宮崎駿大觀

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【網路新知】硬碟

硬碟介紹

一、硬碟的材質

硬式磁碟機是使用硬式的碟片做為記錄媒介體,透過磁頭的微小電流而將磁碟片磁化成無數磁場,來儲存資料。最常用的材料包括有鋁、鉻等材料,現在也有用玻璃為材料的硬碟。

 

二、對硬碟應有的基本認識

目前硬式磁碟機的種類從應用面來看最常見的有2種:2.5吋筆記型電腦的硬碟及3.5吋桌上型電腦的硬碟。在轉速方面,硬式磁碟機的轉速則有舊型7200轉及5400轉,最高也有到15000轉的硬碟,這些硬碟的轉速端賴硬碟的傳輸介面及規格而有所不同。當然,轉速越快,讀取資料的速度便越快。另外在容量上,過去的硬碟容量是以MB為計算單位,現在則以GB為主要計算單位。

 

三、   硬碟的運作方式

我們可以簡單的將硬碟的運作方式分為讀 ( 從硬碟讀取資料 ) 與寫 ( 將資料寫入硬碟 ) 等兩個動作來進行。對硬碟而言,不管是讀或寫都需要CPU ( 中央處理器 ) 下達存取資料的命令,所以,只要CPU接受到來自系統程式發出的讀寫指令,CPU便開始向記憶體與硬碟發出命令。

在讀的部份,CPU會先下達寫入資料的命令,此時記憶體會經由匯流排將資料送往硬碟,透過主機板南橋晶片 ( 負責傳輸數位資料的控制晶片 ) 的居中協調後,資料便會循序送入硬碟的緩衝區中 ( 也就是硬碟的快取記憶體 ) ,最後再由硬碟控制電路將緩衝區內的資料記錄至碟片上 ( 這時在硬碟內的機械部份便會進行一連串的讀寫動作 )

在寫的部份,同樣也是由CPU先下達讀取資料的命令,主機板上的南橋晶片便又開始居中協調,然後硬碟控制晶片便會開始將資料讀至緩衝區內,最後才經由主機板上的匯流排將硬碟緩衝區內的資料送至記憶體,並完成讀取硬碟資料的動作。

因此,資料的兩個儲存地點分別是硬碟與記憶體;其中,資料會經過緩衝區的暫存,與匯流排的傳輸;當然,所有的動作除了CPU的下令外,也要經過主機板上的南橋晶片與硬碟控制電路的命令才能達成。

硬碟的物理構造組成如下介紹

就硬碟的物理元件來說,硬碟其實是 由許許多多的圓形硬碟盤所組成的,依據硬碟盤能夠容納的資料量,而有所謂的單碟( 一塊硬碟裡面只有一個硬碟盤 )或者是多碟( 一塊硬碟裡面含有多個硬碟盤 )的硬碟。在這裡我們以單一個硬碟盤來說明,硬碟盤可由底下的圖形來示意:

 












                           
圖一、硬碟盤示意圖
 

圖二、磁柱示意圖

                           

 

首先,硬碟裡面一定會有所謂的磁頭 ( Head )在進行該硬碟盤上面的讀寫動作;而當磁頭固定不動,硬碟盤轉一圈所畫出來的圓就是所謂的磁軌( Track );而如同我們前面剛剛提到的,一塊硬碟裡面可能具有多個硬碟盤,所有硬碟盤上面相同半徑的那一個磁軌就組成了所謂的磁柱( Cylinder )。例如上圖二所示意,在兩個硬碟盤上面的同一個磁軌就是一個磁柱啦!這個磁柱也是磁碟分割( partition )時的最小單位了;另外,由圓心向外劃直線,則可將磁軌再細分 為一個一個的磁區( Sector ),這個磁區就是硬碟盤上面的最小儲存物理量了!通常一個 sector 的大小約為 512 Bytes

 

四、硬碟主要介紹

硬碟按數據介面不同,大致分為ATASATASATA2以及SCSISAS

 

 

左邊為SATA介面排線,右邊為IDE排線


ATA,全名為Advanced Technology Attachment,是用傳統的 40-pin 並列數據線連接主機板與硬碟的,外部介面速度最大為133MB/s,因為並列線的抗干擾性太差,且排線佔空間,不利電腦散熱,將逐漸被 SATA 所取代。

SATA,全稱Serial ATA,也就是使用串口的ATA介面,因抗干擾性強,且對數據線的長度要求比ATA低很多,支持熱插拔等功能,已越來越為人所接受。SATA的外部介面速度已達到150MB/s,而且SATA的傳輸線比ATA的細得多, 有利於機箱內的空氣流通。

SATA2,為SATA的第二代硬碟,擁有SATA本身的優點,更改善了傳輸速度與IDE差異性不多的缺點,一口氣升至300MB/s的傳輸量,讓SATA技術達到更成熟的境界。

SCSI,全名為Small Computer System Interface ( 小型機系統介面 ) ,歷經多世代的發展,從早期的 SCSI-II,到目前的 Ultra320 SCSI 以及 Fiber-Channel ( 光纖通道 ) ,接頭型式也有多種。SCSI 硬碟廣為工作站級個人電腦以及伺服器所使用,因為它的轉速快,可達 15000 rpm,且資料傳輸時佔用 CPU 運算資源較低,但是單價也比同樣容量的 ATA SATA 硬碟昂貴,目前最高為640MB/s

SAS ( Serial Attached SCSI ) 是新一代的SCSI技術,和SATA硬碟相同,都是採取序列式技術以獲得更高的傳輸速度,可達到3GB/s。此外也透過縮小連接線改善系統內部空間等。

此外,由於SAS硬碟可以與SATA硬碟共享同樣的背板,因此在同一個SAS存儲系統 中,可以用SATA硬碟來取代部分昂貴的SCSI硬碟,節省整體的存儲成本。

 

 


 

5.25吋與3.5吋的硬碟,使用的是D4針電源介面 ( 俗稱大4pin,上圖左 ) ,而新式SATASATA2電源線 ( 上圖右 ) 也較原本有所不同。

2.5吋的筆記型電腦用硬碟,直接由排線提供電力,不需要額外的電源介面,而外接的攜帶型硬碟盒,則由電腦外部的USB介面提供電力來源,單個USB孔供電約為4~5V 500m A,若移動硬碟盒用電需求較高,有時需接上兩個USB孔才能使用,否則就需要外接電源供電,但現今多數新型硬碟盒 ( 使用2.5吋以下之硬碟 ) 已可方便地使用單孔USB供電。

http://tw.myblog.yahoo.com/soon_nimble/article?mid=43&prev=48&next=38

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