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硬盘基础知识之物理结构

gecimao 发表于 2019-05-10 22:49 | 查看: | 回复:

  结构包括:盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份。所有的盘片(一般硬盘里有多个盘片,盘片之间平行)都固定在一个主轴上。在每个盘片的存储面上都有一个磁头,磁头与盘片之间的距离很小(所以剧烈震动容易损坏),磁头连在一个磁头控制器上,统一控制各个磁头的运动。磁头沿盘片的半径方向动作,而盘片则按照指定方向高速旋转,这样磁头就可以到达盘片上的任意位置了。

  基本的结构就是这样子的,至于硬盘是如何进行读写的,必须要知道磁盘盘片是如何划分的?否则你只知道磁头在盘片上动来动去。

  整个硬盘上一般有很多的盘片组成,每个盘片如同切西瓜一样被“切”成一块一块的扇面,同时沿着半径的方向被划分成了很多同心圆,就是传说中的磁道,每条磁道被扇面切成很多的扇形区域叫做扇区(扇区是从磁盘读出和写入信息的最小单位,通常大小为512字节),不同盘片上的同半径磁道组成了柱面,这些都是磁盘物理上的概念,知道便可。有了这些概念,我帮便可以计算磁盘的容量:

  磁头(head)数:每个盘片一般有上下两面,分别对应1个磁头,共2个磁头;

  磁道(track)数:磁道是从盘片外圈往内圈编号0磁道,1磁道...,靠近主轴的同心圆用于停靠磁头,不存储数据;

  扇区(sector)数:每个磁道都别切分成很多扇形区域,每道的扇区数量相同;

  每个扇区可存储128×2的N次方(N=0.1.2.3)字节的数据(一般为512B),扇区为数据存储的最小单元,从上图可知,外圈的扇区面积比内圈大,为何存储的数据量相同,这是因为内外圈使用的磁物质密度不同,但现在的硬盘已经采用内外圈同密度物质来存储数据了,以减少类似“大面积小数据”的浪费情况。(此时的内外磁道的扇区数量将不同,具体细节省略)

  有了扇区(sector),有了柱面(cylinder),有了磁头(head),显然可以定位数据了,这就是数据定位(寻址)方式之一,CHS(也称3D),对早期的磁盘(上图所示)非常有效,知道用哪个磁头,读取哪个柱面上的第几扇区就OK了。CHS模式支持的硬盘容量有限,用8bit来存储磁头地址,用10bit来存储柱面地址,用6bit来存储扇区地址,而一个扇区共有512Byte,这样使用CHS寻址一块硬盘最大容量为256*1024*63*512B=8064MB(1MB=1048576B)(若按1MB=1000000B来算就是8.4GB)

  但现在很多硬盘采用同密度盘片,意味着内外磁道上的扇区数量不同,扇区数量增加,容量增加,3D很难定位寻址,新的寻址模式:LBA(LogicalBlockAddressing)。在LBA地址中,地址不再表示实际硬盘的实际物理地址(柱面、磁头和扇区)。LBA编址方式将CHS这种三维寻址方式转变为一维的线性寻址,它把硬盘所有的物理扇区的C/H/S编号通过一定的规则转变为一线性的编号,系统效率得到大大提高,避免了烦琐的磁头/柱面/扇区的寻址方式。在访问硬盘时,由硬盘控制器再将这种逻辑地址转换为实际硬盘的物理地址。

  LBA(逻辑扇区号)=磁头数×每磁道扇区数×当前所在柱面号+每磁道扇区数×当前所在磁头号+当前所在扇区号–1

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