2014计算机专业实习报告

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　　硬盘是一个计算机系统的数据存储中心，我们运行计算机时使用的程序和数据目前绝大部分都存储在硬盘上。硬盘在各种各样固定存储设备中的地位是最重要的，它是计算机中不可或缺的存储设备.

　　必备常识篇

　　说到了解硬盘，我们首要的一步是了解一些有关硬盘的常识。关于硬盘，最重要的不外乎结构、磁头技术、接口、容量、单碟容量、缓存、转速、数据传输率等概念，我们不妨一一来看

　　1、结构

　　现在绝大多数硬盘在结构上都是温彻斯特盘。从1973年IBM生产出第一块温氏硬盘以来，后来的硬盘基本都沿用了这一结构，即采用温彻斯特(Winchester)技术，其核心就是：磁盘片被密封、固定并且不停高速旋转，磁头悬浮于盘片上方沿磁盘径向移动，并且不和盘片接触。

　　2、磁头技术

　　硬盘读取数据是通过磁头来完成的。最早的传统磁头是电磁感应式磁头，这些磁头是读写合一的，由于硬盘读、写操作的不同，这种二合一磁头就必须要同时兼顾到读/写两种特性，对硬盘的设计造成了不便。后来的硬盘开始采用MR(磁阻磁头技术)磁头这种分离式的磁头结构：写入磁头仍采用磁感应磁头，而MR磁头则作为读取磁头磁阻。这样便可以得到更好的读/写性能。MR磁头是通过阻值变化来感应信号幅度，对信号变化相当敏感，准确性也较高,而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关，故磁道可以做得很窄，从而提高了盘片密度，扩大了盘片的容量。然而，随着单碟容量的不断增加，终于到了MR磁头的读取极限，于是GMR(巨磁阻磁头技术)磁头诞生了，现在单碟容量超过5G的型号都采用了GMR磁头。进入2001年后，几乎全部硬盘均采用GMR，GMR磁头技术是在MR的基础上开发的，它比MR具有更高的灵敏性。正在基于越来越先进的磁头技术，才使硬盘单碟容量越做越大成为可能，目前最新的磁头是基于第三代巨磁阻磁头技术。

　　3、接口

　　硬盘的接口方式可以说是硬盘另一个非常重要的技术指标，这点从SCSI硬盘和IDE硬盘的巨大差价就能体现出来，接口方式直接决定硬盘的性能。现在最常见的接口有IDE(ATA)和SCSI两种，此外还有一些移动硬盘采用了PCMCIA或USB接口。

　　(1)IDE(Integrated Drive Electronics)：

　　IDE接口最初由CDC、康柏和西部数据联合开发，由美国国家标准协会(ATA)制定标准，所以又称ATA接口。我们普通用户家里的硬盘几乎全是IDE接口的。IDE接口的硬盘可细分为ATA-1(IDE)、ATA-2(EIDE)、ATA-3(Fast ATA-2)、ATA-4 (包括UltraATA、Ultra ATA/33、Ultra ATA/66)与Serial ATA (包括Ultra ATA/100及其它后续的接口类型)。基本IDE接口数据传输率为4.1MB/秒，传输方式有PIO和DMA两种，支持总线为ISA和EISA。后来为提高数据传输率、增加接口上能连接的设备数量、突破528M限制以及连接光驱的需要，又陆续开发了ATA-2、ATAPI和针对PCI总线的FAST-ATA、FAST-ATA2等标准，数据传输率达到了16.67MB/秒。1996年昆腾和英特尔合作开发了Ultra DMA/33接口，严格说来，这已经不能算IDE接口，而应称为EIDE接口，它采用PIO模式5，数据传输率达到33MB/秒。1999年昆腾又推出了Ultra DMA/66接口，传输率为Ultra DMA/33的两倍，采用CRC(循环冗余循环校验)技术以保证数据传输的安全性，并且使用了80线的专用连接电缆，现在市场上主流的硬盘接口类型即为Ultra ATA/66。不过，在进入新世纪后，最有前景的硬盘接口类型则该是Ultra ATA/100了，它的理论最大外部数据传输率可以高达100MB/s。

　　(2)SCSI(小型计算机系统接口，Small Computer System Interface)：

　　SCSI并不是专为硬盘设计的，实际上它是一种总线型接口。由于独立于系统总线工作，所以它的最大优势在于其系统占用率极低，但由于其昂贵的价格，这种接口的硬盘大多用于服务器等高端应用场合。

　　4、容量

　　容量可以说是用户对硬盘认识最多的一个技术指标，它的单位是兆字节(MB)或千兆字节(GB)。影响容量的两个因素是单碟容量和碟片数量。顾名思义，单碟容量也就是在单张盘片上所能存储的信息容量，单盘容量越大，实现大容量硬盘也就越容易，寻找数据所需的时间也相对减少。现在硬盘的单碟容量是越做越大了，一般都可以达到20G。单碟容量提高的同时，硬盘的生产成本也随之而降低，这也是为什么硬盘厂商竞先推出高单碟容量的硬盘产品。你有时在检测硬盘时可能会发现厂家标称的容量和电脑检测的容量不一致，这是由于他们采用的换算单位不同，厂家多以1000进制换算，即1MB=1000byte、1GB=1000MB，而电脑中多用1024进制换算。

　　5、缓存

　　由于CPU运算与硬盘读取之间存在着巨大的速度差异，为了解决硬盘在读写数据时CPU的等待问题，在硬盘上设置适当的高速缓存，以解决二者之间速度不匹配的问题。硬盘缓存与主板上的高速缓存作用一样，是为了提高硬盘的读写速度，当然缓存越大越好。目前IDE硬盘的高速缓存一般为512K到2M之间，主流硬盘的数据缓存应该为2MB，而在SCSI硬盘中最高的数据缓存现在已经达到了16MB。

　　6、转速

　　转速指的是硬盘内电机主轴的转动速度，其单位是RPM(Round Per Minute，每分钟旋转次数)，它直接影响硬盘的数据传输率，理论上转速越快数据传输率就越大。目前IDE接口的硬盘主轴转速一般为5400和7200rpm(转/秒)，主流硬盘的转速为7200RPM，至于SCSI硬盘的主轴转速一般可达7200到10 ,000rpm，而最高转速的SCSI硬盘转速高达15,000rpm。更快的转速可以使盘片转动一周的时间减短，使平均等待时间和平均寻道时间减短，更快地寻找所需要的数据，同时硬盘的内部传输率也会提高，使读写速度加快。

　　7、平均寻道时间

　　这个指标指磁头从得到指令到寻找到数据所在磁道的时间，它是代表硬盘读取数据的能力，单位为毫秒，需要注意的是它与平均访问时间有差别。平均寻道时间越小越好，现在选购硬盘时应该选择平均寻道时间低于9毫秒的产品。

　　8、内部数据传输率

　　内部数据传输率是磁头到硬盘的高速缓存之间的数据传输速度，这可以说是影响硬盘整体性能的关键，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度。在这项指标中常常使用Mb/S或Mbps为单位，这是兆位/秒的意思，如果需要转换成MB/S(兆字节/秒)，就必须将Mbps数据除以8。例如有的硬盘给出最大内部数据传输率为131Mbps，但如果按MB/S计算就只有16.37MB/s。目前市场上主流硬盘的最大内部数据传输率为30MB/s到45MB/s，这比Ultra ATA/100的100MB/s低多了，由此可以看出目前硬盘作为电脑的瓶颈，其病根还在于硬盘的内部数据传输率上。

　　9、外部数据传输率

　　这是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。它与硬盘的接口类型是直接挂勾的，因此在广告或硬盘特性表中常以数据接口速率代替，单位为MB/S。目前主流硬盘普通采用的是Ultra ATA/66，它的最大外部数据率即为66.7MB/s。而采用目前最新的Ultra ATA/100接口最大外部数据传输率即可达到100MB/s。对于SCSI硬盘，若采用最新的Ultra 160/m SCSI接口标准，其数据传输率可达160MB/s，Fibra Channel的最大外部数据传输将可达200MB/s!

　　10、MTBF(连续无故障时间)

　　它指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时。一般硬盘的MTBF至少在30000或40000小时。这项指标在一般的产品广告或常见的技术特性表中并不提供，需要时可专门上网到具体生产该款硬盘的公司网址中查询。

　　除了以上提到的这些技术指标外，影响硬盘性能的还有道至道时间、硬盘表面温度等因素，这里就不再赘述了。说实话，一口气说这么多专业性挺强的内容，不但你可能难以消化，就是我的头都大了。但之所以坚持讲这些术语常识，只是希望你对硬盘能有一个初步的了解，不至于对硬盘一无所知。

　　关键技术篇

　　正如我们看到的那样，由于技术的发展，硬盘的速度、性能在近几年里有了较大幅度的提升，但究其根源，硬盘在技术上的突破只可能是以下几个方面：

　　★采用更先进的技术使硬盘的单碟容量更高以能存储更多的数据(此项技术也就是在上面所说的盘片及磁头上下功夫);

　　★改进硬盘的主轴电机以使其转速更高，从而减小硬盘的平均寻道时间;

　　★采用更先进的硬盘附加技术，以使硬盘的工作稳定性及数据完整性与安全性提高到一个新的高度。

　　正是这样一个思路，如今的硬盘采用了一系列新技术，并将在新世纪里继续得以广泛的应用：

　　1、RAID(Redundent Array of Inexpensive Disks)磁盘阵列技术

　　RAID实际上可以理解成一种使用磁盘驱动器的方法，它将一组磁盘驱动器用某种逻辑方式联系起来，作为逻辑上的一个磁盘驱动器来使用。这种技术的优点是成本低、功耗小、传输速率高，可以提供容错功能、安全性更高以及比起传统的大直径磁盘驱动器来，在同样的容量下，价格要低许多。RAID现在主要应用在服务器硬盘上，但就像任何高端技术一样，RAID也在向PC机上转移。也许所有的PC机都用上了SCSI磁盘驱动器的RAID的那一天，才是PC机真正的“出头之日”。

　　2、PRML(Partial Response Maximum Likelyhood，部分响应完全匹配)读取通道技术

　　PRML技术简单的讲就是将硬盘数据读取电路分成两段“操作流水线”，流水线第一段将磁头读取的信号进行数字化处理然后只选取部分“标准”信号移交第二段继续处理，第二段将所接收的信号与PRML芯片预置信号模型进行对比，然后选取差异最小的信号进行组合后输出以完成数据的读取过程。PRML技术可以降低硬盘读取数据的错误率，因此可以进一步提高磁盘数据密集度。PRML技术的普通采用，使硬盘的容量、速度、可靠性都有了不同程度的提高。

　　3、S.M.A.R.T.(Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology)技术

　　由于硬盘的容量越来越大，为了保证数据的安全性，硬盘厂商都在努力寻求一种硬盘安全监测机制，S.M.A.R.T.技术便应运而生。S.M.A.R.T.即“自我监测、分析及报告技术”。它可以监控磁头、磁盘、电机、电路等部件，由硬盘的监测电路和主机上的监测软件对被监对象的运行情况与历史记录和预设的安全值进行分析、比较，一旦出现安全值范围以外的情况，它就会自动向用户发出警告。而更先进的技术还可以自动降低硬盘的运行速度，把重要数据文件转存到其它安全扇区，通过S.M.A.R.T.技术可以对硬盘潜在故障进行有效预测，提高数据的安全性。

　　4、ATA/100技术

　　对于IDE市场，世纪末可以说是Ultra ATA/66的天下，它支持最大的硬盘外部数据传输率为66.7MB/s。到了2000年昆腾公司联合英特尔等芯片组巨头共同推出了ATA/100标准，在理论上它支持的最大硬盘外部数据传输率为100MB/s，同时在处理器厂商、芯片组厂商、主板厂商及硬盘厂商的努力下，ATA/100成了硬盘新技术的主角。但是硬盘的内部传输率就是影响硬盘性能大幅提高的瓶颈所在，尽管硬盘的内部传输率也正在不断的提高，可目前最高也只能达到45MB/S，这就影响了硬盘整体速度的发挥。

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