全面了解硬盘知识
反映硬盘质量的主要参数是传输速率，其次是速度、单芯片容量、寻道时间、缓存、噪声和S.M.A.R.T .
1956年，IBM制造了世界上第一个硬盘350 RAMAC(随机存取方法的会计和控制)。它的数据是:5MB容量，24英寸磁盘直径，50个磁盘，几百公斤。磁盘上有一层磁性物质，通过轴旋转，一个磁头移动存储数据，实现随机存取。
1970盘面诞生。
1973年，IBM制造了640MB的硬盘，首次采用了Winchester技术，也就是现在硬盘的开始。由于磁头悬浮在磁盘上方，镀磁磁盘可以在密封的硬盘中快速旋转，但重量却有几十公斤。
1975软相邻层(软邻近层)专利MR磁头结构生成
1979 IBM发明了薄膜磁头，意味着硬盘可以变得很小，速度可以更快，同样体积下硬盘可以更大。
1979 IBM 3370诞生了。这是第一款采用薄膜感应磁头和游程长度受限(RLL)编码的硬盘。“2-7”RLL编码将减少硬盘错误。
IBM 9332诞生于1986，是第一个拥有更高效的1-7游程长度受限(RLL)码的硬盘。
1989第一代MR头出现了。
1991年，IBM MR(磁阻)磁头硬盘出现。驱动一个G的硬盘也出现了。磁阻磁头对信号变化非常敏感，因此磁盘的存储密度可以提高几十倍。这意味着硬盘的容量可以做得更大。意味着硬盘进入了G级时代。
1993引入GMR(巨磁阻磁头技术)，将硬盘的存储密度提升到了一个更高的层次。
了解硬盘
硬盘是电脑的重要组成部分。大家安装的操作系统(比如Windows 9x，Windows 2k…)和所有应用软件(比如Dreamwaver，Flash，Photoshop…)都位于硬盘中。可能你没感觉到吧！但是硬盘真的很重要，至少是目前我们存储数据的主要地方，那么你对硬盘了解多少呢？也许你对她一无所知，但没关系，请看下文。
一、硬盘的历史和发展
从第一个硬盘RAMAC的出现，到每盘存储超过15GB的硬盘，硬盘也经历了几代的发展。下面介绍一下它的历史和发展。
1.1956年9月，IBM的一个工程团队向世界展示了第一个磁盘存储系统IBM 350 RAMAC(Accounting and Control Random Access Method)，其磁头可以直接移动到磁盘上的任意存储区域，从而成功实现了随机存储。这个系统总容量只有5MB，* * *用了50个直径24寸的磁盘。这些圆盘上涂有一层磁性物质，堆叠固定在一起，绕同一轴旋转。当时，这种RAMAC主要用于飞机预订、自动银行、医疗诊断和航天领域。
2.1968“Winchester/Winchester”技术首次由IBM提出，探讨了硬盘技术重大变革的可能性。“温彻斯特”技术的本质是:“密封的、固定的、高速旋转的镀盘，磁头沿盘的径向移动，磁头悬浮在高速旋转的盘的上方，不与盘直接接触”，这也是现代大多数硬盘的雏形。
3.1973 IBM用Winchester技术制造了第一块硬盘，硬盘技术的发展有了正确的结构基础。
4.1979，IBM又发明了薄膜磁头，使进一步缩小硬盘体积、增加容量、提高读写速度成为可能。
20世纪80年代后期，IBM对硬盘发展的另一大贡献就是发明了MR(Magneto Resistive)磁阻，在读取数据时对信号变化非常敏感，使磁盘的存储密度比以前的每英寸20MB提高了几十倍。
6.1991年，IBM生产的3.5寸硬盘使用了MR磁头，使得硬盘容量首次达到1GB，从此硬盘容量进入GB量级。
7.1999年9月7日，迈拓公布了第一款容量为10.2GB的ATA硬盘，将硬盘的容量引入了一个新的里程碑。
8.2000年2月23日，希捷发布了转速高达15000 rpm的猎豹X15系列硬盘。它的平均寻道时间只有3.9ms，是目前世界上最快的硬盘，也是迄今为止旋转最高的硬盘。其性能相当于只用. 15秒读完一整本莎士比亚。该系列产品内部数据传输速率高达48MB/s，数据缓存4~16MB，支持Ultra160/m SCSI和光纤通道(Fibre Channel)，将硬盘外部数据传输速率提升至160 MB ~ 200 MB/s..总的来说，希捷的猎豹X15系列将硬盘的性能提升到了一个新的里程碑。
9.2000年3月16日，硬盘领域有了新的突破，第一款“玻璃硬盘”问世，那就是IBM推出的Deskstar 75GXP和Deskstar 40GV。这两款硬盘都使用玻璃而不是传统的铝作为盘面材料，可以给硬盘带来更大的光滑度和坚固性。此外，该玻璃材料在高速下具有更高的稳定性。此外，Deskstar 75GXP系列产品的最高容量为75GB，是目前最大的硬盘，而Deskstar 40GV的数据存储密度高达每平方英寸1430亿数据位，再次刷新了数据存储密度的世界纪录。
二、硬盘分类
目前硬盘产品的内盘有:5.25、3.5、2.5和1.8英寸(后两种常用于笔记本和一些袖珍精密仪器，现在3.5英寸的盘常用于台式机)；根据硬盘与计算机的数据接口，可以分为IDE接口和SCSI接口硬盘两大类。
三、技术规格
目前台式机中的硬盘外形差别不大，技术规格中有几个重要指标:
1.平均寻道时间是指硬盘磁头移动到数据所在磁道所需的时间，单位为毫秒(ms)。注意它和平均访问时间的区别。当然，平均寻道时间越小越好。现在购买硬盘，应该选择平均寻道时间低于9 ms的产品..
2.平均延迟是指磁头移动到数据所在的磁道，然后等待所需数据块在磁头下继续旋转(半圈或更多或更少)的时间，以毫秒(ms)为单位。
3.单磁道寻道是指磁头从一个磁道移动到另一个磁道的时间，单位为毫秒(ms)。
4.最大完整寻道是指磁头开始移动直到最终找到所需数据块所需的总时间，单位为毫秒(ms)。
5.平均存取时间是指磁头找到指定数据的平均时间，单位为毫秒。通常是平均寻道时间和平均等待时间的总和。注意:很多硬盘广告中提到的平均访问时间，大多是用平均寻道时间来代替的。
6.最大内部数据传输速率，也称为持续传输速率，单位为MB/S(注意Mb/S之间的差异)。是指磁头和硬盘缓存之间的最大数据传输率，一般取决于硬盘的磁盘速度和磁盘数据线密度(指同一磁道上的数据间隔)。请注意，Mb/S或Mbps经常被用作该指标中的单位，这意味着每秒兆位。如果需要转换成MB/S(兆字节每秒)，Mbps数据必须除以8(一个字节8位)。比如WD36400硬盘给出的最大内部数据传输速率是131Mbps，但如果以MB/S计算，只有16.37 MB/S(131/8)。
7.外部数据传输速率:俗称突发数据传输速率，指从硬盘缓冲区读取数据的速率，在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，单位为MB/s..目前主流硬盘普遍采用Ultra ATA/66，其最大外部数据速率为66.7MB/s，而在SCSI硬盘中，采用最新的Ultra 160/m SCSI接口标准，其数据传输速率可达160MB/s，利用Fibra通道最大外部数据传输可达200MB/s。在广告中，我们有时可以看到dual Ultra 160/m SCSI的接口，理论上将最大外部数据传输速率提高到320MB/s，但似乎目前还没有推出这种接口的产品。
8.主轴速度:指硬盘中的主轴速度。目前ATA(IDE)硬盘的主轴转速一般为5400~7200rpm，主流硬盘为7200rpm。至于SCSI硬盘，主轴转速可以达到7200 ~ 10000转，最高转速SCSI硬盘可以达到15000转。
9.数据缓存:指硬盘内部的高速内存。目前硬盘的高速缓存一般是565，438+02 KB ~ 2MB。目前主流ata硬盘的数据缓存应该是2 MB，SCSI硬盘中最高的数据缓存现在已经达到了16mb。大数据缓存的硬盘在访问零散文件时有很大的优势。
10.硬盘表面温度:指硬盘工作时产生的温度导致硬盘密封外壳温度升高的情况。这个指标不是厂家提供的，只能在各种媒体的测试数据中看到。硬盘的高温会影响薄膜磁头(包括GMR磁头)的数据读取灵敏度，因此工作面温度较低的硬盘具有更好的数据读写稳定性。一般来说，高速SCSI硬盘要加一个硬盘散热装置，这样才能保证硬盘的工作稳定性。
11.MTBF(连续无故障时间):指硬盘从开始运行到发生故障的最长时间，单位为小时。一般一个硬盘的MTBF至少是30000或者40000小时。一般产品广告或常用技术特征表中不提供该索引。必要的时候可以上网去专门生产这个硬盘的公司的网站。
第四，接口标准
ATA接口，是目前桌面硬盘中常用的接口类型。
ST-506/412接口:
这是希捷开发的硬盘接口。使用这种接口的第一批硬盘是希捷ST-506和ST-412。ST-506接口使用起来相当简单。它不需要任何特殊的线缆和连接器，但它支持的传输速度很低。所以这个接口在1987左右基本被淘汰了，大部分使用这个接口的老硬盘容量都在200MB以内。早期IBM PC/XT和PC/AT机器使用的硬盘是ST-506/412硬盘或MFM硬盘，MFM(modified frequency modulation)指的是一种编码方案。
ESDI接口:
即(增强型小驱动接口)接口，是迈拓公司在1983开发的。它的特点是编解码器放在硬盘本身，而不是控制卡上，理论传输速度是上面提到的ST-506的2…4倍，一般可以达到10Mbps。但其成本较高，与后来的IDE接口相比并无优势，因此在90年代后被淘汰。
IDE和EIDE接口:
IDE(Integrated Drive Electronics)的本意其实是指集成了控制器和盘体的硬盘驱动器。我们经常称之为IDE接口，也叫ATA(高级技术附件)接口。现在PC用的硬盘大部分都是IDE兼容的，用线和主板或者接口卡连接就行了。将盘体与控制器集成在一起，减少了硬盘接口中线缆的数量和长度，增强了数据传输的可靠性，使硬盘更容易制造，因为制造商不再需要担心自己的硬盘是否兼容其他制造商生产的控制器，用户安装起来也更方便。
ATA-1(IDE):
ATA是最早的IDE标准的正式名称，IDE实际上是指硬盘本身连接到硬盘接口。ATA在主板上有一个插座，支持一个主设备和一个从设备。每台设备的最大容量为504MB。ATA最初支持的PIO-0 EIDE(程控I/O-0)只有3.3MB/s，而ATA-1 * * *规定了三种PIO模式和四种DMA模式(实际中没有应用)。
ATA-2(EIDE增强型IDE/快速ATA):
这是ATA-1的扩展。增加了两种PIO和两种DMA模式，最大传输速率提升至16.7MB/s/s，同时引入LBA地址转换方式，突破了旧BIOS中504MB的固有限制，支持硬盘最高8.1GB。如果您的计算机支持ATA-2，您可以在CMOS设置中找到(LBA，逻辑块地址)或(CHS，柱面，磁头，扇区)的设置。它的两个插座可以分别连接一个主设备和一个从设备，从而支持四个设备，两个插座也分为主插座和从插座。通常速度最快的硬盘和光驱可以放在主插口，不太重要的设备可以放在从插口。这种放置对于486和早期的奔腾计算机是必要的，这样主插座可以连接到快速PCI总线，而从插座可以连接到较慢的ISA总线。
ATA-3(fasta-2):
该版本支持PIO-4，没有增加更高速的工作模式(即仍为16.7MB/s)，但引入了简单的密码保护安全方案，修改了电源管理方案，引入了S.M.A.R.T(自我监控、分析和报告技术)。
ATA-4(UltraATA、UltraDMA、UltraDMA/33、UltraDMA/66):
这一新标准将PIO-4下的最大数据传输速率提高了一倍，达到33MB/s或66MB/s。它还引入了总线占用的新技术，利用PC机的DMA通道减轻了CPU的处理负荷。要使用Ultra-ATA，需要一个空闲的PCI扩展槽。如果将UltraATA硬盘卡插入ISA扩展槽，设备无法达到其最大传输速率，因为ISA总线的最大数据传输速率仅为8 MB/s..其中，Ultra ATA/66(即Ultra DMA/66)是目前主流台式机硬盘采用的接口类型，其最大外部数据传输速率为66.7 MB/s..
串行ATA:
新的串行ATA (serial ATA)是一种接口类型，将用于英特尔公司在今年IDF(英特尔开发者论坛)上发布的下一代外设产品中。顾名思义，它以连续串行的方式传输数据，同一时间只会传输1位数据。这可以减少接口的引脚数，所有工作都是用四个引脚(编号65438)完成的，这样可以减少功耗和发热。最新的硬盘接口类型ATA-100是串行ATA，这是最初的规范，它支持的最大外部数据传输速率是100 MB/s，上面介绍的两款IBM Deskstar 75GXP和Deskstar 40GV是最早采用这种ATA-100接口类型的产品。2001第二季度将推出Serial ATA 1x标准产品，可以提升150mb/s的数据传输速率，对于Serial ATA接口来说，一台同时有两块硬盘的电脑是分不出主盘和从盘的，每个设备对电脑主机都是主控，这样我们可以节省很多跳线时间。
SCSI接口:
SCSI是指小型计算机系统接口，最早开发于1979。最初是作为小型机的接口技术开发的，但是随着计算机技术的发展，现在已经完全移植到普通PC上了。目前，SCSI可分为SCSI-1和SCSI-2(SCSI宽和SCSI风快)。最新的SCSI是SCSI-3，但SCSI-2是目前最流行的SCSI版本。SCSI广泛应用于硬盘、光驱、ZIP、MO、扫描仪、磁带机、JAZ、打印机、光驱刻录机等设备中。它的优点很多，主要有以下几点:
1，适应性广；使用SCSI可以连接15个以上的设备，并且所有这些设备只占用一个IRQ，可以避免IDE中15外设的限制。
2.多任务处理；与IDE不同，SCSI允许一个设备传输数据，而另一个设备查找数据。这将在Linux和Windows NT等多任务操作系统中实现更高的性能。
3.宽带宽；理论上最快的SCSI总线带宽为160MB/s，即Ultra 160/s SCSI；SCSI这意味着你的硬盘最大传输速率将达到160MB/s(当然这是理论上的，实际应用中可能会更低)。
4、CPU占用率更低
从最早的SCSI到现在的Ultra 160/m SCSI，SCSI接口有以下几个发展阶段。
1，SCSI-1—最早的SCSI是由美国Shugart公司(希捷公司的前身)于1979年制定的。在1986中，获得了ANSI认可的SASI (Shugart Associates系统接口)。这就是我们现在所说的SCSI -1，其特点是支持同步和异步SCSI外设。7个8位外设的最大数据传输速度为5mb/s；支持WORM外设。
2.SCSI-2 —90九十年代初(具体来说就是1992)，SCSI发展到SCSI-2。当时的SCSI-2产品(俗称快速SCSI)通过提高同步传输的频率，能够将数据传输速率提高到100 MB/s。最初的8位并行数据传输被称为窄SCSI；后来出现了16位并行数据传输的WideSCSI，其数据传输速率提高到20 MB/s..
3.SCSI-3-1995推出SCSI-3，俗称Ultra SCSI，称为SCSI-3 Fast-20并行接口(数据传输速率为20M/S)。它采用将同步传输时钟频率提高到20MHZ的技术来改善数据传输，因此当使用16位传输的宽模式时，数据传输可以达到40mb/s。它允许接口电缆的最大长度为1.5m..
4.1997推出Ultra 2 SCSI(Fast-40)，采用LVD(低压差分)传输方式。16位Ultra2SCSI(LVD)接口最高传输速率可达80MB/S，最长允许接口电缆为12m。
5、1998年9月Ultra 160/m SCSI(Fast-80 under Wide)规范正式发布，其最高数据传输速率为160MB/s，将为计算机系统带来更高的系统性能。
目前最流行的串行硬盘技术
随着INTEL 915平台的发布，最新的ICH6-M也进入了我们的视野。除了一些电源管理功能，ICH6还正式引入了SATA(串行ATA，以下简称SATA)和PCI-E的概念，对于笔记本来说，PATA(并行ATA，以下简称PATA)从诞生之日起就一直被用来连接硬盘。SATA的出现无疑是硬盘接口的一次革命。如今在英特尔的积极推动下，笔记本也开始进入SATA阵营。
关于SATA的优点，相信大家都有所了解。的确，与PATA相比，SATA有很多不可比拟的优势，笔者将在本文中通过技术细节进行分析。相信看完这篇文章你会对SATA有更深入的了解。另外，因为本文主要关注笔记本和台式机，所以RAID等技术不在本文讨论范围之内。
串行通信和并行通信
在详细介绍之前，我们先了解一下串行通信和并行通信的特点。
一般来说，串行通信可以通过两根信号线和一根地线完成相互的信息传输。如下图所示，我们可以看到，设备A和设备B之间的信号交换只用两根信号线和一根地线就完成了。这样，在一个时钟内，将传输两位数据(每个方向一位，全双工)。如果时钟频率足够高，数据传输速度也会足够快。
如果我们想节省成本，我们也可以只用一根信号线连接一根地线。这样一个时钟只传输一位(半双工)，我们还可以提高时钟频率来提高它的速度。
并行通信本质上与串行通信相同。唯一的区别是，并行通信依靠多条数据线在一个时钟周期内传输更多的位。下图中，数据线不是一两条，而是很多条。很容易知道，如果有8条数据线，在同一个时钟周期内传输的数据量是8位。如果我们有足够的数据线，如PCI总线，我们可以在此期间传输32位数据。
在这里，我想提醒读者，对于一个产品来说，用最低的成本来满足带宽的需求，就是成功的设计，不管你是串行通信还是并行通信，也不管你的传输技术是先进还是落后。
PATA接口的速度
我们知道ATA-33的速度是33MB/S，ATA-100的速度是100 MB/s，那么这个速度是怎么算出来的呢？
首先，我们需要知道总线上的时钟频率。比如ATA-100是25MHz，PATA有16条并行数据线，一次可以传输16位数据。为了降低总线本身的频率，PATA被设计为在时钟的上沿和下沿传输数据(类似于DDR的原理)，这样一个时钟周期就可以传输32bit。
这样我们很容易得到ATA-100的速度是25m * 16 bit * 2 = 800 Mbps = 100 Mbyte/s。
PATA的局限性
在相同频率下，并行总线优于串行总线。随着硬盘数据传输速率的不断提高，传统的并行ata接口逐渐暴露出一些设计缺陷，其中最致命的问题就是并行线的信号干扰。
那信号线是怎么互相干扰的呢？
1，首先是信号的反射现象。南桥的PATA信号通过扁平的信号线到达硬盘(笔记本里也有从南桥通向硬盘的接口)。学过微波通信的读者一定知道，信号到达PATA硬盘后必然会反弹，反弹回来的信号会叠加在当前正在传输的信号上，破坏传输中数据的完整性，造成接收端的误判。
因此，在实际设计中，我们必须设计相应的电路来保证信号的完整性。
我们可以看到，从南桥发送的PATA信号在发送到PATA设备之前一般需要经过一个排除。我们必须增加至少30个电阻(除了16数据线，还有一些控制信号)才能有效防止信号反弹。硬盘内部，硬盘厂商会连接终端电阻，防止引号反弹。这不仅增加了成本，也给PCB的布局带来了麻烦。
当然，信号反弹在任何高速电路中都会发生，在SATA中我们也会看到终端电阻，但由于SATA的数据线比PATA少，采用差分信号传输，所以这个问题并不突出。
2.其次，信号偏移的问题。
理论上，并行总线的数据线长度应该相同。在实践中，很难保证这一点。信号线长度不一致会造成信号到达接收端过快/过慢，导致逻辑误判。而且信号延迟的原因有很多，比如电路板上的分布电容，信号线在高频时产生的感抗。
如图，我们在左南桥端发送的数据是[1，1，1，0]。在发送到硬盘的过程中，第四个信号因为某种原因被延迟，在判断的时刻没有到达接收端。这样，接收机判断接收到的信号是[1，1，1，1]，出现错误。也可以看出，并行的数据线越多，出错的概率越大。
下图是索尼Z1的硬盘转接线。我们可以看到设计师做了很多蛇形线来满足PATA数据线的长度一致性要求。
我们很容易想象，信号的时钟越快，被判断信号被判断的时间就越短，误判的可能性就越大。在慢速总线(up)上，数据信号与判断信号的时间误差允许为a，而在高速总线(down)上，允许误差为b，速度越快，允许误差越小。这也是PATA总线频率提升的局限性，总线频率直接影响硬盘传输速度。。。
3、信号线之间有干扰(串音干扰)
这种干扰几乎存在于任何电路中。和信号偏移一样，串扰干扰是并行通信中的常见问题。由于并行通信需要多条信号线并行运行(满足长度、分布电容等参数的一致性)，此时就产生了串扰干扰。因为信号线在传输数据的过程中是在0，1之间不断变化的，所以周围的磁场变化很快。通过法拉第定律，我们知道磁场变化越快，切割磁力线的导线上的电压越大。这个电压会导致信号失真。信号频率越高，干扰越严重，直到根本无法工作。串扰干扰可以说是影响平行PATA线的最不利因素，它极大地限制了线路的长度。
硬盘的恢复主要靠备份，一些专业的恢复技术需要专业学习。但是我不专业。现在GHOST是最常用的一种，可以备份任何磁盘，生成备份文件，必要时可以用来恢复数据。
目前市场上主要的硬盘有Meto、西部数据(WD)、希捷(ST)、三星、东智、松下，以及最新的易拓秘密硬盘。