5分钟图解磁盘结构（软件层面）

Posted 2022-03-01 奇妙之二进制

文章目录

• • 1、盘片
  • 2、磁道、扇区
  • 3、柱面
  • 4、磁盘容量计算
  • 5、磁盘的物理地址
  • 6、磁盘读取响应时间
  • 7、块/簇

我们今天来认识下磁盘的结构。

1、盘片

一个磁盘（如一个 1T 的机械硬盘）由多个盘片（如下图中的 0 号盘片）叠加而成。

盘片的表面涂有磁性物质，这些磁性物质用来记录二进制数据。因为正反两面都可涂上磁性物质，故一个盘片可能会有两个盘面。

2、磁道、扇区

每个盘片被划分为一个个磁道（一个一个半径不同的同心圆环），每个磁道又划分为一个个扇区（磁道上的一个弧段）。扇区是磁盘的最小组成单元，通常是512字节。如下图：

其中，最内侧磁道上的扇区面积最小，因此数据密度最大。

3、柱面

每个盘面对应一个磁头。所有的磁头都是连在同一个磁臂上的，因此所有磁头只能“共进退”。

所有盘面中半径相同的磁道组成柱面。如下图：

4、磁盘容量计算

存储容量 ＝ 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数

上图中磁盘是一个 3个圆盘6个磁头，7个柱面（每个盘片7个磁道） 的磁盘，图3中每条磁道有12个扇区，所以此磁盘的容量为：

存储容量 6 * 7 * 12 * 512 = 258048

5、磁盘的物理地址

由上，可用（柱面号，盘面号，扇区号）来定位任意一个“磁盘块”。

可根据该地址读取一个“块”，操作如下：

① 根据“柱面号”前后移动磁臂，让磁头指向指定柱面；

② 旋转磁盘，让磁头抵达待读的起始扇区。

③ 激活指定盘面对应的磁头；

④ 旋转磁盘，指定的扇区会从磁头下面划过，这样就完成了对指定扇区的读/写。

6、磁盘读取响应时间

1. 寻道时间：磁头从接收到指令开始，移动到数据所在磁道（柱面）所需要的时间，寻道时间越短，I/O操作越快。目前磁盘的平均寻道时间一般在3－15ms，一般都在10ms左右。
2. 旋转延迟：盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间，旋转延迟取决于磁盘转速。普通硬盘一般都是7200rpm，慢的5400rpm。
3. 数据传输时间：完成传输所请求的数据所需要的时间。

所以读写一次磁盘信息所需的时间可分解为：寻道时间、延迟时间、传输时间。

7、块/簇

磁盘块/簇（虚拟出来的）。 块是操作系统中最小的逻辑存储单位。操作系统与磁盘打交道的最小单位是磁盘块。
通俗的来讲，在Windows下如NTFS等文件系统中叫做簇；在Linux下如Ext4等文件系统中叫做块（block）。每个簇或者块可以包括2、4、8、16、32、64…2的n次方个扇区。