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《硬盘的存储原理与存储结构》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、硬盘的存储原理与存储结构大家都知道磁铁有两个极性,一个是南极(S极),一个是北极(N极),硬盘正是利用磁粒子的极性来记录数据的。盘片表面的那些磁粉就是磁粒子。盘片被划分成若干个同心圆(称为磁道),在每个同心圆的磁道上就好像有无数的任意排列的小磁铁,当这些小磁铁受到来自磁头磁场的影响时,排列的方向随之改变,利用磁头的磁力统一某区域小磁铁的方向,就可以使该区域磁场呈现相同极性,如果把S/N两种极性与二进制中的0和1对应,就可以表示二进制数据,这些磁粒子都是永磁体,即便磁头离开,它依然可以长时间保持形
2、成的极性,这样就能达到储存信息的目的了。磁头在读取数据时,可以感应磁粒子的不同极性,从而转换成不同的电脉冲信号,利用解码器将这些原始信号翻译出来,就成为了电脑能使用的数据。在讲解硬盘的存储结构前,有必要介绍一下下面几个先导概念:●盘面:每个盘片都有上、下两面(Side),两面都会用来存储数据,成为有效盘面(也有个别硬盘盘片只用一面)。每个有效盘面都有一个盘面号,由上而下从“0”开始依次编号,又因为每个有效盘面都对应一个读写磁头,所以磁头号等价于盘面号。通常一块硬盘有3个相同的盘片,故磁头号(盘面
3、号)编号为0至5。●磁道:盘片低级格式化时被划分成许多同心圆,这些同心圆称为磁道(Track)。磁道由外向圆心从0开始顺序编号,一个盘面上通常有几千条磁道。这里要注意,磁道是看不见的,它不过是盘面上被极化的一些磁化区,4但存有数据的磁盘在磁力显微镜下面能够被识别出磁道的轨迹。盘片旋转时,磁道角速度相同,但由于半径不同,其线速度不同。通常我们所说的0磁道就是指的盘片有效区的最外圈。●柱面:多个盘片时,立体来看,所有盘面上相同半径的磁道构成一个圆柱,称做柱面(Cylinder),所以一块硬盘的柱面数
4、等价于每个盘面的磁道数。例如,一个三张盘片的硬盘,0柱面就是指的这三张盘片的0磁道所构成的圆柱。●物理扇区:低级格式化划分磁道的同时,每个磁道又被划分成若干段圆弧,每段圆弧叫做一个物理扇区(Sector),从1开始编号(前面几个概念都是从0开始编号),目前行业标准里,一条磁道常被分为63个物理扇区,当然一条磁道也可以分成更多或更少的扇区,但一般应为奇数,主要是出于考虑间隔因子(也叫交叉因子)的缘故,限于篇幅,这里就不详细介绍了。操作系统并不是在磁道上连续的记录数据,而是以每个物理扇区中的数据作为
5、一个基本单元读出或写入,所以扇区是硬盘读写数据的基本单位(存储数据的单位为“簇”,属于逻辑部分文件系统中的内容,这里不讨论)。每个扇区包含两个主要部分:数据地址段和数据段,正常情况下,每个扇区包括512Byte的数据和4Byte其他信息。明确以上几个概念后,我们来看看硬盘是如何表示自己的空间的。硬盘在每个物理扇区的头几个字节存放该扇区的CHS编号,这里的C、H、S分别是柱面、磁头、扇区三个英文单词的首字母。也就是说,在一个硬盘的三维空间里,根据前面的编号规则,我们只要知道了这个物理扇区所在的柱面
6、、磁头和扇区的编号,4就可以确定它的唯一位置,还可以通过他们的值来计算整个硬盘的总容量。计算公式如下:磁盘容量=柱面数×每柱面磁道数×每磁道物理扇区数×每物理扇区扇区字节数例如:一块硬盘有3张铝合金盘片,盘片两面都存储数据,每一面都被低级格式化为2048条磁道,而每条磁道被分割为63个物理扇区,每个物理扇区可存储512个字节,则这块硬盘的总容量为:2048×6×63×512=396361728个字节,约378MB(该例中①相关参数并非实际硬盘参数,只是为了说明原理;②这里假设一簇只包含一个扇区。
7、特此说明。)目前,硬盘的容量可达到几百个GB,而数据存储的级别达到了TB级。对于计量的单位,这里有必要说明一下,1Bit即存储0或1的一个二进制位,1Byte指一个字节,常用换算关系如下:关于硬盘容量,我们时常会遇到这样的问题:为什么同一块硬盘,有时显示60GB,有时却只有56GB?这是计量单位不统一造成的,操作系统进行统计的时候1KB=1024Byte,4但硬盘生产厂商在计算硬盘容量时用1KB=1000Byte来计算,这就造成了上述问题,并不是硬盘中空间丢失,或是犯罪分子把空间隐藏了。4
