硬盘的存储原理与存储结构.doc

硬盘的存储原理与存储结构大家都知道磁铁有两个极性, 一个是南极(S极) , 一个是北极(N 极) , 硬盘正是利用磁粒子的极性来记录数据的。盘片表面的那些磁粉就是磁粒子。盘片被划分成若干个同心圆( 称为磁道),在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁, 当这些小磁铁受到来自磁头磁场的影响时,排列的方向随之改变, 利用磁头的磁力统一某区域小磁铁的方向, 就可以使该区域磁场呈现相同极性, 如果把 S/N 两种极性与二进制中的 0和 1 对应, 就可以表示二进制数据, 这些磁粒子都是永磁体, 即便磁头离开, 它依然可以长时间保持形成的极性, 这样就能达到储存信息的目的了。磁头在读取数据时, 可以感应磁粒子的不同极性, 从而转换成不同的电脉冲信号, 利用解码器将这些原始信号翻译出来, 就成为了电脑能使用的数据。在讲解硬盘的存储结构前, 有必要介绍一下下面几个先导概念: 盘面: 每个盘片都有上、下两面(Side), 两面都会用来存储数据, 成为有效盘面( 也有个别硬盘盘片只用一面)。每个有效盘面都有一个盘面号, 由上而下从“0”开始依次编号, 又因为每个有效盘面都对应一个读写磁头, 所以磁头号等价于盘面号。通常一块硬盘有 3 个相同的盘片, 故磁头号(盘面号)编号为 0 至 5。 磁道: 盘片低级格式化时被划分成许多同心圆, 这些同心圆称为磁道(Track)。磁道由外向圆心从 0 开始顺序编号, 一个盘面上通常有几千条磁道。这里要注意, 磁道是看不见的, 它不过是盘面上被极化的一些磁化区, 但存有数据的磁盘在磁力显微镜下面能够被识别出磁道的轨迹。盘片旋转时, 磁道角速度相同, 但由于半径不同, 其线速度不同。通常我们所说的 0 磁道就是指的盘片有效区的最外圈。 柱面: 多个盘片时, 立体来看, 所有盘面上相同半径的磁道构成一个圆柱, 称做柱面(Cylinder) , 所以一块硬盘的柱面数等价于每个盘面的磁道数。例如, 一个三张盘片的硬盘, 0 柱面就是指的这三张盘片的 0 磁道所构成的圆柱。 物理扇区: 低级格式化划分磁道的同时,每个磁道又被划分成若干段圆弧, 每段圆弧叫做一个物理扇区(Sector), 从 1 开始编号( 前面几个概念都是从 0 开始编号), 目前行业标准里, 一条磁道常被分为 63 个物理扇区, 当然一条磁道也可以分成更多或更少的扇区, 但一般应为奇数, 主要是出于考虑间隔因子( 也叫交叉因子) 的缘故, 限于篇幅, 这里就不详细介绍了。操作系统并不是在磁道上连续的记录数据, 而是以每个物理扇区中的数据作为一个基本单元读出或写入, 所以扇区是硬盘读写数据的基本单位 ( 存储数据的单位为“簇”, 属于逻辑部分文件系统中的内容, 这里不讨论)。每个扇区包含两个主要部分: 数据地址段和数据段, 正常情况下, 每个扇区包括 512Byte 的数据和 4Byte 其他信息。明确以上几个概念后, 我们来看看硬盘是如何表示自己的空间的。硬盘在每个物理扇区的头几个字节存放该扇区的 CHS 编号, 这里的 C、H、S 分别是柱面、磁头、扇区三个英文单词的首字母。也就是说, 在一个硬盘的三维空间里, 根据前面的编号规则, 我们只要知道了这个物理扇区所在的柱面、磁头和扇区的编号, 就可以确定它的唯一位置, 还可以通过他们的值来计算整个硬盘的总容量。计算公式如下:磁盘容量=柱面数每柱面磁道数每磁道物理扇区数每物理扇区扇区字节数例如: 一块硬盘有 3 张铝合金盘片, 盘片两面都存储数据, 每一面都被低级格式化为 2048条磁道, 而每条磁道被分割为 63 个物理扇区, 每个物理扇区可存储 512 个字节, 则这块硬盘的总容量为: 2048663512=396361728 个字节, 约378MB ( 该例中相关参数并非实际硬盘参数,只是为了说明原理; 这里假设一簇只包含一个扇区。特此说明。)目前, 硬盘的容量可达到几百个 GB, 而数据存储的级别达到了 TB 级。对于计量的单位, 这里有必要说明一下, 1Bit 即存储 0 或 1 的一个二进制位, 1Byte 指一个字节, 常用换算关系如下:关于硬盘容量, 我们时常会遇到这样的问题:为什么同一块硬盘, 有时显示 60GB, 有时却只有56GB? 这是计量单位不统一造成的, 操作系统