机械硬盘结构与固态硬盘

左手的ㄟ右手 2022-11-27 03:23 356阅读 0赞

## 写在前面的话 ##

文章主要是着重介绍一下机械硬盘结构，寻址。

## 固态硬盘 ##

[固态硬盘wiki][wiki]

> 固态硬盘或固态驱动器（英语：**Solid-state drive**或**Solid-state disk**，简称**SSD**）是一种主要以闪存（NAND Flash）作为永久性存储器的电脑存储设备。  
> 固态硬盘采用SATA、PCI Express、mSATA、M.2、ZIF、IDE、U.2、CF、CFast等接口。

简单说固态硬盘拆开里面都是这种集成电路，只看得见一堆电子元器件！

最大的好处就是存取速度相对于机械硬盘快很多，缺点是相当于机械硬盘比较贵，但是现在都2021了，也不太贵了…  
![在这里插入图片描述][20210216130040693.png]

## 机械硬盘 ##

机械硬盘就不一样了，因为**机械**二字，拆开来里面就有**步进电机等**机械装置。里面盘片采用铝合金为基片，并在表面涂上磁性物质来记录二进制位。  
![在这里插入图片描述][2021021613072146.png]  
如图就是一块拆开的硬盘结构，中间是用于记录数据的铝合金盘片，固定在中心的轴上，由一个高速旋转的马达驱动，附在盘片表面的扁平锥状物，就是用于在盘片上读写数据的磁头。

![在这里插入图片描述][20210216131403619.png]

#### 磁头\[Head\] ####

每个盘片都有两个**磁头**，上面一个下面一个，**磁头也有编号从0开始编号**，第1个盘片，上面的磁头为0，下面的磁头为1，第2个盘片上面的磁头为2，下面的磁头为3，依次类推。

#### 磁道\[Track\] ####

当盘片高速旋转时，磁头就会绕着**转轴**画圆，这样的一个圆圈轨迹就是**磁道**，磁道是记录数据的轨迹。

#### 柱面\[Cylinder\] ####

由于所有磁头都是**联动**的，故每个盘面上的同一条磁道又可以形成一个圆柱，称之为**柱面**。

`柱面是一个用来优化数据读写的概念。`

硬盘记录数据并不是先将一个盘面使用完，再去使用另一个盘面。

为了加速数据再磁盘上的读写，解决方案就是尽量`不移动磁头`。  
这样，当0面的磁道不足以容纳要写入的数据时，应当把剩余的部分写再1面的同一磁道上，如果还写不下，那就继续把剩余的部分写再2面的同一磁道。  
**也就是说数据的访问是以柱面来组织的。**

#### 扇区\[Sector\] ####

磁道划分为更小的单位就是扇区，一个扇区的可以存储512字节大小的数据。

每个扇区有**地址场**和**数据场**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
GAP是间隔字段，用于起隔离作用，通常GPA是12字节的0。  
每个扇区地址场的地址字段存放着相关扇区的**柱面号、磁头号和扇区号**，因此同通过读取地址场中的地址信息就可以唯一地确定一个扇区

**地址场 校验位**  
以循环冗余校验（CRC）值作为结束，以供控制器检验扇区头标的读出情况，确保准确无误。

**数据场 校验位**  
保护数据的纠错码（ECC）

![在这里插入图片描述][20180711214220194]

## 寻址方式 ##

#### CHS ####

3D参数寻址CHS(Cylinder/Head/Sector)，也即是柱面、磁头、扇区数

在很久以前，硬盘容量还很小的时候，生产的硬盘每条磁道具有相同的扇区数，由此产生了3D参数，即CHS。但是这种方式会浪费很多磁盘空间，为了解决这个问题，进一步提高硬盘容量，改用了等密度结构生产硬盘，也就是外圈磁道的扇区数比内圈磁道多。采用这种方式后，硬盘由**3D参数寻址** 变为线性寻址，即**以扇区为单位进行寻址**。

而后来的硬盘为了兼容3D寻址，都在硬盘控制器中安装了地址翻译器。

#### LBA ####

逻辑区块地址(Logical Block Address, LBA)，也即是扇区为单位进行寻址。

![在这里插入图片描述][20210216130643397.png]

## 最后的话 ##

图源网络，下篇写一下BIOS与UEFI…

**References：**

> Linux内核完全注释 第三版  
> [https://blog.csdn.net/u014470361/article/details/81007471][https_blog.csdn.net_u014470361_article_details_81007471]  
> [https://zhidao.baidu.com/question/336177594.html][https_zhidao.baidu.com_question_336177594.html]

[wiki]: https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%BA%E6%80%81%E7%A1%AC%E7%9B%98
[20210216130040693.png]: /images/20221124/e5cb3f87502f4fb7abe33acbd92acb7b.png
[2021021613072146.png]: /images/20221124/6d04090f551e4dc795bc1300754098eb.png
[20210216131403619.png]: /images/20221124/135bb93765fe465f8142cd28f3ec8f65.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzgzMzY0Mg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221124/904e79eeec89476f943d8db378f356ff.png
[20180711214220194]: /images/20221124/780c71ad77394690a0fda8320e695e9f.png
[20210216130643397.png]: /images/20221124/315db54132094a7fb664cb8b4995da19.png
[https_blog.csdn.net_u014470361_article_details_81007471]: https://blog.csdn.net/u014470361/article/details/81007471
[https_zhidao.baidu.com_question_336177594.html]: https://zhidao.baidu.com/question/336177594.html