IDE硬碟詳解

2021-06-08 21:43:48 字數 3693 閱讀 4863

要說去年的計算機業,發展最快的是什麼?我想,硬碟一定算一號!

記得去年年初,dma66剛剛興起,主流配置還是13.6g。時隔一年,dma66技術已經普及,而且正向這dma100邁進。容量也是翻了一翻還要多,普及配置達到了30g。其更新換代的速度甚至超過了大名鼎鼎的「摩爾定律」(即積體電路中的電晶體數量每隔18個月增加一倍)。然而,面對這突如其來的「硬碟風」不僅普通使用者,就連一些diyer也有些招架不住。所以,小弟特寫了這篇文章,詳細的介紹了當今的硬碟技術,讓大家對硬碟有乙個系統的理解!

要了解硬碟,就一定要清楚硬碟的工作原理。首先,硬碟主要是由磁碟、移動臂、主軸、磁頭和主軸電機組成(見圖)。所有的資料都儲存在磁碟上,磁碟又固定在主軸上,一般一塊硬碟由1-5張磁碟組成。主軸底部有乙個電機,當硬碟運做時,電機帶動主軸,主軸帶動磁碟高速旋轉,其速度可以達到每分鐘幾千轉、甚至上萬轉。這時旋轉帶來的上公升的空氣將磁碟上的磁頭托起,磁頭通過磁碟的轉動讀取資料。移動臂用來固定磁頭,讓磁頭能在磁碟上不同磁軌之間來回移動,讀取資料。以上,就是硬碟的基本工作原理。

現在大家應該對硬碟有一定了解了,不過這還不夠。比如,大家在購買硬碟時經常會碰到udma 、2m快取、單碟容量、7200轉等專業名詞,這些都是什麼意思呢?別著急,下面就為大家解釋。

首先要說的就是udma。不過,在這之前我們得先了解一下,什麼是dma?我們都知道,計算機要工作,都要由cpu發出指令,各個部件才做出響應,硬碟也是如此。假如現在cpu發出指令,要從硬碟上讀取512k的資料,設cpu每條指令每次能從硬碟讀取1k的資料,那cpu要對硬碟發出512次指令。而且硬碟的速度又遠遠低於cpu,這就造成cpu將長時間等待硬碟的資料,這無疑大大浪費了cpu。要怎麼解決這個問題呢?dma技術就應蘊而生了。它的工作原理很簡單,就是在主機板的南橋晶元中增加了乙個dma控制器。dma控制器起什麼作用呢?同樣是上邊的例子,當cpu要從硬碟上讀取的資料時,cpu只要發出一條指令,告訴dma控制器要讀取那一塊的資料,由dma控制器來從硬碟上讀取資料,讀取的資料暫時存放在硬碟的快取(cache)上,當資料全部讀到快取上時,dma控制器會向cpu發出一條回憒資訊,告訴cpu資料以讀完。這時cpu再發第二條條讀指令,將快取上的資料讀到記憶體中。這樣cpu只發出了兩條指令,就完成了這512k資料的讀取。舉個不是很恰當的例子:有乙個公司,公司最高領導是總經理,公司中所有的事都由總經理來管,但是像打字、發信、影印等這些瑣碎工作,卻不用都要總經理來做。這就需要為總經理請個秘書,那些瑣碎的小事都交給秘書去做,解放總經理,讓總經理有更多的時間做重要的工作。在計算機中也是如此,cpu就相當於總經理,dma控制器就相當於總經理的秘書,dma解放了cpu,減輕了cpu的負擔,讓cpu做更重要的工作。所以要清楚一點,dma並沒有提高硬碟速度,但dma可以大大減少cpu占有率,從而提高計算機的整體效能。這才是dma的真正作用!

隨著技術的發展,計算機的速度越來越快。可是,硬碟的速度卻沒什麼提高,這時硬碟就成為瓶頸。為了解決這個問題,udma就誕生了。udma的全名叫ultra dma,它是一種接**術,就是說udma只能提高硬碟的外部傳輸速率,而改變不了硬碟的內部傳輸速率,這點在後邊將會進一步說明。最初我們使用的都是udma 33,它是利用脈衝的上沿和下沿傳送資料,突發性傳輸速率達到了33mb/s。在原來的基礎上加入了迴圈校驗(crc),提高了傳輸資料的完整性。但是最重要的還是udma 33完全向下相容,這對udma的推廣起了關鍵的作用。不過,隨著硬碟技術的不斷提高,漸漸的硬碟內部傳輸速率接近並超過了33mb/s。這時昆騰和intel公司在2023年又聯合推出了udma 66,讓突發性傳輸速率達到了66mb/s。udma 66的最大特點,就是在原來40芯電纜的基礎上又增加了40根地線電纜,使電纜數達到80根,這樣做一來增加了一倍傳輸速率,二來也提高了資料傳輸的可靠性,保證了資料的完整性。udma 66也向下相容,雖然採用80芯電纜,但介面插針還是40針,只是在連線線內部增加了40條地線。在這80根電纜中第34根電纜是斷開的,而普通的40芯電纜這條電纜是連通的,這有效的區分了udma 66和udma 33,在檢測到這條電纜是否連通後,bios會自動判斷是udma 33還是udma 66。

現在pc硬碟內部傳輸速率最快可以達到56mb/s,在這個基礎上udma 66基本上是夠用了。但技術是發展的,新一代的硬碟將突破66mb/s這個上限,於是昆騰在2023年6月有發表了udma 100介面標準,這顯然是乙個面向明天的介面標準,雖然對現在的硬碟沒什麼作用,但是還是有必要要介紹一下。udma 100仍然使用80芯40針的資料線,所不同的是udma 100將突發性傳輸速率提高到了100mb/s,同udma 66一樣也向下相容,而且在相容性上也做了進一步的改善。

提高了外部傳輸速率,那內部傳輸速率又如何提高呢?有兩種方法,第一種、是增加磁碟轉速,比如從5400轉提高到現在的7200轉。第二種、是提高磁碟的單碟容量。那這兩種方法都是如何的實現呢?下面就為大家介紹。

在購買硬碟時,經常聽說7200轉和5400轉。我們說過硬碟工作是靠主軸電機帶動磁碟轉動,這個速度就是磁碟轉動的速度。7200轉和5400轉的意思就是磁碟在每分鐘可以轉動7200圈和5400圈。相對來說轉速越快,磁碟的內部傳輸速率就越快,因為相同時間內磁碟轉動越快,磁頭經過的磁軌就越多,讀取的資料就越多。不過,這也不是無止境的,首先、更快的速度就意味著需要更敏感的磁頭,其次、提高轉速還會帶來發熱量和噪音。現在硬碟已經可以達到10000轉,可是由於發熱量和噪音是無法忍受的(至少對pc來說),現在的技術還沒法控制。所以,10000轉硬碟還只能應用在高階伺服器的scsi硬碟上。就現在來說,7200轉的硬碟技術已經比較成熟,發熱量和噪音都控制的很好,是現在的首選。5400轉的硬碟雖然也不錯,不過由於先天不足只好成為低端產品。

相對於提高轉速來說,提高單碟容量的作用相對更突出些。增加單碟容量和提高轉速的原理差不多。硬碟的單碟容量增加了,磁碟上單位面積上儲存的資料也就增多。也就是說,在相同的時間裡,單碟容量越高,磁頭讀取的資料就越多。這就可以解釋為什麼在有些評測中,有些5400轉的硬碟會比一些7200轉的還快,原因就在於單碟容量。另外,提高單碟容量還有乙個重要的作用,那就是可以有效的提高硬碟的容量。就是說在單碟容量越大,磁碟上儲存資料就越多,前邊說過硬碟是由磁碟組成,因此單碟容量的增加,可以使硬碟容量增加。打個比方吧!同樣是邁拓硬碟,邁拓鑽石九代單碟容量10.2g,需要3張磁碟組成30g硬碟,而邁拓鑽石十代單碟容量15.3g,只用2張磁碟可以組成30g硬碟。不僅速度上有所提公升,而且少用了一張磁碟,成本也會降低,那樣**也就會更低。這也是為什麼各大硬碟廠商極力宣傳單碟容量的原因。

硬碟還有另乙個重要技術,那就是快取。想必大家一定還記得在前邊介紹dma時,曾經介紹過快取(cache)的作用。它硬碟中可以說是舉足輕重,自然也是硬碟廠商宣傳的重點,同樣也是我們挑選硬碟的重點。更大的快取會帶來硬碟效能的提公升,但更大的快取就意味著成本的增加,**的增加。還有更大的快取也需要好的演算法的支援,如果快取排程演算法落後,大快取不但發揮不出其真正實力,甚至還會影響到整個硬碟。現在硬碟快取容量以512k和2m為多,512k的快取世面上還會見到,不過都是些低端產品,不值得購買。就現在來說,2m快取是乙個比較理想的選擇,主流硬碟的都是2m快取,所以在購買硬碟還是盡量挑選2m快取的硬碟。

現在的硬碟越出越大,硬碟上儲存的資料越來越重要,這樣保護好硬碟非常必要了。我們都知道,硬碟的磁頭距離硬碟很近(即使在執行的時候也只有0.01微公尺),如果硬碟遇到震動,即使很小的震動,那麼磁頭撞擊磁碟,使磁碟造成損傷,使這塊區域就不能使用。但是更糟糕的是,這塊損傷會繼續擴散,壞磁軌將越來越多,那這快硬碟可就快壽終正寢了!為此硬碟廠商想出了多種辦法來保護硬碟,比如邁拓公司的shock block技術,就是把移動臂強度提高25%,並且把磁頭的重量減少40%。還有,增加硬碟主機座的重量,讓硬碟更沉穩。和使用強度更高的合金材料做外殼,一來可以抵受碰撞,二來還可以減少硬碟自身的震動,降低噪音。幾乎所有新推出的硬碟都進行了這樣的設計,而且也很見效,只是硬碟廠商很少宣傳。不過,這些技術並不是萬能的,我們還是應該以預防為主!

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