磁盘知识和读写原理

2018-05-23 17:36:30

相关名词翻译

 英文中文 
 disk 磁盘
 head 磁头
 sector 扇区
 track 磁道
 cylinder 柱面
 units 单元块(一个柱面的大小)
 block 数据块(系统最小读取单元)
一般来说,一块磁盘有1个到数个盘片不等,其中每个盘片的有效盘面对应一个读写磁头,从上往下从0开始依次编号,不同的磁盘盘面在逻辑上被划分为磁道,柱面以及扇区,一般在出厂时就设定好了这些,磁盘及盘片的刨面如下图


磁盘的磁头

1.磁盘的每个盘片的每个有效盘面都会有一个读写磁头(磁头数=盘片个数*2)

2.在磁盘不工作的时候,磁头停靠在靠近主轴接触盘片的表面,即线速度最小的地方,这里是一个不存放任何数据的特殊区域,称为启停区或着陆区,启停区以外就是数据区。

3.在磁盘的最外圈,离主轴最远的磁道称为0磁道,磁盘数据的存放就是从最外圈0磁道开始的。即磁盘数据从最外圈开始,而停止时磁头又是在最内圈启停区。

4.0磁道非常重要,我们知道,系统的引导程序就在0柱面0磁道1扇区的前446Bytes。


磁盘的盘面

磁盘的每一个盘片都有两个盘面,即上,下盘面,一般来说,每个盘面都可以存储数据,成为有效盘面,也有极个别的磁盘盘面数为单数。每一个这样的有效盘面都有一个盘面号,按顺序从上至下从“0”开始依次编号。因为每一个有效盘面都有一个对应读写磁头,盘面号又叫磁头号。磁盘的盘片组在2~14片不等,通常有2~3个盘片,故盘面号(磁头号)0~3或0~5不等,注意:盘面个数等于磁头个数。


磁盘的磁道

1.磁盘在格式化时被划分成许多同心圆,这些同心圆的轨迹叫做磁道。磁道由盘面从外向内依次从0开始顺序编号。

2.磁盘的每一个盘面一般有300~1024个磁道,新式大容量磁盘每个磁盘每个盘面的磁道数可能会更多。信息记录在这些轨迹中,这些同心圆轨迹不是连续的记录数据,而是被划分成一段段的圆弧(扇区),这些扇区的角速度一样。由于径向长度不一样,所以,线速度也不一样,外圈的线速度较内圈的线速度大,即同样的转速下,外圈在同样时间段里,划过的圆弧长度要比内圈划过的圆弧长度大(但是读取到的数据是一样的)。

3。这样的每段圆弧叫做一个扇区,扇区从“1”开始编号,每个扇区中的数据做为一个单元同时读出或写入。一个标准的3.5寸磁盘盘面通常有300~1024个磁道。特别说明,磁道是“看”不见得,只是在盘面上以特殊形式磁化了的一些磁化区,我们给大家画的图片是磁道形象的展示,在磁盘格式化时就已规划完毕了。


磁盘的柱面

1.一个磁盘所有的盘面上同一个半径相同的磁道的圆形轨迹从上倒下依次组成一个圆柱体,就称作柱面,每个圆柱上的磁头由上而下从“0”开始编号。

2.一块磁盘的柱面数取决于每条磁道的宽窄,也取决于定位机构所设定的磁道间步距的大小。这些都是在出厂前就完成设定的。特别注意:这里的柱面数和前面的磁道数是一样的。


磁盘的扇区

硬盘的读写以扇区为基本单位,而操作系统则以块为最小单位(扇区*2的n次幂。)一般情况下,每个扇区的大小是512字节,现在一些新的盘可能已经是4096个字节了。一个扇区主要有两部分内容:存储数据地点的标识符和存储数据的数据段。


磁盘的工作原理

磁盘的数据读/写一般是按柱面进行的,即读/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不同磁头上进行操作,只有当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(即寻道)。

因为切换磁头只需通过电子设备切换即可,而切换柱面则必须通过机械设备切换。电子磁头间的切换比机械磁头向临近磁道或柱面切换要快的多。所以,数据的读/写按柱面进行,而不按盘面进行。也就是说,一个磁道写满数据后,就在同一柱面的下一个盘面的相同半径磁道来写,一个柱面写满后,才移到下一个柱面开始写数据。读数据也按照这种方式进行,这样就大大提高了磁盘的读/写效率。

小结

1.磁盘是按照柱面为单位读写数据的,即先读取同一个盘面的某一个磁道,读完之后,如果数据没有读完,磁头也不会切换其他的磁道,而是选择切换磁头,读取下一个盘面的相同半径的磁道,直到所有盘面的相同半径的磁道读取完成之后,如果数据还没有读写完成,才会切换其他不同半径的磁道,这个切换磁道的过程称为寻道。 

2.不同磁头间的切换是电子切换,而不同磁道间的切换需要磁头做径向运动,这个径向运动需要步进电机调节,这个动作是机械的切换。 磁头寻道是机械运动,切换磁头是电子切换。


总结

1.一块磁盘有2-14个盘片,每个盘片有两个面,每个面对应一个读写磁头,用磁头号来区分盘面,即盘面数就是磁头数,盘片数*2=磁头数(盘面数)

2.不同盘面的磁道被划分为多个扇区区域,每个区域就是一个扇区(Sector)。

3.同一个盘面,以盘片中心为圆心,每个不同半径的圆形轨迹就是一个磁道。

4.不同盘面相同半径的磁道组成一个圆柱面就是柱面

5.一个柱面包含多个磁道(这些磁道的半径相同),一个磁道包含多个扇区。

6.数据信息记录可表示为:某磁头,某磁道(柱面),某扇区


备注
1.原文地址http://www.freecls.com/a/2712/32

参考
https://www.cnblogs.com/chensiqiqi/p/6432371.html

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简介
天降大任于斯人也,必先苦其心志。