第2章 硬盤相關(guān)知識

2.1 硬盤基礎(chǔ)知識

硬盤（英文名稱Fixed disk或者Hard disk）是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最為常見的一種外存儲(chǔ)器，是集機(jī)、電、磁于一體的高精密存儲(chǔ)設(shè)備。

1956年9月，IBM公司推出了世界上第一個(gè)稱為IBM 350 RAMAC的硬盤。這個(gè)容量僅為5MB的硬盤共計(jì)使用了50個(gè)直徑為24英寸的盤片，這些盤片表面涂有一層磁性物質(zhì)，它們被疊放在一起，繞著同一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，其磁頭可以直接移動(dòng)到盤片上的任意一塊存儲(chǔ)區(qū)域，從而成功地實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)存儲(chǔ)。盡管這個(gè)硬盤的體積大得像一臺大型家用洗衣機(jī)，速度和容量都不盡如人意，但在當(dāng)時(shí)總比使用紙帶記錄數(shù)據(jù)好得多。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，硬盤驅(qū)動(dòng)器從控制技術(shù)、接口標(biāo)準(zhǔn)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面都有了一系列改進(jìn)。正是因?yàn)檫@一系列技術(shù)上的突破，使得我們今天終于用上了容量大、體積小、速度快、性能可靠、價(jià)格便宜的硬盤。

從尺寸上劃分，硬盤主要有：5.25英寸、3.5英寸、2.5英寸和1.8英寸等。外存儲(chǔ)器除硬盤外，還有移動(dòng)硬盤、U盤、各種存儲(chǔ)卡、VCD光盤、DVD光盤、固態(tài)硬盤等。

2.1.1 硬盤物理結(jié)構(gòu)與工作原理

一般來說，除固態(tài)硬盤外，無論哪種硬盤，都是由盤片、磁頭、盤片主軸、控制電機(jī)、磁頭控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、緩存等幾個(gè)部分組成。所有的盤片都固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，這個(gè)軸稱之為盤片主軸。而所有盤片之間是平行的，在每個(gè)盤片上面都有一個(gè)磁頭，磁頭與盤片之間的距離比頭發(fā)絲的直徑還小。所有的磁頭連接在一個(gè)磁頭控制器上，由磁頭控制器負(fù)責(zé)各個(gè)磁頭的移動(dòng)。磁頭沿盤片的半徑方向移動(dòng)，而盤片以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)甚至上萬轉(zhuǎn)的速度在高速旋轉(zhuǎn)，這樣磁頭就能對盤片上的指定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀/寫操作。由于硬盤是高精密設(shè)備，所以必須完全密封。

1．硬盤外部結(jié)構(gòu)

從外觀看，硬盤是一個(gè)長方體的金屬盒子。底層控制電路板裸露在腹部，尾部是與計(jì)算機(jī)主板相連接的數(shù)據(jù)接口、電源接口、主-從盤設(shè)置。硬盤的正面圖大致如圖2.1所示，而背面圖大致如圖2.2所示。

硬盤的主要廠商有：IBM公司、希捷（Seagate）、西部數(shù)據(jù)（Western Digital）、邁拓（Maxtor）、富士通（Fujitsu）和三星（Samsung）等等。在硬盤的正面貼有產(chǎn)品標(biāo)簽，產(chǎn)品標(biāo)簽上主要有廠商的信息和硬盤產(chǎn)品的基本信息，如：商標(biāo)、硬盤型號、序列號、生產(chǎn)日期、硬盤容量、硬盤主要參數(shù)和主-從盤設(shè)置方法等。不同硬盤廠商所標(biāo)識的硬盤信息方式不同，這些信息是用戶正確使用硬盤的基本依據(jù)。

硬盤主要部件的作用如下。

（1）電源接口：硬盤的電源接口由4根針組成，分別連接4條不同顏色的電源線；其中一條紅線連接+5V電壓，一條黃線連接+12V電壓，而另外兩根黑線為接地線。

（2）跳線：當(dāng)用戶要在一條數(shù)據(jù)線上連接兩個(gè)硬盤時(shí)，需要將一個(gè)硬盤跳線設(shè)置為“主盤”或者“從盤”，而將另外一個(gè)硬盤的跳線設(shè)置為“從盤”或者“主盤”；跳線的具體設(shè)置方法，請參照硬盤正面上的說明。

（3）接口：接口是硬盤和主板接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道。

（4）電容：硬盤存儲(chǔ)了大量的數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的安全，需要高質(zhì)量的電容使電壓穩(wěn)定。

（5）控制芯片：硬盤的控制芯片負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的交換和處理，是硬盤的主要核心部件之一，同型號的硬盤電路板可以相互替換。

2．硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)

硬盤內(nèi)部由固定面板、控制電路板、磁頭組件、盤片、主軸組件、電機(jī)、接口及其他附件組成。硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)大致如圖2.3所示。

硬盤內(nèi)部主要部件作用說明如下。

（1）磁頭：用來讀/寫數(shù)據(jù)，磁頭在啟動(dòng)或者停止的時(shí)候接觸硬盤盤片表面；在工作時(shí)，不接觸盤片表面，而是“懸浮”在距盤片表面約0.1~0.3μm的高度，處于高速飛行狀態(tài)；磁頭的編號從0開始，順序編號。

（2）盤片：是存放數(shù)據(jù)信息的載體，出廠的一些重要信息也存儲(chǔ)在盤片上。

（3）主軸組件：主軸組件主要包括主軸部件，如：軸承、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等。

（4）前置電路：前置電路控制磁頭的感應(yīng)信號、主軸電機(jī)調(diào)速、磁頭驅(qū)動(dòng)和伺服定位等。

其中：磁頭組件是構(gòu)成硬盤的核心部件，也是硬盤最精密的部件之一，主要包括磁頭、傳動(dòng)手臂、傳動(dòng)軸3個(gè)部分。磁頭組件如圖2.4所示。

3．硬盤讀/寫原理

系統(tǒng)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到硬盤盤片上，按柱面、磁頭、扇區(qū)的方式進(jìn)行寫操作，即從硬盤盤片0磁頭0柱面1號扇區(qū)開始，同一磁道寫操作完成后，接下來是同一柱面的下一個(gè)磁頭，以此類推，一個(gè)柱面存儲(chǔ)滿后就推進(jìn)到下一個(gè)柱面，直到把數(shù)據(jù)全部寫入硬盤盤片。系統(tǒng)也以相同的順序讀出數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)通過告訴控制器讀出扇區(qū)所在的柱面號、磁頭號和扇區(qū)號。控制器直接將磁頭部件步進(jìn)到相應(yīng)的柱面，選通相應(yīng)的磁頭，等待要求的扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下。在扇區(qū)到來時(shí)，控制器讀出每個(gè)扇區(qū)的頭標(biāo)，把這些頭標(biāo)中的地址信息與期待檢出的磁頭和柱面號作比較（即尋道），然后尋找要求的扇區(qū)號。待控制器找到該扇區(qū)頭標(biāo)時(shí)，根據(jù)其任務(wù)是寫扇區(qū)還是讀扇區(qū)，來決定是轉(zhuǎn)換寫電路，還是讀出數(shù)據(jù)和尾部記錄。找到扇區(qū)后，控制器必須在尋找下一個(gè)扇區(qū)之前對該扇區(qū)的信息進(jìn)行后處理。如果是讀數(shù)據(jù)，控制器計(jì)算出此數(shù)據(jù)的ECC碼，然后，把ECC碼與已記錄的ECC碼相比較。如果是寫數(shù)據(jù)，控制器計(jì)算出此數(shù)據(jù)的ECC碼，與數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)。在控制器對此扇區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理期間，盤片繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。

2.1.2 硬盤主要接口技術(shù)

硬盤接口是連接硬盤驅(qū)動(dòng)器和主機(jī)板的專用部件。目前，硬盤接口類型主要有6種，即IDE接口、SCSI接口、SATA接口、SAS接口、IEEE 1394接口和USB接口。

1．IDE接口

IDE（Integrated Drive Electronics）接口也稱ATA（Advanced Technology Attachment）接口，含義是“高級技術(shù)附加裝置”。IDE接口是目前最主流的硬盤接口之一。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，其變得更加成熟、廉價(jià)和穩(wěn)定。IDE接口使用一條40芯的扁平電纜將硬盤與主板連接起來，每條扁平電纜線最多可以連接兩個(gè)IDE接口的硬盤或光驅(qū)。所有IDE接口的硬盤都使用相同的40針連接器，其結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。

2．SCSI接口

SCSI（Small Computer System Interface）接口出現(xiàn)主要是因?yàn)槠溆脖P轉(zhuǎn)速慢、傳輸速率低。其實(shí)SCSI并不是專為硬盤設(shè)計(jì)，它實(shí)際上是一種總線型接口。由于獨(dú)立于系統(tǒng)總線工作，它的最大優(yōu)勢在于：系統(tǒng)占用率低、轉(zhuǎn)速快、傳輸率高。不足之處在于：價(jià)格高、安裝不方便，還需要設(shè)置及安裝驅(qū)動(dòng)程序，因此這種接口的硬盤大多用于服務(wù)器等。

SCSI接口的硬盤目前主要有：50芯、68芯和80芯3種，這3種SCSI接口結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。

隨著IDE技術(shù)的發(fā)展，如今IDE接口的硬盤在容量和速度上已與SCSI接口硬盤相差無幾。

3．SATA接口

串行ATA（Serial ATA，SATA）接口是一種完全不同于并行ATA的新型硬盤接口類型，由于采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)而得名。SATA總線使用嵌入式時(shí)鐘信號，具備了更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，與以往相比，其最大的區(qū)別在于能對傳輸指令進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會(huì)自動(dòng)矯正，這在很大程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴４薪涌谶€具有結(jié)構(gòu)簡單、支持熱插拔等優(yōu)點(diǎn)。SATA接口如圖2.7所示。

Serial ATA接線較傳統(tǒng)的并行ATA（Paralle ATA，PATA）接線要簡單得多，具有占用空間小、擴(kuò)充性強(qiáng)、可以外置等特點(diǎn)，目前許多臺式計(jì)算機(jī)都使用這種接口的硬盤。

4．SAS接口

SAS（Serial Attached SCSI）即串行連接SCSI，是新一代的SCSI技術(shù)，和現(xiàn)在流行的Serial ATA（SATA）硬盤相同，都是采用串行技術(shù)以獲得更高的傳輸速度，并通過縮短連接線以改善內(nèi)部空間等。SAS是并行SCSI接口之后開發(fā)出的全新接口。此接口的設(shè)計(jì)是為了改善存儲(chǔ)系統(tǒng)的效能、可用性和擴(kuò)充性，并且提供與SATA硬盤的兼容性。

5．IEEE 1394接口

IEEE 1394接口是為增強(qiáng)外部多媒體設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接性能而設(shè)計(jì)的高速串行總路線，傳輸速率可以達(dá)到400MB/s，利用IEEE 1394技術(shù)可以輕易地將計(jì)算機(jī)與攝像機(jī)、高速硬盤、音響設(shè)備等多媒體設(shè)備連接在一起。IEEE 1394接口的主要優(yōu)點(diǎn)是：即時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、支持熱插拔、驅(qū)動(dòng)程序安裝簡易、接口速度快等；缺點(diǎn)是：IEEE 1394硬盤需要價(jià)格昂貴的IEEE 1394硬盤適配器。

6．USB接口

通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）接口是于1994年底由Compaq、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提供的。USB接口不需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)，而且還支持熱插拔。在軟件方面，針對USB設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件支持自動(dòng)啟動(dòng)，無須用戶作更多的設(shè)置；同時(shí)，USB接口有自己的保留中斷，不會(huì)爭奪其他資源。

USB接口優(yōu)點(diǎn)是：價(jià)格低廉、連接簡單快捷、兼容性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、速度快等。缺點(diǎn)是：USB接口之間的通信效率低、連接電纜較短。

2.1.3 硬盤性能指標(biāo)

1．轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速是電機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)速度，也就是硬盤盤片在一分鐘內(nèi)所能完成的最大旋轉(zhuǎn)速度。轉(zhuǎn)速的快慢是標(biāo)識硬盤檔次的重要參數(shù)之一，它是決定硬盤內(nèi)部傳輸率的關(guān)鍵因素之一，在很大程度上直接影響到硬盤的速度。轉(zhuǎn)速越快，硬盤讀/寫數(shù)據(jù)的時(shí)間也就越短，相對硬盤的傳輸速度也就越快。轉(zhuǎn)速以每分鐘多少轉(zhuǎn)來表示，單位表示為RPM（Revolutions Per Minute，即轉(zhuǎn)/分鐘）。RPM值越大，內(nèi)部傳輸率就越快，訪問時(shí)間就越短，硬盤的整體性能也就越好。硬盤的主軸馬達(dá)帶動(dòng)盤片高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生浮力使磁頭飄浮在盤片上方。因此，轉(zhuǎn)速在很大程度上決定了硬盤的速度。

普通臺式計(jì)算機(jī)的硬盤轉(zhuǎn)速一般為5400RPM和7200RPM兩種，高轉(zhuǎn)速硬盤也是現(xiàn)在臺式機(jī)用戶的首選；而對于筆記本用戶則是以4200RPM、5400RPM為主，雖然已經(jīng)有公司發(fā)布了7200RPM的筆記本硬盤，但在市場中還較為少見；服務(wù)器用戶對硬盤性能要求最高，服務(wù)器中使用的SCSI硬盤轉(zhuǎn)速基本都采用10000RPM，甚至還有15000RPM的，性能要超出家用產(chǎn)品很多。

2．平均尋道時(shí)間

平均尋道時(shí)間（Average Seek Time）是了解硬盤性能至關(guān)重要的參數(shù)之一。它是指硬盤在接收到系統(tǒng)指令后，磁頭從開始移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在的磁道所花費(fèi)時(shí)間的平均值，它在一定程度上體現(xiàn)了硬盤讀取數(shù)據(jù)的能力，是影響硬盤內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率的重要參數(shù)，單位為毫秒（ms）。不同品牌、不同型號的產(chǎn)品其平均尋道時(shí)間也不一樣，這個(gè)時(shí)間越低，則產(chǎn)品越好，現(xiàn)今主流硬盤平均尋道時(shí)間都在9ms左右。

3．?dāng)?shù)據(jù)傳輸率

數(shù)據(jù)傳輸率是衡量硬盤速度的一個(gè)重要參數(shù)，它與硬盤的轉(zhuǎn)速、接口類型、系統(tǒng)總線類型有很大關(guān)系，它是指計(jì)算機(jī)從硬盤中準(zhǔn)確找到相應(yīng)數(shù)據(jù)并傳輸?shù)絻?nèi)存的速率，以每秒可傳輸多少兆字節(jié)（即MB/s）來衡量，IDE接口目前最高的是133MB/s，SATA已經(jīng)達(dá)到了150MB/s。

數(shù)據(jù)傳輸率分為外部傳輸率（External Transfer Rate）和內(nèi)部傳輸率（Internal Transfer Rate）兩種。外部傳輸率也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率（Burst Data Transfer Rate）或接口傳輸率，是指從硬盤的緩存中向外輸出數(shù)據(jù)的速度；而內(nèi)部傳輸率也稱為持續(xù)傳輸率（Sustained Transfer Rate），是指硬盤在盤片上讀/寫數(shù)據(jù)的速度。

由于硬盤的內(nèi)部傳輸率要小于外部傳輸率，所以內(nèi)部傳輸率的高低才是評價(jià)一個(gè)硬盤整體性能的決定性因素，只有內(nèi)部傳輸率才可以作為衡量硬盤性能的真正標(biāo)準(zhǔn)。一般來說，在硬盤的轉(zhuǎn)速相同時(shí)，單碟容量越大，則硬盤的內(nèi)部傳輸率越大；在單碟容量相同時(shí)，轉(zhuǎn)速高的硬盤內(nèi)部傳輸率也高；在轉(zhuǎn)速與單碟容量相差不多的情況下，新推出的硬盤由于處理技術(shù)先進(jìn)，所以它的內(nèi)部傳輸率也會(huì)較高。

4．緩存

緩存（Cache Memory）是硬盤控制器上的一塊內(nèi)存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內(nèi)部存儲(chǔ)和外界接口之間的緩沖器。由于硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外界介面?zhèn)鬏斔俣炔煌彺嬖谄渲衅鸬揭粋€(gè)緩沖作用。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤傳輸速度的重要因素，能夠顯著影響硬盤整體性能。當(dāng)硬盤存取零碎數(shù)據(jù)時(shí)需要不斷地在硬盤與內(nèi)存之間交換數(shù)據(jù)，可以將零碎數(shù)據(jù)暫存在緩存中，這樣不僅減小系統(tǒng)的負(fù)荷，同時(shí)也提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度。

5．平均潛伏期

平均潛伏期（Average Latency）指當(dāng)磁頭移動(dòng)到硬盤盤片數(shù)據(jù)所在的磁道后，然后等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到磁頭下的時(shí)間，單位為毫秒（ms）。平均潛伏期越小表示硬盤讀取數(shù)據(jù)的等待時(shí)間也就越短，硬盤數(shù)據(jù)傳輸率也就越快。

2.1.4 盤面、磁道、柱面與扇區(qū)

硬盤的讀/寫操作與扇區(qū)有著緊密關(guān)系。

1．盤面

硬盤盤片一般用鋁合金材料做基片，高速硬盤也可能用玻璃做基片。硬盤的每一個(gè)盤片都有兩個(gè)盤面，即上、下盤面，一般每個(gè)盤面都會(huì)利用，都可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；也有的硬盤只使用一個(gè)盤面。硬盤的每一個(gè)盤面有一個(gè)盤面號，按順序從上至下從“0”開始依次編號。由于每個(gè)盤面對應(yīng)一個(gè)讀/寫磁頭，所以有時(shí)候也將盤面號稱作磁頭號。

2．磁道

硬盤盤片在低級格式化時(shí)被劃分成許多同心圓，這些同心圓軌跡稱作磁道（Track）。磁道從外向內(nèi)從“0”開始順序編號。硬盤的每一個(gè)盤面大約有300~1024個(gè)磁道不等，新式大容量硬盤每面的磁道數(shù)更多。信息以脈沖串的形式記錄在這些軌跡中，這些同心圓不是連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，而是被劃分成一段段的圓弧，這些圓弧的角速度一樣。由于徑向長度不一樣，所以，線速度也不一樣，外圈的線速度較內(nèi)圈的線速度大，即同樣的轉(zhuǎn)速下，外圈在相同時(shí)間段里，劃過的圓弧長度要比內(nèi)圈劃過的圓弧長度大。每段圓弧叫作一個(gè)扇區(qū)，扇區(qū)從“1”開始編號，每個(gè)扇區(qū)中的數(shù)據(jù)作為一個(gè)單元同時(shí)讀出或?qū)懭搿Ｒ粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的3.5寸硬盤盤面通常有幾百到幾千條磁道。磁道是“看”不見的，只是盤面上以特殊形式磁化了的一些磁化區(qū)，在硬盤低級格式化時(shí)就已規(guī)劃完畢。

3．柱面

所有盤面上的同一磁道構(gòu)成一個(gè)圓柱，通常稱作柱面（Cylinder），每個(gè)圓柱上的磁頭由上而下從“0”開始編號。數(shù)據(jù)的讀/寫按柱面進(jìn)行，即磁頭讀/寫數(shù)據(jù)時(shí)首先在同一柱面內(nèi)從“0”磁頭開始進(jìn)行操作，依次向下在同一柱面的不同盤面即磁頭上進(jìn)行操作，同一柱面所有的磁頭全部讀/寫完畢后，磁頭才轉(zhuǎn)移到下一柱面，因?yàn)檫x取磁頭只需通過電子切換即可，而選取柱面則必須通過機(jī)械切換。電子切換相當(dāng)快，比在機(jī)械上磁頭向鄰近磁道移動(dòng)快得多，所以，數(shù)據(jù)的讀/寫按柱面進(jìn)行，而不按盤面進(jìn)行。也就是說，一個(gè)磁道寫滿數(shù)據(jù)后，就在同一柱面的下一個(gè)盤面來寫，一個(gè)柱面寫滿后，才移到下一個(gè)扇區(qū)開始寫數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)也按照這種方式進(jìn)行，這樣就提高了硬盤的讀/寫效率。

一塊硬盤驅(qū)動(dòng)器的圓柱數(shù)（或每個(gè)盤面的磁道數(shù)）既取決于每條磁道的寬窄，同樣也與磁頭的大小有關(guān)，也取決于定位機(jī)構(gòu)所決定的磁道間步距的大小。

4．扇區(qū)

硬盤上的數(shù)據(jù)以扇區(qū)為存儲(chǔ)單元，每個(gè)扇區(qū)的大小由低級格式化來確定，一般取值為512字節(jié)、1024字節(jié)、2048字節(jié)或者4096字節(jié)等等；通常一個(gè)扇區(qū)的大小為512字節(jié)（注：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)區(qū)的大小）。

一個(gè)扇區(qū)的結(jié)構(gòu)大致如圖2.8所示，從圖2.8可知，一個(gè)扇區(qū)主要由兩部分組成，即扇區(qū)頭標(biāo)和數(shù)據(jù)區(qū)。扇區(qū)頭標(biāo)由該扇區(qū)的物理位置和該扇區(qū)的狀態(tài)組成，扇區(qū)的物理位置包括扇區(qū)所在的磁頭號、柱面號和扇區(qū)號，而扇區(qū)的狀態(tài)也就是該扇區(qū)是否能夠可靠地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還是已發(fā)現(xiàn)某個(gè)故障因而不宜使用的標(biāo)記。有些硬盤控制器在扇區(qū)頭標(biāo)中還記錄有指示字，可在原扇區(qū)出錯(cuò)時(shí)指引盤片轉(zhuǎn)到替換扇區(qū)或磁道的位置；扇區(qū)頭標(biāo)以循環(huán)冗余校驗(yàn)值作為結(jié)束，以供控制器檢驗(yàn)扇區(qū)頭標(biāo)的讀出情況，確保準(zhǔn)確無誤。扇區(qū)的數(shù)據(jù)區(qū)也就是該扇區(qū)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的區(qū)域。

5．硬盤容量的計(jì)算方式

硬盤容量是以MB、GB和TB等為單位，早期的硬盤容量較小，一般以MB為單位，1956年9月IBM公司制造的世界上第一臺磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)容量只有5MB左右，經(jīng)過60多年的發(fā)展，目前幾百GB、TB容量的硬盤已不足為奇。隨著硬盤技術(shù)的不斷發(fā)展，容量更大、速度更快的硬盤將不斷推出。

依據(jù)計(jì)算機(jī)表示數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、數(shù)據(jù)的表示方式及計(jì)算機(jī)本身的運(yùn)算方式，硬盤的容量單位是以2的次方來表示，即以KB、MB、GB、TB、PB、EB、ZB、YB為單位，操作系統(tǒng)中，硬盤容量各種單位之間的換算關(guān)系如下：

1KB＝210B＝1024B

1MB＝210KB＝220B＝1048576B

1GB＝210MB＝220KB＝230B＝1073741824B

1TB＝210GB＝220MB＝230KB＝240B＝1099511627776B

1PB＝210TB＝220GB＝230MB＝240KB＝250B＝1125899906842624B

1EB＝210PB＝220TB＝230GB＝240MB＝250KB＝260B＝1152921504606846976B

1ZB＝210EB＝220PB＝230TB＝240GB＝250MB＝260KB＝270B＝1180591620717411303424B

1YB＝210ZB＝220EB＝230PB＝240TB＝250GB＝260MB＝270KB＝280B＝1028925819614629174706176B

在購買硬盤之后，細(xì)心的用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)：在操作系統(tǒng)中查看到的硬盤容量與廠商標(biāo)識的容量并不相符，廠商標(biāo)識的硬盤容量往往要多于用戶通過操作系統(tǒng)查看到的容量，硬盤容量越大，這個(gè)差異也就越大。這是因?yàn)橛脖P生產(chǎn)商對硬盤容量的計(jì)算方法與操作系統(tǒng)的計(jì)算方法不同。

例如：120GB的硬盤，硬盤生產(chǎn)商對硬盤容量計(jì)算的方法為

120GB＝120000MB＝120000000KB＝120000000000B（字節(jié)）

而操作系統(tǒng)對硬盤容量計(jì)算的方法為

120000000000B/1024＝117187500KB/1024＝114440.91796875MB≈114GB

即硬盤生產(chǎn)商標(biāo)識硬盤容量為120GB，而操作系統(tǒng)顯示的硬盤容量為114GB。同時(shí)在操作系統(tǒng)中，硬盤還必須分區(qū)和格式化，這樣系統(tǒng)還會(huì)在硬盤上占用一些空間，提供給系統(tǒng)文件使用，所以在操作系統(tǒng)中顯示的硬盤容量和廠商標(biāo)識的容量會(huì)存在差異。

2.1.5 硬盤尋址模式

通俗地說，就是主板BIOS通過什么方式來查找硬盤低級格式化劃分出來的扇區(qū)位置。不同硬盤的容量，有不同的尋址模式。目前硬盤的尋址模式主要有：CHS模式（即柱面、磁頭、扇區(qū)）或稱為Normal模式、LARGE模式和LBA模式，這3種尋址模式可在CMOS硬盤設(shè)置的MODE選項(xiàng)中選擇。

1．CHS尋址模式

CHS尋址模式將硬盤劃分為磁頭、柱面和扇區(qū)。知道了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的磁頭號、柱面號和扇區(qū)號，就可以確定數(shù)據(jù)在硬盤上的位置；早期的系統(tǒng)就是直接使用磁頭號、柱面號和扇區(qū)號來對硬盤進(jìn)行尋址（稱為CHS尋址），這就需要知道每個(gè)扇區(qū)的3個(gè)參數(shù)，存取硬盤數(shù)據(jù)時(shí)再分別讀取這3個(gè)參數(shù)，然后再送到硬盤控制器去執(zhí)行。

由于系統(tǒng)使用8位二進(jìn)制數(shù)來存儲(chǔ)磁頭號，使用10位二進(jìn)制數(shù)來存儲(chǔ)柱面號，使用6位二進(jìn)制數(shù)來存儲(chǔ)扇區(qū)號，而一個(gè)扇區(qū)一般為512字節(jié)。因此，使用CHS尋址一塊硬盤，最大容量＝256×1024×63×512B＝8064MB（注：1MB＝1048576B；如果按1MB＝1000000B來算就是8.4GB）。硬盤容量計(jì)算公式如式（2.1）：

2．LARGE尋址模式

LARGE模式把柱面數(shù)除以整數(shù)倍、磁頭數(shù)乘以整數(shù)倍而得到的邏輯磁頭/柱面/扇區(qū)參數(shù)進(jìn)行尋址，所以表示的已不再是硬盤中的物理位置，而是邏輯位置。目前使用LARGE尋址模式的硬盤已經(jīng)很少了。

3．LBA尋址模式

隨著硬盤技術(shù)的不斷發(fā)展，硬盤的容量也越來越大，CHS模式無法管理超過8064MB的硬盤。因此，工程師們發(fā)明了更加簡便的LBA（Logical Block Addressing）邏輯塊尋址模式。在LBA模式下，硬盤上的一個(gè)扇區(qū)由它所在的磁頭號、柱面號和扇區(qū)號來確定。LBA編址方式通過地址譯碼器將CHS三維尋址方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S的線性尋址方式，將硬盤所有物理扇區(qū)的CHS編號通過一定的規(guī)則轉(zhuǎn)變?yōu)槟骋痪€性的編號，系統(tǒng)效率得到大大提高，避免了繁瑣的磁頭號、柱面號、扇區(qū)號的尋址方式。在訪問硬盤時(shí)，由硬盤控制器再將這種邏輯地址轉(zhuǎn)換為實(shí)際硬盤的物理地址。硬盤不再有柱面、磁頭和扇區(qū)三維定義，而是將硬盤上的所有扇區(qū)依次從“0”開始連續(xù)編號，直到硬盤的最后一個(gè)扇區(qū)為止；即硬盤0磁頭、0柱面、1扇區(qū)為整個(gè)硬盤的0號扇區(qū)；硬盤0磁頭、0柱面、2扇區(qū)為整個(gè)硬盤的1號扇區(qū)；硬盤0磁頭、0柱面、3扇區(qū)為整個(gè)硬盤的2號扇區(qū)；以此類推。目前，大多數(shù)硬盤都是采用LBA模式來尋址，這種存取方式與硬盤分區(qū)表的LBA存儲(chǔ)方式相對應(yīng)。

2.1.6 硬盤故障

硬盤故障按是否存在物理損壞，將硬盤故障分為物理故障和邏輯故障兩大類。

1．硬盤物理故障

如果硬盤存在物理損壞，則稱為硬盤物理故障，常見的硬盤物理故障有以下5種：

（1）盤片劃傷。

（2）磁頭損壞。

（3）電機(jī)損壞。

（4）硬盤盤片上有壞磁道。

（5）電路板及其他元器件損壞。

硬盤存在物理故障的具體表現(xiàn)如下：

（1）加電后，讀外存儲(chǔ)器速度明顯變慢，有時(shí)無法讀取數(shù)據(jù)。

（2）加電后，在CMOS中不認(rèn)外存儲(chǔ)器，外存儲(chǔ)器伴有咔喳、咔喳聲。

（3）加電后，在CMOS中不認(rèn)外存儲(chǔ)器，外存儲(chǔ)器電機(jī)不轉(zhuǎn)。

（4）加電后，在CMOS中不認(rèn)外存儲(chǔ)器，無任何聲音。

2．硬盤邏輯故障

如果硬盤在物理上沒有任何故障，只是在邏輯上存在故障，這類故障稱為硬盤邏輯故障，常見的硬盤邏輯故障如下：

（1）MBR被破壞：MBR是硬盤的主引導(dǎo)扇區(qū)，位于硬盤的0磁道0柱面1扇區(qū)，存儲(chǔ)著硬盤的主引導(dǎo)記錄、磁盤簽名、分區(qū)表和有效標(biāo)志。如果MBR被破壞，計(jì)算機(jī)無法從該硬盤正常啟動(dòng)；在BIOS中雖然可以讀取硬盤的一些參數(shù)，但在操作系統(tǒng)下可能無法找到該硬盤所產(chǎn)生的邏輯盤。

（2）分區(qū)表丟失：計(jì)算機(jī)病毒、壞磁道、誤操作、誤用一鍵恢復(fù)（注：許多品牌機(jī)具有的新功能）都可能會(huì)導(dǎo)致分區(qū)表丟失。如果分區(qū)表丟失，用戶最好不要再做多余的操作，以免覆蓋數(shù)據(jù)。

（3）誤格式化邏輯盤或誤刪除文件：由于用戶操作失誤，將某一邏輯盤誤格式化或誤刪除重要的文件。

（4）誤Ghost：許多計(jì)算機(jī)軟件安裝人員喜歡使用Ghost來安裝系統(tǒng)，由于操作不慎，在選擇目標(biāo)盤時(shí)，應(yīng)該選擇C盤，而安裝人員即誤選擇整個(gè)物理硬盤，系統(tǒng)安裝完成后，整個(gè)物理硬盤只有一個(gè)分區(qū)表。

判斷硬盤故障的初步方法如下：

（1）加電后，硬盤沒有任何反應(yīng)，與加電前一樣，這種情況大部分是由于電路出現(xiàn)故障，硬盤其他部件一般正常。

（2）接上電源后，硬盤運(yùn)轉(zhuǎn)正常，在BIOS中可以檢測到，將其掛為從盤，在磁盤管理中，可以發(fā)現(xiàn)這塊硬盤，屏幕顯示“磁盤未分配”。這種情況基本上是分區(qū)表出錯(cuò)或分區(qū)引導(dǎo)扇區(qū)被破壞，導(dǎo)致分區(qū)與分區(qū)引導(dǎo)扇區(qū)無法建立鏈接，一般硬盤本身無物理故障。

（3）加電后，硬盤發(fā)出嗒嗒的響聲或者其他不正常的聲音，這時(shí)應(yīng)該馬上切斷電源，不要再試，如果再試幾次，有可能磁頭會(huì)將盤面劃傷，造成存儲(chǔ)在盤面上的數(shù)據(jù)永久無法恢復(fù)。

（4）進(jìn)入系統(tǒng)后，可以看到數(shù)據(jù)，但是無法訪問或者復(fù)制。這種情況絕大部分是由于硬盤出現(xiàn)壞道，還有可能是硬盤固件出現(xiàn)故障。如果用硬盤壞道修復(fù)工具發(fā)現(xiàn)一些特殊字符，則有可能是硬盤盤面介質(zhì)本身質(zhì)量存在問題。

（5）硬盤運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但在BIOS中無法檢測到，這種情況基本上是固件問題，也可能是硬盤初始化信息丟失。

（6）硬盤被誤識別，絕大部分是由于磁頭偏移，個(gè)別品牌硬盤固件問題也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

2.1.7 操作計(jì)算機(jī)時(shí)需要注意的事項(xiàng)

為了避免外存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)發(fā)生丟失，平時(shí)操作計(jì)算機(jī)時(shí)，應(yīng)注意以下4點(diǎn)：

（1）不要剪切文件，因?yàn)樵诩羟形募倪^程中，有可能會(huì)出現(xiàn)突然斷電或出錯(cuò)，這樣源盤中的文件已被刪除，而文件還沒有完全復(fù)制到目標(biāo)盤中，從而導(dǎo)致文件丟失。所以，建議如果文件比較重要，可先將文件復(fù)制到目標(biāo)盤中，確認(rèn)目標(biāo)盤中的文件準(zhǔn)確無誤后，再將源盤中的文件刪除。

（2）不要直接作磁盤碎片整理，因?yàn)榇疟P碎片整理過程中可能會(huì)出錯(cuò)，一旦出錯(cuò)，數(shù)據(jù)就很難恢復(fù)；建議將文件復(fù)制到一塊空的邏輯盤中，再格式化要作磁盤整理的邏輯盤，然后再將文件復(fù)制到已整理好的邏輯盤中。

（3）不要用第三方工具調(diào)整分區(qū)，因?yàn)檎{(diào)整分區(qū)過程中也很容易出錯(cuò)。建議在重新調(diào)整分區(qū)之前，備份好數(shù)據(jù)，再使用Windows自帶的磁盤管理來調(diào)整分區(qū)，安全性會(huì)更高些。

（4）定期備份數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)安全，最好是刻盤備份，比存儲(chǔ)在硬盤里更安全些。