详解硬盘技术.doc

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1、详解硬盘技术(一)详解硬盘技术现有的绝大多数的桌面系统——超过90%——都依赖ATA/IDE硬盘接口在磁盘缓存和系统内存Z间传递数据•而且这种统治地位在不久的将来是不可能改变的。在UltraATA出现Z前，被称为FastATA的接口只能支持16.7MB/S的突发数据传输率注：此后木文如无特殊说明，均指接口数据传输率，即外部传输率)，如果要避免顺序传输(比如系统引导，大程序的载入，特别是视频应用)时的瓶颈，就必须提高传输率，以适应磁盘内部速率的提高。现在，整个业界已经完全接纳了UltraATA这一标准。芯片制造商，包括该市场的霸主Intel,以及其他所有的硬盘生产商，包括IBM,

2、Maxtor,昆腾(Quantum),希捷(SeagateTechnology)和西部数据(WcstcrnDigitial,WD)等早已宣布支持这个新的协议。随着昆腾推出支持UltraATA的火球ST系列Z后，来白各家厂商的UltraATA硬盘如雨后春笋般在市场上呈现出欣欣向荣Z气不断增大的硬盘容量自PC岀现以来，硬件和软件总是处在相互促进和相互制约的矛盾当中,而这种矛盾导致的一个最直接的结果就是，应用软件动辄上百兆，而操作系统也是日趋庞大，从OS6的十几兆到Windows3.x的几十兆，再到Windows95的上百兆，而且随着时间的推移，那些蝗虫般的DLL文件更是以难以想象的

3、速度吞食掉你的硬盘空间，真有些让人消受不了。与此同时，硬盘也从IBMAT时的十几兆，发展到了现在的几个GB,而IBM去年发布的Deskstar16GP更是达到了16.8GB的海量。虽然硬盘不断增大，但体积却没有什么改变，换句话说，硬盘中的单片容量在不断增大。在我们的这次测试中，单片容量都在1.2GB以上,WD和昆腾的已经达到了2.1GB。据WD的人士声称，在他们即将推出的8.4GB硬盘中，将达到2.8GB的单片容量。可见，盘片越来越少，容量越来越大已经成为了一种趋势。要使得硬盘的容量不断增大，读写头的改进和读写记录技术的提高应该说是起着决定性的作用：磁头磁阻读写方式硬盘容量大幅

4、提升和所使用的读写磁头有着密不可分的关系。今天，高容量的硬盘几乎都使用新一代的磁阻磁头来读写数据。硬盘磁头利用磁场和电场的转换来记录盘片上的数据。磁头在硬盘主轴马达启动后很短的一段时间后，便会在盘片上以非常低的高度飞行。这种飞行的动力除了来自主轴马达转动时所产生的浮力外，磁头的构造与之也有很大的关系。传统的硬盘磁头是读写合一式的，也就是说不论是写入还是读取都使用同一个磁头。因此，就需要针对读写的不同特性做相应地调整，这必然会牺牲某些功能和性能。而磁阻磁头有两个元件，分别负责写入和读取的动作，所以可以针对他们的不同特性来做优化，以获得最好的存取性能。磁阻磁头有一个比较宽的传统的感

5、应式写入磁头，他的宽度等于磁道的宽度。而磁阻式读取元件则相对较窄，这样在读取磁道时对于偏轨的容忍度就比较大了。而且，磁道的密度也可以随之提高了。磁阻磁头读取元件工作时，电流会一直通过磁阻头，而磁阻头的电阻值会随着磁场强度的不同而变化,因此导致电流大小的改变。而传统方式则利用磁感应产生电流，这是两者最大的不同。因为磁阻磁头对于磁场的变化有相当高的灵敏度，加强了数据信号和噪音信号之间的差异，因此信噪比得到了相当大的提高。PRML读取通道硬盘容量的提升和它的读取通道的改进也有着相当紧密的关系。传统的读取通道采用的是“脉冲检测(PulseDetect)”方式，磁头从盘片上读取每一位信号

6、以检测存储的数据。它会设定一个临界值来判断信号是否有效，当位信号比较微弱时，所获得的数据就可能有错误。另外，当记录信号强度达到某一程度时，也可能造成两个信号相互干扰的现。所以当磁密度到达某一程度后，这种现象就会更加严重。为了解决这一问题，人们在硬盘的设计中加入了PRML―应用于太空通信的一种技术。当初发展PRML的目的是为了太空中数据通信之用，它最早是应用在维京号宇宙飞船从火星传送数据到地球的过程中，因为可以获得清楚的数据信号。所谓的PRML(部分响应、最大匹配，PartialResponseMaximumLikelihood)读取通道方式可以简单地分成两个部分来说。首先是将磁

7、头从盘片上所读取信号加以数字化，并将未达标准的信号加以舍弃，而没有直接将信号输出。这个部分便称之为“部分响应(PartialResponse)”。而“最大匹配(MaximumLikelihood)”部分则是拿数字化后的信号模型与PRML芯片本身的信号模型库加以对比，找出最接近、失真度最小的信号模型，再将这些信号重新组合而直接输岀数据。使用PRML方式，不需要象脉冲检测方式那样高的信号强度，也可以避开因为信号记录太密集而产生相互干扰的现象，因此采用PRML的方式可以大幅度提高磁盘表面密度。不断