磁盘结构作用数据原理

拓扑图

盘面(side)

模型：

1、磁盘圆形盘面，一个磁盘内含有多个盘面。

2、层叠关系，每个盘面之间不会贴着。

3、第一个盘的正面成为0面，反面为1面；第二个盘正面为2面，反面为3面，以此类推。

4、第一个盘面磁头为0磁头，背面为1磁头..第二个盘正面为2磁头，反面为3磁头，以此类推。

5、一个磁头用于读写数据，盘面数和磁头数是相等的。

作用：

盘面主要作用于划分多个扇区用来存放数据。

磁头(head)

模型：

磁头放置在盘面的上面与下面，磁头是不触碰到盘面本身的，每个盘面会有两个磁头分别代表读与写。

作用：

磁头是在盘面中起到读写数据的作用。

扇区(Sector)

模型：

1、每个磁道上可以存储数KB的数据，但计算机并不需要一次读写这么多数据。在这一这基础上，又把每个磁道划分成若干弧段， 每段称为一个扇区。

2、扇区是分布在盘面的数据分割区，以扇形区分，一个盘面可分多个扇区，扇区大小可根据系统自定义规划。

3、扇区是硬盘上存储的物理单位，每个扇区可存储128×2N次方(N＝0,1,2,3)字节的数据。

4、从DOS时代起，每扇区是128×22＝512字节，现在已经成了业界不成文的规定，也没有哪个硬盘厂商试图去改变这种约定。

5、即使计算机只需要硬盘上存储的某个字节，也须一次把这个字节所在的扇区中的全部512字节读入内存，再选择所需的那个字节。

6、扇区的编号是从1开始，而不是0

作用：

扇形主要用来存放系统数据。

磁道(Track)

模型：

1、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每个盘面可以划分多个磁道。

2、在每个盘面的最外圈，离盘心最远的地方是“0”磁道，向盘心方向依次增长为1磁道，2磁道，等等。硬盘数据的存放就是从最外圈开始。

作用：

磁道是磁头访问盘面扇区的隧道，磁盘转起后磁头读取扇区内的数据。

注：磁道再分扇区时，扇区边缘磁道会占用磁盘资源空间。

柱面(Cylinder)

解释：

1、离盘心最远的磁道为0磁道，依此往里为1磁道，2磁道，3磁道....，不同面上相同磁道编号则组成了一个圆柱面，即所称的柱面。

2、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。

簇(Cluster)

解释：

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。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。

硬盘读写数据的过程

现代硬盘寻道都是采用CHS(Cylinder Head Sector)的方式，硬盘读取数据时，读写磁头沿径向移动，移到要读取的扇区所在磁 道的上方，这段时间称为寻道时间(seek time)。因读写磁头的起始位置与目标位置之间的距离不同，寻道时间也不同。目前硬盘一 般为2到30毫秒，平均约为9毫秒。磁头到达指定磁道后，然后通过盘片的旋转，使得要读取的扇区转到读写磁头的下方，这段时间称 为旋转延迟时间(rotational latencytime)

一个7200(转/每分钟)的硬盘，每旋转一周所需时间为60×1000÷7200=8.33毫秒，则平均旋转延迟时间为8.33÷2=4.17毫秒(平均情况下，需要旋转半圈)。平均寻道时间和平均选装延迟称为平均存取时间。

硬盘的容量计算公式：硬盘容量=盘面数×柱面数×扇区数×512字节

磁盘读写数据所花费的时间

在了解了硬盘的基本原理之后，不难推算出，磁盘上数据读取和写入所花费的时间可以分为三个部分。

1.寻道时间

所谓寻道时间，其实就是磁臂移动到指定磁道所需要的时间，这部分时间又可以分为两部分：

寻道时间=启动磁臂的时间+常数*所需移动的磁道数

其中常数和驱动器的的硬件相关，启动磁臂的时间也和驱动器的硬件相关

2.旋转延迟

旋转延迟指的是把扇区移动到磁头下面的时间。这个时间和驱动器的转数有关，我们通常所说的7200转的硬盘的转就是这个。

平均旋转延迟=1/(2*转数每秒)

比如7200转的硬盘的平均旋转延迟等于1/2*120≈4.17ms

旋转延迟只和硬件有关。

3.传输时间

传输时间指的是从磁盘读出或将数据写入磁盘的时间。

这个时间等于：所需要读写的字节数/每秒转速*每扇区的字节数

硬盘软盘区

别软盘的一个磁道中，扇区号一般依次编排，如1号，2号，3号...以此类推。但在硬盘磁道中，扇区号是按照某个间隔跳跃着编排。比 如，2号扇区并不是1号扇区后的按顺序的第一个而是第八个，3号扇区又是2号扇区后的按顺序的第八个，依此类推，这个“八”称为 交叉因子。

其他

注：磁头依靠磁盘的高速旋转引起的空气动力效应悬浮在盘面上，与盘面的距离不到1微米(约为头发直径的百分之一)，可以在 极短的时间内精确定位到计算机指令指定的磁道上。