硬盤的存儲原理與存儲結(jié)構(gòu)

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1、硬盤的存儲原理與存儲結(jié)構(gòu)大家都知道磁鐵有兩個(gè)極性,一個(gè)是南極(S極),一個(gè)是北極(N極),硬盤正是利用磁粒子的極性來記錄數(shù)據(jù)的。盤片表面的那些磁粉就是磁粒子。盤片被劃分成若干個(gè)同心圓(稱為磁道),在每個(gè)同心圓的磁道上就好像有無數(shù)的任意排列的小磁鐵,當(dāng)這些小磁鐵受到來自磁頭磁場的影響時(shí),排列的方向隨之改變,利用磁頭的磁力統(tǒng)一某區(qū)域小磁鐵的方向,就可以使該區(qū)域磁場呈現(xiàn)相同極性,如果把S/N兩種極性與二進(jìn)制中的0和1對應(yīng),就可以表示二進(jìn)制數(shù)據(jù),這些磁粒子都是永磁體,即便磁頭離開,它依然可以長時(shí)間保持形

2、成的極性,這樣就能達(dá)到儲存信息的目的了。磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí),可以感應(yīng)磁粒子的不同極性,從而轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖信號,利用解碼器將這些原始信號翻譯出來,就成為了電腦能使用的數(shù)據(jù)。在講解硬盤的存儲結(jié)構(gòu)前,有必要介紹一下下面幾個(gè)先導(dǎo)概念:●盤面:每個(gè)盤片都有上、下兩面(Side),兩面都會用來存儲數(shù)據(jù),成為有效盤面(也有個(gè)別硬盤盤片只用一面)。每個(gè)有效盤面都有一個(gè)盤面號,由上而下從“0”開始依次編號,又因?yàn)槊總€(gè)有效盤面都對應(yīng)一個(gè)讀寫磁頭,所以磁頭號等價(jià)于盤面號。通常一塊硬盤有3個(gè)相同的盤片,故磁頭號(盤面

3、號)編號為0至5?！翊诺?盤片低級格式化時(shí)被劃分成許多同心圓,這些同心圓稱為磁道(Track)。磁道由外向圓心從0開始順序編號,一個(gè)盤面上通常有幾千條磁道。這里要注意,磁道是看不見的,它不過是盤面上被極化的一些磁化區(qū),4但存有數(shù)據(jù)的磁盤在磁力顯微鏡下面能夠被識別出磁道的軌跡。盤片旋轉(zhuǎn)時(shí),磁道角速度相同,但由于半徑不同,其線速度不同。通常我們所說的0磁道就是指的盤片有效區(qū)的最外圈?！裰?多個(gè)盤片時(shí),立體來看,所有盤面上相同半徑的磁道構(gòu)成一個(gè)圓柱,稱做柱面(Cylinder),所以一塊硬盤的柱面數(shù)

4、等價(jià)于每個(gè)盤面的磁道數(shù)。例如,一個(gè)三張盤片的硬盤,0柱面就是指的這三張盤片的0磁道所構(gòu)成的圓柱?！裎锢砩葏^(qū):低級格式化劃分磁道的同時(shí),每個(gè)磁道又被劃分成若干段圓弧,每段圓弧叫做一個(gè)物理扇區(qū)(Sector),從1開始編號(前面幾個(gè)概念都是從0開始編號),目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)里,一條磁道常被分為63個(gè)物理扇區(qū),當(dāng)然一條磁道也可以分成更多或更少的扇區(qū),但一般應(yīng)為奇數(shù),主要是出于考慮間隔因子(也叫交叉因子)的緣故,限于篇幅,這里就不詳細(xì)介紹了。操作系統(tǒng)并不是在磁道上連續(xù)的記錄數(shù)據(jù),而是以每個(gè)物理扇區(qū)中的數(shù)據(jù)作為

5、一個(gè)基本單元讀出或?qū)懭?所以扇區(qū)是硬盤讀寫數(shù)據(jù)的基本單位(存儲數(shù)據(jù)的單位為“簇”,屬于邏輯部分文件系統(tǒng)中的內(nèi)容,這里不討論)。每個(gè)扇區(qū)包含兩個(gè)主要部分:數(shù)據(jù)地址段和數(shù)據(jù)段,正常情況下,每個(gè)扇區(qū)包括512Byte的數(shù)據(jù)和4Byte其他信息。明確以上幾個(gè)概念后,我們來看看硬盤是如何表示自己的空間的。硬盤在每個(gè)物理扇區(qū)的頭幾個(gè)字節(jié)存放該扇區(qū)的CHS編號,這里的C、H、S分別是柱面、磁頭、扇區(qū)三個(gè)英文單詞的首字母。也就是說,在一個(gè)硬盤的三維空間里,根據(jù)前面的編號規(guī)則,我們只要知道了這個(gè)物理扇區(qū)所在的柱面

6、、磁頭和扇區(qū)的編號,4就可以確定它的唯一位置,還可以通過他們的值來計(jì)算整個(gè)硬盤的總?cè)萘?。?jì)算公式如下:磁盤容量=柱面數(shù)×每柱面磁道數(shù)×每磁道物理扇區(qū)數(shù)×每物理扇區(qū)扇區(qū)字節(jié)數(shù)例如:一塊硬盤有3張鋁合金盤片,盤片兩面都存儲數(shù)據(jù),每一面都被低級格式化為2048條磁道,而每條磁道被分割為63個(gè)物理扇區(qū),每個(gè)物理扇區(qū)可存儲512個(gè)字節(jié),則這塊硬盤的總?cè)萘繛?2048×6×63×512=396361728個(gè)字節(jié),約378MB(該例中①相關(guān)參數(shù)并非實(shí)際硬盤參數(shù),只是為了說明原理;②這里假設(shè)一簇只包含一個(gè)扇區(qū)。

7、特此說明。)目前,硬盤的容量可達(dá)到幾百個(gè)GB,而數(shù)據(jù)存儲的級別達(dá)到了TB級。對于計(jì)量的單位,這里有必要說明一下,1Bit即存儲0或1的一個(gè)二進(jìn)制位,1Byte指一個(gè)字節(jié),常用換算關(guān)系如下:關(guān)于硬盤容量,我們時(shí)常會遇到這樣的問題:為什么同一塊硬盤,有時(shí)顯示60GB,有時(shí)卻只有56GB?這是計(jì)量單位不統(tǒng)一造成的,操作系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的時(shí)候1KB=1024Byte,4但硬盤生產(chǎn)廠商在計(jì)算硬盤容量時(shí)用1KB=1000Byte來計(jì)算,這就造成了上述問題,并不是硬盤中空間丟失,或是犯罪分子把空間隱藏了。4