CSAPP:磁盘

磁盘构造

磁盘是由盘片(platter)构成的。

每个盘片有两面或者称为表面(surface),表面覆盖着磁性记录材料。

盘片中央有一个可以旋转的主轴(spindle),它使得盘片以固定的旋转速率(rotational rate)旋转,通常是5400~15000转每分钟(Revolution Per Minute, RPM)。

磁盘通常包含一个或多个这样的盘片,并封装在一个密封的容器内。


通常最上面和最下面两个表面称为伺服面,用于磁头定位等,并不存放信息。


每个表面是由一组称为磁道(track)的同心圆组成的。

每个磁道被划分为一组扇区(sector)。

每个扇区包含等量的数据位(通常是512字节),这些数据编码在扇区上的磁性材料中。

扇区之间由一些间隙(gap)分隔开,这些间隙中不存储数据位。间隙存储用来标识扇区的格式化位。



磁盘是由一个或多个叠放在一起的盘片组成的,他们被封装在一个密封的包装里。

整个包装通常被称为磁盘驱动器(disk drive),我们通常简称为磁盘(disk)

有时,我们会称磁盘为旋转磁盘(rotating disk),以使之区别于基于闪存的固态硬盘(SSD),SSD是没有移动部分的。


磁盘制造商通常用术语柱面(cylinder)来描述多个盘片驱动器的构造。

柱面是所有磁盘表面上到主轴中心的距离相等的磁道的集合。

例如,如果一个驱动器有三个盘片和六个面,每个表面上的磁道的标号都是一致的,那么柱面k就是6个磁道k的集合。



磁盘容量

一个磁盘上可以记录的最大位数称为它的最大容量,或者简称为容量

磁盘容量是由以下技术因素决定的:

记录密度(recording density)(位/英寸):磁道一英寸可以放入的位数

●磁道密度(track density)(道/英寸):从盘片中心出发半径上一英寸的段内可以有的磁道数。

●面密度(areal density)(位/平方英寸):记录密度与磁道密度的乘积。


在面密度很低的时候,磁盘制造商将每个磁道分为数目相同的扇区,扇区的数目是由靠最内的磁道能记录的扇区数决定的。

为了保持每个磁道有固定的扇区数,越往外的磁道扇区隔得越开。在面密度相对比较低的时候,这种方法还算合理。

不过,随着面密度的提高,扇区之间的间隙(那里没有存储数据位)变得不可接受地大。因此,现代大容量磁盘使用一种称为多区记录(multiple zone recording)的技术。

在这种技术中,柱面的集合被分割成不相交的子集合,称为记录区(recording zone)

每个区包含一组连续的柱面。一个区中的每个柱面中的每条磁道都有相同数量的扇区,这个扇区的数量是由该区中最里面的磁道所能包含的扇区数决定的。


ps.

你有没有对为什么每个扇区都是512个字节有过疑问呢?明明越靠外的扇区的弧长比靠内的长,为什么能记录的数据位还是一样的呢?

看到这里我的猜想是里外的记录密度不相同


pss.

对于这个记录区怎么理解,内心还是有点小糊涂的,下面是我对记录区的理解,不知道对不对:

psss.这是个俯视图

希望看到这篇博文的有缘人能不吝赐教。



磁盘操作

磁盘用读/写头(read/write head)来读写存储在磁性表面的位,而读写头连接到一个传动臂(actuator arm)一端。

通过沿着半径轴前后移动这个传动臂,驱动器可以将读/写头定位在盘面上的任何磁道上。这样的机械运动称为寻道(seek)。



一旦读/写头定位到了期望的磁道上,那么当磁道上的每个位通过它的下面时,读/写头可以感知到这个位的值(读该位),也可以修改这个位的值(写该位)。

有多个盘片的磁盘针对每个盘面都有一个独立的读/写头。

读/写头垂直排列,一致行动。在任何时候所有的读/写头都位于同一个柱面上。



在传动臂末端的读/写头在磁盘表面高度大约0.1微米处的一层薄薄的气垫上飞翔,速度大约为80km/h。

这可以比喻成将sears tower(一座位于芝加哥的108层和442米高的摩天大楼)放倒,然后让他在距离地面2.5cm的高度上飞行环绕地球,绕地球一天只需要8秒钟!在这样小的间隙里,盘面上一粒微小的灰尘都像一块巨石。如果读写头碰到了这样的一块巨石,读写头会停下来,撞到盘面——所谓的读/写头冲撞(head crash)。为此磁盘总是密封包装的。


ps. 上述的读/写头很多地方也称为磁头

pss. 磁头在磁盘表面上飞翔靠的是磁盘旋转时带动的气流



磁盘的工作


磁盘是开机后一直在不停转动的,无论有没有读写操作。

如果磁盘意外停转,磁头会因为失去气流的悬浮力而下坠,继而”撞击“磁盘(考虑到磁盘每分钟旋转数千次,普遍达7,200rpm),对磁头与磁盘造成严重损坏。

如果关机、休眠或突然断电怎么办?硬盘会有特定的“磁头停泊区”,在那处,磁盘与磁头无需靠旋转带动的气流悬浮,也能保障磁头与磁盘不直接接触,当电力中断,磁头臂会将磁头拉到停泊区,这个动作极快,在气流减弱至无法承托磁头前就完成,如此就能避免磁头与磁盘表面的损坏。


此部分来自:
作者:蓝莓子小姐
链接:https://www.zhihu.com/question/20867611/answer/216686820


真实的磁盘全貌

这部分的图摘自:http://memory.zol.com.cn/240/2407538.html?keyfrom=behind


硬盘内部结构详解:



磁头及磁头控制装置:




硬盘工作原理:



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