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谈硬盘驱动器的主控制芯片

硬盘驱动器的主控制芯片其实就是一片单片机。单片机的定义就是一种集成在一个芯片上的最小型的计算机系统,有中央处理单元,有存储器,有标准接口;中央处理单元就是完成加减乘除等逻辑运算的电路;存储器有内部存储器和外部存储器,用于存储程序和数据;标准接口就是I/O输入输出接口,可以外接存储器、显示屏、其他可控制芯片等等。

单片机的种类是很多的,最着名的就是51系列了。51系列是应用最广泛的8位单片机,由于存储器容量、I/O口的数量等的不同,派生出了很多的型号,有的还集成了IIC,USB,DMA等接口和功能。其他的单片机还有16位的PIC,可以根据客户要求自己设计的ARM等。

这些单片机各有自己的指令体系,计算机的指令体系有两种,一种是RISC(精简指令集),一种是CISC(复杂指令集),它们的区别从名字就可以看出来了。 PC的CPU使用的是CISC指令集,但是从报纸杂志中可以看到,从586开始,INTEL和AMD就不断的扩充自己的CPU的指令集,先是MMX,然后是SSE,3Dnow等等。单片机的指令也是这样,不同的型号有不同的指令集。即使是同一系列的单片机,也会由于配置不同而造成指令不同。如有的51单片机支持访问外部存储器的指令,有的就不支持了。这样不同的单片机也有不同的编译器和反编译器。

那么什么是DSP呢?从本质上说,DSP也是一种单片机,因为它也是集成在一个芯片上的最小计算机系统。不过它使用的是精简指令集,而且数据总线和指令总线是分开的,可以并行执行多条命令;DSP和一般的单片机最大的不同是它增加了一个乘加逻辑单元;普通单片机要完成一次乘运算需要两个指令周期,再完成一次加运算需要一个周期,总共至少需要5个指令周期;而DSP的乘加运算只需要一个指令周期就可以完成。

为什么DSP要增加一个乘加逻辑运算功能呢?因为DSP主要用于数字信号处理,像声音的数字信号处理,图片的数字信号处理等;而数字信号处理要进行大量的FFT即离散傅立叶变换,离散傅立叶变换有大量的乘加运算;使用专门的DSP就可以大大加快运算速度。

那么硬盘的主处理芯片和普通的单片机有什么不同呢?硬盘的主处理芯片使用的是RISC指令集,它要完成的功能更多更复杂;尤其是现在硬盘的主处理器集成化越来越高,已经出现了将马达控制器、读写信道、接口、存储器等集成在一起的真正的片上系统;而且硬盘一共使用了五种编码纠错方式,运算量更大,所以它的指令就更复杂了。http://www.shannon.net.cn

不管什么单片机,存储器都分为两个部分:从空间上来说分为内部存储器和外部存储器;从功能上来说分为数据存储器和程序存储器。那么什么是overlay 呢?overlay是一种编程的方式;普通的单片机程序在单片机运行时将程序代码都要载入到存储器中去;而overlay可以只将需要的程序载入存储器,在适当的时候将另外的程序再载入到存储器,而先前的程序就被overlay(覆盖)了,它们在地址上是重叠的,这样可以节省存储器空间。怎样将程序代码划分为overlay是编程时由编译器决定的;编译器检查哪些程序是可以地址重叠的。

那么RAM、ROM、LDR、固件又各是什么含义呢?

RAM是随机存储寄存器,存取速度比较块,用于程序运行时保存数据;

ROM是只读存储器,用于固化程序;现在的flash ROM可以方便的擦写;一般ROM在运行时是不可以改变的,不过现在有了在线编程的芯片了,可以在运行时刷新程序。

LDR就是loader程序了,用于将外部存储器中的程序载入;对于硬盘主处理器来说,硬盘的固件区也可以看作是外部存储器了。

固件就是固化在硬盘上的程序和数据了。

总之硬盘运转所需的全部软件就是程序和数据。只不过它们分布的地方不一样罢了。比如有的硬盘的磁头数据在ROM中,有的在硬盘固件区,有的两个地方都有。等等。

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