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硬盘内部剖析

    计算机技术的发展日新月异,个人电脑所使用的基本配置之一Enhanced IDE接口的硬盘除了容量不断提升之外,数据转输速度也开始紧追在SCSI接口的硬盘之后(66Mbytes/sec80Mbytes/sec)。 

 

  但是如果硬盘仅有容量与速度的改进,似乎还是不能满足用户的需求,因为随着硬盘容量的不断增加,速度也不断爬升,如果不进行其它部分的改良,容量与速度的提升反倒可能为用户带来意外的损失。例如,硬盘速度提升,使硬盘更容易因为外来的震动而导致硬盘内碟片的表面出现毁损,进而影响到储存数据的稳定性;容量提升则让使用者在硬盘出现不良状况后,因为高容量而使原本只会损失少部分数据变成损失非常大量的数据。 


  因此,硬盘除了在提升数据的储存容量以及数据的转输速度之外,也一定要有其他改进的技术来辅助新一代的硬盘才行。下面就让我们来介绍新一代硬盘采用了什么新的技术,未来的硬盘技术又会有什么样的发展趋势。 


马达转速与单一碟片容量 
  要提升硬盘的效率一般来说会有两种方式:一种是提升硬盘的马达转速,读者不难看出市面上最普遍的硬盘其马达转速是5400RPMRevolutions Perminute,转/每分钟),也就是马达每分钟转5400转。

 
  如果硬盘在其他所有的硬件环境都不改变的情况下,把马达转速从5400RPM提升到7200RPM甚至10000RPM时,读者可以似想一下,硬盘里的盘片转动一圈所需要耗费的时间就会因为马达转速的提升而缩短,所以在文件的搜寻、定位所需要花的时间也会相对缩短,进而提升硬盘的数据传输效率。除了马达转速不断地提升之外,硬盘内部的磁盘片其单一碟片的容量(或者数据储存密度)也不断地改进,而单一碟片容量的提升代表着两种意义:一种就是硬盘的总容量可以往上提升,读者可以想想看,因为硬盘的高度是固定的,所以硬盘的内部可以安置的碟片数量就会有一定的限制,因此硬盘的总容量就会因碟片数量的多少与单一碟片的容量而有所变化。 

 

  我们举一个简单的例子来说,富士通第十三代(比酷鸟系列)的硬盘单一碟片的容量为4.32Gbytes,而以3.5英寸硬盘来说,高度通常都在1.02英寸也就是2.59厘米,里面最多可以“塞”进四张碟片,读者可以计算一下4.32×4会是多少容量了,所以比酷鸟系列的硬盘最高容量会是17.3Gbytes左右。 


  另一方面,在相同的马达转速下,因为单一碟片容量的提升,在每旋转一圈速度固定的情况下,容量比较多的碟片就可以读取到更多数据,结果就会形成在相同的马达转速情况下,得到较高的数据输率。

 

数据缓冲区(Cache Memory 
  增加数据缓冲区Cache Memory是另一个硬盘技术发展的趋势,读者可以从最近的高端硬盘规格里见到,只要是定位在服务器或工作站等级计算机使用的硬盘,其数据缓冲区Cache Memory部分都大幅提升到2MB,相信以后硬盘的数据缓冲区还会越来越大。 


  为了适应硬盘容量越来越高、马达的转速越来越快的趋势,每一家硬盘制造商势必采用一些新技术,来确保硬盘内数据的稳定性与安全性,虽然当硬盘由PIO驱动模式进入到DMA驱动模式时,硬盘本身都提供了S.M.A.R.T.自我监视、分析的回报技术,但是在个人电脑操作系统还没完全支持之前,硬盘的S.M.A.R.T.几乎没运用上,读者在看完下文后可以知道:除了不断提升硬盘容量与马达转速之外,硬盘生产厂商还会不断推出许多新的技术,让用户可以很安心地使用这些既快又稳的硬盘。下面就是各硬盘制造商在新一代硬盘中所运用的新技术。

 

Western DigitalData Lifeguard 
  前段时间Western Digital所推出的鱼子酱系列硬盘,多出了一个“Data Lifeguard”的卖点,到底什么是Data Lifeguard呢?硬盘有了Data Lifeguard的特点后,对消费者有什么好处与帮助呢? 


  要介绍Data Lifeguard之前一定要先提到S.M.A.R.T.,也就是Self MonitoringAnalysisand Peporting Technology(自我监视、分析回报技术)。这种自我监视、分析与回报的技术,可以让硬盘数据更安全,在硬盘快要“寿终正寝”前,提早通知使用者,先把硬盘内所储存数据尽快备份或转移它处。 


  Data Lifeguard就运用了S.M.A.R.T.技术,简单地说,Disk Lifeguard在硬盘持续开机(也就是马达持续转动)八小时后,也就是每隔八小时,“硬盘本身”就自动地扫描侦测硬盘内部,如果遇到可能快要产生坏磁区(Bad Sectors)的部分时,就赶快把些磁区上的数据转移到状况良好的磁区上面,并且做好数据在硬盘上所需的连接。

 
  我们在这里特别把“硬盘本身”加上引号,目的就是要强调Data Lifeguard的所有动作都是硬盘本身就可以启动、执行的,不需要主板或其他工具程序配合。所以用户不需要安装额外的工具软件,只要硬盘的电源开着,每隔八个小时Data Lifeguard就会做一次扫描、分析与修复的动作,完全不需要假手他人。并且Data Lifeguard会在硬盘处于Idle(硬盘15秒钟没有任何动作)的情况下才会工作,一旦Data Lifeguard准备开始扫描、分析与修复的动作时,如果硬盘还有其他的工作需要完成时,Data Lifeguard就会往后延长15分钟(再加15秒的Idle时间),再开始自动扫描、分析与修复的动作,所以用户不需要担心Data Lifeguard功能会影响到硬盘的工作效率。

 

QuantumSPSShock Protection System 
  SPSShock Protection System)是新一代Quantum硬盘所新增的技术。读者应该都知道,硬盘非常怕震动,不管电源是否已经启动,只要硬盘受到了撞击或震动(shock and vibration),或多或少总有数据受到一定程度的损伤,如果处于运转状态的硬盘受到强烈震动或撞击,所造成的“伤害”会更大。 


  内含了SPS功能的硬盘就可以承受较高G数的冲击,这种技术可以把硬盘因冲击而造成的损害降到最低的程度。这个G可不是千克的G喔!这是重力加速度的单位。 


  QuantumFireball EL系列之后所推出的硬盘都内含了SPS功能。 
  QuantumDPSData Protection System 
  DPS(Data Protection Sydtem)是Quantum近来提出的另一项新技术,它可以让用户确定自己的硬盘是否真正发生了问题。用户可以在Quantum的网站上下载qdps.exe软件,只要在任何时候觉得硬盘“怪怪”的,似乎有问题时,就可以用软盘开机,执行qdps.exe,让这一个DPS工具程序帮你测试一下硬盘有没有问题。但是请使用者必须先确定:一定要是Quantum品牌Enhanced IDE接口且支持S.M.A.R.T.规格的硬盘才可以,换句话说SCSI接口的硬盘并不适用DPS 


  qdps.exe程序会检查硬盘的S.M.A.R.T.数据缓冲区,以及其他基本的随机检查测试等等,而最重要的是qdps.exe所进行的测试绝对不影响到硬盘里面所储存的数据。 


  送修硬盘是很痛苦的,如果硬盘本身其实没问题,却因厂商或代理商的维修工程师为进行必须的测试程序而格式化掉硬盘里的数据时,那不是损失会更惨重吗?有了qdps.exe,用户就可以判定硬盘是否真的需要送去修理了。

 
  Quantum新一代的硬盘都已经提供了DPS功能,而且qdps.exe工具程序可以在Fireball 540/1080Fireball 640/1280Fireball TMFireball STFireball SEFireball ELFireball EXFireball CRFireball Plus KA等硬盘上工作。 


MaxtorMaxSafe 
  MaxSafeMaxtor在金钻二代系列硬盘使用的新技术,该技术提供了ECC错误修正码(Error Correction Code)功能,那么到底这个ECC功能有什么特殊作用呢?如果读者留意到PC-100规格的SDRAM内存,应该知道在内存模块上也有ECC这个玩意儿,而且Intel Pentium  350MHz以上的CPU,其内部的L2 Cache也拥有ECC错误修正码的功能。 


  所谓的ECC是指以一种复杂的编码算法,当传输一笔数据时,额外采用几个位元来当成错误修正的判别码,就是通过一种复杂的编码算法计算来产生(个人电脑内存模块上仅提供一个位元的错误修正码),所以只要数据在传输的过程当中出现了错误,就可以通过一个错误修正码来修复不正确的数据,确保数据的正确性。 


  金钻二代系列硬盘采用了每512Bytes的数据提供430BitsECC数据,ECC数据量越多,代表侦测与修正数据错误的能力越强,金钻二代系列硬盘所采用的ECC数据量已经是其他厂牌或其他系列硬盘的两倍,可见金钻二代系列硬盘在数据的传输(读取写入)方面,其数据读写发生错误的几率应该比其他硬盘要低。 


  另外MaxSafe也会侦测磁碟写出入数据时的飞行高度。如果磁头飞行过高,很可能刚刚要写入的数据会无法正确的纪录到硬盘内,而MaxSafe利用Maxtor新发展出来的一个技术,查以侦测写入数据时的磁头高度,一旦发现磁头的飞行高度过高,金钻二代系列硬盘会标记起来并采取修正措施。


MaxtorShockBlock 
  ShockBlockMaxtor新一代硬盘所采用的另一种新技术。金钻二代系列硬盘采用了最新ShockBlock机械设计技术,强化了连接读写磁头的钢板的刚性(比原来增强25%),并且读写磁头比原来的读写磁头轻40%,这两种新设计的目的就是在于尽量降低读写磁头弹离碟片的可能性,如果读写磁头没有弹离碟片,就不会有碟片被读写磁头敲击而产生屑片的情况发生。 

 

结束语 
  在看完了以上内容后,读者应该多少了解到未来硬盘的趋势,在容量速度上除了继续不断的提升,在数据的安全性与稳定性部分,每家硬盘厂商也都各自采用了新的技术,对消费者而言,数据安全和硬盘的使用稳定性也可说是更有保障了。

 

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