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正文內(nèi)容

硬盤的存儲原理和內(nèi)部架構(gòu)(編輯修改稿)

2025-07-21 07:00 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 一個磁頭(head)用于讀寫數(shù)據(jù)。第一個盤面的正面的磁頭稱為0磁頭,背面稱為1磁頭;第二個盤片正面的磁頭稱為2磁頭,背面稱為3磁頭,以此類推。盤面數(shù)和磁頭數(shù)是相等的。 一張單面的盤片需要一個磁頭,雙面的盤片則需要兩個磁頭。硬盤采用高精度、輕型磁頭驅(qū)動和定位系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能使磁頭在盤面上快速移動,讀寫硬盤時,磁頭依靠磁盤的高速旋轉(zhuǎn)引起的空氣動力效應(yīng)懸浮在盤面上,與盤面的距離不到1微米(約為頭發(fā)直徑的百分之一),可以在極短的時間內(nèi)精確定位到計算機指令指定的磁道上。 早期由于定位系統(tǒng)限制,磁頭傳動臂只能在盤片的內(nèi)外磁道之間移動。因此,不管開機還是關(guān)機,磁頭總在盤片上。所不同的是,關(guān)機時磁頭停留在盤片啟停區(qū),開機時磁頭“飛行”在磁盤片上方。 磁道 每個盤片的每個盤面被劃分成多個狹窄的同心圓環(huán),數(shù)據(jù)就是存儲在這樣的同心圓環(huán)上,我們將這樣的圓環(huán)稱為磁道(Track),每個盤面可以劃分多個磁道。關(guān)機時磁頭停留在硬盤的著陸區(qū)(Landing Zone),這個著陸區(qū)以前是位于離盤心最近的區(qū)域,不存放任何數(shù)據(jù)。在后期的硬盤工藝中有些硬盤生產(chǎn)廠商將這個區(qū)域被移動到了盤片的外面,如下所示: 在每個盤面的最外圈,離盤心最遠的地方是“0”磁道,向盤心方向依次增長為1磁道,2磁道,等等。硬盤數(shù)據(jù)的存放就是從最外圈開始。 扇區(qū) 根據(jù)硬盤規(guī)格的不同,磁道數(shù)可以從幾百到成千上萬不等。每個磁道上可以存儲數(shù)KB的數(shù)據(jù),但計算機并不需要一次讀寫這么多數(shù)據(jù)。在這一這基礎(chǔ)上,又把每個磁道劃分成若干弧段,每段稱為一個扇區(qū)(Sector)。扇區(qū)是硬盤上存儲的物理單位,每個扇區(qū)可存儲1282N次方(N=0,1,2,3)字節(jié)的數(shù)據(jù)。從DOS時代起,每扇區(qū)是12822=512字節(jié),現(xiàn)在已經(jīng)成了業(yè)界不成文的規(guī)定,也沒有哪個硬盤廠商試圖去改變這種約定。也就是說即使計算機只需要硬盤上存儲的某個字節(jié),也須一次把這個字節(jié)所在的扇區(qū)中的全部512字節(jié)讀入內(nèi)存,再選擇所需的那個字節(jié)。扇區(qū)的編號是從1開始,而不是0,這一點需要注意。另外,硬盤在劃分扇區(qū)時,和軟盤是有一定區(qū)別的。軟盤的一個磁道中,扇區(qū)號一般依次編排,如1號,2號,3號...以此類推。但在硬盤磁道中,扇區(qū)號是按照某個間隔跳躍著編排。比如,2號扇區(qū)并不是1號扇區(qū)后的按順序的第一個而是第八個,3號扇區(qū)又是2號扇區(qū)后的按順序的第八個,依此類推,這個“八”稱為交叉因子。 這個交叉因子的來歷有必要詳述一下,我們知道,數(shù)據(jù)讀取經(jīng)常需要按順序讀取一系列相鄰的扇區(qū)(邏輯數(shù)據(jù)相鄰)。如對磁道扇區(qū)按物理順序進行編號,很有可能出現(xiàn)當磁頭讀取完第一個扇區(qū)后,由于盤片轉(zhuǎn)速過快來不及讀取下一個扇區(qū),(要知道物理相鄰扇區(qū)位置距離是極小的),必須等待轉(zhuǎn)完一圈
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