硬盘的原理学习

了解硬盘的原理对于编程，做数据优化(比如磁盘i/0瓶颈,机械硬盘慢的原因)都是有好处的。

以前总觉得不太需要了解这些，但是越是做到后面，发现，了解计算机各个组件的原理，其实才能理解更加深入的知识，否则永远只是一个敲代码的工人。

 

<数据库系统的实现>里面之所以开辟一个专门的章节讲解磁盘的原理，是理解到磁盘在数据库优化中的重要地位。

 

 

 

总结知识点(包含我的疑问,以后补充):

 

盘片。一个盘片有两个盘面：上盘面和下盘面。

每个盘面都要配置一个磁头来读取里面的数据。

 

我疑问在于：

磁盘的控制器竟然能够做到这么精准，能够识别出盘面的某个点已经旋转到我这里来了，马上读取数据。

 

是不是这样子，盘片就的主轴就是负责旋转就可以了，不停的旋转，磁盘控制器控制磁头读取盘片上的数据。

 

我表示非常感叹，吃惊。竟然能够这么精准得做到控制。

 

一个1tb的和500g的磁盘，是盘片数量的增加，还是盘片体积增加呢。

 

我看到3.5寸的磁盘，以前也是350g的。而2.5寸的磁盘，能够做到500g。这样说明与体积无关。

 

那是如何计算硬盘的容量大小的呢。

 

先看有多少个盘面。假设是4个盘面(我的笔记本硬盘坏了,我拆开看)

然后计算每个盘面的容量大小，那么就把4个盘面的大小加起来。

要想知道一个盘面的容量大小。先求出这个盘面有多少个磁道(即同心园)。一般是65536的磁道的(2的16次方个)。

每个磁道里面存储数据的地方实际上是扇区。是把磁道划分为相同大小空间的扇区。扇区之间有一点点间隙，这个间隙没有被磁化为0和1标识。

一个磁道，大概含有256个扇区。

一个扇区的大小是4096个字节(大部分磁盘使用512字节的扇区)

 

于是大小就出来了：

4*(65536*256*4096)=274877906944字节。

262144M。转换成g单位，就是256g？

 

奇怪了，那么笔记本的磁盘500g看来是错误了。是哪里错误了，磁道数错误了吗？

 

 硬盘控制器其实也有一个缓存的，网上是这么介绍：

缓存（Cache memory）是硬盘控制器上的一块内存芯片，具有极快的存取速度，它是硬盘内部存储和外界接口之间的缓冲器。

 

看到一篇参考文章：http://blog.chinaunix.net/uid-27575921-id-3480555.html

totalstorge=读写头数量（其实可以认为是磁盘碟数量）*每个读写头负责的磁柱数量*每个磁柱所含的磁区数量*512Bytes（一个磁区的容量）

 

《现代操作系统》中也提到过：

磁盘格式化后会比没有格式化之前，容量减少20%。减少的量通常取决于前导码、扇区之间的间隙和ecc大小、保留的备用扇区的数目。

 

现在也明白了。为什么16g的u盘，按照软件识别的1kb等于1024个字节的计算办法，不是15.2g。而是14.5g，其实就是因为格式化后，实际上可用容量没有那么15.2g的。

这就好像内存，实际上有4g，但是放到32位的操作系统来识别，可用的只能是3g。

 

影响磁盘读取数据的三个因素

1、寻道时间：让磁头抵达哪个磁道去
2、旋转延迟：到达了磁道后，让磁头定位到这个磁道的某个扇区上读取数据。因为数据最终存放在扇区上，要旋转才能抵达扇区。旋转的延迟时间就是这个。

2、传输数据时间：数据读到后，传到内存中，需要的时间。

占据主导的是寻道时间。其次才是旋转延迟。传输数据其实是很快的。

有多少个盘片就需要多少个磁头。

 

 

关于磁盘控制器的缓存与操作系统的缓存磁盘块机制：

磁盘控制器是与操作系统独立的。它有自己的高速缓存，一般4m。会划分成两部分空间。一部分用来缓存读的数据，一部分缓存写的数据。
它的缓存与操作系统(实际上是文件系统)的缓存不同点：
控制器缓存周围扇区的数据，还没读过的数据。
操作系统缓存已经读过的磁盘块。