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在硬盘技术的九大基础技术

watchstor.com  佚名丨2009-11-24 16:02 标签:HBA 硬盘/SSD 硬盘 

硬盘技术伴随着我们走过了几十年的风风雨雨。我们在使用硬盘技术的时候还有很多不了解的东西,下面就详细的介绍硬盘技术中的主流技术。希望大家能够深入了解硬盘技术。

总的来说,目前硬盘技术的发展主要集中在速度、容量及可靠性三方面。Ultra-ATA100/133接口、GMR巨磁阻技术和S.M.A.R.T自我监测分析和报告技术等各项技术已普遍为各大硬盘制造商所采用,这使得硬盘在传输率、单片存储容量和监测预告技术上较以往有了很大提高。

1、更高的主轴电机转速。

目前大多数硬盘技术的主轴电机转速一般都在5400转以上。理论上来说,转速越快,硬盘的速度越快,但提高转速受到散热、稳定性等多方面的制约,因此硬盘转速的提高是有限度的。E-IDE接口硬盘大约会以10000转/分为限。随着硬盘技术转速的提高,平均等待时间和平均寻道时间随之下降,平均寻道时间缩短到9ms以下。而SCSI接口的硬盘技术转速已提高到15000转/分以上。

2、ULTRADSP(超级数字信号处理器)的应用。

DSP每秒可以处理数以千万条指令,处理数学运算时较一般CPU快10~50倍,MAXTOR在硬盘技术厂商中率先引入了此项技术,用于缩短硬盘的平均寻道时间,采用ULTTRADSP技术,其单一的DSP芯片可同时提供处理器及驱动接口的双重功能,减少了其它电子零件的使用,可大幅度提高硬盘技术的速度可靠性。

3、高速缓存技术。

目前在硬盘技术上广泛采用了多段先行读出式超高速缓存器,多段先行读出式超高速缓存器可在读出和先行读出作业中,数据被存入超高速缓存器中,主机不必通过磁盘驱动器便可以直接使用这些数据,由于每一段都可以用作一个独立的缓冲器,可以在多任务环境中大大提高系统的吞吐性能。因此即使是E-IDE接口的硬盘,为了提高性能,最好也要拥有256KB的高速缓存。由于高速缓存可以提高硬盘性能,所以随着硬盘容量的加大,高速缓存就显得越来越重要。目前一些硬盘上已经采用了高达8M的高速缓存。

4、硬盘技术内多盘片封装技术

当平均存取时间和记录密度一定时,盘片数加倍则单位区域内的容量加倍,移动磁头寻道的可能性将减小,性能将提高。一般E-IDE接口的硬盘最多为四片盘。

5、OAW技术

在传统磁盘技术发展的上存在一个“超顺磁极限”。传统磁记录驱动器的面记录密度越来越大,当它达到20~40Gb/平方英寸时,磁盘上的磁介质就无法保持稳定的磁畴,这就是传统磁盘技术发展的理论极限。但信息技术发展对信息存储的要求却没有极限。OAW技术达到的面记录密度远高于今天的硬盘技术驱动器,最终将突破超顺磁极限即传统磁技术的面记录密度的理论极限。OAW技术在驱动器业界首次把光技术、磁技术和通信技术集成在一起,构成新一类的经济实惠的高容量驱动器产品。OAW技术能突破超顺磁级所限制的驱动器性能。OAW系统由:先进的光输送系统、独特的磁头设计、全新的伺服系统、等新一代记录介质子系统组成。

6、“湿盘”(wetdisk)技术

当我们要把磁盘密度进一步增大,目前以金属薄膜盘片以及玻璃基片的“温盘技术”便无能为力了。我们知道,当磁盘密度达到一定程度时,信号便会变得更加微弱,并且相邻信号之间的干扰也更为严重。要解决只能把磁头进一步贴近盘片,但目前的磁头飞高已不到0.08微米,要进一步令磁头靠近盘片非常困难,因为这要克服磁头抖动及盘片细微凹凸等引起问题。为此,有人提出干脆把磁头紧贴磁盘(Contactrecording),就象录音机那样。但对盘片及磁头而言,这种接触是致命的,磁头与盘片会两败俱伤。于是,一种全新的盘片--“湿盘”(wetdisk)被提上的研发日程,“湿盘”可以最大限度地减少磁头与盘片的磨擦,但其中还有不少技术上与工艺上的问题有待解决。

7.PRML读取通道技术

PRML技术最初只用在通信方面,用以解决误码率问题,该技术引入硬盘中后可有效提高数据读取及传输效率,可使硬盘容量提高30%以上,据称第三代PRML读取通道可提供高达900MBPS的内部数据传输率。PRML技术可使盘片存储更多的数据,因此既可提高单片硬盘的容量,又可加快数据传输率。PRML技术应用于硬盘技术信号读取时,能避免因磁道过窄造成的信号干扰,大幅度地提高盘片的密度。同时由于磁盘密度的增大,磁头在相同时间内可以读取到更多的信号,使得读取速度得以提高。而通过最大相似原理的多点采样可以把磁头读取到的信号与标准信号进行对比,以得出最匹配的信号再传送出去,从而大大地提高了数据读取的准确性。PRML技术的普遍采用,使硬盘的容量、速度、可靠性都有了不同程度的提高。

8.GMR(巨磁阻)磁头技术

磁阻磁头的工作原理是基于磁阻效应来工作的,其核心是一小片金属材料,其电阻随磁场变化而变化,虽然其变化率不足2%,但因为磁阻元件连着一个非常灵敏的放大器,所以可测出该微小的电阻变化。巨磁阻磁头GMR磁头与MR磁头一样,是利用特殊材料的电阻值随磁场变化的原理来读取盘片上的数据,但是GMR磁头使用了磁阻效应更好的材料和多层薄膜结构,比MR磁头更为敏感,相同的磁场变化能引起更大的电阻值变化,从而可以实现更高的存储密度,现有的MR磁头能够达到的盘片密度为3Gbit-5Gbit/in2(千兆位每平方英寸),而GMR磁头可以达到10Gbit-40Gbit/in2以上。目前GMR磁头已经成为最流行的磁头技术。

TDK公司日前成功地试制了采用TMR薄膜的TMR(tunnelingmagnetoresisitive)磁头,并制造出硬盘技术设备。据悉,该TMR磁头的再生输出以及面密度均与GMR磁头相同。磁头结构与GRM磁头不同,但是详细信息尚未公开。

9、数据保护技术

(1)S.M.A.R.T(自动检测、分析及报告)技术

使用S.M.A.R.T技术,可有效保护你的硬盘技术。硬盘技术出现故障,是一件十分令人懊恼的事情,为此,你将冒丢失重要数据的危险。不过,现在有一种对硬驱故障发出报警的方法,它就是自我监视、分析和报告技术S.M.A.R.T.。

可预测的硬驱故障是由硬驱性能逐渐恶化引起的。实际上,硬驱故障的60%都是机械性质的,对此类故障,S.M.A.R.T.可一显身手。S.M.A.R.T.可以对数据提供有效的廉价保护,使用S.M.A.R.T.可行的驱动器有助于减少数据丢失的风险,亦即避免了金钱和时间的损失,并且预先报警能让你安排更换驱动器所需的停工时间。尽管S.M.A.R.T.能有这样的帮助,但保护数据最好的方法仍是不断地定期备份,实际上,将二者结合是最好的保护方案。S.M.A.R.T技术是硬盘厂商提供的一个规范,主要目的是预防某些设备失败。提高硬盘可靠性和确保数据的连续性,已成为工业标准,因此,大多数的硬盘生产商已在向支持S.M.A.R.T技术看齐。

(2)SPS和DPS技术

SPS(ShockProtectionSystem)震动保护系统。是由昆腾公司开发,使硬盘在受到撞击时,保持磁头不受震动,磁头和磁头臂停泊在盘片上,冲击能量被硬盘其他部分吸收,这样能有效地提高硬盘技术的抗震性能,使硬盘在运输、使用及安装的过程中最大限度地免受震动的损坏。目前第二代保护系统(SPSII)也推出,可以更有效的防止由于外界的震动所引起的硬盘损坏

DPS(DataProtectionSystem)数据保护系统。DPS可快速自动检测硬盘的每一个扇区,并在硬盘的前300M空间定位存放操作系统或其他应用系统的重要部分。当系统发生问题时,DPS可以在90秒内自动检测并恢复系统数据,即使系统无法自举,也可以用包含DPS的系统软盘启动系统,再通过DPS自动检测并分析故障原因,尽可能保证数据不被丢失。DPS,配合QDPS测试软件,可以方便,正确的检测你的硬盘是否有损坏。当系统发生故障后,如果硬盘能通过QDPS软件的测试,则可以排除是硬盘技术的问题:反之,则可以肯定是硬盘发生了故障,在质保期内可要求经销商退换。

(3)ShockBlock和MaxSafe技术

ShockBlock是迈拓公司在其金钻二代硬盘技术上使用的防震技术,它的设计思想和昆腾的SPS相似,采用先进的设计制造工艺,在意外碰撞发生时,尽可能避免磁头和磁盘表面发生撞击,减少因此而引起的磁盘表面损坏。

MaxSafe同样也是金钻二代拥有的独特数据保护技术,它可以自动侦测、诊断和修正硬盘技术发生的问题,提供更高的数据完整性和可靠度。Maxsafe技术的核心是ECC(ErrorCorrectionCode错误纠正代码)功能,它在数据传输过程中采用特殊的编码算法,加入附加的ECC检验位代码并保存在硬盘上,当数据重新读出或写入时,通过解码方式去除额外的检验位和原来保存的数据对照,如果编码和解码过程中发生错误,将重新读出数据并保持数据的完整性。

(4)Seashield和DST技术

Seashield是希捷公司推出的新防震保护技术。Seashield提供了由减震弹性材料制成保护软罩,配合磁头臂及盘片间的加强防震设计,为硬盘提供了高达300G的非操作防震能力。另一方面它也提供了印刷电路底板静电放电硬罩及其他防损害措施,保证硬盘的可靠性。

DriveSelfTest(DST,驱动器自我测试)功能是希捷新增的数据保护技术,它内建在硬盘技术的固件中,提供数据的自我检测和诊断功能,在用户卸下硬盘时先进行测试诊断,避免数据无谓的丢失。

(5)DFT技术

DFT(DriveFitnessTest,驱动器健康检测)技术是IBM公司为其PC硬盘技术开发的数据保护技术,它通过使用DFT程序访问IBM硬盘里的DFT微代码对硬盘进行检测,可以让用户方便快捷地检测硬盘的运转状况。

DFT微代码可以自动对错误事件进行登记,并将登记数据保存到硬盘上的保留区域中。DFT微代码还可以实时对硬盘进行物理分析,如通过读取伺服位置错误信号来计算出盘片交换、伺服稳定性、重复移动等参数,并给出图形供用户或技术人员参考。这是一个全新的观念,硬盘子系统的控制信号可以被用来分析硬盘本身的机械状况。

(6)“热拔插”技术。

热拔插SCSI连接/断接功能深受市场的欢迎。在开启或关闭电源时,硬盘在活跃的SCSI总线上不会造成电源瞬变或数据失误的情况,因此热拔插功能特别适用于阵列应用程式,在拆机安装硬盘技术时,阵列仍可照常运作而不会中断。目前IBM、Compaq、HP等品牌服务器都采用了80针热拔插硬盘,并配有专用的硬盘技术架和电源。

(7)磁盘阵列技术

它起源于集中式大、中、小型计算机网络系统中,专门为主计算机存储系统数据。随着计算机网络、Internet和Intranet网的普及,磁盘阵列已向我们走来。为确保网络系统可靠地保存数据,使系统正常运行,磁盘阵列已成为高可靠性网络系统解决方案中不可缺少的存储设备。磁盘阵列由磁盘阵列控制器及若干性能近似的、按一定要求排列的硬盘技术组成。该类设备具有高速度、大容量、安全可靠等特点,通过冗余纠错技术保证设备可靠。RAID是由几组磁盘驱动器组成,并由一个控制器统一管理,通过在磁盘之间使用镜像数据或数据分割及奇偶校验来实现容错要求,是一种具有较高容错能力的智能化磁盘集合,具有较高的安全性和可靠性。RAID在现代网络系统中作为海量存储器,广泛用于磁盘服务器中。用磁盘阵列作为存储设备,可以将单个硬盘技术的30万小时的平均无故障工作时间(MTBF)提高到80万小时。磁盘阵列一般通过SCSI接口与主机相连接,目前最快的UltraWideSCSI接口的通道传输速率达到80Mbps。磁盘阵列通常需要配备冗余设备。磁盘阵列都提供了电源和风扇作为冗余设备,以保证磁盘阵列机箱内的散热和系统的可靠性。为使存储数据更加完整可靠,有些磁盘阵列还配置了电池。在阵列双电源同时掉电时,对磁盘阵列缓存进行保护,以实现数据的完整性。

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