磁盘基本介绍
先来了解一下磁盘的历史
- 1956 年，这一年，世界上第一个磁盘存 储系统 IBM 305 RAMAC 由 IBM 公司发明，它拥有 50 个 24 英寸的盘片，重量约 1 吨，容量为 5MB。
- 1973 年，IBM 公司研制成功了一种新型的硬盘 IBM 3340。这种硬盘拥有几个同轴的金属盘片，盘片上涂着磁性材料。它们和可以移动的磁头共同密封在一个盒子里面，磁头能从旋 转的盘面上读出磁信号的变化。这个就是我们今天使用的硬盘最接近的祖先，IBM 把它叫作温切斯特硬盘。因为 IBM 3340 拥有两个 30MB 的存储单元，而当时有一种很有名的“温切斯特来 复枪”的口径和装药也恰好包含了两个数字“30”，于是这种硬盘的内部代号就被定为“温切斯特”。
- 1980 年，希捷公司制造出了个人计算机上的第一块温切斯特硬盘，这个硬盘与当时的软驱 体积相仿，容量为 5MB。如下图为温切斯特硬盘：
硬盘的读取速度在当时收到了硬盘转速的限制。提高转速可以加快存取数据的速度，但是硬 盘的磁头和盘片是相互接触的，过高的转速会使磁盘容易损坏，于是技术人员想到让磁头在盘片上方“飞行”。盘片高速旋转会产生流动的风，因此只要磁头的形状合适，它就能像飞机一样在磁盘表面飞行，盘片就能很快的旋转而不必担心摩擦会造成什么故障，这就是温切斯特技术。 温切斯特硬盘采用了创新的技术，磁头被固定在一个能沿盘片径向运动的臂上，磁头并不与盘片接触。当磁头与盘片相对运动时，磁头能感应到盘片表面的磁极，并记录或改变磁极的状态完成数据的读写。由于磁头相当于盘片高速运动，并且二者距离很近，这时候哪怕是一粒灰尘也 会造成磁盘的损坏，因此硬盘需要被封装在一个密封的盒子里，从而维护一个清洁的内部环境， 保证磁头和盘片能高效可靠地工作。
磁盘内部结构组成
l 磁盘片和主轴组件。盘片和主轴组件是两个紧密相连的部分，盘片是一个圆形的薄片，被磁性材料覆盖，盘片正反两面都涂了一层磁性材料，磁性材料上的磁性粒子被极化以表示一个二进制信息单元（或比特）。主轴有主轴电机驱动，带动盘片高速旋转。
l 磁头臂：带动读/写磁头，将磁头移动到指定位置
l 磁盘驱动机构：由磁头驱动小车、电机和防震机构组成，其作用是对磁头进行驱动和高精度的定位，使磁头能迅速、准确地在指定的磁道上进行读写工作。
l 控制电路：控制硬盘的速度，磁头臂的移动，向磁头下发命令等；由一个微处理器、内部存储器、电路和固件组成。由固件控制向主轴马达供电并控制主轴电机的速度。它还管理着磁盘与主机之间的通信。此外，它通过移动磁头臂控制不同的读/写磁头之间的切换，以获得数据的访问的最优化。
l 磁盘接口：通常包含电源接口与数据传输接口，目前主流的接口类型有 SATA 和 SAS。
主轴连接所有盘片，并连接到一个马达上。主轴电机以恒定的速度旋转。盘片转速以每分钟圈速（rpm）来衡量，常见的磁盘具有7200转、10000转或15000转的转速。读/写磁头负责向盘片写入或者从盘片读取数据。磁盘的每个盘片都有两个读写磁头，分别用于盘片的两个表面的数据的读写。当读/写磁头写入数据时，通过改变盘片上磁粒子的磁极来记录数据。读取数据时，读/写磁头通过检测盘片上磁粒子的磁极来读取数据。在读取和写入数据时，读/写磁头不用接触盘片表面就可以感应磁粒子的磁极。当主轴旋转时，读写W磁头和盘片之间有一个很微小的空气间隙，被称为磁头飞行高度。当主轴停止转动时，读/写磁头将停靠在盘片在主轴附近的一个特殊区域，此时，这个空气间隙被除去。磁头停放的这个区域被称为着陆区域。着陆区域涂有润滑剂，以减小头部和盘片之间的摩擦。磁盘逻辑会确保磁头在移动到着陆区之前不会接触盘片的表面。如果驱动器故障或者读/写磁头不慎接触到着陆区外的盘片表面，就会发生磁头碰撞。如果发生了磁头碰撞，盘片上的磁性涂层将会被刮伤，也可能会损坏读写头。磁头碰撞通常会导致数据丢失。
磁盘属性：
l 磁道：是盘片上围绕在主轴周围的同心环，数据就被记录在磁道上。磁道的编号从零开始，从盘片的外边缘开始向内编号。我们用盘片上每英寸的磁道数（TPI）（也称为磁道密度）来衡量盘片上磁道排列的紧密程度。
l 扇区：每个磁道被分成更小的单位，称为扇区。扇区是磁盘中可以单独寻址的最小存储单元。磁道和扇区结构是由硬盘制造商使用格式化硬盘的工具写在盘片上的。不同硬盘磁道的扇区数可以不同。根据物理磁盘的尺寸和盘片的记录密度不同，盘片上的磁道数可能有数千个之多。通常情况下，一个扇区可以保存512字节的用户数据，但也有一些磁盘被可以被格式化为更大的扇区大小，如4KB扇区。
l 柱面：在同一个磁盘中所有盘片（包含上下两个盘面）具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。显然，磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。不过，磁盘中磁头的位置由柱面号来说明的，而不是用磁道号来说明。
