磁碟结构DiskStructure讲稿

磁碟結構

DiskStructure指導老師：林學儀組別：第七組組員：26號胡瑞翔45號周承翰47號陳煜智大綱磁碟實體結構與相關名詞介紹：磁碟基本原理磁軌（track）磁柱（cylinder）磁區（sector）磁碟排程介紹磁碟管理功能磁碟陣列RAID何謂PATA、SATA、SATAII？？？磁碟基本原理硬碟大致分為，碟片Media、讀寫頭ReadWriteHead、主軸馬達SpindleMotor&音圈馬達VoiceCoilMotor、基座Base、電路板PCBA等幾大項組合而成。

磁碟基本原理介紹一Media的基板是金屬或玻璃材質製成，為達到高密度高穩定的品質，基板要求表面光滑平整，不可有任何暇疵，再將磁粉Coating濺鍍到基板表面上，最後再塗上保護潤滑層。Head是由上、下多片讀寫頭固定在同一組驅動臂上，來回移動時是整組驅動臂一起移動。磁碟結構磁軌（track）：一個磁碟可分割成數個同心圓，每個同心圓即是一個磁軌磁柱（cylinder）：位於不同層但編號相同的磁軌排列很像一個柱狀體，稱為磁柱。磁區（sector）：每個磁軌再細分成許多個相等的扇形區，即是磁區是磁碟最小的儲存單位每個磁區的容量是512Bytes註：磁叢（Cluster）由數個磁區組合而成，每個磁叢都有編號，作業系統存取資料的最小單位磁碟結構磁碟排程硬碟排程演算FIFSSSTFSCAN（掃瞄法）C-SCAN(循環式掃瞄法)LOOK(觀察法)C-LOOK(循環式觀察法)磁碟排程說明一FIFS：firstinfirstserved（先來先服務）作業系統先下達的指令先執行，接著再執行下一個讀寫指令。

磁碟排程說明二SSTF：ShortestSeekTimeFirst（最短尋找時間者先做）鄰近磁軌的讀取工作先做完，再移動到較遠的磁軌進行讀、寫。磁碟管理功能(續)損壞磁區維護 常見解決損壞磁區的方法有兩類第一類稱為磁區轉遞（sectorforwarding）另一類則是磁區順延（sectorslipping）。

假設20號磁區發現損壞最近的空白磁區在23與24之間磁區轉遞的修護方法：直接將資料存入磁區順延的方法：資料依序往後移動磁碟陣列（RAID）

RedundantArraysofIndependentDisks,RAID所謂磁碟陣列就是由數顆磁碟機組成一個陣列。藉由記憶體定址與資料匯流排的配置，可以將資料以分段(striping)的方式儲存在不同的磁碟中，存取資料時，陣列中的相關磁碟一起動作，藉此減低存取的時間並增加資料安全。RAID的好處1.

在不同應用環境下，可提昇系統I/O之存取效能。2.

增加資料保存的安全性。3.可以增加每個系統可連結硬碟機數量與容量4.

經由磁碟陣列卡RAIDlevel的設定控制，可以得到不同運用需求的彈性選擇。RAID的基本觀念

把許多顆硬碟機放在一起，由一個控制器來統一操控，使電腦的主系統把全部硬碟看成是一顆虛擬的硬碟機，其主要功能是增加資料的儲存總容量(Storage),安全性(Safety)與硬碟機的執行效率(Performance)

磁碟陣列（RAID）依所使用的技術不同定義出五種具有不同方式與效能的RAID代號，簡稱RAIDLevel。

RAID模式

說明最少硬碟組成數組成容量(硬碟機數目N)順序執行效能

RAID0條狀分布

2NR:最好

W:最好

RAID1鏡射

Mirroring2N/2R:高

W:中等

RAID3獨立硬碟儲存同位元資料

3N-1R:高

W:中等

RAID5同位元資料分布於組成硬碟中

3N-1R:高

W:中等

RAID0介紹RAID0是最快的磁碟陣列，它是一種效能導向的磁碟映射方法。陣列中的資料透過線性或不同的磁碟寫入以獲得較快的傳輸。此技術將資料切割，但不會造成資料的重複。它提供最佳的效能，但不具容錯。RAID0介紹(續)優點：更大的儲存空間、讀寫效能更佳缺點：較不可靠

RAID1介紹RAID1使用至少兩個相同的磁碟機並且在兩者中儲存完全相同的資訊區塊。如果其中一個映射磁碟機發生機械上的問題或沒有回應，另一個磁碟機將繼續運作並提供正確的資料。如果一個磁碟機發生實體磁區的問題，映射磁碟機將繼續運作。RAID1介紹(續)優點：更佳的可靠性

缺點：寫入效能變慢、成本效益較低

何謂PATA、SATA、SATAII?SerialATA簡稱SATA

（或稱序列式ATA）採序列式方式傳輸。SATAII原本是制定SATA規格的組織名稱，現在已改名為SATA-IO，不過也可以當作是SATA的第二代規格表，而目前打得火熱的3Gb/s、NCQ都是其中一個功能之一。SATA介紹SATA硬碟連接界面SATA接頭：圖左方為資料連接器，圖右方為電源連接器

主機板上的SATA裝置SATA介紹為了大幅提昇資料流量，降低功率損耗，SATA採用低壓差動信號技術及串行架構傳輸，使用8位元/10位元嵌入式時脈，解決了並行ATA時脈偏斜的問題。SATA-IO規格

SATA-IO規格機器/裝置介面速度選擇附加功能連接線1.5Gb/s或3Gb/s(向下相容)異步通知硬碟ClickConnect主機板晶片組eSATA多工器裝置熱拔插選擇器裝置LinkPowerManagement

NCQ

StaggeredSpin-Up

xSATA

更多....SATA介紹NCQ:NativeCommandQueuing的縮寫，和在SCSI中已使用多年的TCQ(TaggedCommandQueuing)相似。NCQ是將這些讀寫指令先保留在晶片中，然後設法以最佳的順序去讀寫，這樣理論上可以最有效率的方式去讀寫硬碟，使用上的速度當然也就會有所提升。SATA介紹3Gb/s：3Gb/s的算法，3000MHz的頻率X每次發送一個數據X80%(8b/10b的編碼)/8bitsperbyte=300Mbytes/s，同理1.5Gb/s也是這樣可以算成150MB/s，也就是一般我們在買硬碟時，有時候會看到SATA150MB/s、300MB/s，有時候又會看SATA1.5Gb/s、3Gb/s的緣故。不過300MB/s這只是外部傳輸率的理論值而已，根據測試，內部的傳輸率別說150MB/s了，連100MB/s都無法超過SATA介紹傳輸線

使用SATA介面的主機板與硬碟機連接，只有7個腳位，其中4個腳位為資料腳位，3個腳位為接地，而且排線長度可以至1公尺，大大的降低的佔用主機板的空間，而且SATA的規格也支援熱插拔，這個功能在磁碟陣列RAID上，可提供在不關機的狀態下，直接更換故障的磁碟機SATA介紹硬體連接方式SATA標準的週邊設備與主機相連接，必須是點對點的模式，也就是說，一條SATA排線僅有兩個介面接頭，一端接主機板，另外一端接設備，與ATA串接Master與Slave的方式不同。

SATA的特點一、序列傳輸二、高速傳輸三、點對點連接四、訊號線路縮減五、排線更細更長六、支援3.3V低電壓SATA的特點(續)一、序列傳輸：可降低串音干擾，可讓訊號在高速下正確傳遞資料。二、高速傳輸：SATA1.0以150MB/Sec傳輸速率起跳，未來更可達到600MB/Sec以上的高速。SATA的特點(續)三、點對點連接：每個SATA裝置只安裝一個硬碟，省去調整JUMP的困擾。四、訊號線路縮減：只需一組傳送一組接收，利用7-Pin的接頭，其中4-Pin是訊號線，另3-Pin是接地線。RxTxDataGndGndVolta