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参考博客 硬盘结构机械硬盘和固态硬盘详解 简单理解磁盘结构_Guanngxu的博客-CSDN博客_磁盘的结构 硬盘基础知识_Forskamse的博客-CSDN博客 硬盘知识笔记整理_落子摘星的博客-CSDN博客 MBR分区表详解_zt_xcyk的博客-CSDN博客_mbr分区 硬盘分区、寻址和系统启动过程 - 走看看 目录 一、前言 二、机械硬盘 1、物理结构 2、逻辑结构 1磁道track 2扇区sector 3柱面cylinder 3、磁盘容量 4、磁盘的读写 1读写的方式 2读写的时间 5、机械硬盘的接口 1IDE 硬盘接口 2SATA 接口 3SCSI 接口 三、固态硬盘 1、固态硬盘简介 2、固态硬盘vs机械硬盘 四、概念厘清 1、块block、簇cluster 2、页page 3、磁盘块大小为何是扇区大小的整数倍 五、 分区表 1、MBR分区表 2、GPT分区表 一、前言 1硬盘是计算机的主要外部存储设备如果从存储数据的介质上来区分硬盘可分为机械硬盘Hard Disk Drive, HDD和固态硬盘Solid State Disk, SSD。 2机械硬盘采用磁性碟片来存储数据而固态硬盘通过闪存颗粒来存储数据。 二、机械硬盘
1、物理结构 1机械硬盘的内部主要由盘片、磁头、主轴与传动轴等组成每个盘片包含上下两个盘面每个盘面都对应着一个读/写磁头。 2盘片是承载数据存储的介质它上面附着有磁粉磁粉的S/N极分别代表着二进制中的0和1利用磁头的磁力控制一些磁粉的方向就存储了特定的信息。 3受到硬盘体积和成本的限制盘片数量一般控制在5片以内。盘面的编号自下向上从0开始如最下边的盘片有0面和1面再上一个盘片编号为2面和3面。 4机械硬盘工作时盘片的旋转速度很快常见转速是 7200 r/min因此在读取或写入数据时非常害怕晃动和磕碰另外如果硬盘内部有灰尘则会造成磁头或盘片的损坏所以机械硬盘内部是封闭的如果不是在无尘环境下则禁止拆开机械硬盘。 2、逻辑结构 机械硬盘的逻辑结构主要分为磁道、扇区和柱面。 1磁道track 1、每个盘片在逻辑上有很多同心圆我们将每个同心圆称作磁道。 2、盘面的磁道密度非常高通常一个盘面就有上千个磁道。 3、相邻的磁道之间并不是紧挨着的因为磁化单元相隔太近会相互影响。 4、最外面的同心圆就是0磁道。 2扇区sector 1、从圆心向外画直线将每个磁道等分为若干弧段每条磁道上的一个弧段就是一个扇区。 2、扇区是磁盘的最小存储单元。 3、扇区的大小一般是 512Byte但部分厂商设定每个扇区的大小是4096字节。 4、外侧磁道的扇区面积大内侧磁道的扇区面积小。 5、以前的磁盘每条磁道的扇区数目是一样的每条磁道可以存储的数据量是一样的因此外侧的磁道数据密度小内侧磁道数据密度大。现在的磁盘每条磁道的数据密度都是一样的因此越外侧的磁道其扇区数目就越多能够存储的数据量就越大。 3柱面cylinder 1、硬盘通常由重叠的一组盘片构成每个盘面都被划分为数目相等的磁道并从外缘的“0”向内进行磁道编号具有相同编号的磁道会形成一个圆柱称之为磁盘的柱面。 2、从柱面含义中得知磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。 3、磁盘容量 1磁盘容量计算公式如下其中磁头数heads表示磁盘一共有多少个盘面因为一个盘面对应一个磁头柱面数cylinders表示一个盘面有几条磁道。 磁盘容量 磁头数盘面数 x 柱面数磁道数 x 每条磁道的扇区数 x 每个扇区的字节数 2比如下面是使用“fdisk -l”列出的磁盘分区情形从中可以看出磁盘共有255个盘面每个盘面有2610条磁道每条磁道有63个扇区setcors/track表示每磁道多少扇区每个扇区大小是512字节按理有255*63*2610419299650个扇区但为何与显示的不一致 rootubuntu:/# fdisk -lDisk /dev/sda: 21.5 GB, 21474836480 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 2610 cylinders, total 41943040 sectors
Units 扇区 of 1 * 512 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk identifier: 0x000bf9a1设备 启动 起点 终点 块数 Id 系统
/dev/sda1 * 2048 37750783 18874368 83 Linux
/dev/sda2 37752830 41940991 2094081 5 扩展
/dev/sda5 37752832 41940991 2094080 82 Linux 交换 / Solaris
rootubuntu:/# 4、磁盘的读写 1读写的方式 磁盘读写数据时是按柱面进行的。首先从盘面0磁头0开始进行操作依次往上在同一柱面的不同盘面磁头上进行操作同一柱面的所有磁头全部读写完毕后全部磁头才转移到下一个柱面。这是因为全部的磁头都连接在同一个磁臂上因此只能“共进退”。 2读写的时间 1、读写一次磁盘信息所需的时间可分解为寻道时间、延迟时间、传输时间。 2、寻道时间表示磁头移动到数据所在磁道所需要的时间。目前磁盘的平均寻道时间一般在3至15ms一般都在10ms左右。 3、延迟时间表示盘片将数据所在的扇区旋转到读写磁头下方所需要的时间。旋转延迟取决于磁盘转速普通硬盘一般都是7200rpm慢的5400rpm。 4、传输时间表示完成数据传输所需要的时间。 5、为提高磁盘传输效率软件应着重考虑减少寻道时间和延迟时间。 5、机械硬盘的接口 机械硬盘通过接口与计算机主板进行连接。硬盘的读取和写入速度与接口有很大关系。大家都见过大礼堂吧大礼堂中可以容纳很多人但是如果只有一扇很小的门那么人是很难进入或出来的这样会造成拥堵甚至会出现事故。机械硬盘的读取和写入也是一样的如果接口的性能很差则同样会影响机械硬盘的性能。 目前常见的机械硬盘接口有以下几种 1IDE 硬盘接口 Integrated Drive Eectronics并口即电子集成驱动器也称作 ATA硬盘 或 PATA硬盘是早期机械硬盘的主要接口ATA133 硬盘的理论速度可以达到 133MB/s此速度为理论平均值IDE 硬盘接口如图所示。 2SATA 接口 Serial ATA是速度更高的硬盘标准具备了更高的传输速度并具备了更强的纠错能力。目前已经是 SATA 三代理论传输速度达到 600MB/s此速度为理论平均值如图所示。 3SCSI 接口 Small Computer System Interface小型计算机系统接口广泛应用在服务器上具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU 占用率低及热插拔等优点理论传输速度达到 320MB/s如图所示。 三、固态硬盘
1、固态硬盘简介 1与机械硬盘采用盘片存储数据不同固态硬盘采用存储芯片进行数据存储。 2固态硬盘的存储芯片主要分为两种即闪存与DRAM。 3目前市场主要采用闪存作为存储介质的固态硬盘如图所示。固态硬盘内主体其实就是一块PCB板PCB板上最基本的配件就是控制芯片缓存芯片低端硬盘无缓存芯片和用于存储数据的闪存芯片。 2、固态硬盘vs机械硬盘 固态硬盘和机械硬盘对比如下所示。 由此可以看出固态硬盘因为丟弃了机械硬盘的物理结构所以相比机械硬盘具有了低能耗、无噪声、抗震动、低散热、体积小和速度快的优势不过价格相比机械硬盘更高而且使用寿命有限。 四、概念厘清
1、块block、簇cluster 1关于块的概述 1、磁盘块简称“块”是虚拟出来的概念。它是操作系统中最小的逻辑存储单位或者说操作系统与磁盘打交道的最小单位是磁盘块或者说块是操作系统针对硬盘读写的最小单元。 2、块与簇其实是同一个概念只是不同文件系统下的叫法不同。在Windows下如NTFS等文件系统中就叫做簇cluster在Linux下如Ext4等文件系统中就叫做块block。 3、既然磁盘块是一个虚拟概念是操作系统规定的软件的概念不是真实的那么其大小可以由操作系统决定与配置。每个块包括2的n次方个扇区这个的n是可以修改的。下图是每个块包括2个扇区的示意图。 4、在window的命令行中输入“fsutil fsinfo ntfsinfo F:”显示如下 可知这里的一个簇是4KB扇区大小是512B因此这里的一个簇是由8个扇区组成的。 2磁盘块的意义 主要是为了读取方便。由于扇区的数量众多在寻址时比较困难所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起形成一个块再对块进行整体的操作。或者通俗地理解操作系统其实是文件系统但文件系统是操作系统的一部分所以这里说操作系统不是一个扇区一个扇区地去读数据的因为这样速度太慢了它是一个块一个块地去读取数据的块才是文件存取的最小单位。 3扇区与磁盘块的映射 1、磁盘控制器除了读取数据、控制磁头等作用外还负责映射扇区和磁盘块的关系。 2、磁盘控制器以扇区为单位读取磁盘数据操作系统以块为单位读取磁盘数据。 2、页page 为了方便操作系统和硬盘之间的交流虚拟出了“块”这个基本单位它是操作系统与硬盘交流的最小单位。类似的为了方便操作系统和内存之间的交流虚拟出了“页”这个基本单位它是操作系统与内存交流的最小单位。 3、磁盘块大小为何是扇区大小的整数倍 操作系统是以块为单位进行数据读取的而磁盘控制器是以扇区为单位读取磁盘数据。一个块的大小是扇区大小的整数倍有利于磁盘的IO不然比如2.5个扇区为一个块会对扇区进行分割。 五、 分区表 1一块全新的硬盘必须进行初始分区。初始分区分为MBR分区、GPT分区这两种方法对应着MBR分区表和GPT分区表。 2这里的初始分区是指只进行分区还没有进行格式化。格式化是指定这块硬盘的某个分区采用什么文件系统。分区广义的概念是包括初始分区与格式化。 1、MBR分区表 见博客MBR分区表的简介_天糊土的博客-CSDN博客。 2、GPT分区表 暂略。
