計算機的加點和復位和硬碟的的工作原理

2021-10-04 01:38:01 字數 2374 閱讀 9070

在處理器眾多的引腳中,有乙個是reset,用於接受復位訊號。每當處理器加電,或者reset 引腳的電平由低變高時①,處理器都會執行乙個硬體初始化,以及乙個可選的內部自測試(build-in self-test,bist),然後將內部所有暫存器的內容初始到乙個預置的狀態。

為了節約成本,並提高容量和整合度,在記憶體中,每個位元的儲存都是靠乙個極其微小的電晶體,外加乙個同樣極其微小的電容來完成的。可以想象,這樣微小的電容,其洩漏電荷的速度當然也非常快。所以,個人計算機中使用的記憶體需要定期補充電荷,這稱為重新整理,所以這種儲存器也稱為動態隨機訪問儲存器(dynamic random access memory,dram)。隨機訪問的意思是,訪問任何乙個記憶體單元的速度和它的位置(位址)無關。舉個例子來說,從頭至尾在一盤錄音帶上找某首歌曲,它越靠前,找到它所花的時間就越短。但記憶體就不一樣,讀寫位址為 0x00001 的記憶體單元,和讀寫位址為 0xffff0 的記憶體單元,所需要的時間是一樣的。在記憶體重新整理期間,處理器將無法訪問它。這還不是最麻煩的,最麻煩的是,在它斷電之後,所有儲存的內容都會統統消失。所以,每當處理器加電之後,它無法從記憶體中取得任何指令。

與 dram 不同,**唯讀儲存器(read only memory,rom)**不需要重新整理,它的內容是預先寫入的,即使掉電也不會消失,但也很難改變。這個特點很有用,比如,可以將一些程式指令固化在 rom 中,使處理器在每次加電時都自動執行。處理器醒來後不能餓著,這是很重要的。

這是一塊被拆開的硬碟,中間是用於記錄資料的鋁合金碟片,固定在中心的軸上,由乙個高速旋轉的馬達驅動。附著在碟片表面的扁平錐狀物,就是用於在碟片上讀寫資料的磁頭

硬碟可以只有乙個碟片(這稱為單碟),也可能有好幾個碟片。但無論如何,它們都串在同乙個軸上,由電動機帶動著一起高速旋轉。一般來說,轉速可以達到每分鐘 3600 轉或者 7200 轉,有的能達到一萬多轉,這個引數就是我們常說的「轉/分鐘」(round per minute,rpm)。

每個碟片都有兩個磁頭(head),上面乙個,下面乙個,所以經常用磁頭來指代盤面。磁頭都有編號,第 1 個碟片,上面的磁頭編號為 0,下面的磁頭編號為 1;第 2 個碟片,上面的磁頭編號為 2,下面的磁頭編號為 3,依次類推。

每個磁頭不是單獨移動的。相反,它們都通過磁頭臂固定在同乙個支架上,由步進電動機帶動著一起在碟片的中心和邊緣之間來回移動。也就是說,它們是同進退的。步進電動機由脈衝驅動,每次可以旋轉乙個固定的角度,即可以步進一次。

可以想象,當碟片高速旋轉時,磁頭每步進一次,都會從它所在的位置開始,繞著圓心「畫」出乙個看不見的圓圈,這就是磁軌(track)。磁軌是資料記錄的軌跡。因為所有磁頭都是聯動的,故每個盤面上的同一條磁軌又可以形成乙個虛擬的圓柱,稱為柱面(cylinder)

磁軌,或者柱面,也要編號。編號是從盤面最邊緣的那條磁軌開始,向著圓心的方向,從 0 開始編號。

柱面是乙個用來優化資料讀寫的概念。初看起來,用硬碟來記錄資料時,應該先將乙個盤面填滿後,再填寫另乙個盤面。實際上,移動磁頭是乙個機械動作,看似很快,但對處理器來說,卻很漫長,這就是尋道時間。為了加速資料在硬碟上的讀寫,最好的辦法就是盡量不移動磁頭。這樣,當 0 面的磁軌不足以容納要寫入的資料時,應當把剩餘的部分寫在 1 面的同一磁軌上。如果還寫不下,那就繼續把剩餘的部分寫在 2 面的同一磁軌上。換句話說,在硬碟上,資料的訪問是以柱面來組織的。

實際上,磁軌還不是硬碟資料讀寫的最小單位,磁軌還要進一步劃分為扇區(sector)。磁軌很窄,也看不見,但在想象中,它仍呈帶狀,占有一定的寬度。將它劃分許多分段之後,每一部分都呈扇形,這就是扇區的由來。

每條磁軌能夠劃分為幾個扇區,取決於磁碟的製造者,但通常為 63 個。而且,每個扇區都有乙個編號,與磁頭和磁軌不同,扇區的編號是從 1 開始的。

扇區與扇區之間以間隙(空白)間隔開來,每個扇區以扇區頭開始,然後是 512 個位元組的資料區。扇區頭包含了每個扇區自己的資訊,主要有本扇區的磁軌號磁頭號扇區號,用來供硬碟定位機構使用。現代的硬碟還會在扇區頭部包括乙個指示扇區是否健康的標誌,以及用來替換該扇區的扇區位址。用於替換扇區的,是一些保留和隱藏的磁軌

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