硬碟的基礎知識(一)

2021-10-17 03:12:01 字數 3009 閱讀 5019

1. 碟片

用於儲存資料,多採用鋁合金材料。一般分為單盤和多盤,每個碟片可以為兩面,即第乙個碟片的正面為0面,反面為 1 面;第二個碟片的正面為 2 面…依次類推。

磁頭的編號也和盤面的編號是一樣的,因此有多少個盤面就有多少個磁頭。磁頭的傳動臂只能在碟片的內外磁軌之間移動。關機時,磁頭停在碟片上面,抖動容易劃傷盤面造成資料損失,為了避免這樣的情況,所以磁頭都是停留在起停區的,起停區是沒有資料的。

2. 磁軌

每個碟片的盤面被劃分成多個狹窄的同心圓環,資料就儲存在這樣的同心圓環上面,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,最外圈的磁軌是0號磁軌,向圓心增長依次為1磁軌、2磁軌…磁碟的資料存放就是從最外圈開始的。

3. 扇區

根據硬碟的規格不同,磁軌數可以從幾百到成千上萬不等。每個磁軌可以儲存數 kb 的資料,但是計算機不必要每次都讀寫這麼多資料。因此,再把每個磁軌劃分為若干個弧段,每個弧段就是乙個扇區 (sector)。扇區是硬碟上儲存的物理單位,現在每個扇區可儲存 512 位元組資料已經成了業界的約定。也就是說,即使計算機只需要某乙個位元組的資料,但是也得把這個 512 個位元組的資料全部讀入記憶體,再選擇所需要的那個位元組。

4. 柱面

柱面是我們抽象出來的乙個邏輯概念,簡單來說就是處於同乙個垂直區域的磁軌稱為柱面 ,即各盤面上面相同位置磁軌的集合。需要注意的是,磁碟讀寫資料是按柱面進行的,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。資料的讀寫是按柱面進行的,而不是按盤面進行,所以把資料存到同乙個柱面是很有價值的。

5. 磁碟控制器

磁碟被磁碟控制器所控制(可控制乙個或多個),它是乙個小處理器,可以完成一些特定的工作。比如將磁頭定位到乙個特定的半徑位置;從磁頭所在的柱面選擇乙個扇區;讀取資料等。

6. 尋道時間

現代硬碟尋道都是採用chs(cylinder head sector)的方式,硬碟讀取資料時,讀寫磁頭沿徑向移動,移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)。

7. 旋轉延遲時間

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。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)。

8. 傳輸時間

然後再讀寫資料,讀寫資料也需要時間,這段時間稱為傳輸時間(transfer time)。

1.容量

指硬碟能儲存的資料量大小,以位元組為基本單位

2.單碟容量

硬碟都是由乙個或幾個碟片組成的,單碟容量就是指包括正反兩面在內的單個碟片的總容量

3.轉速

即主軸馬達轉動速度,單位為rpm(round per minute),即每分鐘碟片轉動圈數

轉速和快取對硬碟效能的影響

(1)硬碟的讀寫速度同硬碟的轉速成正比

(2)更高的轉速可縮短硬碟的實際讀寫時間

(3)硬碟快取的大小直接影響硬碟的整體效能

4.快取

是硬碟控制器上的一塊記憶體晶元,具有極快的訪問速度,它是硬碟內部碟片和外部介面之間的緩衝器

5.平均訪問時間

硬碟磁頭找到目標資料所需的平均時間

6.平均尋道時間

磁頭尋找目標資料所在磁軌所需的平均時間

7.平均潛伏時間

當磁頭移動到資料所在的磁軌後,等待指定的資料扇區轉動到磁頭下方的時間

8.資料傳輸率

(1)內部資料傳輸率:資料從碟片表面傳輸到硬碟的快取的速率

(2)外部資料傳輸率:資料從硬碟的快取讀出到外部匯流排的速率

9.mtbf

mean time between failure,平均無故障時間

對於理解資料庫系統系統特別重要的是磁碟被劃分為磁碟塊(或像作業系統一樣稱之為頁),每個塊的大小是 4~64kb。磁碟訪問乙個磁碟塊平均要用 10ms,但是這並不表示某一應用程式將資料請求傳送到磁碟控制器後,需要等 10ms 才能得到資料。如果只有乙個磁碟,在最壞的情況下,磁碟訪問請求的到達個數超過 10ms 一次,那麼這些請求就會被無限的阻塞,排程延遲將會變的非常大。因此,我們有必要做一些事情來減少磁碟的平均訪問時間。

1.按柱面組織資料

前這一點在前文已經提到過了。因為尋道時間佔平均塊訪問時間的一半,如果我們選擇在乙個柱面上連續的讀取所有塊,那麼我們只需要考慮一次尋道時間,而忽略其它時間。這樣,從磁碟上讀寫資料的速度就接近於理論上的傳輸速率。

2.使用多個磁碟

如果我們使用多個磁碟來替代乙個磁碟,只要磁碟控制器、匯流排和記憶體能以 n 倍速率處理資料傳輸,則使用 n 個磁碟的效果近似於 1 個磁碟執行了 n 次操作。因此使用多個磁碟可以提高系統的效能。

3.磁碟排程

提高磁碟系統吞吐率的另乙個有效方法是讓磁碟控制器在若干個請求中選擇乙個來首先執行,排程大量塊請求的乙個簡單而有效的方法就是電梯演算法。回憶一下電梯的執行方式,它並不是嚴格按先來後到的順序為乘客服務,而是從建築物的底層到頂層,然後再返回來。同樣,我們把磁碟看作是在做橫跨磁碟的掃瞄,從柱面最內圈到最外圈,然後再返回來,正如電梯做垂直運動一樣。

4.預取資料

在一些應用中,我們是可以**從磁碟請求塊的順序的。因此我們就可以在需要這些塊之前就將它們裝入主存。這樣做的好處是我們能較好的排程磁碟,比如採用前文的電梯演算法來減少訪問塊所需要的平均時間。

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