二元期权1分钟做单技术:硬盘物理结构

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。

磁道

垂直记录时磁颗粒状态表示

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。

磁盘表面涂有做为纪录使用的磁性介质，其在显微镜下呈现出来的便是一个个磁颗粒。微小的磁颗粒极性可以被磁头快速的改变，并且在改变之后可以稳定的保持，系统通过磁通量以及磁阻的变化来分辨二进制中的0或者1。也正是因为所有的操作均是在微观情况下进行，所以如果硬盘在高速运行的同时受到外力的震荡，将会有可能因为磁头拍击磁盘表面而造成不可挽回的数据损失。

除此之外，磁颗粒的单轴异向性和体积会明显的磁颗粒的热稳定性，而热稳定性的高低则决定了磁颗粒状态的稳定性，也就是决定了所储存数据的正确性和稳定性。但是，磁颗粒的单轴异向性和体积也不能一味地提高，它们受限于磁头能提供的写入场以及介质信噪比的限制。

进行记录时 磁颗粒状态表示

当磁颗粒的体积太小的时候，能影响其磁滞的因素就不仅仅是外部磁场了，些许的热量就会影响磁颗粒的磁滞（譬如室温下的热能），从而导致磁记录设备上的数据丢失，这种现象就是“超顺磁效应”。尽管各个厂商也在抗震、抗高温等方面做出了较大的努力，但是仍旧不能避免一些用户因为硬盘故障而造成的数据损失。

扇区

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 - 硬盘逻辑结构

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)；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 = 8024 GB ( 1M =1048576 Bytes )或硬盘厂商常用的单位：255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8414 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)。

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)。

现代硬盘结构简介

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 - 硬盘基本参数

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

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

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。

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。

硬盘 - 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。

磁头技术：磁阻磁头技术(Magneto Resistive Head)，是一种比较传统的硬盘磁头技术，完全基于磁电阻效应工作，电阻随磁场的变化而变化。其原理就是：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，进而提高数据传输速率。

巨型磁阻磁头(GMR)采用了巨型磁阻磁头技术的硬盘，其读、写工作分别由不同的磁头来完成，这种变化有效地提高硬盘的工作效率，并使增大磁道密度成为可能。

OAw(光学辅助温式技术)是未来磁头技术的发展方向，应用这种OAw技术，未来

的硬盘可以在l英寸面积内写入105000以上的磁道，单碟容量更是有望突破36GB。

防震技术；SPS防震保护系统，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1000g以上的意外冲击力；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。

数据保护技术：数据保护技术可以分为以下几种：

一是S.M.A.R.T技术，它是目前绝大多数硬盘已经普遍采用的通用安全技术，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；

二是数据卫士，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，其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；其次是DPS(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DPS(数据保护系统)系统模式。其工作原理是在其硬盘的前300MB内，存放操作系统等重要信息，DPS可在系统出现问题后的90s内自动检测恢复系统数据，如果不行，则启用随硬盘附送的DPS软盘，进入程序后DPS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；

三是MaxSafe技术，该技术的核心就是将附加的．ECC校验位保存在硬盘上，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。

其他综合技术方面：PRML(Partial Response Maximum Likelihood),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速率。

ultra DSP(超级数字信号处理器)技术及接口技术，该技术应用于Ultra DSP进行数学运算，其速度较一般CPU快lO～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。其接口技术极大地提高了硬盘的最大外部传输速率，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。

3D Defense System(3D保护系统)技术，该技术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Drive Defense(磁盘保护)、Data Defense(数据保护)及Diagnostic Defense(诊断保护)等3个方面的内容。 

硬盘 - 存储新娇

固态硬盘

1984年日本东芝公司就发明了闪存这种全新的存储介质，而英特尔则在1988年将闪存这种新技术包装成商品推向市场，在1989年以固态硬盘(Solid State Disk)的形式出现在我们面前。

在1989年固态硬盘刚刚出现时，1M大小的闪存换算下来的价格已经达到了3500美元，但是其性能却要远低于当时的普通硬盘产品，不过凭借其独有的低功耗、发热小、工作噪音低、稳定等特性却使得闪存硬盘在军用、航空以及医疗领域获得了长足的发展。而现在随着控制器以及闪存发展的不断成熟在一些特别的应用领域其性能已经接近甚至超过了普通硬盘。

现在消费级的固态硬盘产品已经实现了67MB/s的读取以及45MB/s写入速度，同时IOPS的速率也可以达到7000，这个差不多是普通硬盘产品的100倍，因此当固态硬盘解决了I/O的瓶颈问题之后其性能将会带来大幅度的提升。

SSD硬盘的分类

根据存储介质的不同，目前固态硬盘大致分为了两种，一种是基于闪存的SSD：采用FLASH芯片作为存储介质，这也是通常所说的SSD。它的外观可以被制作成多种模样，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、优盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，但是使用年限不高，适合于个人用户使用。 

另一种则为基于DRAM的SSD：采用DRAM作为存储介质，目前应用范围较窄。它仿效传统硬盘的设计、可被绝大部分操作系统的文件系统工具进行卷设置和管理，并提供工业标准的PCI和FC接口用于连接主机或者服务器。应用方式可分为SSD存储器和SSD存储器阵列两种。它是一种高性能的存储器，而且它的使用寿命很长，美中不足的它需要独立供电电源来保护数据安全。 

与传统硬盘相比，SSD固态硬盘在以下几点优点：

第一，数据存取速度快。根据相关媒体测试：在同样配置的笔记本电脑下，运行大型图像处理软件时能明显感觉到SSD固态硬盘无论在保存还是在打开文件都更快。当按下笔记本电脑的电源开关时，搭载SSD固态硬盘的笔记本从开机到出，现桌面一共只用了18秒，而搭载传统硬盘的笔记本总共用了31秒，差距还是相当大的。 

第二，经久耐用、防震抗摔。因为全部采用了闪存芯片，所以SSD固态硬盘内部不存在任何机械部件，这样即使在高速移动甚至伴随翻转倾斜的情况下也不会影响到正常使用，而且在笔记本电脑发生意外掉落或与硬物碰撞时能够将数据丢失的可能性降到最小。 

第三，SSD固态硬盘工作时非常安静，没有任何噪音产生。得益于无机械部件及闪存芯片发热量小、散热快等特点，SSD固态硬盘因为没有机械马达和风扇，工作时噪音值为0分贝。 

第四，SSD固态硬盘比常规1.8英寸硬盘重量轻20-30克，可千万别小看这些重量，在笔记本电脑、卫星定位仪等随身移动产品上，更小的重量有利于便携。此外，重量的减轻也使得笔记本搭载多块SSD固态硬盘成为可能。 

第五，SSD固态硬盘的可靠性更佳，写入错误缺陷已经得到了很好的解决。当前SSD硬盘产品每个扇区可以确保至少100,000次的擦写操作，这相当于普通硬盘的1,000,000小时的平均故障间隔时间(MTBF)，而这也意味着消费者在正常使用的情况下一块SSD硬盘可以保证10年的寿命。以三星的NAND型固态硬盘为例，它的平均故障间隔时间(MTBF)大概为100到200万小时，而一般的磁介质硬盘的MTBF大概为10～20万小时。由于没有活动的部件，故障的原因多是元件虚焊或者写操作时出现问题。 

总的来说，SSD固态硬盘的优点就是稳定、轻薄、存取速度快、发热量低、功耗低，刚刚是最适合笔记本的存储设备。

复合硬盘

HHD硬盘基本结构

又称混合硬盘，基本原理是将Flash芯片添加到硬盘上，借助于大容量闪存，可以大大缩短系统引导时间。与此同时，由于许多常用数据存储在闪存之中，在系统运行的大部分时间里，硬盘盘片可以处于停转状态，从而减少了不少的能耗，延长了电池使用时间。混合型硬盘性能上的突破，拓宽了硬盘的应用领域，也将重新划分存储产品的格局。除了笔记本电脑外，HHD还将在Tablet PC、刀片式服务器以及PVR(personal video recorder)等信息产品中获得应用。

HHD硬盘弥补了硬盘存取速度上的不足，容量远远高于闪存，而存储成本却比闪存低很多。 是SSD硬盘普及之前与传统硬盘之间的折中产物，目前它已经受到了包括希捷、富士通、西部数据、日立全球数据、三星、东芝这全球6大硬盘厂商的集体推崇，甚至成立了“混合硬盘联盟”。值得一提的是，这种HHD硬盘需要微软最新的Windows Vista操作系统的支持，它内嵌的Flash芯片可以通过Vista特有的ReadyDrive功能保存开机程序和常用程序的数据，使PC减少使用机械式硬盘的机会，进而节省PC运作时的电力消耗，同时提高存储性能。