认识IDE硬盘(上)

认识IDE硬盘(上)

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□安徽　倪鹏锐 戴昊峰

一、IDE简介

集成驱动电子设备（IDE）是描述具有集成磁盘控制器的一类硬盘，它们通过40脚电缆连接到电脑的AT附加装置（ATA）总线。IDE标准由ANSI采纳，已成为当今最普遍的硬盘标准。不过，不只是硬盘，它也允许连接其它的驱动器，如CD－ROM、磁带机、可移动磁盘（SyQuest 、Jazz 、 Zip）以及 LS－120磁盘。IDE的性能足以应付大多数的存储应用，而且更换便利，花费低廉。如今，ATA已经发展为由增强型IDE和快速ATA组成的ATA－2标准，特点是增加了更快的PIO模式、兼容PLUG＆PLAY。随着发展的趋势，具有更高可靠性、增加PIO模式4、增加了安全性和电源管理、自监控特性的ATA－3也已出台。其它的发展有：ATA包装界面（ATAPI）用来容纳CD－ROM、磁带机（使用控制SCSI驱动器的同样命令），同时提高了性能和稳定性；另外，Ultra－ATA增加了一个具有33MB/S的高速传输模式DMA/33。IDE能在系统的BIOS级上被识别，是安装和配置最为简单的驱动器。在主板或单独的I/O卡上的IDE，每个插口最多能插两个IDE驱动器，并通过跳线被系统认定为主盘或从盘。一个IDE驱动器需要5伏、12伏的电源插座，一般被安装到单独的磁盘插架。IDE硬盘的参数在CMOS中可以自动设置，如果是手工设置，要填入柱面数、磁头数、扇区数。一般来说，现在的主板都有逻辑块寻址（LBA）的功能，它是超越DOS的1024个柱面限制的硬件级解决方法，这样一来系统就能识别大于504MB的硬盘。其实，这样的主板能从硬盘的固件（firmware）中得到正确的硬盘参数以提供相应的LBA参数。现代的主板一般提供两个IDE插座，分别包括一个主通道、一个从通道。扩充的插卡还能提供第三个通道。每个IDE的通道需要自己的中断IRQ，主通道缺省是14，从通道缺省是15。最后要说明的是，和硬盘安装在同一IDE插座的CD－ROM会降低硬盘的性能，很多的CD－ROM不兼容Windows下的32位磁盘存储标准，因此，如果硬盘和CD－ROM连在一起，32位磁盘存储特色就不能被硬盘使用。而且，CD－ROM工作的PIO模式比硬盘低，所以，最好不要把硬盘和CD－ROM连在一起。 二、IDE硬盘的物理结构

硬盘使用一种盘状物来存储数据，这些浅盘以轴为中心叠合在一起，由马达推动而旋转。浅盘的表面是磁介质，通过读/写磁头的作用，数据以同心圆的方式被存储。一层浅盘有一个磁头，而磁头由包括伺服系统的激励臂定位在浅盘的上面。所有的读写磁头排列在一起，这样它们可以一起在浅盘上移动。信息从浅盘的最外边开始记录，当最外的磁道写满后，磁头向内移动开始往下一个空磁道写信息。浅盘每分钟旋转至少3600转。只要不是电脑关机或硬盘不上电，它就一直旋转。这种快速的旋转在浅盘上产生一薄层气垫，能使读写磁头浮动在其上。因为磁头不接触浅盘而是“漂浮”在上面10微米处，任何在浅盘上的微小的尘粒（一个香烟灰微粒是100微米）都会损坏磁头，继而毁坏浅盘上的磁介质。因此，保持硬盘空气塞的完整和在干净的环境中使用硬盘很重要。移动正在工作中的硬盘可能会导致磁头毁坏，因此上电时不要移动电脑。当今的硬盘在不上电时磁头被激励臂从浅盘上移走，从而保护硬盘。而很多使用步进电机的老式硬盘就没有这个功能，磁头的移走只能靠执行软件来使浅盘减速直至停止，磁头放在磁盘最后一个柱面的加载区来实现，但这只能保护硬盘的介质而不是磁头，在移动电脑时仍然要小心。数据存储在类似同心圆的磁道上，磁道的顺序是从外层到内层，每个圆形轨迹由512Byte的扇区组成。而在所有浅盘表面的相同的磁道称为柱面。每个浅盘的表面都有一个相应的读写磁头，比如，两个浅盘的硬盘有四个盘面和四个磁头。因此，硬盘的容量等于：磁头数柱面数扇区数512 Byte。二进制数据组成的信息以磁通量的形式存储在磁介质上，使用硬盘时，读写磁头再将它们转换为非常弱的电信号。经过预放大器增强信号，再由数字信号处理器转换为数字信号。所有这些电气部件，包括激励臂电气控制、旋转马达电气控制、高速缓存电气控制，被集成在硬盘里的印刷电路板上。硬盘浅盘表面的磁道和扇区是经过低级格式化后形成的，它们为进一步存储数据做好了准备。所有商业上的硬盘在出厂前已经低级格式化，那时就确定了每道扇区数，浅盘就像切饼子一样被分成扇区。因为浅盘的最外道的周长比内道长，它就浪费了一些空间。在内道的扇区数限制了外道的扇区数。现代的驱动器使用多重区域记录技术（ Multiple Zone Recording ）以存储更多的数据。这种技术使用的扇区长度规定为读写磁头能处理的最大值，数据被记录到浅盘中统一长度的扇区中。因此，在外道里就能有更多的扇区，而且因为同样旋转一周，外道经过磁头的扇区数要比内道多，这些扇区的读写速度也得到了提高。现在的发展趋势是，随着磁介质和读写磁头技术的提高，扇区的数据密度越来越高，这样不用增大驱动器的体积就能提高它的容量。 三、如何选择IDE硬盘

　　选购IDE硬盘时，需要考虑的因素有：容量大小、性能、使用寿命、兼容性和价格。 1.容量大小

如今的硬盘一般以GB来计容量，注意厂家使用的GB是十进制（即1 000 000 000 bytes)，而不是二进制（即1 073 741 824 bytes)。这样你就理解操作系统报告的硬盘容量为什么比说明书少了。硬盘的大小取决于你能承受的最大价格，要装Win95/98系统应该大于0.8GB。 2.性能

硬盘的性能是由存取时间（access time）和传输率（transfer rate）决定的。 存取时间是从数据请求开始到数据可用为止的时间间隔，它由两部分组成（单位都是毫秒）：(1)寻道时间：是读写磁头定位到数据位置所需的时间；(2)数据存活时间：是旋转到包含所需数据扇区所需的时间，最大时为浅盘旋转一周的时间，因此，它与硬盘的旋转速率成比例。生产厂家定义的存取时间是超过1/3柱面寻道所用的时间加上浅盘旋转1/2圈所用的时间。很明显，最大的寻道时间为磁头从最外道到最内道再旋转一周使用的时间。当今的IDE硬盘寻道时间平均为8～12毫秒，这个值越小，性能越好。传输率指IDE硬盘的旋转速度，由硬盘类型及其PIO模式决定，每个PIO模式都有其理论上的最大值，但实际上并不能达到。下面是各种模式的最大值（单位是MB/s）： 　PIO模式 　传输速度

0 3.3

1 5.2

2 8.3

3 11.1

4 16.6

DMA/33 33.3

同时，旋转速度的增大也缩短了磁道上数据到读写磁头的时间（意味着减少了数据存活时间），因此，旋转速度较快的硬盘性能也较好。通过在硬盘上增加高速缓存也提高了它的性能，高速缓存存储它预计系统下一步需要的数据。当一个读信号产生时，高速缓存首先被检查，如果它那里有所需数据，数据立即被传送到系统，这样避免了读写磁盘的过程。 3.使用寿命

使用寿命由硬盘的质量决定。一般，生产厂家使用平均出错时间（MTBF，单位是小时）来衡量硬盘从有正常功能到出错的平均时间。现代的硬盘一般是200000 到 500000个小时 ，也就是大约20年。然而，这个厂家提供的理论值很少能达到，只要厂家能提供3年质保就不错了。 4.兼容性

有些硬盘不能同其它的硬盘安装在一个系统中；有些硬盘老是“想”做启动盘（即使被放在第二个IDE插口上）；老的IDE驱动器与IDE标准并不是完全兼容，总是与同一IDE插口的IDE硬盘有冲突（如老式的conner硬盘）。所以有些用户用同一牌子的硬盘来组装机器，以避免不兼容的问题，同时也提高了硬盘的实际使用性能。 5.价格

价格是购买硬盘的一个重要因素，很多用户在购买之前要么定了硬盘的容量，要么定了能承受的最大价格。对第一种情况，他可能需要一个8GB的硬盘，只要买个名牌的就行；第二种呢，他只能找在那个价位上容量最大的、质量最好的硬盘。(待续)