計算機中磁碟的結構

2021-09-01 18:01:39 字數 2087 閱讀 8861

一般的來說,磁碟是每台計算機中都不可或缺的乙個重要元件,那磁碟的結構又是什麼樣子呢?

這裡就給大家簡單的介紹一下關於硬碟的一些簡單的專業術語;

硬碟的術語:

-盤面

-磁軌

-扇區

-柱面

-chs

盤面:硬碟一般會有乙個或多個碟片,每個碟片可以有兩個面(side) ,即第1個碟片的正面稱為0面,反面稱為1面;第2個碟片的正面稱為2面,反面稱為3面...依次類推。每個盤面對應乙個磁頭(head)用於讀寫資料。第乙個碟片的正面的磁頭稱為0磁頭,背面稱為1磁頭;第二個碟片正面的磁頭稱為2磁頭,背面稱為3磁頭,以此類推。盤面數和磁頭數是相等的。 

一張單面的碟片需要乙個磁頭,雙面的碟片則需要兩個磁頭。硬碟採用高精度、輕型磁頭驅動和定位系統。這種系統能使磁頭在盤面上快速移動,讀寫硬碟時,磁頭依靠磁碟的高速旋轉引起的空氣動力效應懸浮在盤面上,與盤面的距離不到1微公尺(約為頭髮直徑的百分之一),可以在極短的時間內精確定位到計算機指令指定的磁軌上。早期由於定位系統限制,磁頭傳動臂只能在碟片的內外磁軌之間移動。因此,不管開機還是關機,磁頭總在碟片上。所不同的是,關機時磁頭停留在碟片啟停區,開機時磁頭「飛行」在磁碟片上方。

磁軌:每個碟片的每個盤面被劃分成多個狹窄的同心圓環,資料就是儲存在這樣的同心圓環上,我們將這樣的圓環稱為磁軌(track),每個盤面可以劃分多個磁軌。關機時磁頭停留在硬碟的著陸區(landing zone),這個著陸區以前是位於離盤心最近的區域,不存放任何資料。在後期的硬碟工藝中有些硬碟生產廠商將這個區域被移動到了碟片的外面 。在每個盤面的最外圈,離盤心最遠的地方是「0」磁軌,向盤心方向依次增長為1磁軌,2磁軌,等等。硬碟資料的存放就是從最外圈開始。

扇區:根據硬碟規格的不同,磁軌數可以從幾百到成千上萬不等。每個磁軌上可以儲存數kb的資料,但計算機並不需要一次讀寫這麼多資料。在這一這基礎上,又把每個磁軌劃分成若干弧段,每段稱為乙個扇區(sector)。扇區是硬碟上儲存的物理單位,從dos時代起,每扇區是512位元組,現在已經成了業界不成文的規定,也沒有哪個硬碟廠商試圖去改變這種約定。也就是說即使計算機只需要硬碟上儲存的某個位元組,也須一次把這個位元組所在的扇區中的全部512位元組讀入記憶體,再選擇所需的那個位元組。扇區的編號是從1開始,而不是0,這一點需要注意。

另外硬碟磁軌中,扇區號是按照某個間隔跳躍著編排。比如,2號扇區並不是1號扇區後的按順序的第乙個而是第二個,3號扇區又是2號扇區後的按順序的第二個,依此類推,這個「二」稱為交叉因子。這個交叉因子的來歷有必要詳述一下,我們知道,資料讀取經常需要按順序讀取一系列相鄰的扇區(邏輯資料相鄰)。如對磁軌扇區按物理順序進行編號,很有可能出現當磁頭讀取完第乙個扇區後,由於碟片轉速過快來不及讀取下乙個扇區,(要知道物理相鄰扇區位置距離是極小的),必須等待轉完一圈,這極大浪費了時間。所以就用交叉來解決這個問題。

柱面:柱面其實是我們抽象出來的乙個邏輯概念,前面說過,離盤心最遠的磁軌為0磁軌,依此往裡為1磁軌,2磁軌,3磁軌....,不同盤面上相同編號磁軌則組成了乙個圓柱面,即所稱的柱面(cylinder)。這裡要注意,硬碟資料的讀寫是按柱面進行,即磁頭讀寫資料時首先在同一柱面內從0磁頭開始進行操作,依次向下在同一柱面的不同盤面(即磁頭上)進行操作,只有在同一柱面所有的磁頭全部讀寫完畢後磁頭才轉移到下一柱面,因為選取磁頭只需通過電子切換即可,而選取柱面則必須通過機械切換。電子切換比從在機械上磁頭向鄰近磁軌移動快得多。因此,資料的讀寫按柱面進行,而不按盤面上的不同磁軌進行。 讀寫資料都是按照這種方式進行,盡可能提高了硬碟讀寫效率。

chs:

現代硬碟尋道都是採用chs(cylinder head sector)的方式,硬碟讀取資料時,磁頭會移動到要讀取的扇區所在磁軌的上方,這段時間稱為尋道時間(seek time)。因讀寫磁頭的起始位置與目標位置之間的距離不同,尋道時間也不同。目前硬碟一般為2到30毫秒,平均約為9毫秒。磁頭到達指定磁軌後,然後通過碟片的旋轉,使得要讀取的扇區轉到讀寫磁頭的下方,這段時間稱為旋轉延遲時間(rotational latencytime)。

乙個7200**/每分鐘)的硬碟,每旋轉一周所需時間為60×1000÷7200=8.33毫秒,則平均旋轉延遲時間為8.33÷2=4.17毫秒(平均情況下,需要旋轉半圈)。平均尋道時間+平均旋轉延遲稱為平均讀寫時間。     所以,最後看一下硬碟的容量計算公式:     硬碟容量= 512位元組x扇區數x柱面數x盤面數

好了,這就是關於磁碟的結構簡單的介紹!

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