電腦基礎知識普及之硬盤篇

　　1. 硬盤的類型：

　　目前有好幾種：IDE（ATA）硬盤，SATA硬盤，SCSI硬盤和SAS硬盤。

　　IDE硬盤也叫ATA硬盤，是采用并行傳輸技術的硬盤。IDE的英文全稱為“Integrated Drive Electronics”，即“電子集成驅動器”，它的本意是指把“硬盤控制器”與“盤體”集成在一起的硬盤驅動器。把盤體與控制器集成在一起的做法減少了硬盤接口的電纜數目與長度，數據傳輸的可靠性得到了增強。

　　IDE硬盤的接口類型：ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA

　　IDE硬盤優點：價格低廉、兼容性強、性價比高。

　　IDE硬盤缺點：數據傳輸速度慢、線纜長度過短、連接設備少。

　　SATA硬盤采用串行傳輸技術，分為第一代SATA和第二代SATA2，其中SATA2可以達到3Gbps，速度比IDE快多了。

　　目前情況下，SATA硬盤分為原生和橋接兩種：

　　1．原生SATA硬盤

　　這是真正的SATA硬盤，采用真正的SATA控制器，而 新的SATAⅡ支持NCQ（Native Command Queuing，原生命令隊列），這個技術允許硬盤對讀/寫命令重新排序，允許硬盤根據哪一個功能 接近于磁頭當前所在的位置來執行。

　　2．橋接SATA硬盤

　　只是將普通的IDE硬盤通過橋接控制芯片將其轉化為SATA硬盤，通過“主板-硬盤”采用橋接芯片來實現“串→并”、“并→串的數據轉換，在性能上比起IDE硬盤并沒有太大的提升，反而影響帶寬。

　　橋接SATA硬盤一般都是采用Narvell公司的88i8030芯片或Silicon Image公司的Sil3611芯片，如果你在自己SATA硬盤上發現了這兩種芯片，那就是橋接SATA硬盤，如果沒有的話，那么恭喜你，這就是原生SATA硬盤。

　　BIOS中激活SATA硬盤：

　　在主板的BIOS設置程序中，一般會有一個關于SATA硬盤的設置選項：SATA MODE，一個是增強模式，一個是兼容模式，如果是兼容模式的話就是ATA/133。

　　SATA硬盤與傳統的并行ATA硬盤相比具有非常明顯的優勢：首先是SATA的傳輸速度快，除此之外，SATA硬盤還具有安裝方便、容易散熱、支持熱插拔等諸多優點，這些都是并行ATA硬盤無法與之相比的。

　　還有一種硬盤叫SCSI硬盤，SCSI是Small Computer System Interface（小型計算機系統接口）的縮寫，使用50針接口，外觀和普通硬盤接口有些相似。用在服務器上面比較多，速度快，穩定性很好，比較適合做磁盤陣列。

　　SCSI硬盤的優勢：

　　（1）轉速高達15000RPM。高轉速意味著硬盤的平均尋道時間短，能夠迅速找到需要的磁道和扇區。

　　（2）SCSI硬盤可支持多個設備，SCSI-2（Fast SCSI） 多可接7個SCSI設備，Wide SCSI-2以上可接16個SCSI設備。也就是說，所有的設備只需占用一個IRQ，同時SCSI還支持相當廣的設備，如CD-ROM、DVD、CDR、硬盤、磁帶機、掃描儀等。

　　PS：IRQ全稱為Interrupt Request，即是“中斷請求”的意思。

　　IRQ的作用就是在我們所用的電腦中，執行硬件中斷請求的動作，用來停止其相關硬件的工作狀態，比如我們在打印一份圖片，在打印結束時就需要由系統對打印機提出相應的中斷請求，來以此結束這個打印的操作。在每臺電腦的系統中，是由一個中斷控制器8259或是8259A的芯片（現在此芯片大都集成到其它的芯片內）來控制系統中每個硬件的中斷控制。目前共有16組IRQ，去掉其中用來作橋接的一組IRQ，實際上只有15組IRQ可供硬件調用。

　　（3）SCSI還允許在對一個設備傳輸數據的同時，另一個設備對其進行數據查找。這就可以在多任務操作系統如Linux、Windows NT中獲得更高的性能。

　　（4）SCSI占用CPU極低，在多任務系統中占有著明顯的優勢。由于SCSI卡本身帶有CPU，可處理一切SCSI設備的事務，在工作時主機CPU只要向SCSI卡發出工作指令，SCSI卡就會自己進行工作，工作結束后返回工作結果給CPU，在整個過程中，CPU均可以進行自身工作。

　　（5）SCSI設備還具有智能化，SCSI卡自己可對CPU指令進行排隊，這樣就提高了工作效率。在多任務時硬盤會在當前磁頭位置，將鄰近的任務先完成，再逐一處理其他任務。

　　（6） 快的SCSI總線有320MB/s的帶寬，這要求使用一個64位的133MHz的PCI插槽，因此在普通PC機中所能達到的 大速度為160MB/s，理論上也就意味著硬盤傳輸率可高達160MB/s。（不過型號舊的SCSI就沒這么快了）

　　 新的一種叫SERIAL ATTACHED SCSI，簡稱SAS硬盤，在SCSI的基礎上采用串行的傳輸技術。本質上SAS硬盤就是改良的SCSI硬盤。 新的SAS二代可以達到6Gbps的速度。

　　2. 硬盤的RAID功能：

　　RAID(Redundant Array of Independent Disk 獨立冗余磁盤陣列)技術是加州大學伯克利分校1987年提出， 初是為了組合小的廉價磁盤來代替大的昂貴磁盤，同時希望磁盤失效時不會使對數據的訪問受損失而開發出一定水平的數據保護技術。RAID就是一種由多塊廉價磁盤構成的冗余陣列，在操作系統下是作為一個獨立的大型存儲設備出現。RAID可以充分發揮出多塊硬盤的優勢，可以提升硬盤速度，增大容量,提供容錯功能夠確保數據安全性，易于管理的優點，在任何一塊硬盤出現問題的情況下都可以繼續工作，不會受到損壞硬盤的影響。

　　RAID的幾種工作模式

　　（1） RAID 0

　　即Data Stripping數據分條技術。RAID 0可以把多塊硬盤連成一個容量更大的硬盤群，可以提高磁盤的性能和吞吐量。RAID 0沒有冗余或錯誤修復能力，成本低，要求至少兩個磁盤，一般只是在那些對數據安全性要求不高的情況下才被使用。

　　a、RAID 0 簡單方式

　　就是把x塊同樣的硬盤用硬件的形式通過智能磁盤控制器或用操作系統中的磁盤驅動程序以軟件的方式串聯在一起，形成一個獨立的邏輯驅動器，容量是單獨硬盤的x倍,在電腦數據寫時被依次寫入到各磁盤中，當一塊磁盤的空間用盡時，數據就會被自動寫入到下一塊磁盤中，它的好處是可以增加磁盤的容量。速度與其中任何一塊磁盤的速度相同，如果其中的任何一塊磁盤出現故障，整個系統將會受到破壞，可靠性是單獨使用一塊硬盤的1/n。

　　b、RAID 0的另一方式

　　是用n塊硬盤選擇合理的帶區大小創建帶區集， 好是為每一塊硬盤都配備一個專門的磁盤控制器，在電腦數據讀寫時同時向n塊磁盤讀寫數據,速度提升n倍。提高系統的性能。

　　（2） RAID 1

　　RAID 1稱為磁盤鏡像：把一個磁盤的數據鏡像到另一個磁盤上，在不影響性能情況下 大限度的保證系統的可靠性和可修復性上，具有很高的數據冗余能力，但磁盤利用率為50%，故成本 高，多用在保存關鍵性的重要數據的場合。RAID 1有以下特點：

　　a、RAID 1的每一個磁盤都具有一個對應的鏡像盤，任何時候數據都同步鏡像，系統可以從一組鏡像盤中的任何一個磁盤讀取數據。

　　b、磁盤所能使用的空間只有磁盤容量總和的一半，系統成本高。

　　c、只要系統中任何一對鏡像盤中至少有一塊磁盤可以使用，甚至可以在一半數量的硬盤出現問題時系統都可以正常運行。

　　d、出現硬盤故障的RAID系統不再可靠，應當及時的更換損壞的硬盤，否則剩余的鏡像盤也出現問題，那么整個系統就會崩潰。

　　e、更換新盤后原有數據會需要很長時間同步鏡像，外界對數據的訪問不會受到影響，只是這時整個系統的性能有所下降。

　　f、RAID 1磁盤控制器的負載相當大，用多個磁盤控制器可以提高數據的安全性和可用性。

　　（3） RAID 0+1

　　把RAID0和RAID1技術結合起來，數據除分布在多個盤上外，每個盤都有其物理鏡像盤，提供全冗余能力，允許一個以下磁盤故障，而不影響數據可用性，并具有快速讀/寫能力。RAID0+1要在磁盤鏡像中建立帶區集至少4個硬盤。

　　（4） RAID 2

　　電腦在寫入數據時在一個磁盤上保存數據的各個位，同時把一個數據不同的位運算得到的海明校驗碼保存另一組磁盤上，由于海明碼可以在數據發生錯誤的情況下將錯誤校正，以保證輸出的正確。但海明碼使用數據冗余技術，使得輸出數據的速率取決于驅動器組中速度 慢的磁盤。RAID2控制器的設計簡單。

　　（5） RAID 3：帶奇偶校驗碼的并行傳送

　　RAID 3使用一個專門的磁盤存放所有的校驗數據，而在剩余的磁盤中創建帶區集分散數據的讀寫操作。當一個完好的RAID 3系統中讀取數據，只需要在數據存儲盤中找到相應的數據塊進行讀取操作即可。但當向RAID 3寫入數據時，必須計算與該數據塊同處一個帶區的所有數據塊的校驗值，并將新值重新寫入到校驗塊中，這樣無形雖增加系統開銷。當一塊磁盤失效時，該磁盤上的所有數據塊必須使用校驗信息重新建立，如果所要讀取的數據塊正好位于已經損壞的磁盤，則必須同時讀取同一帶區中的所有其它數據塊，并根據校驗值重建丟失的數據，這使系統減慢。當更換了損壞的磁盤后，系統必須一個數據塊一個數據塊的重建壞盤中的數據，整個系統的性能會受到嚴重的影響。RAID 3 大不足是校驗盤很容易成為整個系統的瓶頸，對于經常大量寫入操作的應用會導致整個RAID系統性能的下降。RAID 3適合用于數據庫和WEB服務器等。

　　（6） RAID 4

　　RAID4即帶奇偶校驗碼的獨立磁盤結構，RAID4和RAID3很象，它對數據的訪問是按數據塊進行的，也就是按磁盤進行的，每次是一個盤，RAID4的特點和RAID3也挺象，不過在失敗恢復時，它的難度可要比RAID3大得多了，控制器的設計難度也要大許多，而且訪問數據的效率不怎么好。

　　（7） RAID 5

　　RAID 5把校驗塊分散到所有的數據盤中。RAID 5使用了一種特殊的算法，可以計算出任何一個帶區校驗塊的存放位置。這樣就可以確保任何對校驗塊進行的讀寫操作都會在所有的RAID磁盤中進行均衡，從而消除了產生瓶頸的可能。RAID5的讀出效率很高，寫入效率一般，塊式的集體訪問效率不錯。RAID 5提高了系統可靠性，但對數據傳輸的并行性解決不好，而且控制器的設計也相當困難。

　　（8） RAID 6

　　RAID6即帶有兩種分布存儲的奇偶校驗碼的獨立磁盤結構，它是對RAID5的擴展，主要是用于要求數據絕對不能出錯的場合，使用了二種奇偶校驗值，所以需要N+2個磁盤，同時對控制器的設計變得十分復雜，寫入速度也不好，用于計算奇偶校驗值和驗證數據正確性所花費的時間比較多，造成了不必須的負載，很少人用。

　　（9） RAID 7

　　RAID7即優化的高速數據傳送磁盤結構，它所有的I/O傳送均是同步進行的，可以分別控制，這樣提高了系統的并行性和系統訪問數據的速度；每個磁盤都帶有高速緩沖存儲器，實時操作系統可以使用任何實時操作芯片，達到不同實時系統的需要。允許使用SNMP協議進行管理和監視，可以對校驗區指定獨立的傳送信道以提高效率。可以連接多臺主機，當多用戶訪問系統時，訪問時間幾乎接近于0。但如果系統斷電，在高速緩沖存儲器內的數據就會全部丟失，因此需要和UPS一起工作，RAID7系統成本很高。

　　（10） RAID 10

　　RAID10即高可靠性與高效磁盤結構它是一個帶區結構加一個鏡象結構，可以達到既高效又高速的目的。這種新結構的價格高，可擴充性不好。

　　個人使用磁盤RAID主要是用RAID0、 RAID1或RAID0＋1工作模式。

　　3. 硬盤的NCQ技術

　　NCQ（Native Command Queuing本地命令排隊）技術。它是一種使硬盤內部優化工作負荷執行順序，通過對內部隊列中的命令進行重新排序實現智能數據管理，改善硬盤因機械部件而受到的各種性能制約。NCQ技術是SATAⅡ規范中的重要組成部分，也是SATAⅡ規范唯一與硬盤性能相關的技術。

　　只要硬盤是SATA2的硬盤，那么肯定支持NCQ技術。但是NCQ不僅要硬盤支持，還需要主板的支持，具體請看主板說明書。