一机械硬盘结构

1.1 盘片(磁面)( platter)

盘片就是磁盘中存储数据的介质，磁盘是通过主轴连接的多个盘片构成的存储设备。

1.2 主轴

磁盘是通过将多张盘面连接而成或者看成是堆积而成的，所有盘片都固定在主轴上，主轴会带着盘旋转，从而配合磁头实现读写

1.3 磁道(track)

磁盘的盘面上很多个不同半径的同心圆组成，不同的半径的同心圆之间就组成了磁道，磁道在磁盘上拥有不同编号，从到外内依次是0,1,2 …n，磁道作用就是存储磁信息，也就是我们写入的数据。

1.4 扇区(sector)

磁盘上每一个磁道被划分成若干个弧段，每一个弧段就是一个扇区，扇区是磁盘的最小存储单元，通常是512字节，现在很多厂商的扇区已经可以达到4K字节。

1.5 扇面

同心圆的每一个磁道扇区的组成部分构成的面就是扇面

1.6 柱面(cylinder)

磁盘的多个盘面中相同磁道可以构成一个圆柱，这个就是磁盘的柱面，磁盘的柱面数量等于磁道数量

1.7 机械臂(磁头臂)(boom/head arm)

由控制电路控制，移动磁头，使得磁头位于正确的位置

1.8 磁头(head)

磁头主要是通过电和磁转换，在盘面上读写信息的。磁头实际上是由软磁材料做铁芯绕有读写线圈的电磁铁。每一盘片有2个面，每一个面都有一个磁头，所以如果磁盘有5张盘片，那么它有10个磁头。

1.9 磁盘驱动器(Disk Drive)

收到磁盘控制器的指令之后，通过对电路信号控制，开始干活，控制磁盘寻址，或者进行数据的读写

1.10 磁盘控制器(Disk Controller)

#1 磁盘是机械设备，无法直接执行计算机指令，需要电路控制才可以实现文件的读写。而电路控制则是通过磁盘驱动器实现的，通常磁盘驱动器是处于磁盘一端的
#2 磁盘控制器就是连接计算机和磁盘驱动的接口设备或者桥梁，计算机向磁盘控制器发送SCSI指令或者ATA指令，然后他负责向磁盘驱动器发送CPU发送过来的指令
#3 磁盘驱动器接收到指令之后，通过对电路信号控制，开始干活，控制磁盘寻址，或者进行数据的读写。说白了，磁盘控制器是发号施令的，磁盘驱动器是干活的。

二磁头是如何读写数据的

磁通就是单位面积内通过的磁量
磁感线：就是描绘磁场分布的曲线，每一个磁铁中都有磁感线，当两块磁铁相互吸引时候，很容易磁力线就进入对方磁铁，导致2块磁力线产生闭合，从而可以读取磁化单元的磁化状态。

2.1 写数据

当盘面旋转的时候，运动到磁头下方，在磁头的写线圈中通过一定方向的脉冲电流，由于磁头与磁表面间距非常小，磁力线直接穿透磁层表面，将对应磁头下方的微小区域磁化(称为磁化单元)，磁头铁芯内产生一定方向的磁通，磁头下的一个很小区域被磁化形成一个磁化单元，如果通过的是正向电流，则磁化单元磁化为(N-S)，表示写入的是1;如果是通过的反向脉冲电流，则磁化单元磁化为(S-N),表示写入的是0，就是通过这种方式，将数据记录在扇区上的。

2.2 读数据

当某一磁化单元运行到磁头下方，由于磁头铁芯是良好的导磁材料，磁化单元的磁力线很容易通过磁头而形成闭合磁通回路。磁头中的磁通发生大的变化，于是在读出线圈中产生感应电动势e，其极性与磁通变化的极性相反，即当磁通Φ由小变大时，感应电动势e为负极性；当磁通Φ由大变小时，感应电动势e为正极性。这不同方向的感应电动势经放大、检波和整形后便可鉴别读出的信息是“0”还是“1”，从而完成读出功能。

三固态硬盘(Solid State Disk)

固态硬盘，简称SSD。SSD采用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘。是由控制芯片和存储芯片组成，有的还包括缓存芯片。控制单元负责读取写入数据，以及地址映射；存储单元只是负责存储数据，缓存芯片数据交换缓冲。

控制芯片：主要用于读写数据，相当于是固态硬盘的大脑。根据内置的FTL算法,数据压缩与解压缩算法不一样，导致SSD的性能也可能不一样。
存储芯片：SSD的存储芯片根据介质不同主要分为2种：一种是采用闪存(FLASH)芯片作为存储介质；一种是采用DRAM作为存储介质，即Dynamic Random Access Memory缩写，动态随机访问内存。
第一： FLASH 芯片：不受电源控制，但是使用寿命不长，基于闪存的SSD,又分为单层(Single Layer Cell)和多层(Multi Layer Cell,其中单层成本高，容量小，但是速度快；多层成本低，容量大，但是速度慢。
第二： DRAM芯片：寿命很长，速度很快，但是受电源控制，如果断电数据不受保护。
缓存芯片：SSD上的缓存一般都是1或者2颗DRAM颗粒构成。起到数据交换缓冲作用。其实跟机械硬盘的缓存作用差不多。
FTL(Flash Translation Layer): 闪存地址转换
主要作用就是记录物理地址和逻辑地址的转换关系，他的核心就是一张物理地址和逻辑地址的映射表。这样才方便读写数据。

四逻辑块、物理块和扇区之间的关系

扇区，是磁盘读写的基本或者最小单位，一个扇区在以前是512字节，现在大多数厂商都是4096字节。

物理块：物理块是操作系统中的概念，为了方便对扇区的管理，操作系统抽象出来或者虚拟出来的一个存储单位，物理块一般是扇区的2^N大小，如果扇区1K,那么物理块可能是2K,4K等等。为什么要抽象出来这个物理块呢？因为如果读取连续的扇区数据，当读完第一个扇区的时候，磁头还要做一些处理，但是磁盘是在旋转的，并不会等待磁头处理完毕。所以为了方便读写，一次性读取好几个扇区的数据，有利于减少磁盘旋转等待时间，提升响应时间。

逻辑块：是文件系统中的概念。文件系统将文件以块的形式分配，一般大小和操作系统的物理块大小一致，方便操作和管理。这种就类似于内存中进程地址空间的页和物理内存中的页框的关系。

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一机械硬盘结构

1.1 盘片(磁面)( platter)

1.2 主轴

1.3 磁道(track)

1.4 扇区(sector)

1.5 扇面

1.6 柱面(cylinder)

1.7 机械臂(磁头臂)(boom/head arm)

1.8 磁头(head)

1.9 磁盘驱动器(Disk Drive)

1.10 磁盘控制器(Disk Controller)

二磁头是如何读写数据的

2.1 写数据

2.2 读数据

三固态硬盘(Solid State Disk)

四逻辑块、物理块和扇区之间的关系

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