机械硬盘简介

Posted 2020-11-13 shineriver

分类

从存储数据的介质上来区分，硬盘可分为机械硬盘（Hard  Disk Drive, HDD）和固态硬盘（Solid State Disk, SSD），机械硬盘采用磁性碟片来存储数据，而固态硬盘通过闪存颗粒来存储数据。

从技术方面进行区分，硬盘的种类主要是SCSI 、IDE 、以及现在流行的SATA等，IDE遵循的是ATA标准，而目前流行的SATA，是ATA标准的升级版本；IDE是并口设备，而SATA是串口，SATA的发展目的是替换IDE；

组成

硬盘由盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、控制电路板、缓存等几个部份组成。控制电路包含硬盘Bios，主控芯片和硬盘缓存等单元；接口部件包含电源、数据接口主从跳线等，数据就存放在磁盘盘片中。

技术

现在的硬盘，无论是IDE还是SCSI，采用的都是“温切斯特”技术(固态硬盘除外），都有以下特点：

1.磁头，盘片及运动机构密封。

2.固定并高速旋转的镀磁盘表面平整光滑。

3.磁头沿盘片径向移动。

4.磁头对盘片接触式启停，但工作时呈飞行状态不与盘片直接接触。早期设计的磁盘驱动器使磁头保持在盘面上方几微米处飞行。稍后一些设计使磁头在盘面上的飞行高度降到约0.1μm～0.5μm，现在的水平已经达到 0.005μm～0.01μm，这只是人类头发直径的千分之一。

工作原理

利用磁性物质的特性来保存信息，即电磁转换，学物理时我们知道电可以使物质带上磁性，而金属在磁场运动时切割磁感线时会产生电流。磁盘上有很多微粒的磁粉，当通过磁头写数据时，磁头中的电流会导致磁粉极化，改变方向；读数据时,导体磁头经过磁粒的区域时会产生电流。当用显微镜把盘片放大，会看见盘片表面凹凸不平，凸起的地方被磁化，凹的地方是没有被磁化；凸起的地方代表数字1（磁化为1），凹的地方代表数字0。因此硬盘可以以二进制来存储表示文字、图片等信息。

磁道

每个盘片的每个盘面被划分成多个狭窄的同心圆环，数据就是存储在这样的同心圆环上，我们将这样的圆环称为磁道(Track)，每个盘面可以划分多个磁道。关机时磁头停留在硬盘的着陆区(Landing Zone)，这个着陆区以前是位于离盘心最近的区域，不存放任何数据。（注意，磁道只是逻辑结构，在盘面上并没有真正的同心圆），最外面的同心圆就是 0      磁道。硬盘的磁道密度非常高，通常一面上就有上千个磁道。但是相邻的磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近会相互产生影响。

扇区

扇区其实是很形象的，大家都见过折叠的纸扇吧，纸扇打开后是半圆形或扇形的，不过这个扇形是由每个扇骨组合形成的。在磁盘上每个同心圆是磁道，从圆心向外呈放射状地产生分割线（扇骨），将每个磁道等分为若干弧段，每个弧段就是一个扇区。每个扇区的大小是固定的，为512Byte。扇区也是磁盘的最小存储单位。

簇

将物理相邻的若干个扇区称为了一个簇。操作系统读写磁盘的基本单位是扇区，而文件系统的基本单位是簇(Cluster)。在Windows下，随便找个几字节的文件，在其上面点击鼠标右键选择属性，看看实际大小与占用空间两项内容，如大小：15 字节 (15 字节)， 占用空间：4.00 KB (4，096 字节)。这里的占用空间就是你机器分区的簇大小，因为再小的文件都会占用空间，逻辑基本单位是4K，所以都会占用4K。 簇一般有这几类大小4K，8K，16K，32K，64K等。簇越大存储性能越好，但空间浪费严重。簇越小性能相对越低，但空间利用率高。NTFS格式的文件系统簇的大小为4K。     

柱面

如果硬盘是由多个盘片组成的，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，那么所有盘片都会从外向内进行磁道编号，最外侧的就是0磁道。具有相同编号的磁道会形成一个圆柱，这个圆柱就被称作磁盘的柱面，这里要注意，硬盘数据的读写是按柱面进行，即磁头读写数据时首先在同一柱面内从0磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘面(即磁头上)进行操作，只有在同一柱面所有的磁头全部读写完毕后磁头才转移到下一柱面，因为选取磁头只需通过电子切换即可，而选取柱面则必须通过机械切换。电子切换比从在机械上磁头向邻近磁道移动快得多。因此，数据的读写按柱面进行，而不按盘面进行。读写数据都是按照这种方式进行，尽可能提高了硬盘读写效率。