• 硬盤驅動器

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    硬盤驅動器

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    硬盤驅動器是電機械數據存儲裝置,其存儲和檢索數字數據使用磁性存儲和一個或多個剛性的快速旋轉盤片涂覆有磁性材料。盤片與磁頭配對,通常布置在移動的致動器臂上,用于在盤片表面讀取和寫入數據。數據以隨機訪問方式訪問,這意味著單個塊數據可以以任何順序存儲和檢索。HDD是一種非易失性存儲器,即使斷電也能保留存儲的數據。現代HDD通常采用小矩形盒的形式。

    通過引入IBM在1956年,的HDD為優勢二次存儲用于設備通用計算機在60年代初開始。硬盤在現代服務器個人計算機時代保持這一地位,盡管大量生產的個人計算設備,如手機平板電腦,依賴于閃存存儲設備。歷史上有超過224家公司生產HDD,盡管經過廣泛的行業整合,大多數設備由希捷、東芝和西部數據制造。.硬盤驅動器在服務器生產的存儲量(每年艾字節)中占主導地位。盡管產量增長緩慢(以EB出貨量),但銷售收入和單位出貨量正在下降,因為固態驅動器(SSD)具有更高的數據傳輸率、更高的面存儲密度、更好的可靠性,和更低延遲和訪問時間。

    SSD的收入,其中大部分使用NAND閃存,略高于HDD的收入。截至2017年,閃存產品的收入是硬盤驅動器收入的兩倍多。雖然SSD的每比特成本高出四到九倍,但在速度、功耗、小尺寸、高容量和耐用性很重要的應用中,它們正在取代HDD。SSD的每比特成本正在下降,并且相對于HDD的價格溢價已經縮小。

    HDD的主要特性是其容量和性能。容量以對應于1000次冪的單位前綴指定:1太字節(TB)驅動器的容量為1,000GB(GB;其中1GB=10億(109)字節)。通常,用戶無法使用HDD的某些容量,因為它被文件系統和計算機操作系統使用,以及可能用于糾錯和恢復的內置冗余。還有關于存儲容量的混淆,因為硬盤制造商以十進制千兆字節(1000的冪)表示容量,而最常用的操作系統報告容量為1024的冪,這導致數字比宣傳的要小。性能通過在磁頭上移動到一個磁道或柱面(平均訪問時間)將花費所需扇區時的頭部(平均下移動所需的時間指定的等待時間,這是物理的函數轉速在轉每分鐘),最后是數據傳輸的速度(數據速率)。

    現代硬盤驅動器的兩種最常見的外形尺寸是3.5英寸(用于臺式計算機)和2.5英寸(主要用于筆記本電腦)。HDD通過標準接口電纜連接到系統,例如PATA(并行ATA)、SATA(串行ATA)、USB或SAS(串行連接SCSI)電纜。

    硬盤驅動器性能特點

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    限制訪問HDD上數據的時間的因素主要與旋轉磁盤和移動磁頭的機械特性有關,包括:

    • 尋道時間是衡量磁頭組件行進到包含數據的磁盤磁道所花費的時間。
    • 產生旋轉延遲是因為當請求數據傳輸時所需的磁盤扇區可能不在磁頭正下方。根據平均延遲為旋轉周期二分之一的統計關系,平均旋轉延遲如表所示。
    • 的位速率或數據傳輸速率(一旦頭處于正確的位置)產生延遲,這是塊的傳送的數目的函數;通常相對較小,但在傳輸大型連續文件時可能會很長。

    如果為了節能而停止驅動盤,也可能發生延遲。

    碎片整理是一種通過將相關項目移動到磁盤上物理接近的區域來最小化檢索數據延遲的過程。一些計算機操作系統會自動執行碎片整理。盡管自動碎片整理旨在減少訪問延遲,但在該過程進行期間性能會暫時降低。

    訪問數據的時間可以通過增加旋轉速度(從而減少延遲)或減少查找時間來縮短。增加面密度通過增加數據速率和增加一組磁頭下的數據量來增加吞吐量,從而潛在地減少給定數據量的搜索活動。訪問數據的時間跟不上吞吐量的增長,而吞吐量本身也跟不上位密度和存儲容量的增長。

    訪問和接口

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    當前的硬盤驅動器通過幾種總線類型之一連接到計算機,包括并行ATA、串行ATA、SCSI、串行連接SCSI(SAS)和光纖通道。某些驅動器,尤其是外部便攜式驅動器,使用IEEE1394或USB。所有這些接口都是數字的;驅動器上的電子設備處理來自讀/寫頭的模擬信號。當前的驅動器為計算機的其余部分提供了一致的接口,獨立于內部使用的數據編碼方案,也獨立于驅動器中磁盤和磁頭的物理數量。

    通常,驅動器內部電子設備中的DSP從讀取頭獲取原始模擬電壓,并使用PRML和Reed-Solomon糾錯對數據進行解碼,然后將該數據發送出標準接口。該DSP還xxx通過錯誤檢測和糾正檢測到的錯誤率,并執行壞扇區重新映射、自我監控、分析和報告技術的數據收集以及其他內部任務。

    現代接口使用單根數據/控制電纜將驅動器連接到主機接口。每個驅動器還有一條額外的電源線,通常直接連接到電源單元。較舊的接口具有用于數據信號和驅動控制信號的單獨電纜。

    硬盤驅動器

    • 小型計算機系統接口(SCSI),最初為ShugartAssociates系統接口命名為SASI,在1990年代中期成為服務器、工作站、CommodoreAmiga、AtariST和AppleMacintosh計算機的標準配置,到那時大多數型號已過渡到更新的接口.數據電纜的長度限制允許使用外部SCSI設備。
    • 集成驅動電子(IDE),后來標準化為AT附件(ATA,別名PATA(ParallelATA),在SATA引入時追溯添加)將HDD控制器從接口卡移至磁盤驅動器。這有助于標準化主機/控制器接口,降低主機設備驅動程序的編程復雜性,并降低系統成本和復雜性。40針IDE/ATA連接在數據電纜上一次傳輸16位數據。數據線最初是40芯,但后來更高的速度要求導致了“超DMA”(UDMA)模式,使用80芯電纜和額外的電線以減少高速串擾
    • EIDE是對原始IDE標準的非官方更新(由WesternDigital提供),主要改進是使用直接內存訪問(DMA)在磁盤和計算機之間傳輸數據而無需CPU參與,后來采用了改進按照官方的ATA標準。通過直接在內存和磁盤之間傳輸數據,DMA消除了CPU逐字節復制字節的需要,因此允許它在數據傳輸發生時處理其他任務。
    • 光纖通道(FC)是企業市場上并行SCSI接口的繼承者。它是一個串行協議。在磁盤驅動器中,通常使用光纖通道仲裁環路(FC-AL)連接拓撲。FC比單純的磁盤接口具有更廣泛的用途,它是存儲區域網絡(SAN)的基石。最近還開發了該領域的其他協議,如iSCSI和以太網上的ATA。令人困惑的是,驅動器通常使用銅雙絞線作為光纖通道,而不是光纖。后者傳統上保留給較大的設備,例如服務器或磁盤陣列控制器。
    • 串行連接SCSI(SAS)。SAS是用于設備的新一代串行通信協議,旨在實現更高速度的數據傳輸并與SATA兼容。SAS使用機械兼容的數據和電源連接器連接到標準的3.5英寸SATA1/SATA2HDD,許多面向服務器的SASRAID控制器也能夠尋址SATAHDD。SAS使用串行通信而不是傳統SCSI設備中的并行方法,但仍使用SCSI命令。
    • 串行ATA(SATA)。SATA數據線有一對數據線用于向設備差分傳輸數據,另一對用于從設備差分接收,就像EIA-422一樣。這需要串行傳輸數據。在RS485、LocalTalk、USB、FireWire和差分SCSI中使用了類似的差分信號系統。.SATAI至III旨在兼容并使用SAS命令的子集和兼容接口。因此,SATA硬盤驅動器可以連接到SAS硬盤驅動器控制器并由其控制(有一些小的例外,例如兼容性有限的驅動器/控制器)。然而,它們不能反過來連接——SATA控制器不能連接到SAS驅動器。

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    1. 硬盤驅動器
    2. 硬盤驅動器性能特點
    3. 訪問和接口

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