輸出中斷調用，它可以完成磁碟(包括硬碟和軟盤)的復位，讀寫，校驗，定位，診，格式化等功能。它使用的就是 CHS 定址方式， 因此最大識能訪問 8 GB 左右的硬碟 (本文中如不作特殊說明，均以 1M = 1048576 位元組為單位)。
3. 現代硬碟結構簡介
在老式硬碟中，由於每個磁軌的扇區數相等，所以外道的記錄密度要遠低於內道， 因此會浪費很多磁碟空間 (與軟盤一樣)。為了解決這一問題，進一步提高硬碟容量，人們改用等密度結構生產硬碟。也就是說，外圈磁軌的扇區比內圈磁軌多，採用這種結構後，硬碟不再具有實際的3D參數，定址方式也改為線性定址，即以扇區為單位進行定址。
為了與使用3D定址的老軟體兼容 (如使用BIOSInt13H介面的軟體)， 在硬碟控制器內部安裝了一個地址翻譯器，由它負責將老式3D參數翻譯成新的線性參數。這也是為什麼現在硬碟的3D參數可以有多種選擇的原因(不同的工作模式，對應不同的3D參數， 如 LBA，LARGE，NORMAL)。
4. 擴展 Int 13H 簡介
雖然現代硬碟都已經採用了線性定址，但是由於基本 Int13H 的制約，使用 BIOS Int 13H 介面的程序， 如 DOS 等還只能訪問 8 G以內的硬碟空間。為了打破這一限制， Microsoft 等幾家公司制定了擴展 Int 13H 標准(Extended Int13H)，採用線性定址方式存取硬碟， 所以突破了 8 G的限制，而且還加入了對可拆卸介質 (如活動硬碟) 的支持。
硬碟的基本參數
一、容量
作為計算機系統的數據存儲器，容量是硬碟最主要的參數。
硬碟的容量以兆位元組（MB）或千兆位元組（GB）為單位，1GB=1024MB。但硬碟廠商在標稱硬碟容量時通常取1G=1000MB，因此我們在BIOS中或在格式化硬碟時看到的容量會比廠家的標稱值要小。
硬碟的容量指標還包括硬碟的單碟容量。所謂單碟容量是指硬碟單片碟片的容量，單碟容量越大，單位成本越低，平均訪問時間也越短。
對於用戶而言，硬碟的容量就象內存一樣，永遠只會嫌少不會嫌多。Windows操作系統帶給我們的除了更為簡便的操作外，還帶來了文件大小與數量的日益膨脹，一些應用程序動輒就要吃掉上百兆的硬碟空間，而且還有不斷增大的趨勢。因此，在購買硬碟時適當的超前是明智的。近兩年主流硬碟是80G，而160G以上的大容量硬碟亦已開始逐漸普及。
一般情況下硬碟容量越大，單位位元組的價格就越便宜，但是超出主流容量的硬碟略微例外。時至2007年12月初，1TB（1000GB）的希捷硬碟中關村報價是￥2550元，500G的硬碟大概是￥965元。
二、轉速
轉速(Rotational speed 或Spindle speed)是指硬碟碟片每分鍾轉動的圈數，單位為rpm。
早期IDE硬碟的轉速一般為5200rpm或5400rpm，曾經Seagate的「大灰熊」系列和Maxtor則達到了7200rpm，是IDE硬碟中轉速最快的。如今的硬碟都是7200rpm的轉速，而更高的則達到了10000rpm。
三、平均訪問時間
平均訪問時間(Average Access Time)是指磁頭從起始位置到達目標磁軌位置，並且從目標磁軌上找到要讀寫的數據扇區所需的時間。
平均訪問時間體現了硬碟的讀寫速度，它包括了硬碟的尋道時間和等待時間，即：平均訪問時間=平均尋道時間+平均等待時間。
硬碟的平均尋道時間(Average Seek Time)是指硬碟的磁頭移動到盤面指定磁軌所需的時間。這個時間當然越小越好，目前硬碟的平均尋道時間通常在8ms到12ms之間，而SCSI硬碟則應小於或等於8ms。
硬碟的等待時間，又叫潛伏期(Latency)，是指磁頭已處於要訪問的磁軌，等待所要訪問的扇區旋轉至磁頭下方的時間。平均等待時間為碟片旋轉一周所需的時間的一半，一般應在4ms以下。
四、傳輸速率
傳輸速率(Data Transfer Rate) 硬碟的數據傳輸率是指硬碟讀寫數據的速度，單位為兆位元組每秒（MB/s）。硬碟數據傳輸率又包括了內部數據傳輸率和…………………………
參考資料：http://ke..com/view/4480.htm