1、HDD Function Test,DQA3 anne 2014.8.12,1,2,目錄,HDD定義 物理結(jié)構(gòu) 工作原理 基本參數(shù) 硬盤分區(qū) 相關(guān)技術(shù)（NCQ、S.M.A.R.T、RAID） SSD,1.HDD定義,HDD，Hard Disk Driver的縮寫，即硬盤驅(qū)動(dòng)器的英文名。硬盤是電腦主要的存儲(chǔ)媒介之一，由一個(gè)或者多個(gè)鋁製或者玻璃製的碟片組成。碟片外覆蓋有鐵磁性材料。 硬盤有固態(tài)硬盤（SSD）、機(jī)械硬盤（HDD）、混合硬盤（SSHD）；SSD採用閃存顆粒來存儲(chǔ)，HDD採用磁性碟片來存儲(chǔ)，SSHD（ Solid State Hybrid Drive ）是把磁性硬盤和閃存集成到一起的一種

2、硬盤。,3,2.HDD的物理結(jié)構(gòu),硬盤結(jié)構(gòu),4,硬盤,外部結(jié)構(gòu),內(nèi)部結(jié)構(gòu),外殼,控制電路板,接口,磁頭組件,磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),盤片,主軸組件,2.1 HDD的外部結(jié)構(gòu),5,2.1 HDD的外部結(jié)構(gòu),6,2.1 HDD的外部結(jié)構(gòu),外殼 硬盤的外殼與底板結(jié)合成一個(gè)密封的整體，正面的外殼保證了硬盤盤片和機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行，在固定面板上貼有產(chǎn)品標(biāo)籤，上面印有產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品序列號(hào)等信息。 控制電路板 大多數(shù)的硬盤控制電路板採用貼片式焊接，它包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動(dòng)與伺服定位電路、讀寫電路、高速緩存以及接口電路等。電路板上還有一塊ROM芯片，裏面固化的程序可以對(duì)硬盤進(jìn)行初始化，執(zhí)行加電和啟動(dòng)主軸電機(jī)、加電初始尋

3、道、定位以及故障檢測(cè)等。 接口 數(shù)據(jù)線接口：硬盤數(shù)據(jù)與主板控制芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換的通道 電源接口：與主機(jī)電源相連接，為硬盤的正常工作提供電力保證 跳線接口：用來設(shè)置硬盤和光驅(qū)的啟動(dòng)順序,7,2.2 HDD的內(nèi)部結(jié)構(gòu),8,2.2 HDD的內(nèi)部結(jié)構(gòu),9,硬盤結(jié)構(gòu)示意圖,3.硬盤的工作原理,硬盤的工作原理是利用特定的磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，將磁粒子的不同極性轉(zhuǎn)換成不同的電脈衝信號(hào)，再利用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器將這些原始信號(hào)變成電腦可以使用的數(shù)據(jù)，寫的操作正好與此相反。另外硬盤中還有一個(gè)存儲(chǔ)緩衝區(qū)，這是爲(wèi)了協(xié)調(diào)硬盤與主機(jī)在數(shù)據(jù)處理速度上的差異而設(shè)的。硬盤的格式化工作分為低級(jí)格式化、硬盤分區(qū)

4、、高級(jí)格式化并建立文件管理系統(tǒng)。 硬盤驅(qū)動(dòng)器加電正常工作后，利用控制電路中的單片機(jī)初始化模塊進(jìn)行初始化工作，此時(shí)磁頭置於盤片中心位置，初始化完成后主軸電機(jī)將啟動(dòng)并以高速旋轉(zhuǎn)，裝載磁頭的小車機(jī)構(gòu)移動(dòng)，將浮動(dòng)磁頭置於盤片表面的00道，處於等待指令的啟動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)接口電路接收到微機(jī)系統(tǒng)傳來的指令信息，通過前置放大控制電路，驅(qū)動(dòng)音圈電機(jī)發(fā)出磁信號(hào)，根據(jù)感應(yīng)阻值變化的磁頭對(duì)盤片數(shù)據(jù)信息進(jìn)行正確定位，并將接收到的數(shù)據(jù)信息解碼，通過放大控制電路傳輸?shù)慕涌陔娐罚仞伣o主機(jī)系統(tǒng)完成指令操作。結(jié)束硬盤操作的斷電狀態(tài)，在反力矩彈簧的作用下浮動(dòng)磁頭駐留到盤面中心。,10,3.硬盤的工作原理,硬盤工作原理,11,磁盤,磁

5、頭,前置放大器,局部回應(yīng)最大擬然（PRML）,接口控制器,伺服解調(diào)器,定時(shí)專用集成電路,微控制器,數(shù)字信號(hào)處理器,定位驅(qū)動(dòng)器,主軸電機(jī),主軸驅(qū)動(dòng)器,音圈電機(jī),伺服控制器/電機(jī)速度控制器組合,高速緩存,計(jì)算機(jī),4.HDD的基本參數(shù),12,4.1.HDD的尺寸,不同尺寸的HDD適用于不同的機(jī)型,13,3.5英寸,2.5英寸,1.8 英寸,3.1.HDD的尺寸,HDD尺寸,14,4.2.接口,從整體的角度上，HDD常用接口有SATA、 IDE、 SCSI、SAS和光纖通道。,15,4.2.接口,16,4.2.接口,目前接觸最多的就是SATA接口硬盤 SATA以連續(xù)串行的方式傳送數(shù)據(jù)，可以在較少的位寬

6、下使用較高的工作平率來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l寬。SATA以此只會(huì)傳送1位數(shù)據(jù)，這樣能減少SATA接口的針腳數(shù)目，使連接電纜數(shù)目變少，效率也會(huì)更高。實(shí)際上，SATA僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用於連接電纜、連接地線、發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)，這樣的架構(gòu)能降低系統(tǒng)能耗，減小系統(tǒng)複雜性。 常見接口傳輸速度比較：,17,4.2.接口,新一代接口NGFF 爲(wèi)了適應(yīng)超級(jí)本和便攜本的需求，MSATA誕生了，但是目前擁有一個(gè)比它更小巧和傳輸速率更快的NGFF接口，NGFF接口又稱為M2接口，作為Intel為超級(jí)本量身定做的新一代接口標(biāo)準(zhǔn)，其尺寸僅為42mm22mm，單面佈置NAND顆粒的話厚度為2.75mm，雙面

7、的話厚度則是3.85mm，而目前mSATA接口的尺寸為51mm30mm，單面厚度就達(dá)到4.85mm。NGFF接口相對(duì)mSATA來說體積進(jìn)一步減小，更加節(jié)省空間。,18,4.2.接口,NGFF接口相比mSATA接口優(yōu)勢(shì)： 尺寸更小 NGFF SSD可通過增加長(zhǎng)度來增加容量，NGFF標(biāo)準(zhǔn)的SSD的寬度、厚度都是相同的，只有長(zhǎng)度不同，而NGFF總共討論了20mm、42mm、60mm、80mm以及120mm，其中42mm、60mm及80mm版本最有可能成為最終標(biāo)準(zhǔn)，越長(zhǎng)代表有限的空間能裝下的閃存顆粒越多，那容量也越大 相比mSATA支持接口規(guī)範(fàn)更多樣化，制定的NGFF又兩種接口：Socket2和Soc

8、ket3，前者支持SATA、PCI-E2接口的SSD、WWAN及其他非存儲(chǔ)設(shè)備。 Socket3支持專為高性能存儲(chǔ)設(shè)計(jì)，可支持PCI-E4接口，體積更小的同時(shí)頻寬高達(dá)4GB/s。相比與mSATA所支持的SATA接口規(guī)範(fàn)，NGFF更多樣化，擁有更高的理論接口傳輸速度。 相比mSATA，傳輸速度更快。,19,5.硬盤分區(qū),硬盤的分區(qū)實(shí)質(zhì)上是對(duì)硬盤的一種格式化，然後才能使用硬盤保存各種信息。創(chuàng)建分區(qū)時(shí)，就已經(jīng)設(shè)置好了硬盤的各項(xiàng)參數(shù)，指定了硬盤主引導(dǎo)記錄（Master Boot Record）和引導(dǎo)記錄備份的存放位置。而對(duì)於文件系統(tǒng)以及其他操作系統(tǒng)管理硬盤所需要的信息則是通過Format命令來實(shí)現(xiàn)。在

9、分區(qū)時(shí)必須把硬盤的主分區(qū)設(shè)定為活動(dòng)分區(qū)，才能夠通過硬盤啟動(dòng)系統(tǒng)。,20,5.硬盤分區(qū),硬盤的主引導(dǎo)記錄（MBR）是不屬於任何一個(gè)操作系統(tǒng)的，它先于所有的操作系統(tǒng)而被調(diào)入內(nèi)存，并發(fā)揮作用，然後才將控制權(quán)交給主分區(qū)內(nèi)的操作系統(tǒng)，并用主分區(qū)信息表來管理硬盤。 計(jì)算機(jī)啟動(dòng)過程涉及以下順序中發(fā)生的幾個(gè)步驟 BIOS運(yùn)行開機(jī)自檢（POST） BIOS 分區(qū)尋找啟動(dòng)設(shè)備，這通常是在硬盤上 從硬盤啟動(dòng)時(shí)BIOS加載MBR MBR確定活動(dòng)分區(qū) 從活動(dòng)分區(qū)MBR加載引導(dǎo)扇區(qū) 引導(dǎo)扇區(qū)初始化加載的操作系統(tǒng),21,5.硬盤分區(qū),硬盤分區(qū) 主分區(qū)數(shù) + 擴(kuò)展分區(qū)數(shù) 4 DOS的分區(qū)命令FDISK允許用戶創(chuàng)建一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)

10、，並且在擴(kuò)展分區(qū)內(nèi)再創(chuàng)立最多23個(gè)邏輯分區(qū)。 PS：在windows 7和windows vista中系統(tǒng)自帶的分區(qū)工具要分出3個(gè)主分區(qū)后才能有邏 輯分區(qū)選項(xiàng),22,硬盤,非DOS分區(qū),主分區(qū),擴(kuò)展分區(qū),將硬盤中的一塊區(qū)域單獨(dú)劃分出來供另一個(gè)操作系統(tǒng)使用，對(duì)主分區(qū)的操作系統(tǒng)來講，是一塊被劃分出去的存儲(chǔ)空間,硬盤的啟動(dòng)分區(qū)，通常位於硬碟的最前面一塊區(qū)域中，構(gòu)成邏輯C磁盤。,邏輯分區(qū),DOS分區(qū),被計(jì)算機(jī)作為獨(dú)立的物理設(shè)備使用,5.硬盤分區(qū),分區(qū)格式 不同操作系統(tǒng)下磁盤格式不同，windows下磁片格式主要FAT16、FAT32、NTFS等,23,6.1相關(guān)技術(shù)NCQ,NCQ（Native Com

11、mand Queuing），原生指令排序，原先是改善服務(wù)器硬盤存取控制技術(shù)，應(yīng)用在SCSI和SATA1.0/2.0/3.0接口硬盤讀寫的加速技術(shù)，其接口開啟磁盤陣列RAID亦有所提升。透過硬盤固件、硬盤控制器以及操作系統(tǒng)三者的相互配合，改善硬盤內(nèi)部磁區(qū)的讀取順序，可以提高硬盤效能，亦能輕微減輕硬盤損耗的速率。 一般硬碟使用的硬碟格式通常為Windows 98核心所使用的FAT32系列，或是Windows NT所使用的NTFS，此種硬碟格式在存取資料時(shí)，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)散亂的情況，導(dǎo)致一個(gè)文件被不規(guī)則的分散成許多的區(qū)塊存放於磁盤上面，時(shí)間一久，文件散亂的程度會(huì)日趨嚴(yán)重，由於傳統(tǒng)的硬碟讀取方式，會(huì)從文件

12、的開頭依序讀取到結(jié)尾，若文件散亂的程度愈嚴(yán)重，則讀取頭需要來回移動(dòng)的距離就越長(zhǎng)，導(dǎo)致硬碟讀寫效能逐漸下降。一旦發(fā)生這樣的問題，解決方案便是使用磁碟重組軟體來進(jìn)行硬碟重組，將散亂的文件重新排列為連續(xù)的區(qū)塊，但由於執(zhí)行磁碟重組可能會(huì)需要搬動(dòng)大量的磁碟區(qū)塊，如果太常執(zhí)行磁碟重組，除了會(huì)提高系統(tǒng)負(fù)載，亦將會(huì)縮短磁碟機(jī)的使用壽命，NCQ即為了解決此種情況而誕生。 啟用NCQ技術(shù)的硬碟，在讀取文件時(shí)，會(huì)依照文件在硬碟上的分佈，將存取的順序作最有效率的排序，以減少機(jī)械臂移動(dòng)的距離，進(jìn)而達(dá)到省時(shí)以及延長(zhǎng)硬碟壽命的效果。,24,6.1相關(guān)技術(shù)NCQ,啟用NCQ技術(shù)的硬碟，在讀取文件時(shí)，會(huì)依照文件在硬碟上的分佈，

13、將存取的順序作最有效率的排序，以減少機(jī)械臂移動(dòng)的距離，進(jìn)而達(dá)到省時(shí)以及延長(zhǎng)硬碟壽命的效果。 於 SATA II NCQ 協(xié)定中，新增3個(gè)功能： Race-free status return mechanism： 硬碟在完成任一指令後，可以無須再進(jìn) 行Handshake即可繼續(xù)另一個(gè)指令，以便 讓多個(gè)指令快速接序或同時(shí)執(zhí)行。 Interrupt aggregation： 硬碟由於以NCQ模式執(zhí)行多個(gè)指令，所以 原本每一個(gè)指令完成後必須中斷以便讓系統(tǒng) 接續(xù)處理的模式，轉(zhuǎn)成可以在多個(gè)指令完成 後再一次提出(interrupt) ，故接口控制器(host controller) 對(duì)於多個(gè)指令只須處理

14、一次中斷即可。 First party DMA（FPDMA）： 當(dāng)硬碟完成資料讀取後，無須靠 host controller 的DMA動(dòng)作取得特定內(nèi)存位置，而是由硬碟本身建立 DMA setup FIS（Frame Information Block）直接對(duì) host controller 送出內(nèi)存存取通知，如此無須驅(qū)動(dòng)程式的運(yùn)作，可以有效提升存取效率。,25,6.2相關(guān)技術(shù)S.M.A.R.T,S.M.A.R.T.，全稱為Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology，即自我監(jiān)測(cè)、分析及報(bào)告技術(shù)。是一種自動(dòng)的硬碟狀態(tài)檢測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)和規(guī)範(fàn)。透過

15、在硬碟硬體內(nèi)的檢測(cè)指令對(duì)硬碟的硬體如磁頭、盤片、馬達(dá)、電路的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控、記錄並與廠商所設(shè)定的預(yù)設(shè)安全值進(jìn)行比較，若監(jiān)控情況將或已超出預(yù)設(shè)安全值的安全範(fàn)圍，就可以透過主機(jī)的監(jiān)控硬體或軟體自動(dòng)向用戶作出警告並進(jìn)行輕微的自動(dòng)修復(fù)，以提前保障硬碟數(shù)據(jù)的安全。除一些出廠時(shí)間極早的硬碟外，現(xiàn)在大部分硬碟均配備該項(xiàng)技術(shù)。 該技術(shù)所需資料被存放在硬碟物理盤面最前面的磁道中，由硬碟製作商將相關(guān)管理程式和數(shù)據(jù)寫入該磁道中，包括加解密程式，自監(jiān)控程式，自修復(fù)程式等，主機(jī)的監(jiān)控軟體可以透過SMART RETURN STATUS的命令讀取S.M.A.R.T.資訊，且這些資訊不允許被用戶修改。,26,6.3.RAI

16、D技術(shù),獨(dú)立硬盤冗餘陣列（RAID），簡(jiǎn)稱硬盤陣列。其基本思想就是把多個(gè)相對(duì)便宜的硬盤組合起來，成為一個(gè)硬盤陣列組，使性能達(dá)到甚至超過一個(gè)價(jià)格昂貴、容量巨大的硬盤。RAID把多個(gè)硬盤組合成為一個(gè)邏輯扇區(qū)，操作系統(tǒng)會(huì)把它當(dāng)做一個(gè)硬盤。RAID分為RAID0,RAID1,RAID1E,RAID5,RAID6,RAID7,RAID10, RAID50,RAID60。 RAID把多個(gè)硬碟組合成為一個(gè)邏輯扇區(qū)，操作系統(tǒng)只會(huì)把它當(dāng)作一個(gè)硬盤。RAID常被使用在服務(wù)器電腦上，并常使用完全相同的硬盤作為組合。,27,6.3.RAID技術(shù),28,6.3.RAID技術(shù),磁盤陣列比較表,29,6.3.RAID技術(shù),

17、英特爾快速存儲(chǔ)技術(shù)是一個(gè)基於windows的應(yīng)用程序，為支持的操作系統(tǒng)提供高性能SATA和SATA RAID能力。此應(yīng)用程序需操作系統(tǒng)和硬件組件的支持。要實(shí)現(xiàn)RAID必須要有兩個(gè)以上硬盤驅(qū)動(dòng)器，且系統(tǒng)BIOS必須包括SATA RAID選項(xiàng)。 若需系統(tǒng)支持RAID，需在安裝系統(tǒng)前先在BIOS中啟用RAID，并創(chuàng)建RAID卷。 步驟如下所示： 進(jìn)BIOS將SATA Conntroller改為RAID Mode，將windows 8 logo Disable 按F10保存后，在開機(jī)自檢（POST）時(shí)出現(xiàn)如下提示,30,6.3.RAID技術(shù),進(jìn)入用戶介面,31,6.3.RAID技術(shù),進(jìn)入用戶介面,32

18、,6.3.RAID技術(shù),AE67，AF18，ACB3等機(jī)種也可以在BIOS種創(chuàng)建RAID卷，進(jìn)入BIOS，確認(rèn)SATA controller為RAID Mode，創(chuàng)建步驟如下： Select Intel(R) Rapid Storage Technology,33,6.3.RAID技術(shù),Select Create RAID Volume,34,6.3.RAID技術(shù),Select Create RAID Volume 英特爾快速RAID技術(shù)提供創(chuàng)建RAID0、RAID1、RAID5和RAID10卷的能力。數(shù)據(jù)跨兩個(gè)或多個(gè)磁盤分佈以提供數(shù)據(jù)冗餘或提高數(shù)據(jù)儲(chǔ)存性能。,35,6.3.RAID技術(shù),選擇要組成RAID的兩張SSD，并選擇Strip Size。我們會(huì)根據(jù)不同應(yīng)用類型、不同性能需求、不同驅(qū)動(dòng)器的不同特點(diǎn)，不存在一個(gè)普遍適用的“最佳條帶大小”，所以我們可以自己定義