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硬盘全面知识

时间:2015-09-21 18:13:09本文内容及图片来源于读者投稿,如有侵权请联系xuexila888@qq.com 家辉 我要投稿

  硬盘是电脑主要的存储媒介之一,由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。碟片外覆盖有铁磁性材料。为帮助电脑学习者更好地了解硬盘,下面学习啦小编就整理了硬盘知识的全面解析,供大家参考和学习,也希望能在学习后对你有所帮助。

硬盘全面知识

  1. 硬盘的类型:

  目前有好几种:IDE(ATA)硬盘,SATA硬盘,SCSI硬盘和SAS硬盘。

  IDE硬盘也叫ATA硬盘,是采用并行传输技术的硬盘。IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”,即“电子集成驱动器”,它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度,数据传输的可靠性得到了增强。

  IDE硬盘的接口类型:ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA

  IDE硬盘优点:价格低廉、兼容性强、性价比高。

  IDE硬盘缺点:数据传输速度慢、线缆长度过短、连接设备少。

  SATA硬盘采用串行传输技术,分为第一代SATA和第二代SATA2,其中SATA2可以达到3Gbps,速度比IDE快多了。

  目前情况下,SATA硬盘分为原生和桥接两种:

  1.原生SATA硬盘

  这是真正的SATA硬盘,采用真正的SATA控制器,而最新的SATAⅡ支持NCQ(Native Command Queuing,原生命令队列),这个技术允许硬盘对读/写命令重新排序,允许硬盘根据哪一个功能最接近于磁头当前所在的位置来执行。

  2.桥接SATA硬盘

  只是将普通的IDE硬盘通过桥接控制芯片将其转化为SATA硬盘,通过“主板-硬盘”采用桥接芯片来实现“串→并”、“并→串的数据转换,在性能上比起IDE硬盘并没有太大的提升,反而影响带宽。

  桥接SATA硬盘一般都是采用Narvell公司的88i8030芯片或Silicon Image公司的Sil3611芯片,如果你在自己SATA硬盘上发现了这两种芯片,那就是桥接SATA硬盘,如果没有的话,那么恭喜你,这就是原生SATA硬盘。

  BIOS中激活SATA硬盘:

  在主板的BIOS设置程序中,一般会有一个关于SATA硬盘的设置选项:SATA MODE,一个是增强模式,一个是兼容模式,如果是兼容模式的话就是ATA/133。

  SATA硬盘与传统的并行ATA硬盘相比具有非常明显的优势:首先是SATA的传输速度快,除此之外,SATA硬盘还具有安装方便、容易散热、支持热插拔等诸多优点,这些都是并行ATA硬盘无法与之相比的。

  还有一种硬盘叫SCSI硬盘,SCSI是Small Computer System Interface(小型计算机系统接口)的缩写,使用50针接口,外观和普通硬盘接口有些相似。用在服务器上面比较多,速度快,稳定性很好,比较适合做磁盘阵列。

  SCSI硬盘的优势:

  (1)转速高达15000RPM。高转速意味着硬盘的平均寻道时间短,能够迅速找到需要的磁道和扇区。

  (2)SCSI硬盘可支持多个设备,SCSI-2(Fast SCSI)最多可接7个SCSI设备,Wide SCSI-2以上可接16个SCSI设备。也就是说,所有的设备只需占用一个IRQ,同时SCSI还支持相当广的设备,如CD-ROM、DVD、CDR、硬盘、磁带机、扫描仪等。

  PS:IRQ全称为Interrupt Request,即是“中断请求”的意思。

  IRQ的作用就是在我们所用的电脑中,执行硬件中断请求的动作,用来停止其相关硬件的工作状态,比如我们在打印一份图片,在打印结束时就需要由系统对打印机提出相应的中断请求,来以此结束这个打印的操作。在每台电脑的系统中,是由一个中断控制器8259或是8259A的芯片(现在此芯片大都集成到其它的芯片内)来控制系统中每个硬件的中断控制。目前共有16组IRQ,去掉其中用来作桥接的一组IRQ,实际上只有15组IRQ可供硬件调用。

  (3)SCSI还允许在对一个设备传输数据的同时,另一个设备对其进行数据查找。这就可以在多任务操作系统如Linux、Windows NT中获得更高的性能。

  (4)SCSI占用CPU极低,在多任务系统中占有着明显的优势。由于SCSI卡本身带有CPU,可处理一切SCSI设备的事务,在工作时主机CPU只要向SCSI卡发出工作指令,SCSI卡就会自己进行工作,工作结束后返回工作结果给CPU,在整个过程中,CPU均可以进行自身工作。

  (5)SCSI设备还具有智能化,SCSI卡自己可对CPU指令进行排队,这样就提高了工作效率。在多任务时硬盘会在当前磁头位置,将邻近的任务先完成,再逐一处理其他任务。

  (6)最快的SCSI总线有320MB/s的带宽,这要求使用一个64位的133MHz的PCI插槽,因此在普通PC机中所能达到的最大速度为160MB/s,理论上也就意味着硬盘传输率可高达160MB/s。(不过型号旧的SCSI就没这么快了)

  最新的一种叫SERIAL ATTACHED SCSI,简称SAS硬盘,在SCSI的基础上采用串行的传输技术。本质上SAS硬盘就是改良的SCSI硬盘。最新的SAS二代可以达到6Gbps的速度。

  2. 硬盘的RAID功能:

  RAID(Redundant Array of Independent Disk 独立冗余磁盘阵列)技术是加州大学伯克利分校1987年提出,最初是为了组合小的廉价磁盘来代替大的昂贵磁盘,同时希望磁盘失效时不会使对数据的访问受损失而开发出一定水平的数据保护技术。RAID就是一种由多块廉价磁盘构成的冗余阵列,在操作系统下是作为一个独立的大型存储设备出现。RAID可以充分发挥出多块硬盘的优势,可以提升硬盘速度,增大容量,提供容错功能够确保数据安全性,易于管理的优点,在任何一块硬盘出现问题的情况下都可以继续工作,不会受到损坏硬盘的影响。

  RAID的几种工作模式

  (1) RAID 0

  即Data Stripping数据分条技术。RAID 0可以把多块硬盘连成一个容量更大的硬盘群,可以提高磁盘的性能和吞吐量。RAID 0没有冗余或错误修复能力,成本低,要求至少两个磁盘,一般只是在那些对数据安全性要求不高的情况下才被使用。

  a、RAID 0最简单方式

  就是把x块同样的硬盘用硬件的形式通过智能磁盘控制器或用操作系统中的磁盘驱动程序以软件的方式串联在一起,形成一个独立的逻辑驱动器,容量是单独硬盘的x倍,在电脑数据写时被依次写入到各磁盘中,当一块磁盘的空间用尽时,数据就会被自动写入到下一块磁盘中,它的好处是可以增加磁盘的容量。速度与其中任何一块磁盘的速度相同,如果其中的任何一块磁盘出现故障,整个系统将会受到破坏,可靠性是单独使用一块硬盘的1/n。

  b、RAID 0的另一方式

  是用n块硬盘选择合理的带区大小创建带区集,最好是为每一块硬盘都配备一个专门的磁盘控制器,在电脑数据读写时同时向n块磁盘读写数据,速度提升n倍。提高系统的性能。

  (2) RAID 1

  RAID 1称为磁盘镜像:把一个磁盘的数据镜像到另一个磁盘上,在不影响性能情况下最大限度的保证系统的可靠性和可修复性上,具有很高的数据冗余能力,但磁盘利用率为50%,故成本最高,多用在保存关键性的重要数据的场合。RAID 1有以下特点:

  a、RAID 1的每一个磁盘都具有一个对应的镜像盘,任何时候数据都同步镜像,系统可以从一组镜像盘中的任何一个磁盘读取数据。

  b、磁盘所能使用的空间只有磁盘容量总和的一半,系统成本高。

  c、只要系统中任何一对镜像盘中至少有一块磁盘可以使用,甚至可以在一半数量的硬盘出现问题时系统都可以正常运行。

  d、出现硬盘故障的RAID系统不再可靠,应当及时的更换损坏的硬盘,否则剩余的镜像盘也出现问题,那么整个系统就会崩溃。

  e、更换新盘后原有数据会需要很长时间同步镜像,外界对数据的访问不会受到影响,只是这时整个系统的性能有所下降。

  f、RAID 1磁盘控制器的负载相当大,用多个磁盘控制器可以提高数据的安全性和可用性。

  (3) RAID 0+1

  把RAID0和RAID1技术结合起来,数据除分布在多个盘上外,每个盘都有其物理镜像盘,提供全冗余能力,允许一个以下磁盘故障,而不影响数据可用性,并具有快速读/写能力。RAID0+1要在磁盘镜像中建立带区集至少4个硬盘。

  (4) RAID 2

  电脑在写入数据时在一个磁盘上保存数据的各个位,同时把一个数据不同的位运算得到的海明校验码保存另一组磁盘上,由于海明码可以在数据发生错误的情况下将错误校正,以保证输出的正确。但海明码使用数据冗余技术,使得输出数据的速率取决于驱动器组中速度最慢的磁盘。RAID2控制器的设计简单。

  (5) RAID 3:带奇偶校验码的并行传送

  RAID 3使用一个专门的磁盘存放所有的校验数据,而在剩余的磁盘中创建带区集分散数据的读写操作。当一个完好的RAID 3系统中读取数据,只需要在数据存储盘中找到相应的数据块进行读取操作即可。但当向RAID 3写入数据时,必须计算与该数据块同处一个带区的所有数据块的校验值,并将新值重新写入到校验块中,这样无形虽增加系统开销。当一块磁盘失效时,该磁盘上的所有数据块必须使用校验信息重新建立,如果所要读取的数据块正好位于已经损坏的磁盘,则必须同时读取同一带区中的所有其它数据块,并根据校验值重建丢失的数据,这使系统减慢。当更换了损坏的磁盘后,系统必须一个数据块一个数据块的重建坏盘中的数据,整个系统的性能会受到严重的影响。RAID 3最大不足是校验盘很容易成为整个系统的瓶颈,对于经常大量写入操作的应用会导致整个RAID系统性能的下降。RAID 3适合用于数据库和WEB服务器等。

  (6) RAID 4

  RAID4即带奇偶校验码的独立磁盘结构,RAID4和RAID3很象,它对数据的访问是按数据块进行的,也就是按磁盘进行的,每次是一个盘,RAID4的特点和RAID3也挺象,不过在失败恢复时,它的难度可要比RAID3大得多了,控制器的设计难度也要大许多,而且访问数据的效率不怎么好。

  (7) RAID 5

  RAID 5把校验块分散到所有的数据盘中。RAID 5使用了一种特殊的算法,可以计算出任何一个带区校验块的存放位置。这样就可以确保任何对校验块进行的读写操作都会在所有的RAID磁盘中进行均衡,从而消除了产生瓶颈的可能。RAID5的读出效率很高,写入效率一般,块式的集体访问效率不错。RAID 5提高了系统可靠性,但对数据传输的并行性解决不好,而且控制器的设计也相当困难。

  (8) RAID 6

  RAID6即带有两种分布存储的奇偶校验码的独立磁盘结构,它是对RAID5的扩展,主要是用于要求数据绝对不能出错的场合,使用了二种奇偶校验值,所以需要N+2个磁盘,同时对控制器的设计变得十分复杂,写入速度也不好,用于计算奇偶校验值和验证数据正确性所花费的时间比较多,造成了不必须的负载,很少人用。

  (9) RAID 7

  RAID7即优化的高速数据传送磁盘结构,它所有的I/O传送均是同步进行的,可以分别控制,这样提高了系统的并行性和系统访问数据的速度;每个磁盘都带有高速缓冲存储器,实时操作系统可以使用任何实时操作芯片,达到不同实时系统的需要。允许使用SNMP协议进行管理和监视,可以对校验区指定独立的传送信道以提高效率。可以连接多台主机,当多用户访问系统时,访问时间几乎接近于0。但如果系统断电,在高速缓冲存储器内的数据就会全部丢失,因此需要和UPS一起工作,RAID7系统成本很高。

  (10) RAID 10

  RAID10即高可靠性与高效磁盘结构它是一个带区结构加一个镜象结构,可以达到既高效又高速的目的。这种新结构的价格高,可扩充性不好。

  个人使用磁盘RAID主要是用RAID0、 RAID1或RAID0+1工作模式。

  3. 硬盘的NCQ技术

  NCQ(Native Command Queuing本地命令排队)技术。它是一种使硬盘内部优化工作负荷执行顺序,通过对内部队列中的命令进行重新排序实现智能数据管理,改善硬盘因机械部件而受到的各种性能制约。NCQ技术是SATAⅡ规范中的重要组成部分,也是SATAⅡ规范唯一与硬盘性能相关的技术。

  只要硬盘是SATA2的硬盘,那么肯定支持NCQ技术。但是NCQ不仅要硬盘支持,还需要主板的支持,具体请看主板说明书。

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