硬盤基礎(chǔ)知識(shí)之物理結(jié)構(gòu)

　　首先簡(jiǎn)單認(rèn)識(shí)一下硬盤的物理結(jié)構(gòu)，硬盤內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，只能從大的顆粒度去看內(nèi)部的結(jié)構(gòu)

　　總體來說，硬盤結(jié)構(gòu)包括：盤片、磁頭、盤片主軸、控制電機(jī)、磁頭控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、緩存等幾個(gè)部份。所有的盤片(一般硬盤里有多個(gè)盤片，盤片之間平行)都固定在一個(gè)主軸上。在每個(gè)盤片的存儲(chǔ)面上都有一個(gè)磁頭，磁頭與盤片之間的距離很小(所以劇烈震動(dòng)容易損壞)，磁頭連在一個(gè)磁頭控制器上，統(tǒng)一控制各個(gè)磁頭的運(yùn)動(dòng)。磁頭沿盤片的半徑方向動(dòng)作，而盤片則按照指定方向高速旋轉(zhuǎn)，這樣磁頭就可以到達(dá)盤片上的任意位置了。

　　先上幾張美圖：

　　基本的結(jié)構(gòu)就是這樣子的，至于硬盤是如何進(jìn)行讀寫的，必須要知道磁盤盤片是如何劃分的?否則你只知道磁頭在盤片上動(dòng)來動(dòng)去。

　　盤片上涉及的基本概念

　　整個(gè)硬盤上一般有很多的盤片組成，每個(gè)盤片如同切西瓜一樣被“切”成一塊一塊的扇面，同時(shí)沿著半徑的方向被劃分成了很多同心圓，就是傳說中的磁道，每條磁道被扇面切成很多的扇形區(qū)域叫做扇區(qū)(扇區(qū)是從磁盤讀出和寫入信息的最小單位，通常大小為512字節(jié))，不同盤片上的同半徑磁道組成了柱面，這些都是磁盤物理上的概念，知道便可。有了這些概念，我?guī)捅憧梢杂?jì)算磁盤的容量：

　　磁頭數(shù) × 磁道(柱面)數(shù) × 每道扇區(qū)數(shù) × 每扇區(qū)字節(jié)數(shù)

　　磁頭(head)數(shù)：每個(gè)盤片一般有上下兩面，分別對(duì)應(yīng)1個(gè)磁頭，共2個(gè)磁頭;

　　磁道(track)數(shù)：磁道是從盤片外圈往內(nèi)圈編號(hào)0磁道，1磁道...，靠近主軸的同心圓用于?？看蓬^，不存儲(chǔ)數(shù)據(jù);

　　柱面(cylinder)數(shù)：同磁道數(shù)量;

　　扇區(qū)(sector)數(shù)：每個(gè)磁道都別切分成很多扇形區(qū)域，每道的扇區(qū)數(shù)量相同;

　　圓盤(platter)數(shù)：就是盤片的數(shù)量。

　　硬盤上的數(shù)據(jù)定位

　　每個(gè)扇區(qū)可存儲(chǔ)128×2的N次方(N=0.1.2.3)字節(jié)的數(shù)據(jù)(一般為512B)，扇區(qū)為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的最小單元，從上圖可知，外圈的扇區(qū)面積比內(nèi)圈大，為何存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量相同，這是因?yàn)閮?nèi)外圈使用的磁物質(zhì)密度不同，但現(xiàn)在的硬盤已經(jīng)采用內(nèi)外圈同密度物質(zhì)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)了，以減少類似“大面積小數(shù)據(jù)”的浪費(fèi)情況。(此時(shí)的內(nèi)外磁道的扇區(qū)數(shù)量將不同，具體細(xì)節(jié)省略)

　　有了扇區(qū)(sector)，有了柱面(cylinder)，有了磁頭(head)，顯然可以定位數(shù)據(jù)了，這就是數(shù)據(jù)定位(尋址)方式之一，CHS(也稱3D)，對(duì)早期的磁盤(上圖所示)非常有效，知道用哪個(gè)磁頭，讀取哪個(gè)柱面上的第幾扇區(qū)就OK了。CHS模式支持的硬盤容量有限，用8bit來存儲(chǔ)磁頭地址，用10bit來存儲(chǔ)柱面地址，用6bit來存儲(chǔ)扇區(qū)地址，而一個(gè)扇區(qū)共有512Byte，這樣使用CHS尋址一塊硬盤最大容量為256 * 1024 * 63 * 512B = 8064 MB(1MB = 1048576B)(若按1MB=1000000B來算就是8.4GB)

　　但現(xiàn)在很多硬盤采用同密度盤片，意味著內(nèi)外磁道上的扇區(qū)數(shù)量不同，扇區(qū)數(shù)量增加，容量增加，3D很難定位尋址，新的尋址模式：LBA(Logical Block Addressing)。在LBA地址中，地址不再表示實(shí)際硬盤的實(shí)際物理地址(柱面、磁頭和扇區(qū))。LBA編址方式將CHS這種三維尋址方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S的線性尋址，它把硬盤所有的物理扇區(qū)的C/H/S編號(hào)通過一定的規(guī)則轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪€性的編號(hào)，系統(tǒng)效率得到大大提高，避免了煩瑣的磁頭/柱面/扇區(qū)的尋址方式。在訪問硬盤時(shí)，由硬盤控制器再將這種邏輯地址轉(zhuǎn)換為實(shí)際硬盤的物理地址。

　　LBA下的編號(hào)，扇區(qū)編號(hào)是從0開始。

　　邏輯扇區(qū)號(hào)LBA的公式：

　　LBA(邏輯扇區(qū)號(hào))=磁頭數(shù) × 每磁道扇區(qū)數(shù) × 當(dāng)前所在柱面號(hào) + 每磁道扇區(qū)數(shù) × 當(dāng)前所在磁頭號(hào) + 當(dāng)前所在扇區(qū)號(hào) – 1

　　例如：CHS=0/0/1，則根據(jù)公式LBA=255 × 63 × 0 + 63 × 0 + 1 – 1= 0

　　也就是說物理0柱面0磁頭1扇區(qū)，是邏輯0扇區(qū)。