泗阳霞飞中等专业学校 等待时间，硬盘会将读取的资料先存入缓冲区，等全部读完或缓冲区填满后再以接口速率快速向主机发送。这主要体现在三个方面：预取（Prefetch），实验表明在典型情况下，至少50%的读取操作是连续读取。预取功能简单地说就是硬盘“私自”扩大读取范围，在缓冲区向主机发送指定扇区数据（即磁头已经读完指定扇区）之后，磁头接着读取相邻的若干个扇区数据并送入缓冲区，如果后面的读操作正好指向已预取的相邻扇区，即从缓冲区中读取而不用磁头再寻址，提高了访问速度。写缓存（Write Cache），通常情况下在写入操作时，也是先将数据写入缓冲区再发送到磁头，等磁头写入完毕后再报告主机写入完毕，主机才开始处理下一任务。具备写缓存的硬盘则在数据写入缓区后即向主机报告写入完毕，让主机提前“解放”处理其它事务（剩下的磁头写入操作主机不用等待），提高了整体效率。为了进一步提高效能，现在的厂商基本都应用了分段式缓存技术（Multiple Segment Cache），将缓冲区划分成多个小块，存储不同的写入数据，而不必为小数据浪费整个缓冲区空间，同时还可以等所有段写满后统一写入，性能更好。读缓存（Read Cache），将读取过的数据暂时保存在缓冲区中，如果主机再次需要时可直接从缓冲区提供，加快速度。读缓存同样也可以利用分段技术，存储多个互不相干的数据块，缓存多个已读数据，进一步提高缓存命中率。 7、 噪音与温度（Noise & Temperature） 这两个属于非性能指标。对于噪音，以前厂商们并不在意，但从2000年开始，出于市场的需要（比如OEM厂商希望生产更安静的电脑以增加卖点）厂商通过各种手段来降低硬盘的工作噪音，ATA-5规范第三版也加入了自动声学（噪音）管理子集（AAM，Automatic Acoustic Management），因此目前的所有新硬盘都支持AAM功能。硬盘的噪音主要来源于主轴马达与音圈马达，降噪也是从这两点入手（盘片的增多也会增加噪音，但这没有办法）。除了AAM外，厂商的努力在上文的厂商介绍中已经讲到，在此就不多说了。至于热量，其实每个厂商都有自己的标准，并声称硬盘的表现是他们预料之中的，完全在安全范围之内，没有问题。这一点倒的是不用担心，不过关键在于硬盘是机箱中的一个组成部分，它的高热会提高机箱的整体温度，也许硬盘本身没事，但可能周围的配件却经受不了，别的不说，如果是两个高热的硬盘安装得很紧密，那么它还能承受近乎于双倍的热量吗？所以硬盘的热量仍需厂商们注意。 四、常见硬盘接口及标准术语 为了全面了解如此众多的硬盘接口技术，我们有必要对其主要关键术语进行详细介绍，特别是与前两种常见的硬盘接口标准有关的。在这些关键术语是：IDE、ATA、Ultra ATA、Ultra DMA、SCSI、Ultra SCSI。下面根据这些关键术语对以上两种主要的硬盘接口类型进行具体介绍。 1、IDE IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。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，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它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。 在这里要先说明白一点的就是，这里所说的IDE，既是宏观意义上的硬盘接口类型，也是微观意义上的硬盘接口标准。之所以说它是宏观意义上的一种硬盘接口类型，是因为时至今日这一接口技术仍在不断地发展，并且仍是PC机中硬盘接口中的绝对主流，原因当然是其性能也在得到不断发展，其性能也相当不错，此类接口的硬盘价格也相对其它接口的要便宜许多。后面要介绍的各类ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA硬盘- 31 -
泗阳霞飞中等专业学校 都属于IDE接口类型。说它是微观意义上的硬盘接口标准，是指如果细分，它仅代表第一代的IDE标准，因为随后其接口技术得到了飞速发展，引入了许多新技术，使这一IDE接口标准得到了质的飞跃，通常不再以IDE标称，而是以诸如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等标注。如图 5-4所示。 2、 ATA ATA的英文全称为“Advanced Technology Attachment”，中文名称“高级技术附加装置”。ATA接口标准最初是在1986年由CDC、康柏和西部数据3家公司共同开发的。第一代的ATA标准称之为“ATA-1”。ATA-1只支持PIO－0和PIO-1、PIO-2模式，其数据传输速度只有可怜的3.3MB/S，使用40芯电缆，硬盘大小也为5英寸（而不是现在普遍的3.5英寸），容量为40MB（根据其技术标准，其硬盘容量限制在504MB之内）。ATA接口是从80年代末期开始逐渐取代了其它老式接口，随着它自身的发展，“ATA”也就成了“IDE”的代名词。目前最新的ATA 133标准中硬盘数据传输速率可达到133.7MB/s。要识别硬盘属于哪种ATA接口版本，只需看硬盘正面右上面的所印标注，如图5-5所示，的就是Ultra ATA/100标准硬盘上的标注。 在ATA接口标准的整个发展过程中，到目前为止可以划分为7个不同的版本，也就是从ATA-1（IDE）、ATA-2（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）、ATA-3（FastATA-2）、…，一直到现在ATA-7（ATA 133）。第一代的ATA标准，即ATA-1，也就是前面介绍过的IDE标准，在此就不再另外介绍了。 ⑴. ATA－2：也就是我们常说的EIDE（Enhanced IDE）或Fast ATA，它在ATA的基础上增加了2种PIO和2种DMA模式（PIO-3），不仅将硬盘的最高传输率提高到16.6MB/S，还同时引进LBA地址转换方式，突破了固有的504MB的限制，可以支持最高达8.4GB的硬盘。在支持ATA－2的电脑的BIOS设置中，一般可以见到LBA（Logical Block Address），和CHS（Cylinder，Head，Sector）的设置，同时在EIDE接口的主板一般有两个EIDE插口，它们也可以分别连接一个主设备和一个从设备，这样一块主板就可以支持四个EIDE设备，这两个EDIE接口一般称为IDE1和IDE2。 ⑵. ATA-3：ATA-3并没有提高IDE接口的工作速度，最高传输速度仍为16.6MB/S（支持PIO-3），但引入了密码保护机制，对电源管理方案进行了修改，引入了S.M.A.R.T（Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology，硬盘自监测、自分析和报告技术），这是一个划时代的重大改进。这一技术也在许多主板的BIOS中有所体现。 ⑶. ATA-4：这就是现在市面上仍比较常见的Ultra ATA/33，自这一版本开始，硬盘开始支持DMA（Direct Memory Access，直接内存存取）技术，所以又称之为“Ultra DMA/33”。DMA是I/O设备与主存储器之间由硬件组成的直接数据通道，用于高速I/O设备与主存储器之间的成组数据传送。硬盘控制器采用总线主控方式进行数据传输，它将PIO下的最大数据传输率提高了一倍，达到33MB/S，称之为PIO-4。微软的Windows98系统正式支持这一接口技术，不过有一些太老的主板可能不支持这一接口，所以并不一定安装了Windows 98以后的系统都支持DMA技术。注意，Windows95则不支持这一技术。 ⑷. ATA-5：这一版本就是市面上标注为“Ultra ATA/66”的硬盘。因为同样采用了DMA技术，所以通常在市面上又可看到名为“Ultra DMA66”的标注，其实都是一个意思。Ultra ATA/66不仅将接口通道的数据交换速度提高了一倍，同时也继承了上一代Ultra ATA/33的核心技术－冗余校验技术（CRC），该技术的设计方针是系统与硬盘在进行传输的过程中，随数据发送循环的冗余校验码，对方在收取的时候也对该校验码进行检验，只有在完全核对正确的情况下才接收并处理得到的数据，这对于高速传输数据的安全性有着极有力的保障。除此之外，ULTRA DMA66还有一个核心的技术就是将普通的40芯排线改成- 32 - 泗阳霞飞中等专业学校 80芯排线（自这以后的所有并行ATA标准都采用这一芯线标准），但该线仍然使用40针的接口，但传输线却增加了一倍。如图5-6所示的就是新的80芯数据线与传统的ATA 33及以前版本标准的40芯线对比图。 不过要注意，Windows98并不支持Ultra ATA/66这一新技术，所以当你在使用这种新型硬盘时，除使用DMA66专用数据线连接硬盘与主板外，还必须正确安装主板驱动程序，才能够识别出你的Ultra ATA/66硬盘，否则只能当作Ultra ATA/33硬盘来用。 ⑸. ATA-6：这就是市面上标注为Ultra ATA/100的硬盘接口标准，也是目前较新的一种硬盘接口标准。这一新标准主要是提高了硬盘数据的传输速率，从原来ATA-5标准中的66MB/S提高到新的100MB/S。 ⑹. ATA-7：这就是ATA系列中的最新版本Ultra ATA/133了，它的传输速率达到了133MB/S。但目前这一最新标准只有ATA 133标准的提出者迈拓公司（Maxtor）一家支持，并没有得到广大厂商的支持。 综合所有ATA标准的接口类型（其实就是IDE接口类型）硬盘可以看出它具有以下主要特点： 接口具有：价格低廉、兼容性非常好、性价比高等优点。但同时ATA接口也具有：数据传输速度慢、只能内置使用、对接口电缆的长度有很严格的限制等缺点。 3、SATA 很长一段时间以来，桌面PC硬盘都是采用PATA（并行，即ATA）接口的标准，通俗一点也可以称之为IDE接口。IDE接口经历过ATA、ATA33、ATA66、ATA100、ATA133等几种速度规格，后面的数字可以标明这种接口的传输速率，比如ATA100接口就可以达到100MB/s的速度。 不过随着硬盘速度增加，传统的PATA接口的缺陷也日益显露出来，其中最致命的莫过于并行线路信号干扰等问题。在ATA或者ATA33时代，此问题尚不明显。不过大家应该记得，从ATA33过渡到ATA66的时候，IDE接口的数据线突然从40颗增加为80颗，这就是因为信号频率过高的情况下，相邻数据线之间会产生干扰，从而导致数据到达时间不一致，甚至造成数据传输错误等。那多出的40颗线就是为了防止信号干扰而加入的地线。 基于上述问题，出现了新一代硬盘传输规范SATA（串行）接口，如图5-7所示，与并行传输接口相比，SATA拥有更多的技术优势。 ⑴. 高数据传输率 从已经确立的Serial ATA1.0规范便可看出，第一代Serial ATA的数据传输率为150MB/s，超过了Ultra ATA/133的133MB/s传输率。而在已经发布的Serial ATA2.0和Serial ATA3.0规范中将达到最高300MB/s及600MB/s的传输率，由此可以肯定，未来三年内，不管硬盘速度如何发展，SATA接口始终可以胜任数据传输的工作。 ⑵. 无需复杂设置 在使用并行硬盘的时候，大家不得不注意一个问题，那就是在一个主板IDE接口上同时安装两个设备的时候，就必须设置主/从（Master/Slave）选项，如果设置不对的话，有可能两个设备都无法正常工作，让人感觉很麻烦。但是SATA接口使用点对点传输协议，也就是说每个通信道都只能单独安装一个设备，并且独享带宽，这种工作模式在实际应用中更容易被管理。 ⑶. 支持热拔插功能 从SATA设计人员的初衷来看，这种接口是允许进行热拔插的。就好像我们现在用的移动硬盘一样，想不想以后自己的SATA硬盘也可以做到这点呢？虽然理论上具备这样的条件，不过现在SATA接口的相关外围软件和硬件，对热拔插功能支持得还不是很好，笔者曾经试验过几次，感觉有一些问题，看来大家还要多等一段时间了。 如图5-8所示为SATA数据线。 ⑷. 数据线可以更长 传统的PATA接口为40针结构，为了避免信号衰减或干扰问题，其线缆的- 33 - 泗阳霞飞中等专业学校 长度被限制在了45cm之内。而SATA数据线采用点对点传输，因此只需要两对线缆（4针）即可完成数据的传送和接收，另外的三颗为地线，这样SATA线缆共需要7pin就可以了，最长距离可以扩展到1米以上。 ⑸. 接口注重人性化 PATA数据接口为20针*2的结构，用户在区分数据线安装反正的时候，只能通过接口槽塑料卡扣。但SATA硬盘则采用了L形接口，如图5-9所示，根本不存在接反的可能。而且SATA接口在设计时充分考虑到热拔插的需求，三颗地线的长度要多 过其余四颗数据线，如图5-10所示，这样就不会因为热拔插时放电而损坏设备了。 ⑹. 唯一的问题 远在几个月以前，就曾经有用户指出，SATA接口线缆设计有先天缺陷，L形的接口不允许用户多次拔插，否则就会引发接触不良的问题。用户从安装SATA硬盘的过程中，确实感觉出其接口的牢固程度不如原来的PATA，因此在这里建议用户，最好不要过于频繁的拔插SATA设备。 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1英寸面积内写入105000以上的磁道，单碟容量更是有望突破40GB。 2、防震技术（SPS） 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。 3、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。 五、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。 1、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- 34 -
泗阳霞飞中等专业学校 六、硬盘的编号及生产厂商 1、IBM公司（现在改为日立其标志为HITACHI） IBM公司是现代硬盘工业的巨头，它在1956年创造了硬盘历史上的第一块硬盘（IBM 350 RAMAC）只有5M容量；1968年，IBM提出“温彻斯特”技术，并于1973年制造出第一块采用“温彻斯特”技术的硬盘，1991年生产出3.5英寸硬盘，并使硬盘容量突破1GB。IBM公司在硬盘领域方面被称为蓝色巨人，其产品质量以稳定著称。 IBM公司的硬盘其命名方式为： “产品名+系列代号+接口类型+盘片尺寸+转速+容量” 例：Deskstar 22GXP的20.5GB硬盘的型号为：DJNA-372050 D：代表Deskstar产品即桌面之星 JN：代表Deskstar 的25GP与22GXP系列（25或22表示本系列硬盘的最大容量为25G或22G，GP为5400转，GXP为7200转） ；TT：Deskstar 16GP或14GXP。 A：代表ATA接口（A：ATA；S与U为Ultra SCSI、Ultra SCSI Wide、Ultra SCSI SCA C：SCSI） 3：代表3.5英寸盘片 7：代表7200转 2050：代表20.5GB容量 2、Maxtor（迈拓）公司 这是一家进入中国市场较晚的硬盘厂商，但其实力不可小视。迈拓公司创建于1982年，总部设在美国加州，在购昆腾以后气势逼人，在群雄激斗的国内硬盘市场中占领一席之地，且市场份额也逐年增大。Maxtor公司连续推出钻石9代、10代和金钻4代、5代成为国内市场上的主流硬盘。 Maxtor公司的硬盘其命名方式为： “系列号+此系列硬盘最大容量+首位+容量+接口类型+磁头数” 例：金钻四代DiamondMax Plus40 53073U6 DiamondMax Plus：代表硬盘是金钻系列 40：代表此系列硬盘的最大容量为40GB 5：用于说明一段时间，最新的金钻系列硬盘都是5 3073：代表容量为30.7GB U：代表此硬盘的接口是Ultra DMA/66(D为Ultra DMA/33；A 为ATAUltra DMA/100) 6：代表此硬盘的磁头数 (注：金钻六代：DiamondMAX lous60；高能火球四代：Frieball PludAS；星钻二代：DiamondMax 536DX；新火球一代：DiamondMax D540X；美钻一代：DiamondMax 531DX；美钻一代：DiamondMax 541DX；) 3、Seagate（希捷）公司 美国希捷公司是世界上最大的磁盘驱动器的生产厂家。也是最早创造出业界第一款10000转硬盘（捷豹Cheetah系列SCSI）和最大容量硬盘（捷豹3代73GB）的先驱。 希捷的硬盘系列从低端到高端的产品名称分别为：U4系列、Medalist（金牌）系列、U8系列、Medalist Pro（金牌Pro）、Barracuda(酷鱼)系列。其中金牌Pro和酷鱼系列为7200r/min其它的产品为5400 r/min。 Seagate公司的硬盘其命名方式为： “首位+盘片尺寸+容量+盘片数+转速+接口类型” 例：Seagate酷鱼Ⅱ代IDE硬盘ST330630A为例 ST：首位，希捷公司硬盘均用ST开头 3：盘片尺寸为3.5英寸 306：容量为30.6GB 3：盘片数为3片 0：表示为7200V/M（0以外为5400r/min) A：接口类型 A为ATA UDMA/66或UDMA/100（AG为笔记本专用、W、N- 35 -