我的硬盘的那些破事(2)

  自从硬盘出问题之后，个人反思了一下，还是自己对于硬盘的了解不够，于是现在需要恶补硬盘知识。

  首先有一些概念要说一下。

  硬盘驱动器

  硬盘驱动器简称硬盘，是一种主要的电脑存储媒介，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

  硬盘控制器

   硬盘控制器（HardDriveController）是电脑里的控制部件，管理硬盘数据和信息的流动。硬盘控制器即磁盘驱动器适配器。是计算机与磁盘驱动器的接口设备。它接收并解释计算机来的命令，向磁盘驱动器发出各种控制信号。检测磁盘驱动器状态，按照规定的磁盘数据格式，把数据写入磁盘和从磁盘读出数据。磁盘控制器类型很多，但它的基本组成和工作原理大体上是相同的，它主要由与计算机系统总线相连的控制逻辑电路，微处理器，完成读出数据分离和写入数据补偿的读写数据解码和编码电路，数据检错和纠错电路，根据计算机发来的命令对数据传递，串并转换以及格式化等进行控制的逻辑电路，存放磁盘基本输入输出程序的只读存储器和用以数据交换的缓冲区等部分组成。

  1.接口

ATA，全称Advanced Technology Attachment，是用传统的 40-pin 并口数据线连接主板与硬盘的，接口速度最大为133MB/s，因为并口线的抗干扰性太差，且排线占用空间较大，不利电脑内部散热，已逐渐被 SATA 所取代。

SATA，全称Serial ATA，也就是使用串口的ATA接口，因抗干扰性强，且对数据线的长度要求比ATA低很多，支持热插拔等功能，SATA-II的接口速度为375MB/s，而新的SATA-III标准可达到750MB/s的传输速度。SATA的数据线也比ATA的细得多，有利于机箱内的空气流通，整理线材也比较方便。

SCSI，全称是Small Computer System Interface（小型机系统接口），经历多代的发展，从早期的 SCSI-II，到目前的 Ultra320 SCSI 以及 Fiber-Channel （光纤通道），接口型式也多种多样。SCSI 硬盘广为工作站级个人电脑以及服务器所使用，因此会使用较为先进的技术，如碟片转速15000rpm的高转速，且资料传输时CPU占用率较低，但是单价也比相同容量的 ATA 及 SATA 硬盘更加昂贵。

SAS（Serial Attached SCSI）是新一代的SCSI技术，和SATA硬盘相同，都是采取串行式技术以获得更高的传输速度，可达到6Gb/s。此外也透过缩小连接线改善系统内部空间等。

此外，由于SAS硬盘可以与SATA硬盘共享同样的背板，因此在同一个SAS存储系统中，可以用SATA硬盘来取代部分昂贵的SAS硬盘，节省整体的存储成本。但SATA存储系统并不能连接SAS硬盘。

FC（Fibre Channel，光纤通道接口），拥有此接口的硬盘在使用光纤联接时具有热插拔性、高速带宽(4Gb/s或10Gb/s)、远程连接等特点；内部传输速率也比普通硬盘更高。限制于其高昂的售价, 通常用于高端服务器领域。

  

SATA与IDE的区别

    左边SATA，右边IDE

SATA硬盘采用新的设计结构，数据传输快，节省空间，相对于IDE硬盘具有很多优势：

　　1 .SATA硬盘比IDE硬盘传输速度高。目前SATA可以提供150MB/s的高峰传输速率。今后将达到300 MB/s和600 MB/s。到时我们将得到比IDE硬盘快近10倍的传输速率。

　　2. 相对于IDE硬盘的PATA40针的数据线，SATA的线缆少而细，传输距离远，可延伸至1米，使得安装设备和机内布线更加容易。连接器的体积小，这种线缆有效的改进了计算机内部的空气流动，也改善了机箱内的散热。

    3. 相对于IDE硬盘系统功耗有所减少。SATA硬盘使用500毫伏的电压就可以工作。

　　4. SATA可以通过使用多用途的芯片组或串行——并行转换器来向后兼容PATA设备。由于SATA和PATA可使用同样的驱动器，不需要对操作系统进行升级或其他改变。

　　5. SATA不需要设置主从盘跳线。BIOS会为它按照1、2、3顺序编号。这取决于驱动器接在哪个SATA连接器上(安装方便)。而IDE硬盘需要设置通过跳线来设置主从盘。

　　6. SATA还支持热插拔，可以象U盘一样使用。而IDE硬盘不支持热插拔

  硬盘的工作模式

   IDE和AHCI

  

硬盘工作模式经历IDE和AHCI两个阶段，我们可以用螺旋桨式（IDE）、喷气式飞机（AHCI）来形容它们。单从字面理解，我们可以知道螺旋桨式飞机的速度不如喷气式飞机。

●硬盘工作模式与操作系统的关系

    在WinXP时代，系统对AHCI模式支持不佳，选择AHCI模式装系统需要用软驱安装驱动等。因此IDE模式在Windows XP时代一度盛行，并随着SATAII接口达到顶峰。而到了Win7时代，AHCI驱动集成于操作系统，完全没繁琐步骤，从而拉开AHCI的普及之路。

    注：时至今日，机械硬盘的最大读写速度仍未超过SATAII接口的极限。

●SSD固态硬盘助推AHCI成为主流

    AHCI和IDE模式的另一个分水岭则是在SSD固态硬盘的兴起。早期的机械硬盘在AHCI和IDE模式下的速度差距较小；随着高性能的SSD固态硬盘出现，用户逐渐发现AHCI和IDE模式下的速度差距悬殊。

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    正是在集成AHCI驱动、支持Trim垃圾回收的Win7操作系统，带有SATA3.0高速接口的廉价7系列主板，以及不断降价的SSD固态硬盘推动，奠定了今日AHCI模式的主流地位。

 通俗易懂的说法就是,IDE就是ATA模式，是并口传输模式，04年前普及的技术，理论最大133Mb每秒，AHCI就是SATA模式，串口传输模式，新技术，传输速度快，理论最大300Mb每秒，简单点说就是这样。

    调成IDE模式是为了安装没有继承SATA驱动的系统，装完系统一样要装好SATA驱动然后把工作模式改回AHCIi，否则你的硬盘只能发挥出30%的性能。

    安装系统过程中无论是Ghost，还是未在安装光盘中集成了SATA驱动的XP系统，都会出现安装失败或者是Ghost之后开机蓝屏的情况，都是因为无法支持AHCI的硬盘模式。

    AHCI硬盘模式的性能不仅仅是速度上的提升，相对较早的IDE硬盘模式，AHCI提供更多的新的功能的支持，这些新的功能才是提高硬盘读写性能的关键。

    简单来说AHCI是一种新的硬盘算法，这种硬盘算法能有效的提高机械硬盘的性能，同时支持一些特殊的功能，AHCI模式则与IDE模式相反，装系统时需要安装SATA驱动（而且貌似只有这个模式能打开NCQ功能）。如果初始安装系统的时候没有安装AHCI驱动，则无法开启，开启后就会蓝屏，这样的情况下,必须先将BIOS选择回到IDE模式，手动安装AHCI驱动，修改注册表后，选择AHCI重启就可以了

  2.结构

     物理结构

硬盘的物理结构一般由磁头与碟片、电动机、主控芯片与排线等部件组成；当主电动机带动碟片旋转时，副电动机带动一组磁头到相对应碟片上，画出一个与碟片同心的圆形轨道（磁轨），确定读取正面还是反面的碟面（柱面），这时由磁头的磁感线圈感应碟面上的磁性与使用硬盘厂商指定的读取时间或数据间隔定位扇区，从而得到该扇区的数据内容；

• 磁道
  

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（Track）。

• 柱面
  

在有多个盘片构成的盘组中，由不同盘片的面，但处于同一半径圆的多个磁道组成的一个圆柱面（Cylinder）。

• 扇区
  

磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是硬盘的扇区（Sector）。硬盘的第一个扇区，叫做引导扇区。

  逻辑结构

操作系统对硬盘进行读写时需要用到文件系统把硬盘的扇区组合成簇，并创建文件和树形目录制度，使操作系统对其访问和查找变得容易，这是因为操作系统直接对数目众多的扇区进行寻址会十分麻烦。

主引导记录（MBR）和全局唯一标识分区表（GPT）

主引导记录（Master Boot Record，缩写：MBR），又叫做主引导扇区，是电脑开机后访问硬盘时所必须要读取的首个扇区，主引导扇区记录著硬盘本身的相关信息以及硬盘各个分区的大小及位置信息，是数据信息的重要入口。如果它受到破坏，硬盘上的基本数据结构信息将会丢失，需要用繁琐的方式试探性的重建数据结构信息后才可能重新访问原先的数据，对于那些扇区为512位组的磁盘，MBR分区表不支持容量大于2.2TB（2.2 × 10¹²字节）的分区。

全局唯一标识分区表（GUID Partition Table，缩写：GPT）是一个实体硬盘的分区表的结构布局的标准。它是可扩展固件接口（EFI）标准（被Intel用于替代个人计算机的BIOS）的一部分。GPT分配64bits给逻辑块地址，因而使得最大分区大小在2⁶⁴-1个扇区成为了可能。对于每个扇区大小为512字节的磁盘，那意味着可以有9.4ZB(9.4 x 10²¹字节) 或8 ZiB-512字节（9,444,732,965,739,290,426,880字节 或 18,446,744,073,709,551,615（2⁶⁴-1）个扇区 x 512（2⁹）字节每扇区）。

关于MBR和GPT

  MBR（主引导记录）就是我们常用的分区方式，最大支持2.19TB（2的32次方*512byte），可以划分4个主分区或3个主分区+1个扩展分区。大于2.19T的硬盘就会无法识别全部容量，所以第一次使用3T硬盘的童鞋估计都遇到刚才提及的问题。
        一般使用BIOS的x86架构PC，3T硬盘做系统盘（主盘）就必须使用MBR分区方式。从Vista、win7时代开始，为了解决硬盘容量限制问题，增加了GPT（GUID分区表）。GPT最大支持9.4ZB（1ZB=1024PB，1PB=1024EB，1EB=1024TB，即9.4ZEB=94亿TB）容量，支持128个主分区（window限制，有资料介绍实际无限），但使用GPT分区方式的硬盘只能作为数据盘（从盘）使用，并且注意xp 32位是无法识别GPT分区形式的数据盘的。
        另外 ，使用EFI（intel推出的替代BIOS的升级方案，我们理解为一种较新的BIOS）的苹果机，或者基于Itanium的window机（一般用户不必理会是什么），则可以把系统盘使用GPT分区形式。还有一种，我们常用的x86架构的pc，由2011年出的P67、H67、890GX等使用的UEFI BIOS的主板则可支持系统盘使用GPT分区形式。

   总结，一般大家使用硬盘，是BIOS+MBR，大多数正在使用win7的童鞋可以考虑数据盘（从盘）使用GPT分区形式的3T盘。UEFI BIOS的新主板可以考虑系统盘（主盘）直接使用GPT，安装win7 x64。苹果机则是EFI+GPT。

来源：维基百科

     http://itbbs.pconline.com.cn/15657192.html