硬碟的性能指標，包括硬碟容量、硬碟速度、硬碟轉速、接口、快取、硬碟單碟容量等。
基本介紹
- 中文名：硬碟的性能指標
- 外文名：ntegrated Drive Electronics
- 指標：硬碟接口等
- 俗稱：PATA並口
硬碟接口
ATA 全稱Advanced Technology Attachment，是用傳統的 40-pin 並口數據線連線主機板與硬碟的，外部接口速度最大為133MB/s，因為並口線的抗干擾性太差，且排線占空間，不利計算機散熱，將逐漸被 SATA所取代。
IDE
IDE的英文全稱為“Integrated Drive Electronics”，即“電子集成驅動器”，俗稱PATA並口。
使用SATA（Serial ATA）口的硬碟又叫串口硬碟，是未來PC機硬碟的趨勢。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、邁拓這幾大廠商組成的Serial ATA委員會正式確立了Serial ATA 1.0規範，2002年，雖然串列ATA的相關設備還未正式上市，但Serial ATA委員會已搶先確立了Serial ATA 2.0規範。Serial ATA採用串列連線方式，串列ATA匯流排使用嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比其最大的區別在於能對傳輸指令（不僅僅是數據）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數據傳輸的可靠性。串列接口還具有結構簡單、支持熱插拔的優點。
SCSI 全稱為Small Computer System Interface（小型機系統接口），歷經多世代的發展，從早期的 SCSI-II，到 Ultra320 SCSI 以及 Fiber-Channel （光纖通道），接頭類型也有多種。SCSI 硬碟廣為工作站級個人計算機以及伺服器所使用，因為它的轉速快，可達 15000 rpm，且數據傳輸時占用 CPU 運算資源較低，但是單價也比同樣容量的 ATA 及 SATA 硬碟昂貴。
SAS（Serial Attached SCSI）是新一代的SCSI技術，和SATA硬碟相同，都是採取序列式技術以獲得更高的傳輸速度，可達到3Gb/s。此外也透過縮小連線線改善系統內部空間等。
硬碟尺寸
5.25英寸硬碟；早期用於台式機，已退出歷史舞台。
3.5寸台式機硬碟；風頭正勁，廣泛用作各式電腦。
1.8寸微型硬碟；廣泛用於超薄筆記本電腦，移動硬碟及蘋果播放器。
1.3寸微型硬碟；產品單一，三星獨有技術，僅用於三星的移動硬碟。
0.85寸微型硬碟；產品單一，日立獨有技術，已知僅用於日立的一款硬碟手機。
硬碟的物理結構
1、磁頭
硬碟內部結構磁頭是硬碟中最昂貴的部件，也是硬碟技術中最重要和最關鍵的一環。傳統的磁頭是讀寫合一的電磁感應式磁頭，但是，硬碟的讀、寫卻是兩種截然不同的操作，為此，這種二合一磁頭在設計時必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性，從而造成了硬碟設計上的局限。而MR磁頭（Magnetoresistive heads），即磁阻磁頭，採用的是分離式的磁頭結構：寫入磁頭仍採用傳統的磁感應磁頭（MR磁頭不能進行寫操作），讀取磁頭則採用新型的MR磁頭，即所謂的感應寫、磁阻讀。這樣，在設計時就可以針對兩者的不同特性分別進行最佳化，以得到最好的讀/寫性能。另外，MR磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應信號幅度，因而對信號變化相當敏感，讀取數據的準確性也相應提高。而且由於讀取的信號幅度與磁軌寬度無關，故磁軌可以做得很窄，從而提高了碟片密度，達到200MB/英寸2，而使用傳統的磁頭只能達到20MB/英寸2，這也是MR磁頭被廣泛套用的最主要原因。MR磁頭已得到廣泛套用，而採用多層結構和磁阻效應更好的材料製作的GMR磁頭（Giant Magnetoresistive heads）也逐漸普及。
2、磁軌
當磁碟旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁碟表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁軌。這些磁軌用肉眼是根本看不到的，因為它們僅是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區，磁碟上的信息便是沿著這樣的軌道存放的。相鄰磁軌之間並不是緊挨著的，這是因為磁化單元相隔太近時磁性會相互產生影響，同時也為磁頭的讀寫帶來困難。一張1.44MB的3.5英寸軟碟，一面有80個磁軌，而硬碟上的磁軌密度則遠遠大於此值，通常一面有成千上萬個磁軌。
3、扇區
磁碟上的每個磁軌被等分為若干個弧段，這些弧段便是磁碟的扇區，每個扇區可以存放512個位元組的信息，磁碟驅動器在向磁碟讀取和寫入數據時，要以扇區為單位。1.44MB3.5英寸的軟碟，每個磁軌分為18個扇區。
4、柱面
硬碟通常由重疊的一組碟片構成，每個盤面都被劃分為數目相等的磁軌，並從外緣的“0”開始編號，具有相同編號的磁軌形成一個圓柱，稱之為磁碟的柱面。磁碟的柱面數與一個盤面上的磁軌數是相等的。由於每個盤面都有自己的磁頭，因此，盤面數等於總的磁頭數。所謂硬碟的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁頭）、Sector（扇區），只要知道了硬碟的CHS的數目，即可確定硬碟的容量，硬碟的容量=柱面數*磁頭數*扇區數*512B。
硬碟的邏輯結構
1. 硬碟參數釋疑
人們常說的硬碟參數還是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)參數。那么為什麼要使用這些參數，它們的意義是什麼?它們的取值範圍是什麼?
其中：
柱面數(Cylinders) 表示硬碟每一面碟片上有幾條磁軌,最大為 1023(用 10 個二進制位存儲)；
扇區數(Sectors) 表示每一條磁軌上有幾個扇區, 最大為 63(用 6個二進制位存儲)；
每個扇區一般是 512個位元組, 理論上講這不是必須的,但好像沒有取別的值的。
所以磁碟最大容量為：
255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB ( 1M =1048576 Bytes )或硬碟廠商常用的單位：
255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB ( 1M =1000000 Bytes )
2. 基本 Int 13H 調用簡介
BIOS Int 13H 調用是 BIOS提供的磁碟基本輸入輸出中斷調用，它可以完成磁碟(包括硬碟和軟碟)的復位，讀寫，校驗，定位，診，格式化等功能。它使用的就是 CHS 定址方式， 因此最大識能訪問 8 GB 左右的硬碟 (本文中如不作特殊說明，均以 1M = 1048576 位元組為單位)。
3. 現代硬碟結構簡介
在老式硬碟中，由於每個磁軌的扇區數相等，所以外道的記錄密度要遠低於內道， 因此會浪費很多磁碟空間 (與軟碟一樣)。為了解決這一問題，進一步提高硬碟容量，人們改用等密度結構生產硬碟。也就是說，外圈磁軌的扇區比內圈磁軌多，採用這種結構後，硬碟不再具有實際的3D參數，定址方式也改為線性定址，即以扇區為單位進行定址。
為了與使用3D定址的老軟體兼容 (如使用BIOSInt13H接口的軟體)， 在硬碟控制器內部安裝了一個地址翻譯器，由它負責將老式3D參數翻譯成新的線性參數。這也是為什麼硬碟的3D參數可以有多種選擇的原因(不同的工作模式，對應不同的3D參數， 如 LBA，LARGE，NORMAL)。
4. 擴展 Int 13H 簡介
雖然現代硬碟都已經採用了線性定址，但是由於基本 Int13H 的制約，使用 BIOS Int 13H 接口的程式， 如 DOS 等還只能訪問 8 G以內的硬碟空間。為了打破這一限制， Microsoft 等幾家公司制定了擴展 Int 13H 標準(Extended Int13H)，採用線性定址方式存取硬碟， 所以突破了 8 G的限制，而且還加入了對可拆卸介質 (如活動硬碟) 的支持。
硬碟的基本參數
一、容量
作為計算機系統的數據存儲器，容量是硬碟最主要的參數。
對於用戶而言，硬碟的容量就象記憶體一樣，永遠只會嫌少不會嫌多。Windows作業系統帶給我們的除了更為簡便的操作外，還帶來了檔案大小與數量的日益膨脹，一些應用程式動輒就要吃掉上百兆的硬碟空間，而且還有不斷增大的趨勢。因此，在購買硬碟時適當的超前是明智的。近兩年主流硬碟是80G，而160G以上的大容量硬碟亦已開始逐漸普及。
二、轉速
轉速(Rotationl Speed 或Spindle speed)，是硬碟內電機主軸的旋轉速度，也就是硬碟碟片在一分鐘內所能完成的最大轉數。轉速的快慢是標示硬碟檔次的重要參數之一，它是決定硬碟內部傳輸率的關鍵因素之一，在很大程度上直接影響到硬碟的速度。硬碟的轉速越快，硬碟尋找檔案的速度也就越快，相對的硬碟的傳輸速度也就得到了提高。硬碟轉速以每分鐘多少轉來表示，單位表示為RPM，RPM是Revolutions Per minute的縮寫，是轉/每分鐘。RPM值越大，內部傳輸率就越快，訪問時間就越短，硬碟的整體性能也就越好。
硬碟的主軸馬達帶動碟片高速旋轉，產生浮力使磁頭飄浮在碟片上方。要將所要存取資料的扇區帶到磁頭下方，轉速越快，則等待時間也就越短。因此轉速在很大程度上決定了硬碟的速度。
家用的普通硬碟的轉速一般有5400rpm、7200rpm幾種，高轉速硬碟也是台式機用戶的首選；而對於筆記本用戶則是4200rpm、5400rpm為主，雖然已經有公司發布了7200rpm的筆記本硬碟，但在市場中還較為少見；伺服器用戶對硬碟性能要求最高，伺服器中使用的SCSI硬碟轉速基本都採用10000rpm，甚至還有15000rpm的，性能要超出家用產品很多。較高的轉速可縮短硬碟的平均尋道時間和實際讀寫時間，但隨著硬碟轉速的不斷提高也帶來了溫度升高、電機主軸磨損加大、工作噪音增大等負面影響。筆記本硬碟轉速低於台式機硬碟，一定程度上是受到這個因素的影響。筆記本內部空間狹小，筆記本硬碟的尺寸（2.5寸）也被設計的比台式機硬碟（3.5寸）小，轉速提高造成的溫度上升，對筆記本本身的散熱性能提出了更高的要求；噪音變大，又必須採取必要的降噪措施，這些都對筆記本硬碟製造技術提出了更多的要求。同時轉速的提高，而其它的維持不變，則意味著電機的功耗將增大，單位時間內消耗的電就越多，電池的工作時間縮短，這樣筆記本的便攜性就受到影響。所以筆記本硬碟一般都採用相對較低轉速的4200rpm硬碟。
三、平均訪問時間
平均訪問時間(Average Access Time)是指磁頭從起始位置到達目標磁軌位置，並且從目標磁軌上找到要讀寫的數據扇區所需的時間。
硬碟的平均尋道時間(Average Seek Time)是指硬碟的磁頭移動到盤面指定磁軌所需的時間。這個時間當然越小越好，目盤的平均尋道時間通常在8ms到12ms之間，而SCSI硬碟則應小於或等於8ms。
硬碟的等待時間，又叫潛伏期(Latency)，是指磁頭已處於要訪問的磁軌，等待所要訪問的扇區旋轉至磁頭下方的時間。平均等待時間為碟片旋轉一周所需的時間的一半，一般應在4ms以下。
四、傳輸速率
內部傳輸率(Internal Transfer Rate) 也稱為持續傳輸率(Sustained Transfer Rate)，它反映了硬碟緩衝區未用時的性能。內部傳輸率主要依賴於硬碟的旋轉速度。
外部傳輸率（External Transfer Rate）也稱為突發數據傳輸率（Burst Data Transfer Rate）或接口傳輸率，它標稱的是系統匯流排與硬碟緩衝區之間的數據傳輸率，外部數據傳輸率與硬碟接口類型和硬碟快取的大小有關。
Fast ATA接口硬碟的最大外部傳輸率為16.6MB/s，而Ultra ATA接口的硬碟則達到33.3MB/s。
使用SATA（Serial ATA）口的硬碟又叫串口硬碟，是未來PC機硬碟的趨勢。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、邁拓這幾大廠商組成的Serial ATA委員會正式確立了Serial ATA 1.0規範。2002年，雖然串列ATA的相關設備還未正式上市，但Serial ATA委員會已搶先確立了Serial ATA 2.0規範。Serial ATA採用串列連線方式，串列ATA匯流排使用嵌入式時鐘信號，具備了更強的糾錯能力，與以往相比其最大的區別在於能對傳輸指令（不僅僅是數據）進行檢查，如果發現錯誤會自動矯正，這在很大程度上提高了數據傳輸的可靠性。串列接口還具有結構簡單、支持熱插拔的優點。
串口硬碟是一種完全不同於並行ATA的新型硬碟接口類型，由於採用串列方式傳輸數據而知名。相對於並行ATA來說，就具有非常多的優勢。首先，Serial ATA以連續串列的方式傳送數據，一次只會傳送1位數據。這樣能減少SATA接口的針腳數目，使連線電纜數目變少，效率也會更高。實際上，Serial ATA 僅用四支針腳就能完成所有的工作，分別用於連線電纜、連線地線、傳送數據和接收數據，同時這樣的架構還能降低系統能耗和減小系統複雜性。其次，Serial ATA的起點更高、發展潛力更大，Serial ATA 1.0定義的數據傳輸率可達150MB/s，這比最快的並行ATA（即ATA/133）所能達到133MB/s的最高數據傳輸率還高，而在Serial ATA 2.0的數據傳輸率達到300MB/s，最終SATA將實現600MB/s的最高數據傳輸率。
