深入淺出計算機組成原理學習筆記 第四十五講

2022-09-05 02:39:10 字數 1986 閱讀 6078

在2023年,我剛接觸計算機的時候,很多計算機還沒有硬碟。整個作業系統都安裝在5⼨或者3.5寸的軟盤裡。不過,很快⼤部分計算機都開始⽤上了直接安裝在主機板上的機械硬碟。

到了今天,更早的軟盤早已經被淘汰了。在個人電腦和伺服器裡,更晚出現的光碟也已經很少用了。

機械硬碟的生命力仍然非常頑強。無論是作為個人電腦的資料盤,還是在資料中心裡面用作海量資料的儲存,機械硬碟仍然在被大量使用。不僅如此,

隨著成本的不斷下降,機械硬碟還替代掉了很多傳統的儲存裝置,比如,以前常常⽤來備份冷資料的磁帶。

那這一講裡,我們就從機械硬碟的物理構造開始,從原理到應用剖析一下,看看我們可以怎麼樣用好機械硬碟。

1、定義

2、材質

3、資料儲存在**

4、什麼控制盤面旋轉

5、硬碟購買指標

1、磁頭的作用

2、乙個片面上通常有幾個磁頭?

3、一塊硬碟有多少個盤面?

1、從原理方面

2、盤面像什麼?

我們剛才說的乙個磁軌,會分成乙個乙個扇區(sector)

上下平行的乙個乙個盤面的相同扇區呢,我們叫作乙個柱面(cylinder)

1、步驟一

2、步驟二

3、平均延時

4、平均尋道時間

最極端的情況是不尋道

只用1/2或者1/4的磁軌

軟體層面

硬體層面

結論在2000-2023年這10年間,正是這些奇思妙想,讓海量資料下的網際網路蓬勃發展起來的。在沒有ssd的硬碟的時候,聰明的工程師們從硬體到軟體,

設計了各種有意思的方案解決了我們遇到的各類效能問題。而對於計算機底層知識的深入了解,也是能夠找到這些解決辦法的核心因素。

好了,相信通過這一講,你對傳統的hdd硬碟應該有了深入的了解。我們來總結一下。

機械硬碟的硬體,主要由盤面、磁頭和懸臂三部分組成。我們的資料在盤面上的位置,可以通過磁軌、扇區和柱面來定位。實際的一次對於硬碟的訪問,

需要把盤面旋轉到某乙個「幾何扇區」,對準懸臂的位置。然後,懸臂通過尋道,把磁頭放到我們實際要讀取的扇區上。

受制於機械硬碟的結構,我們對於隨機資料的訪問速度,就要包含旋轉盤⾯的平均延時和移動懸臂的尋道時間。通過這兩個時間,我們能計算出機械硬碟的iops。

7200轉機械硬碟的iops,只能做到100左右。在網際網路時代的早期,我們也沒有ssd硬碟可以用,所以工程師們就想出了partial stroking這個浪費儲存空間,

但是可以縮短尋道時間來提公升硬碟的iops的解決方案。這個解決方案,也是乙個典型的、在深入理解了硬體原理之後的軟體優化⽅案。

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