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硬盘维修技术资料
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第一章硬盘的物理结构和原理
一、引言
自1956年IBM推出第一台硬盘驱动器IBMRAMAC350至今已有四十多年了,其间虽没有CPU那种令人眼花缭乱的高速发展与技术飞跃,但我们也确实看到,在这几十年里,硬盘驱动器从控制技术、接口标准、机械结构等方面都进行了一系列改进。
正是这一系列技术上的研究与突破,使我们今天终于用上了容量更大、体积更小、速度更快、性能更可靠、价格更便宜的硬盘。
如今,虽然号称新一代驱动器的JAZ、DVD-ROM、DVD-RAM、CD-RW、MO、PD等纷纷登陆大容量驱动器市场,但硬盘以其容量大、体积小、速度快、价格便宜等优点,依然当之无愧地成为桌面电脑最主要的外部存储器,也是我们每一台PC必不可少的配置之一。
二、硬盘磁头技术
1、磁头
磁头是硬盘中最昂贵的部件,也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。
传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头,但是,硬盘的读、写却是两种截然不同的操作,为此,这种二合一磁头在设计时必须要同时兼顾到读/写两种特性,从而造成了硬盘设计上的局限。
而MR磁头(Magnetoresistiveheads),即磁阻磁头,采用的是分离式的磁头结构:
写入磁头仍采用传统的磁感应磁头(MR磁头不能进行写操作),读取磁头则采用新型的MR磁头,即所谓的感应写、磁阻读。
这样,在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化,以得到最好的读/写性能。
另外,MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度,因而对信号变化相当敏感,读取数据的准确性也相应提高。
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,达到200MB/英寸2,而使用传统的磁头只能达到20MB/英寸2,这也是MR磁头被广泛应用的最主要原因。
目前,MR磁头已得到广泛应用,而采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头(GiantMagnetoresistiveheads)也逐渐普及。
2、磁道
当磁盘旋转时,磁头若保持在一个位置上,则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹,这些圆形轨迹就叫做磁道。
这些磁道用肉眼是根本看不到的,因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区,磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。
相邻磁道之间并不是紧挨着的,这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响,同时也为磁头的读写带来困难。
一张1.44MB的3.5英寸软盘,一面有80个磁道,而硬盘上的磁道密度则远远大于此值,通常一面有成千上万个磁道。
3、扇区
磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段便是磁盘的扇区,每个扇区可以存放512个字节的信息,磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时,要以扇区为单位。
1.44MB3.5英寸的软盘,每个磁道分为18个扇区。
4、柱面
硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的“0”开始编号,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。
磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。
由于每个盘面都有自己的磁头,因此,盘面数等于总的磁头数。
所谓硬盘的CHS,即Cylinder(柱面)、Head(磁头)、Sector(扇区),只要知道了硬盘的CHS的数目,即可确定硬盘的容量,硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512B。
三、硬盘接口技术
硬盘接口是连接硬盘驱动器和计算机的专用部件,它对计算机的性能以及在扩充系统时计算机连接其他设备的能力都有很大影响。
硬盘驱动器接口的类型主要有:
1、 ST506/412接口与ESDI接口
ST506/412是PC/XT、AT时代的标准接口标准。
ST506/412最多可安装4个硬盘驱动器,允许最大硬盘空间为150MB。
而ESDI(EnhancedSmallDeviceInterface,增强型小型设备接口)是ST506/412接口的改进版,但与ST506/412接口互不兼容。
ESDI支持的硬盘容量上增加到300MB,最大数据传输率为2MB/sec。
目前这两种接口均已遭淘汰。
2、SCSI接口
SCSI(SmallComputerSystemInterface)即“小型计算机系统接口”是一种系统级的接口,支持硬盘的容量突破了528MB的限制,可以同时挂接7个不同的设备。
目前SCSI接口有二个标准:
SCSI-2和SCSI-3。
SCSI-2又称为FastSCSI,在8bit总线下能达到10M/s的数据传输率。
而SCSI-3包括UltraSCSI(8bit)、UltrawideSCSI(含16bit和32bit)和Ultra2SCSI。
其中Ultra2SCSI在8bit数据宽度下提供40M/s的数据传输率,在16位总线下最高能达到80M/s。
SCSI接口的硬盘被广泛应用于网络服务器、工作站和小型计算机系统上,但由于SCSI接口硬盘的价格要比IDE接口硬盘高,而且使用时还必须另外购买SCSI接口卡,因而在家用电脑上仍以IDE接口的硬盘为主流。
3、IDE接口
IDE(IntegratedDriveElectronics)接口是Compaq公司为解决老式的ST506/412接口速度慢、成本高而开发出硬盘接口标准,亦即ATA(ATAttachment)接口标准。
由于IDE接口的硬盘具有价格低廉、稳定性好、标准化程度高等优点,因此得到广泛的应用。
ATA接口标准亦已由ATA、ATA-2、ATA-3发展到今天的UltraATA。
UltraATA(也称为UltraDMA/33)是由Intel和Quantum公司共同提出的硬盘接口标准,与FastATA相比,UltraATA有以下几个优点:
外部数据传率由FastATA的16.6MB/s提高到33.3MB/s;
采用CRC循环冗余检验,通过两个寄存器的重复测试来提高数据传输的可靠性;由硬盘直接产生选通信号,并且同时将数据传送到总线上,从而减少数据传输的延迟时间。
要发挥UltraATA的威力,除了要有一块UltraATA接口的硬盘外,还需要有操作系统和芯片组的支持。
目前支持UltraATA的芯片组包括Intel的430TX、440LX,SiS5597/5581,VIA的VP2、VP3,ALi的AladdinIV+,AMD-640以及所有100Mhz的芯片组。
虽然,UltraATA向下兼容于FastATA,两者都是使用40pin的接口,但如果芯片组或操作系统不支持,即使是UltraATA硬盘也只能达到16.6MB/s的外部传输率。
4、IEEE1394接口
IEEE1394并不是硬盘专用接口,但它却可以方便地连接包括硬盘在内的63个不同设备,并支持即插即用和热插拨。
在数据传输率方面,IEEE1394可以提供100MB/s、400MB/s、1.2GB/s三档高速传输率,是现时所有硬盘望尘莫及的。
虽然目前市面上仍未能见到IEEE1394接口的硬盘,但由于IEEE1394接口的先进性,它必然会取代SCSI和IDE而成为明日的硬盘接口。
目前Windows98已支持IEEE1394。
二.BootSector结构简介
1. BootSector的组成
BootSector也就是硬盘的第一个扇区,它由MBR(MasterBootRecord),DPT(DiskPartitionTable)和BootRecordID 三部分组成.
MBR又称作主引导记录占用BootSector的前446个字节(0to0x1BD),存放系统主引导程序(它负责从活动分区中装载并运行系统引导程序).
DPT即主分区表占用64个字节(0x1BEto0x1FD),记录了磁盘的基本分区信息.主分区表分为四个分区项,每项16字节,分别记录了每个主分区的信息(因此最多可以有四个主分区).
BootRecordID即引导区标记占用两个字节(0x1FEand0x1FF),对于合法引导区,它等于0xAA55,这是判别引导区是否合法的标志.
BootSector的具体结构如下图所示:
0000|---------------------------------------------|
| |
| |
| MasterBootRecord |
| |
| |
| 主引导记录(446字节) |
| |
| |
| |
01BD| |
01BE|---------------------------------------------|
| |
01CD| 分区信息 1(16字节) |
01CE|---------------------------------------------|
| |
01DD| 分区信息 2(16字节) |
01DE|---------------------------------------------|
| |
01ED| 分区信息 3(16字节) |
01EE|---------------------------------------------|
| |
01FD| 分区信息 4(16字节) |
|---------------------------------------------|
|01FE |01FF |
| 55 | AA |
|---------------------------------------------|
2.分区表结构简介
分区表由四个分区项构成,每一项的结构如下:
BYTEState :
分区状态,0=未激活,0x80=激活(注意此项)
BYTEStartHead :
分区起始磁头号
WORDStartSC :
分区起始扇区和柱面号,底字节的低6位为扇区号,
高2位为柱面号的第9,10位,高字节为柱面号的低8位
BYTEType :
分区类型,如0x0B=FAT32,0x83=Linux等,
00表示此项未用,07=NTFS
BYTEEndHead :
分区结束磁头号
WORDEndSC :
分区结束扇区和柱面号,定义同前
DWORDRelative :
在线性寻址方式下的分区相对扇区地址
(对于基本分区即为绝对地址)
DWORDSectors :
分区大小(总扇区数)
注意:
在DOS/Windows系统下,基本分区必须以柱面为单位划分(Sectors*Heads个扇区),如对于CHS为764/255/63的硬盘,分区的最小尺寸为 255*63*512/1048576=7.844MB.
3.扩展分区简介
由于主分区表中只能分四个分区,无法满足需求,因此设计了一种扩展分区格式.基本上说,扩展分区的信息是以链表形式存放的,但也有一些特别的地方.首先,主分区表中要有一个基本扩展分区项,所有扩展分区都隶属于它,也就是说其他所有扩展分区的空间都必须包括在这个基本扩展分区中.对于DOS/Windows来说,扩展分区的类型为0x05.除基本扩展分区以外的其他所有扩展分区则以链表的形式级联存放,后一个扩展分区的数据项记录在前一个扩展分区的分区表中,但两个扩展分区的空间并不重叠.
扩展分区类似于一个完整的硬盘,必须进一步分区才能使用.但每个扩展分区中只能存在一个其他分区.此分区在DOS/Windows环境中即为逻辑盘.因此每一个扩展分区的分区表(同样存储在扩展分区的第一个扇区中)中最多只能有两个分区数据项(包括下一个扩展分区的数据项).
第四章硬盘的物理安装
所谓的硬盘物理安装,指的是将硬盘装进机箱,设置跳线并接好电源线和数据线的过程。
电源接口:
将主机的电源与此相连,以给硬盘供电。
注意“梯形”接线方向,方向错误将无法插入。
主从跳线:
主板上一般只有两个IDE接口,每一根接线有三个接口,其中一个接主板的IDE接口,另两个则可以接两个IDE设备,包括硬盘、光驱、刻录机等。
在同一根接线上如果接两个IDE接口设备,则其中一个是主盘(Master),另一个为从盘(Slave)。
究竟是作为主盘还是从盘则要通过硬盘或光驱背面的“主从跳线”进行设置,否则将无法正常使用。
一般来说,硬盘缺省的跳线设置为主硬盘,光驱的缺省设置则为从盘。
具体的设置方法在硬盘或光驱的机壳上均有设置说明。
数据线:
数据线用于连接硬盘与主板IDE接口,作数据传输之用。
主板IDE口与硬盘数据线接口均为40针接口,而数据线则分40线与80线两种(如下图)。
其中80线亦称为UDMA/66硬盘线,主要用于UltraATA66硬盘,增加的40根地线作隔离干扰之用。
要发挥UltraATA66硬盘的优势,UDMA/66硬盘线。
UltraATA33硬盘也可以使用UDMA/66硬盘线,但不会因此带来任何好处。
注意,硬盘的数据线有方向之分,反接的话硬盘将无法工作。
数据线的一侧有一红线,红线侧必须与IDE接口的第1/21针相连接。
按以上所说设置好主从跳线并接好电源线、数据线之后,就可以把硬盘固定在机箱上的3.5"托架上。
当然,你也可以先固定,再接线。
硬盘可以水平安装也可以垂直安装,两者并无不同。
有人说硬盘垂直安装会影响硬盘的寿命,这种说法并不科学。
但需要注意的是,水平安装时裸露面(可以见到电路板的一面)要朝下,以免积聚灰尘。
至此,硬盘的物理安装大功告成。
双硬盘的安装
1、 安装前的准备
目前主流IDE硬盘均为3寸硬盘,安装双硬盘时机箱需要有额外的3寸安装架。
不过多数机箱只有两个3寸安装架,硬盘占一个,软驱占一个,因此只好在5寸安装架上做文章,办法是购买一副硬盘支架,将硬盘安装在支架上,然后再安装在机箱中的5寸框内。
一般而言,计算机电源输出功率都在200W以上,加块硬盘应该没问题。
但如果你已安装了双光驱可大功率显卡等设备,就要考虑电源是否还能再提供12W左右功率去支持一块硬盘,否则可能出现系统不稳定的状况。
另外,还要确保有一个空闲的电源接口供硬盘使用。
绝大多数主板均提供2个IDE接口,可接4个IDE设备,硬盘、光驱、刻录机、ZIP等设备均占用IDE口,安装双硬盘前你还需要为你的新硬盘预留一个IDE口。
此外,如果你的电脑只有一条IDE数据线,赶快再买一根。
2、 双硬盘的主、从状态设置
假设你的电脑原有一个硬盘和一个光驱,通常接法有以下两个:
两个硬盘使用同一根硬盘线接在主板的PrimaryIDE接口,速度快的设为主盘(Master),速度慢的设为从盘(Slave)。
光驱接在主板的SecondaryIDE接口,并设为主盘。
速度快的硬盘单独接在主板的PrimaryIDE接口并设为主盘,光驱与第二块硬盘接在主板的SecondaryIDE接口,光驱设为主盘,硬盘设为主盘。
通常我们将第二块硬盘仅作为备份盘时可考虑这种接法。
3、双硬盘盘符交错的解决
安装双硬盘后,我们会发现第一个硬盘(以下简称Disk1)的C盘还是C盘,不过Disk1的D盘在新系统中却变为E盘,E盘变成F盘...而第二个硬盘(以下简称Disk2)的C盘则变为新系统的D盘,Disk2的D盘、E盘等逻辑盘就排在Disk1所有盘符之后。
这种情况称为盘符交错现象。
盘符交错是因为MS-DOS对硬盘的管理方法做成的。
MS-DOS把第一个物理硬盘的激活的DOS分区叫做C,第二个物理硬盘的有效的激活DOS分区叫做D,第一个物理硬盘的扩展DOS分区叫做E、F等等,剩下的字母分配给第二个物理硬盘的扩展DOS分区。
如果没有第二个物理硬盘,或第二个物理硬盘没有基本DOS分区,那么D就分配给第一个物理硬盘的扩展DOS分区的第一个逻辑驱动器了。
盘符交错现象会产生一系列问题,最常见的就是某些软件因为盘符变化而导致路径错误。
要避免盘交错现象,对于Windows95/98系统来说,最简单的方法莫过于利用它的“即插即用”功能。
即在BIOS中将第二硬盘设为None,开机后Windows95启动后,Windows95/98的“即插即用”功能就可以提示检测到新硬件,并自动分配盘符给它,此时盘符的分配和很多人的期望就一致了。
由于原来主硬盘上的所有软件所在的盘符都没有变化,因此在硬盘上的软件可以照常运行,盘符交错问题就解决了。
第五章系统启动过程
系统启动过程主要由一下几步组成(以硬盘启动为例):
1.开机
2.BIOS加电自检(PowerOnSelfTest--POST),内存地址为0ffff:
0000
3.将硬盘第一个扇区(0头0道1扇区,也就是BootSector)读入内存地址0000:
7c00处.
4.检查(WORD)0000:
7dfe是否等于0xaa55,若不等于,则转去尝试其他启动介质,如果没有其他启动介质则显示"NoROMBASIC"然后死机.
5.跳转到0000:
7c00处执行MBR中的程序.
6.MBR首先将自己复制到0000:
0600处,然后继续执行.
7.在主分区表中搜索标志为活动的分区.如果发现没有活动分区或有不止一个活动分区,则转停止.
8.将活动分区的第一个扇区读入内存地址0000:
7c00处.
9.检查(WORD)0000:
7dfe是否等于0xaa55,若不等于则显示"MissingOperatingSystem"然后停止,或尝试软盘启动.
10.跳转到0000:
7c00处继续执行特定系统的启动程序.
11.启动系统...
以上步骤中2,3,4,5步是由BIOS的引导程序完成.6,7,8,9,10步由MBR中的引导程序完成.
一般多系统引导程序(如SmartFDISK,BootStar,PQBoot等)都是将标准主引导记录替换成自己的引导程序,在运行系统启动程序之前让用户选择要启动的分区.
而某些系统自带的多系统引导程序(如lilo,NTLoader等)则可以将自己的引导程序放在系统所处分区的第一个扇区中,在Linux中即为SuperBlock(其实SuperBlock是两个扇区)
第六章硬盘的品牌
一、希捷(seagate)
希捷也是世界上著名的硬盘生产厂商之一,其在scsi市场推出的捷豹系列硬盘(15000转)到目前为止还占据着老大的位置,这样的厂商,实力当然不容怀疑。
当初第一款7200转的ide硬盘就是希捷率先制造出来的,不过因为技术还是不很成熟,导致发热量过大而且返修率过高,当然这并没有阻止希捷公司进军ide市场的脚步,随后希捷公司又推出了酷鱼以及酷鱼ii代,一举成为7200转ide硬盘市场中的佼佼者。
其主要产品有5400转、512k缓存的u10系列和7200转、2m缓存的酷鱼ii系列,u10系列的市场零售价格为10g/15g/20g——700/740/840;酷鱼ii代系列硬盘最引人注目的就是它那相对较高的平均寻道时间,曾一度达到了7.6毫秒!
这个记录在ide硬盘市场中迄今无人能及。
酷鱼ii系列的价格为10g/15g/20g——830/940/1110,在国内的代理是广源行。
希捷硬盘的优势在于其价格低廉,同档次的型号要比昆腾低上几十甚至上百块钱,这个理由使希捷硬盘成为廉价电脑解决方案的首选。
再有就是酷鱼ii代的高寻道速度,在随机数据传输中能比其他型号的硬盘快上不少。
缺点是在噪音、发热方面十分不尽人意,而且超频性能几乎为零,这使得一些超频爱好者对此望而却步。
二、迈拓(maxtor)
和昆腾以及希捷比起来,迈拓进入国内市场的时间算晚的,不过迈拓却是最为重视中国大陆市场的硬盘厂商。
迈拓在大陆的总代理是蓝德电子,所有的迈拓硬盘无论什么型号,统一使用纸盒+塑料泡沫的包装,包装印刷也比较精美,盒内还附带说明书、保修卡等一系列附件。
迈拓硬盘的主流产品有金钻四代、金钻五代、金钻六代、金钻七代,以及美钻一代、二代、三代,星钻一代、二代、三代,购买时一定要去蓝德电子的柜台买,才不会上当。
迈拓硬盘的优势在于其售后服务很好,并且金钻四代在噪音以及发热量方面非常优秀,缺点跟希捷硬盘一样,超频性能几乎没有,不过总的来说迈拓的硬盘在各方面都比较中规中矩,售价也比较合理,如果对硬盘性能没什么特殊要求的话,迈拓硬盘确实是个很好的选择。
(现在市面上只有迈拓的硬盘敢于承诺质保三年,这一点笔者认为还是很不错的)
三、ibm
说起ibm公司恐怕无人不知无人不晓,这位蓝色巨人已经有太多的传奇了,当年第一块硬盘就是ibm最先制造出来的;ibm硬盘最先使用了gmr(巨磁阻磁头);ibm硬盘最先把单碟容量提高到10g、15g、20g……;ibm硬盘是目前唯一能在盘体内装下5张盘片的硬盘;ibm是唯一把7200转5400转硬盘盘片分开生产的硬盘厂商……目前ibm硬盘的主流产品有5400转、512k缓存的40gv系列和7200转、2m缓存的75gxp系列,而且前者是单碟20g的,后者是单碟15g的,在传输速度方面要比其他品牌略胜一筹,而且价格也并不贵,40gv系列目前常见的只有20g一种型号,报价680元,75gxp系列有15g和30g两个型号,价格分别为1000元和1640元。
ibm硬盘的优势在于技术先进,很多先进的技术往往都是ibm硬盘率先采用,其性价比也很不错,尤其值得一提的是ibm硬盘的超频性能也不俗,仅次于昆腾,而且国外对于超频往往都更看好ibm硬盘,其超频性能由此可见一斑。
缺点在于缺少面向低端市场的小容量硬盘,最小也是15g的,往往失去了很多廉价电脑方面的市场。
其他还有一些品牌,比如富士通、西部数据、三星等等,其产品都各有独到之处,但是因为市场占有率很小,不大容易买到,在此就不再多说了。
第七章硬盘电路板测试及维修技巧
硬盘电路板测试及维修技巧
硬盘故障分析与处理步骤下面仅简要介绍物理故障的分
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