硬盘相关原理

磁盘读写数据的原理

  • 一般说来,无论哪种硬盘,都是由盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份组成
  • 一块磁盘有2-14个盘片,每个盘片有两个面,每个面对应一个读写磁头,用磁头号来区分盘面,即盘面数就是磁头数,盘片数*2=磁头数(盘面数)
  • 不同盘面的磁道被划分为多个扇形区域,每个区域就是一个扇区(Sector)
  • 同一个盘面,以盘片中心为圆心,每个不同半径的圆行轨迹就是一个磁道(Track)
  • 不同盘面相同半径的磁道组成一个圈柱面就是柱面(Cylinder)
  • 一个柱面包含多个磁道(这些磁道半径相同),一个磁道包含多个扇区
  • 数据信息记录可表示为:某磁头,某磁道(柱面),某扇区

1)磁盘是按照柱面为单位读写数据的,即先读取同一个盘面的某一个磁道,读完之后,如果数据没有读完,磁头也不会切换其他的磁道,而是选择切换磁头,读取下一个盘面的相同半径的磁道,直到所有盘面的相同半径的磁道读取完成之后,如果数据还没有读写完成,才会切换其他不同半径的磁道,这个切换磁道的过程称为寻道。

2)不同磁头间的切换是电子切换.而不同磁道间的切换需要磁头做径向运动,这个径向运动需要步进电机调节,这个动作是机械的切换。

固态硬盘和普通硬盘的区别

1、访问速度

固态硬盘在传输速度上有很大的优势,最高可达500M/秒,其中读取速度达到400-600M每秒,写入速度同样可以高达200M每秒。对于1G的文件只需几秒就可搞定,而传统的IDE硬盘读取速度极限是无法超越200M每秒,写入速度也很难突破100M每秒,平时基本在几拾M每秒,这样对于常常需要读取大文件或处理大文件的用户来讲,使用固态硬盘是不错的选择。

2、数据安全

我们都清楚传统的硬盘是通过磁头读取盘片来完成数据读写的,特虽是在高速旋转过程中盘片和磁头碰撞更容易造成数据受损,还有就是运输过程中也容易造成盘片受损造成数据丢失,而固态硬盘没有盘片,所以只要其芯片不受到外形挤压产生形变,数据就能获得安全的保存,所以在数据安全方面固态硬盘和普通硬盘的区别是很大的。

3、经济价格

固态更盘在速度及安全方面有很大的优势,因为是最新技术所以在价格方面相对传统硬盘来讲高了很多,固态硬盘现在的价格一般是传统硬盘的2-3倍,但是随着摩尔定律的不断发展,固态硬盘NAND闪存芯片密度会越来越大,则存储量越来越高,以后的价格也会越来越低,可以预见得到固态硬盘取代传统硬盘势在必行。

SSD固态硬盘的物理组成基本上就是闪存+主控+缓存+PCB+接口,没有机械部件,数据读写都是电子讯号,不存在马达转速这样的瓶颈因素,性能自然就上来了。通过上述有关固态硬盘和普通硬盘的区别的说明二者的优劣可以得到以下几点:

          1. 体积和重量:SSD完胜
          2. 噪音和震动:SSD再次完胜,绝对静音,而HDD的噪音可高可低,有的足以会让人抓狂,而且震动也是一个要考虑的问题。
          3. 温度:HDD工作时的最高温度在四五十度左右,SSD要低,不过这个问题影响不大。
          4. 功耗:HDD最大功耗约为5-10W左右,而SSD通常是3W以内,同样地这个问题影响也不算大,企业级用户就另算了
          5. 容量:HDD胜出,民用级SSD普遍没有超过1TB的,而HDD最大已有4TB了。
          6. 价格:HDD胜,而且容量越大,HDD优势越明显。

磁盘分区的原理

是放置该硬盘的信息区,称之为主引导分区(master boot recorder,MBR),一般来说,MBR有512个字节,且可以分为两个部分.

(1)第一部分有446个字节,用于存放引导代码,即bootloader.

(2)第二部分有64个字节,用于存放磁盘分区表.其中,每个分区的信息需要用16个字节来记录,因此,一个硬盘最多可以有4个分区.这4个分区称之为主分区和扩展分区(extended).

注:通常所说的"硬盘分区"就是指修改磁盘分区表,它定义了"第n个磁盘块是从第x个柱面到第y个柱面".因此,当系统要读取第n个磁盘块时,就是去读硬盘上第x个柱面到第y个柱面的信息。

由于MBR仅能保存4个分区的数据信息,如果超过4个,系统允许在额外的硬盘空间存放另一份磁盘分区信息,这就是扩展分区.若将硬盘分成3P+E,则E实际上是告诉系统,磁盘分区表在另外的那份分区表,即扩展分区其实是指向正确的额外分区表.本身扩展分区不能直接使用,还需要额外将扩展分区分成逻辑分区才能使用,因此,用户通过扩展分区就可以使用5个以上的分区了

(1)实际上,不建议用户将硬盘分为4个主分区.这是因为,假如一个20GB的硬盘,若4个主分区占据了15GB的空间,则剩下的5GB空间完全不能使用,因为已经没有多余的分区表可以记录这些空间了.

(2)考虑到磁盘的连续性,一般建议将扩展分区放在最后面的柱面内.

(3)理论上允许一个硬盘只有1个主分区,其它空间都分配给扩展分区.

MBR包括三部分内容:自举装入程序、分区表、校验信息。

boot sector:分区引导扇区也称DBR,是由FORMAT高级格式化命令写到该扇区的内容,DBR是由硬盘的MBR装载的程序段。

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