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计算机闲文之三——认识硬盘 (3)

摘自 PC新硬件　2000-10-23 16:55:27

　　硬盘最主要性能指标有

　　硬盘容量

　　硬盘作为计算机最主要的外部(辅助)存储器，其容量是第一性能指标。硬盘的容量通常以MB即兆字节为单位，1M即1024×1024，但大部分硬盘厂家在为其硬盘标容量时多取1，000，000字节为1M，因此测试值往往小于标称值。只有提高每张盘片的容量才能从根本上解决靠增加盘片来扩充存储容量的问题。除了对于容量增长的贡献之外，单碟容量的另一个重要意义在于提升硬盘的数据传输速度，单碟容量的提高使得磁道数的增加和磁道内线性磁密度的增加。磁道数的增加对于减少磁头的寻道时间大有好处，因为磁片的半径是固定的，磁道数的增加意味着磁道间距离的缩短，而磁头从一个磁道转移到另一个磁道所需的就位时间就会缩短。目前许多厂商都已推出单盘容量达到20GB的硬盘。

　　硬盘速度

　　衡量硬盘速度的性能指标有多个，主要是

　　·转速（Rotation speed）

　　转速是指硬盘的主轴马达每分钟可以转几圈（Revolution Per Minute），从理论上，转速越快（即RPM值愈高）硬盘的性能越好，因为较高的转速可缩短硬盘的平均寻道时间和实际读写时间，可是转速越快发热量越大，不利于散热。目前一般买到的硬盘大部分都是5400RPM或7200RPM（甚至有10000RPM以上的硬盘）。目前的市场主流机种由5400RPM慢慢变成7200RPM了。

　　·平均寻道时间(Average Seek Time)

　　硬盘的平均寻道时间往往随硬盘容量的增加而减少。硬盘的寻道时间(Seek Time)又叫寻址时间，是硬盘在盘面上移动读写磁头至指定的磁道所用的时间，寻道(址)时间往往随着硬盘容量的增长而减少。平均寻道(址)时间通常取最大寻道(址)时间与最小寻道(址)时间之和的1/3。硬盘的平均寻道时间，反映了硬盘磁头的移动定位速度，直接影响硬盘的访问速度。由于时常会有移到相邻磁轨的情形发生，所以有的厂商是采用Average Seek Time的方式来表示磁盘的性能;而Maximun Seek Time则是由最外圈移到最内圈所需的时间。目前主流硬盘的平均寻道时间约8.5-9.5 ms。

　　·平均等待时间(Average Latency)

　　硬盘的等待时间，又叫潜伏时间(Latency time)，是指磁头已处于要访问的磁道，等待要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间一般为盘片旋转一周所需的时间的一半。对圆形的硬盘来说，潜伏时间最多是转一圈所需的时间，最少则为0（不用转），一般来说，其Average Latency Time则为旋转半圈所需时间。目前的硬盘之转速差不多为540ORPM（或 7200RPM），故其Average Latency Time约等于（1/5400）×60×1000÷2=5.6 ms，其余依此类推。

　　硬盘转速　　潜伏时间
　　3600 RPM　　8.3 ms
　　4500 RPM　　6.7 ms
　　5400 RPM　　5.6 ms
　　7200 RPM　　4.2 ms
　　1000 RPM　　3.0 ms

　　·平均访问时间(Average access time)

　　硬盘的访问时间(Access Time)也叫存取时间，是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标磁道上找到要读写的数据扇区所需的全部时间，它包括寻址时间和等待时间。寻址时间又叫寻道时间即磁头移动到目标磁道的时间，等待时间即需要存取的数据扇区旋转到磁头下方所花的时间。平均访问时间等于平均寻址道时间与平均等待时间之和，即：平均访问时间=平均寻址道时间+平均等待时间
　　硬盘的平均访问时间体现了硬盘的访问速度，是硬盘的重要性能指标。但商家通常不会直接给出其硬盘的平均访问时间，而是给出平均寻道时间，我们只需将平均寻道时间与平均等待时间求和即可。

　　数据传输率（Data Transfer Rate）

　　数据传输率是电脑和硬盘资料传输接口的速率，当读写头准备好开始要读取资料时，影响硬盘效能的因素为数据转移率。数据转移率在硬盘上通常以MBps（Mega bytes per second，每秒传多少兆位/秒）表示，如果需要转换成MB/S（兆字节/秒），就必须将Mbps数据除以8（一字节位数）。一般传输率愈高，软件执行所需要的时间愈少，速度愈快。最大传输率是指此种规格的硬盘能接受的最大传输率，但是并不表示硬盘就有此传输率，只是一般最大传输率较高的硬盘比最大传输率较低硬盘快。数据传输率可分为外部传输率（External TransferRate）和内部传输率（Internal Transfer Rate）。外部数据传输率指硬盘的缓存与系统主存之间交换数据的速度，内部数据传输率指硬盘磁头从缓存中读写数据的速度。以下这些数据都和硬件有关，在制造时会因技术上、成本上的考量而有其一定的限制。

　　IDE硬盘有以下几种规格 SCSI硬盘有以下几种规格

　　接口

　　不同类型的接口往往制约着硬盘的容量，更影响着硬盘速度的发挥。随着硬盘速度与CPU速度的不断提高，硬盘外部数据传输的瓶颈现象日益严重，所以Intel与Quantum提出可将外部数据传输速度增至33MB/s的Ultra ATA接口技术，现在市面上常见的IDE接口的硬盘多采用Ultra ATA66接口技术，理论上可以将外部数据传输速度可达到66MB/s，采用Ultra ATA100接口的硬盘也会很快上市。至于SCSI接口，目前16位的Ultra SCSI II理论上的数据传输率已达80MB/s，但SCSI接口卡加上SCSI硬盘的高昂价格并不是每个用户都负担得起。

　　缓冲区

　　高速缓存是硬盘工作的“推进剂”。一般硬盘的平均访问时间为十几毫秒，但RAM的速度要比硬盘快几百倍(DRAM的速度为60～100ns)。所以RAM主存通常会花大量的时间去等待硬盘读出数据，从而也使CPU效率下降。　　为了解决这个矛盾，人们采用了高速缓冲存储器(又叫高速缓存)技术。

　　高速缓存
　　高速缓存是在磁盘控制器上安装的RAM(也就是通常说的磁盘缓冲区)，现在的硬盘一般带有512KB或2MB（也有更大的）的高速缓存。硬盘的缓存可以提高硬盘的性能，缓存愈大则性能愈高，但是价钱也愈贵。缓存的大小对于硬盘的持续数据传输速度也有着极大的影响。所以，目前市面上主流硬盘的缓存几乎都已经加到了2MB， 512KB缓存的硬盘已伦为低端市场的廉价型号。

　　硬盘扇区交叉的原理及交错因子
　　假设扇区是围绕著磁道依次编号的，磁头读取扇区上的数据分为两个阶段：读出数据、读后处理(即传送至硬盘缓冲区的过程)，当磁盘高速旋转，磁盘控制器试读出1号扇区后准备转向2号扇区读数时，2号扇区的扇区头很有可能已经通过了磁头，使磁头停留在2号扇区的中部，甚至更远的地方。在这种情况下，磁盘控制器必须等待磁盘再次旋转一周，等2号扇区到达时才能读取上面的数据，从而造成磁头大部分时间都在等待，数据传输率极低。解决的办法是扇区不要顺序连续编号，使原来的3号扇区编号为2，以此类推。相邻两号扇区之间间隔的扇区数就是“交叉因子”或称为“间隔系数”，交叉因子是在硬盘低极格式化时，由用户设置的。其设置值应符合厂商提供的说明。在某些低极格式化程序中提供了自动设置交叉因子的功能，用户也可选择该功能由系统自动选择设置。现在的硬盘出厂时已经由生产厂家进行了低级格式化的工作，交错因子的设置也由厂家设为了最佳值，所以我们用不着再进行低级格式化了。

　　什么是磁道和扇区

　　当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。这里给出一张磁盘片与一个磁头的放大图(图中夸张地放大了磁头相对于磁盘的尺寸，因此，也放大了磁道的宽度)。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿著这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨著的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会产生相互影响，同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5”软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有几百甚至上千个磁道。磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。目前使用较多的500MB以上的大容量硬盘，其每个磁道的扇区数通常为63。

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