【正文】 Time，它是了解硬盤(pán)性能至關(guān)重要的參數(shù)之一。液態(tài)軸承馬達(dá)通常是應(yīng)用于精密機(jī)械工業(yè)上，它使用的是黏膜液油軸承，以油膜代替滾珠。所以筆記本硬盤(pán)一般都采用相對(duì)較低轉(zhuǎn)速的 4200rpm 硬盤(pán)。筆記本內(nèi)部空間狹小，筆記本硬盤(pán)的尺寸（ 寸）也被設(shè)計(jì)的比臺(tái)式機(jī)硬盤(pán)（ 寸）小，轉(zhuǎn)速提高造成的溫度上升，對(duì)筆記本本身的散熱性能提出了更高的要求；噪音變大，又必須采取必要的降噪措施，這些都對(duì)筆記本硬盤(pán)制造技術(shù)提出了更多的要求。較高的轉(zhuǎn)速可縮短硬盤(pán)的平均尋道時(shí)間和實(shí)際讀寫(xiě)時(shí)間，但隨著硬盤(pán)轉(zhuǎn)速的不斷提高也帶來(lái)了溫度升高、電機(jī)主軸磨損加大、工作噪音增大等負(fù)面影 響。因此轉(zhuǎn)速在很大程度上決定 了硬盤(pán)的速度。 12 硬盤(pán)的主軸馬達(dá)帶動(dòng)盤(pán)片高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生浮力使磁頭飄浮在盤(pán)片上方。硬盤(pán)轉(zhuǎn)速以每分鐘多少轉(zhuǎn)來(lái)表示，單位表示為 RPM， RPM 是 Revolutions Per Minute 的縮寫(xiě)，是轉(zhuǎn) /每分鐘。轉(zhuǎn)速的快慢是標(biāo)示硬盤(pán)檔次的重要 參數(shù)之一，它是決定硬盤(pán)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(pán)的速度。這些只是硬盤(pán)理論上最大的外部數(shù)據(jù)傳輸率，在實(shí)際的日常工作中是無(wú)法達(dá)到這個(gè)數(shù)值的。平常硬盤(pán)所采用的 ATA6 ATA100、 ATA133 等接口，就是以硬盤(pán)的理論最大外部數(shù)據(jù)傳輸率來(lái)表示的。 外部數(shù)據(jù)傳輸率 (External Transfer Rate)，一般也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸或接口傳輸率。在讀 取硬盤(pán)不同磁道、不同扇區(qū)的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存放的是否連續(xù)等因素都會(huì)影響到硬盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率。 外部數(shù)據(jù)傳輸率 硬盤(pán)數(shù)據(jù)傳輸率的英文拼寫(xiě)為 Data Transfer Rate，簡(jiǎn)稱 DTR。比如某款產(chǎn)品官方標(biāo)稱的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率為 683Mbit/s，此時(shí)不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為 683 除以 8 得到 ，就認(rèn)為 85MB/s 是該硬盤(pán)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率。因此在書(shū)寫(xiě)單位時(shí)一定要注意 B 字母的大小寫(xiě)，尤其有些人還把 Mbit/s 簡(jiǎn)寫(xiě)為 Mb/s，此時(shí) B 字母的大小真可以稱為失之毫厘，謬以千里。 Byte 是字節(jié)數(shù)， bit是位數(shù)，在計(jì)算機(jī)中每八位為一字節(jié)，也就是 1Byte＝ 8bit，是 1： 8 的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此處有必要講解一下兩個(gè)單位二者之間的差異： MB/s 的含義是兆字節(jié)每秒， Mbit/s 的含義是兆比特每秒，前者是指每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)量，后者是指每秒傳輸?shù)谋忍匚粩?shù)。目前主流的家用級(jí)硬盤(pán)，內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率基本還停留在 70～ 90MB/s 左右，而且在連續(xù)工作時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)降到更低。由于單碟容量越大的硬盤(pán)線性密度越高，磁頭的尋道 頻率與移動(dòng)距離可以相應(yīng)的減少，從而減少了平均尋道時(shí)間，內(nèi)部傳輸速率也就提高了。有效地提高硬盤(pán)的內(nèi)部傳輸率才能對(duì)磁盤(pán)子系統(tǒng)的性能有最直接、最明顯的提升。 內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率 內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率（ InternalTransferRate） 是指硬盤(pán)磁頭與緩存之間的數(shù)據(jù)傳輸率，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是 硬盤(pán)將數(shù)據(jù)從盤(pán)片上讀取出來(lái)，然后存儲(chǔ)在緩存內(nèi)的速度。算法是和緩存容量相輔相成，大容量的緩存需要更為有效率的算法，否則性能會(huì)大大折扣，從技術(shù)角度上說(shuō)，高容量緩存的算法是直接影響到硬盤(pán)性能發(fā)揮的重要因素。 大容量的緩存雖然可以在硬盤(pán)進(jìn)行讀寫(xiě)工作狀態(tài)下，讓更多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩 存中，以提高硬盤(pán)的訪問(wèn)速度，但并不意味著緩存越大就越出眾。 緩存容量的大小不同品牌、不同型號(hào)的產(chǎn)品各不相同，早期的硬盤(pán)緩存基本都很小，只有幾百 KB，已無(wú)法滿足用戶的需求。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，硬盤(pán)廠商們自然也有解決辦法：掉電時(shí)，磁頭會(huì)借助慣性將緩存中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入零磁道以外的暫存區(qū)域，等到下次啟動(dòng)時(shí)再將 這些數(shù)據(jù)寫(xiě)入目的地； 第三個(gè)作用就是臨時(shí)存儲(chǔ)最近訪問(wèn)過(guò)的數(shù)據(jù)。 當(dāng)硬盤(pán)接到寫(xiě)入數(shù)據(jù)的指令之后，并不會(huì)馬上將數(shù)據(jù)寫(xiě)入到盤(pán)片上，而是先暫時(shí)存儲(chǔ)在緩存里，然后發(fā)送一個(gè) “數(shù)據(jù)已寫(xiě)入 ”的信號(hào)給系統(tǒng)，這時(shí)系統(tǒng)就會(huì)認(rèn)為數(shù)據(jù)已經(jīng)寫(xiě)入，并繼續(xù)執(zhí)行下面的工作，而硬盤(pán)則在空閑（不進(jìn)行讀取或?qū)懭氲臅r(shí)候）時(shí)再將緩存中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入到盤(pán)片上。 硬盤(pán)的緩存主要起三種作用： 一是預(yù)讀取。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤(pán)的傳輸速度的重要因素，能夠大幅度地提高硬盤(pán)整體性能。 10 硬盤(pán)基本參數(shù)更詳細(xì)補(bǔ)充 緩存（ Cachememory） 是硬盤(pán)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(pán)內(nèi)部存儲(chǔ)和外界接口之間的緩沖器。 LBD 終于擴(kuò)大了保持 30 多年不變的硬盤(pán)基本塊（ Basic Block）的大小，將扇區(qū)從 512 字節(jié)擴(kuò)大到了 4096字節(jié)。 同時(shí)，由于磁盤(pán)的結(jié)構(gòu)及磁頭的讀寫(xiě)方式，決定了最有效的數(shù)據(jù)操作是對(duì)處于同一個(gè)Cylinder 上的 Sector 進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。處在外面的磁道比處 在里面的磁道擁有更多的扇區(qū)，能容納更多的數(shù)據(jù)。 構(gòu)成硬盤(pán)的每個(gè)碟片都被劃分為數(shù)目相等的磁道，并從外緣的“0”開(kāi)始編號(hào)，具有相同編號(hào)的磁道形成一個(gè)圓柱，稱之為磁盤(pán)的柱面 。 Track：磁道 ， 多個(gè)扇區(qū)端對(duì)端地連成一個(gè)圓圈構(gòu)成一個(gè)磁道，容量隨半徑的增加而增大。 圖 42 硬盤(pán)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu) Sector： 扇區(qū)（ sector） 是盤(pán)片的最小的可尋址單元，一個(gè)扇區(qū)可容納 512 字節(jié)，也叫做磁盤(pán)塊 （ disk block） 。 SCSI、 SAS 接口主要是在服務(wù)器上使用。目前，主流硬盤(pán)的傳輸速度通常為 50～ 100MB/S。內(nèi)傳輸速率是從硬盤(pán)到緩存的傳輸速度，外傳輸速率是從緩存到通信接口的傳輸速度。 目前主流硬盤(pán)的緩存通常為 8MB 和 16MB。這樣，當(dāng)系統(tǒng)指令開(kāi)始要讀取下一個(gè)簇的數(shù)據(jù)的時(shí)候，硬盤(pán)便不需要重新開(kāi)始一個(gè)讀取動(dòng)作，只需要將緩存中的數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)主存中去就行了。 （ 4）緩存 緩存也是磁盤(pán)相當(dāng)重要的一個(gè)參數(shù)，其大小也會(huì)直接 影響到磁盤(pán)的整體性能。所以在很多時(shí)候，更高單碟容量的 5400RPM 硬盤(pán)會(huì)比單碟容量較低的 7200RPM 硬盤(pán)速度更加快 。單碟容量越高說(shuō)明單碟的磁道數(shù)越多，磁道數(shù)的增加意味著磁道間距離的縮短，而磁頭從一個(gè)磁道轉(zhuǎn)移到另一個(gè)磁道所需的就位時(shí)間就會(huì)縮短，這將有助于隨機(jī)數(shù)據(jù)傳輸速度的提高。 （ 3）平均尋道時(shí)間 平均尋道時(shí)間指的是磁頭到達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)所在磁道的平均時(shí)間，它直接影響硬盤(pán)的隨機(jī)數(shù)據(jù)存取速度。轉(zhuǎn)速對(duì)于硬盤(pán)傳輸速度和持續(xù)傳輸速度至關(guān)重要，轉(zhuǎn)速越快，硬盤(pán)取得及傳送數(shù)據(jù)的速度也就越快。日立公司于 2022 年 6 月推出的 “Deskstar 7K1000”單碟容量高達(dá)200GB，總?cè)萘扛哌_(dá) 1TB。硬盤(pán)的容量與碟片數(shù)、面密度關(guān)系密切，這兩項(xiàng)數(shù)值越大則容量越大。但面密度的提高會(huì)使相鄰磁道間的數(shù)據(jù)干擾加大，磁頭在磁道上進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)時(shí)易發(fā)生偏離，差錯(cuò)機(jī)率增大。 半徑方向單位長(zhǎng)度內(nèi)的磁道數(shù)目稱為道密度 Dt，沿圓周單位長(zhǎng)度上的信息比特?cái)?shù)稱為 位密度 Db，道密度 8 與位密度的乘積叫做面密度 Da，即 Da = DtDb。目前，大多數(shù)硬盤(pán)的緩存在 8M 到 16M 之間，而 高端的則有 32M。 外部傳輸率（ External Transfer Rate）也稱為突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率（ Burst Data Transfer Rate）或接口 傳輸率 ，它標(biāo)稱的是系統(tǒng)總線與硬盤(pán)緩沖區(qū)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，外部數(shù)據(jù)傳輸率與硬盤(pán)接口類型和硬盤(pán)緩存的大小有關(guān)。 內(nèi)部傳輸率 (Internal Transfer Rate) 也稱為持 續(xù)傳輸率 (Sustained Transfer Rate)，它反映了硬盤(pán)緩沖區(qū)未用時(shí)的性能。 四、傳輸速率 傳輸速率 (Data Transfer Rate) 硬盤(pán)的數(shù)據(jù)傳輸率是指硬盤(pán)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的速度，單位為兆字節(jié)每秒（ MB/s）。 硬盤(pán)的等待時(shí)間，又叫潛伏期 (Latency)，是指磁頭已處于要訪問(wèn)的磁道，等待所要訪問(wèn)的扇區(qū)旋轉(zhuǎn)至磁頭下方的時(shí)間。 硬盤(pán)的平均尋道時(shí)間 (Average Seek Time)是指硬盤(pán)的磁頭移動(dòng)到盤(pán)面指定磁道所需的時(shí)間。 三、平均訪問(wèn)時(shí)間 平均訪問(wèn)時(shí)間 (Average Access Time)是指磁頭從起始位置到達(dá)目標(biāo)磁道位置，并且從目標(biāo)磁道上找到要讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)扇區(qū)所需的時(shí)間。 早期 IDE 硬盤(pán)的轉(zhuǎn)速一般為 5200rpm 或 5400rpm，曾經(jīng) Seagate 的 “大灰熊 ”系列和Maxtor 則達(dá)到了 7200rpm，是 IDE 硬盤(pán)中轉(zhuǎn)速最快的。一般情況下硬盤(pán)容量越大，單位字節(jié)的價(jià)格就越便宜，但是超出主流容量的硬盤(pán)略微例外。因此，在購(gòu)買硬盤(pán)時(shí)適當(dāng)?shù)某笆敲髦堑摹? 對(duì)于用戶而言，硬盤(pán)的容量 就象內(nèi)存一樣，永遠(yuǎn)只會(huì)嫌少不會(huì)嫌多。 硬盤(pán)的容量指標(biāo)還包括硬盤(pán)的單碟容量。 硬盤(pán)的容量以兆字節(jié)（ MB）或千兆字節(jié)（ GB）為單位， 1GB=1024MB。為了打破這一限制， Microsoft 等幾家公司制定了 擴(kuò)展 Int 13H 標(biāo)準(zhǔn) (Extended Int13H)，采用線性尋址方式存取硬盤(pán)， 所以突破了 8 G 的限制，而且還加 入了對(duì)可拆卸介質(zhì) (如活動(dòng)硬盤(pán) ) 的支持。這也是為 什么現(xiàn)在硬盤(pán)的 3D 參數(shù)可以有多種選擇的原因 (不同的工作模式，對(duì)應(yīng)不同的 3D 參數(shù)， 如 LBA，LARGE， NORMAL)。也就是說(shuō)，外圈磁道的扇區(qū)比內(nèi)圈磁道多，采用這種結(jié)構(gòu)后，硬盤(pán)不再具有實(shí)際的 3D 參數(shù)，尋址方式也改為線性尋址，即以扇區(qū)為單位進(jìn)行尋址。 3. 現(xiàn)代硬盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 在老式硬盤(pán)中，由于每個(gè)磁道的扇區(qū)數(shù)相等，所以外道的記錄密度要遠(yuǎn)低于內(nèi)道， 因此會(huì)浪費(fèi)很多磁盤(pán)空間 (與軟盤(pán)一樣 )。 2. 基本 Int 13H 調(diào)用簡(jiǎn)介 6 BIOS Int 13H 調(diào)用是 BIOS 提供的磁盤(pán)基本輸入輸出中斷調(diào)用，它可以完成磁盤(pán) (包括硬盤(pán)和軟盤(pán) )的復(fù)位，讀寫(xiě)，校驗(yàn)，定位，診，格式化等功能。 扇區(qū)數(shù) (Sectors) 表示每一條磁道上有幾個(gè)扇區(qū) , 最大為 63(用 6 個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ) )； 每個(gè)扇區(qū)一般是 512 個(gè)字節(jié) , 理論上講這不是必須的 ,但好像沒(méi)有取別的值的。由此產(chǎn)生了所謂的 3D參數(shù) (Disk Geometry). 既磁頭數(shù) (Heads)，柱面數(shù) (Cylinders)，扇區(qū)數(shù) (Sectors)，以及相應(yīng)的尋址方式。那么為什么要使用這些參數(shù)，它們的意義是什么 ?它們的取值范圍是什么 ? 很久以前， 硬盤(pán)的容量還非常小的時(shí)候，人們 采用與軟盤(pán)類似的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤(pán)。所謂硬盤(pán)的 CHS，即 Cylinder（柱面）、 Head（磁頭）、 Sector（扇區(qū)） ，只要知道了硬盤(pán)的 CHS 的數(shù)目，即可確定硬盤(pán)的容量， 硬盤(pán)的容量 =柱面數(shù) 磁頭數(shù) 扇區(qū)數(shù) 512B。 磁盤(pán)的柱面數(shù)與一個(gè)盤(pán)面上的 磁道數(shù)是相等的。 英寸的軟盤(pán)，每個(gè)磁道分為 18 個(gè)扇區(qū)。 一張 的 英寸軟盤(pán)，一面有 80 個(gè)磁道 ，而硬盤(pán)上的磁道密度則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此值，通常一面有成千上萬(wàn)個(gè)磁道。 這些磁道用肉眼是根本看不到的，因?yàn)樗鼈儍H是盤(pán)面上以特殊方式磁化了的一些磁化區(qū)，磁盤(pán)上的信息便是沿著這樣的軌道存放的。目前， MR 磁頭已得到廣泛應(yīng)用，而采用多層結(jié)構(gòu)和磁阻效應(yīng)更好的材料制作的 GMR 磁頭（ Giant Magoresistive heads） 也逐漸普及。另外， MR 磁頭是通過(guò)阻值變化而不是電流變化去感應(yīng)信號(hào)幅度，因而對(duì)信號(hào)變化相當(dāng)敏感，讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也相應(yīng)提高。而 MR磁頭（ Magoresistive heads），即磁阻磁頭，采用的是分離式的磁頭結(jié)構(gòu)：寫(xiě)入磁頭仍采用傳統(tǒng)的磁感應(yīng)磁頭（ MR 磁頭不能進(jìn)行寫(xiě)操作），讀取磁頭則采用新型的 MR 磁頭，即所謂的感應(yīng)寫(xiě)、磁阻讀。 磁頭 磁頭是硬盤(pán)中最昂貴的部件，也是硬盤(pán)技術(shù)中最重要和最關(guān)鍵的一環(huán)。嚴(yán)格地說(shuō)，硬盤(pán)實(shí)際上僅指硬盤(pán)盒體里的存儲(chǔ)部分（即碟片），而硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器指的則是硬盤(pán)盒體里的電路板、電機(jī)、磁頭等機(jī)械電路驅(qū)動(dòng)設(shè)備。自 1956年 IBM 推出第一臺(tái)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器 IBM RAMAC 350 以來(lái)，硬盤(pán)的基本結(jié)構(gòu)就幾乎沒(méi)變過(guò)。如圖 41 所示。讀寫(xiě)磁頭在盤(pán)的中心和邊緣之間做徑向移動(dòng)，同時(shí)軸心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能夠快速地讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。硬盤(pán)尺寸有很多種，現(xiàn)在普遍使用的是 英寸硬盤(pán)（用于臺(tái)式機(jī)或服務(wù)器）， 英寸的硬盤(pán)基本上 用于筆記本電腦中。 4 磁盤(pán)基本知識(shí) 幾乎每個(gè)臺(tái)式機(jī)或服務(wù)器都會(huì)有一個(gè)或多個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。 2 LARGE 模式：當(dāng)硬盤(pán)容量超過(guò) 528MB，而硬盤(pán)或操作系統(tǒng)不支持 LBA 模式時(shí)，可采用此選項(xiàng)。目前基本上只有 LBA 有實(shí)際意義了。例如 ,在 NORMAL 模式下柱面數(shù)為 1220,磁頭數(shù)為 16,進(jìn)入 LARGE 模式則柱面數(shù)為 610,磁頭數(shù)為 32。 八、 LARGE 大硬盤(pán)模式 當(dāng)硬盤(pán)的柱面超過(guò) 1024 而又不為 LBA 支持時(shí)可采用此種模式。 在 LBA 模式下 ,可設(shè)置的最大磁頭數(shù)為 255,其余參數(shù)與普通模式相同。 在 LBA 模式下 ,設(shè)置的柱面、磁頭、扇區(qū)等參數(shù)并不是實(shí)際硬盤(pán)的物理參數(shù)。 磁頭 Head 的最大值可以是 16， 扇區(qū) Sector 的最大值可以是 255。 硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器表面上一般都標(biāo)注了該硬盤(pán)的最大 LBA 數(shù)，