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存儲基礎(chǔ)篇之硬盤一工作原理（存儲基礎(chǔ)篇之硬盤一）

來源：責(zé)編：時間：2024-04-26 08:47:25 419觀看

導(dǎo)讀一、硬盤簡介。　　硬盤是我們電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品上不可或缺的部分。在數(shù)據(jù)中心的存儲設(shè)備，也主要是由一塊一塊的硬盤組成的。硬盤的主要作用是存儲數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)。而隨著科技的發(fā)展，硬盤的讀寫速度、容量等方面

一、硬盤簡介。

　　硬盤是我們電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品上不可或缺的部分。在數(shù)據(jù)中心的存儲設(shè)備，也主要是由一塊一塊的硬盤組成的。硬盤的主要作用是存儲數(shù)據(jù)，保護(hù)數(shù)據(jù)。而隨著科技的發(fā)展，硬盤的讀寫速度、容量等方面也在發(fā)生著變化。

二、各硬盤介紹。

　　現(xiàn)在我們常用的硬盤有機(jī)械硬盤、固態(tài)硬盤、混合硬盤三種。這三種硬盤各有各的優(yōu)點與缺點。

　　1、機(jī)械硬盤：機(jī)械硬盤是現(xiàn)在最常見最廉價的一種硬盤，它主要有盤片，磁頭，盤片轉(zhuǎn)軸及控制電機(jī)，磁頭控制器，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，接口，緩存等幾個部分組成。

　　① 盤片：硬盤中一般會有多個盤片組成，不同型號的磁盤盤片數(shù)量可能不一樣。每個盤片包含兩個面，每個盤面都會對應(yīng)一個磁頭。一般情況下，盤片的編號自下向上從0開始。數(shù)據(jù)都會保存在盤片上，而數(shù)據(jù)的存儲依靠盤片上附著的磁性物質(zhì)。由于磁分兩級，正好可以表示二進(jìn)制的0和1。

　　盤片分為磁道和扇區(qū)，如下圖，綠色部分為磁道，藍(lán)色部分為扇區(qū)。

存儲基礎(chǔ)篇之硬盤一工作原理（存儲基礎(chǔ)篇之硬盤一）(1)

　　磁道是盤面中一圈圈綠色同心圓稱為磁道

　　扇區(qū)是從圓心向外畫直線，可以將磁道劃分為若干個弧段，每個磁道上一個弧段被稱之為一個扇區(qū)，扇區(qū)是磁盤的最小組成單元，通常是512字節(jié)。（由于不斷提高磁盤的大小，部分廠商設(shè)定每個扇區(qū)的大小是4096字節(jié)）

　　② 磁頭：存儲數(shù)據(jù)時，它可以對硬盤盤片表面上附著的磁性物質(zhì)的磁極進(jìn)行改變，讀取數(shù)據(jù)時，則是通過磁頭去感應(yīng)磁阻的變化。這里磁頭扮演者極為重要的角色，它也是硬盤里最昂貴的部件。

　　⑤ 盤片轉(zhuǎn)軸：使盤片進(jìn)行高速水平轉(zhuǎn)動，從而使得磁頭可以讀取盤片上的不同扇區(qū)的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)速一般為5400rpm/m、7200rpm/m、SCSI、SAS型（服務(wù)器）的硬盤一般為10000rpm/m、15000rpm/m。轉(zhuǎn)速越快，讀/寫數(shù)據(jù)的速度越快。缺點：轉(zhuǎn)速越高，噪音越大、功耗越高、使用壽命越低。

　　⑥ 磁頭控制器：使磁頭進(jìn)行水平圓弧型運動，與磁盤轉(zhuǎn)軸相結(jié)合，可以使磁頭讀取盤片上的任意扇區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)。

　　⑦ 緩存：在機(jī)械硬盤中，緩存就是為了加速讀/寫速度的。如內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到硬盤中，由于內(nèi)存速度比硬盤快的多，這就導(dǎo)致寫入速度太慢，而緩存則大大緩解了這個問題，先將數(shù)據(jù)寫入緩存區(qū)，之后硬盤本身再將數(shù)據(jù)保存到盤片中，而不占用其他資源。而對于讀取數(shù)據(jù)，如果一個數(shù)據(jù)剛剛被讀取過，將臨近它位置的數(shù)據(jù)保留在緩存區(qū)中，讀取時，若命中，則直接從緩存區(qū)讀出；若沒有命中，則會再次從盤片上讀取。

　　2、固態(tài)硬盤：固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤幾近相同，外形和尺寸也基本與普通的 2.5英寸硬盤一致。主要由三部分組成：主控芯片、NAND閃存芯片、固件算法。

　　① 主控芯片：主控芯片一方面負(fù)責(zé)合理調(diào)配數(shù)據(jù)在各個閃存芯片上的負(fù)荷，另一方面承擔(dān)了整個數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，連接閃存芯片和外部接口。除此之外，主控還負(fù)責(zé)ECC糾錯、耗損平衡、壞塊映射、讀寫緩存、垃圾回收以及加密等一系列的功能。

　　② NAND閃存芯片：存儲數(shù)據(jù)的地方，根據(jù)不同顆粒的分類，分為：：SLC（每個存儲單元存儲1bit數(shù)據(jù)）、MLC（每個存儲單元存儲2bit數(shù)據(jù)）、TLC（每個存儲單元存儲3bit數(shù)據(jù)）。SLC成本高，數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間影響較小，讀寫速度極快，數(shù)據(jù)出錯的可能性極小，使用壽命較長；而TLC成本低，但是據(jù)與數(shù)據(jù)之間影響較大，讀寫速度慢且極易出錯，使用壽命較短。

　　③ 固件算法：主控使用固件算法中的控制程序，去執(zhí)行自動信號處理，耗損平衡，錯誤校正碼（ECC），壞塊管理、垃圾回收算法、與主機(jī)設(shè)備通信，以及執(zhí)行數(shù)據(jù)加密等任務(wù)。由于固件冗余存儲至NAND閃存中，因此當(dāng)SSD制造商發(fā)布一個更新時，需要手動更新固件來改進(jìn)和擴(kuò)大SSD的功能。

　　3、M.2固態(tài)硬盤：M.2接口最主要有以下幾個優(yōu)點：支持更高的速率，潛力大；相對PCI-Emini card，節(jié)約20%的PCB空間，節(jié)省15%的連接器高度，更小巧玲瓏；支持PCI-E3.0，USB3.0和SATA3.0三種當(dāng)前主流標(biāo)準(zhǔn)，接口更“全能”。

三、接口模式

　　一般平常家用的計算機(jī)都是IDE、SATA、M.2等接口模式；服務(wù)器/存儲端使用SCSI、SAS接口模式

　　① IDE接口模式為電子集成驅(qū)動器，出現(xiàn)時間比較早，該模式下硬盤價格低廉、兼容性強(qiáng)、性價比高，但是現(xiàn)在基本沒有IDE接口模式的硬盤了。

　　② SATA接口模式相對于IDE出現(xiàn)時間較晚，但是數(shù)據(jù)傳輸時會對數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯，可靠性較高，目前主流接口為SATA3接口。

　　③ M.2接口模式是新型的硬盤接口模式是inter發(fā)布的一種新的主機(jī)接口方案，可以兼容多種通信協(xié)議。同時也有體積小、速度快的優(yōu)點。

　　④ SCSI接口模式則完全通過獨立的高速的SCSI卡來控制數(shù)據(jù)的讀寫操作，CPU就不必浪費時間進(jìn)行等待，顯然可以提高系統(tǒng)的整體性能。連接7—15個設(shè)備，性能更穩(wěn)定、耐用，可靠性也更好。

　　⑤ SAS接口模式是將SATA與SCSI兩者相結(jié)合，這樣就可以同時發(fā)揮兩者的優(yōu)勢了。在這種情況下SAS應(yīng)運而生。

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