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基础知识-硬盘的读写原理(lǐ)

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发表于 2017-11-20 13:25:44 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 L3777 于 2017-11-20 13:27 编辑

基础知识-硬盘的读写原理(lǐ)
硬盘的种类主要是SCSI 、IDE 、以及现在流行的SATA等;任何一种硬盘的生产都要一定的标准;随着相应的标准的升级,硬盘生产技术也在升级;比如 SCSI标准已经经历了SCSI-1 、SCSI-2、SCSI-3;其中目前咱们经常在服務(wù)器网站看到的 Ultral-160就是基于SCSI-3标准的;IDE 遵循的是ATA标准,而目前流行的SATA,是ATA标准的升级版本;IDE是并口设备,而SATA是串口,SATA的发展目的是替换IDE;
    我们知道信息存储在硬盘里,把它拆开也看不见里面有(yǒu)任何东西,只有(yǒu)些盘片。假设,你用(yòng)显微镜把盘片放大,会看见盘片表面凹凸不平,凸起的地方被磁化,凹的地方是没有(yǒu)被磁化;
凸起的地方代表数字1(磁化為(wèi)1),凹的地方代表数字0。因此硬盘可(kě)以以二进制来存储表示文(wén)字、图片等信息。
   
   1、硬盘的组成
    一般说来,无论哪种机械硬盘,都是由盘片、磁头、盘片主轴、控制電(diàn)机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份组成。
     平面图:
     
   
    立體(tǐ)图:
        
         
       所有(yǒu)的盘片都固定在一个旋转轴上,这个轴即盘片主轴。而所有(yǒu)盘片之间是绝对平行的,在每个盘片的存储面上都有(yǒu)一个磁头,磁头与盘片之间的距离比头发 丝的直径还小(xiǎo)。所有(yǒu)的磁头连在一个磁头控制器上,由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可(kě)沿盘片的半径方向动作,(实际是斜切向运动),每个磁头同一时刻也必须是同轴的,即从正上方向下看,所有(yǒu)磁头任何时候都是重叠的(不过目前已经有(yǒu)多(duō)磁头独立技术,可(kě)不受此限制)。而盘片以每分(fēn)钟数千转到上万转的速度在高速旋转,这样磁头就能(néng)对盘片上的指定位置进行数据的读写操作。
   
    2、硬盘的工作原理(lǐ)
       想要學(xué)习数据恢复的知识除了需要掌握硬盘的物(wù)理(lǐ)结构,也需要了解硬盘的逻辑结构。
当我们通过操作系统访问文(wén)件时,操作系统需要读取硬盘相对应的位置来调用(yòng)我们访问的文(wén)件,那么这些文(wén)件是在盘片上如何分(fēn)布的呢(ne)?这就是由盘片上相关的一些逻辑参数所决定的。
硬盘的盘片都具有(yǒu)类型的格式,划分(fēn)為(wèi)几个區(qū)域,这些區(qū)域称為(wèi)磁道、扇區(qū)、柱面,硬盘就是利用(yòng)这几个参数对数据进行寻址的。
   硬盘的每个盘片的每个面都有(yǒu)一个读写磁头。
磁头
靠近主轴接触的表面,即線(xiàn)速度最小(xiǎo)的地方,是一个特殊的區(qū)域,它不存放任何数据,称為(wèi)启停區(qū)或着陆區(qū)(LandingZone),启停區(qū)外就是数据區(qū)。在最外圈,离主轴最遠(yuǎn)的地方是“0”磁道,硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。那么,磁头是如何找到“0”磁道的位置的 呢(ne)?在硬盘中还有(yǒu)一个叫“0”磁道检测器的构件,它是用(yòng)来完成硬盘的初始定位。“0”磁道是如此的重要,以致很(hěn)多(duō)硬盘仅仅因為(wèi)“0”磁道损坏就报废,这是 非常可(kě)惜的。
        早期的硬盘在每次关机之前需要运行一个被称為(wèi)Parking的程序,其作用(yòng)是让磁头回到启停區(qū)。现代硬盘在设计上已摒弃了这个虽不复杂却很(hěn)让人不愉快的小(xiǎo)缺陷。硬盘不工作时,磁头停留在启停區(qū),当需要从硬盘读写数据时,磁盘开始旋转。旋转速度达到额定的高速时,磁头就会因盘片旋转产生的气流而抬起, 这时磁头才向盘片存放数据的區(qū)域移动。
       盘片旋转产生的气流相当强,足以使磁头托起,并与盘面保持一个微小(xiǎo)的距离。这个距离越小(xiǎo),磁头读写数据的灵敏度就越高,当然对硬盘各部件的要求也越 高。早期设计的磁盘驱动器使磁头保持在盘面上方几微米处飞行。稍后一些设计使磁头在盘面上的飞行高度降到约0.1μm~0.5μm,现在的水平已经达到 0.005μm~0.01μm,这只是人类头发直径的千分(fēn)之一。
        气流既能(néng)使磁头脱离开盘面,又(yòu)能(néng)使它保持在离盘面足够近的地方,非常紧密地跟随着磁盘表面呈起伏运动,使磁头飞行处于严格受控状态。磁头必须飞行在盘面上方,而不是接触盘面,这种位置可(kě)避免擦伤磁性涂层,而更重要的是不让磁性涂层损伤磁头。
但是,磁头也不能(néng)离盘面太遠(yuǎn),否则,就不能(néng)使盘面达到足够强的磁化,难以读出盘上的磁化翻转(磁极转换形式,是磁盘上实际记录数据的方式)。

       盘驱动器磁头的飞行悬浮高度低、速度快,一旦有(yǒu)小(xiǎo)的尘埃进入硬盘密封腔内,或者一旦磁头与盘體(tǐ)发生碰撞,就可(kě)能(néng)造成数据丢失,形成坏块,甚至造成 磁头和盘體(tǐ)的损坏。所以,硬盘系统的密封一定要可(kě)靠,在非专业条件下绝对不能(néng)开启硬盘密封腔,否则,灰尘进入后会加速硬盘的损坏。另外,硬盘驱动器磁头的寻道伺服電(diàn)机多(duō)采用(yòng)音圈式旋转或直線(xiàn)运动步进電(diàn)机,在伺服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道,所以,硬盘工作时不要有(yǒu)冲击碰撞,搬动时要小(xiǎo)心轻放。

硬盘的逻辑磁道
磁道(Track以盘片中心為(wèi)圆心,把盘片分(fēn)成若干个同心圆,那每一个划分(fēn)圆的線(xiàn)条,就称為(wèi)磁道
如图:
        
现在的大硬盘每一个盘面上都有(yǒu)上万个磁道,為(wèi)了方便管理(lǐ),这些磁道都有(yǒu)一个编号,在逻辑上磁道从外向内自0开始顺序编号。
盘片上的这些磁道是看不见的,它们只是盘面上以特殊形式磁化了的一些區(qū)域。


    硬盘的逻辑扇區(qū)
扇區(qū)(Sector):将圆形的盘片划分(fēn)成若干个扇形區(qū)域,这就是扇區(qū)。若干个扇區(qū)就组成整个盘片 扇區(qū)是硬盘存储的最小(xiǎo)单位,扇區(qū)中的数据是作為(wèi)一个单元同时读出或写入的,逻辑每个扇區(qū)包括512字节的数据和一些其他(tā)信息。
   

     
    硬盘的逻辑柱面
  柱面:上下一串盘片中,相同半径的磁道所组成的一个圆柱型的环壁,就称為(wèi)柱面。也就是多(duō)盘片中相同位置的磁道,就组成一个柱面,盘片中有(yǒu)多(duō)少个磁道,就有(yǒu)多(duō)少个柱面。
从这意义上说,柱面,其实是个的东西!它是分(fēn)开的。物(wù)理(lǐ)上不是一體(tǐ)的。只是在空间上,它类似于一个桶的桶壁一样
如图:
     



     
      3、磁盘的读写原理(lǐ)
       系统将文(wén)件存储到磁盘上时,按柱面、磁头、扇區(qū)的方式进行,即最先是第1磁道的第一磁头下(也就是第1盘面的第一磁道)的所有(yǒu)扇區(qū),然后,是同一柱面的下一磁头,……,一个柱面存储满后就推进到下一个柱面,直到把文(wén)件内容全部写入磁盘。
(文(wén)件的记录在同一盘组上存放是,应先集中放在一个柱面上,然后再顺序存放在相邻的柱面上,对应同一柱面,则应该按盘面的次序顺序存放。)
(从上到下,然后从外到内。数据的读/写按柱面进行,而不按盘面进行,先)

系统也以相同的顺序读出数据。读出数据时通过告诉磁盘控制器要读出扇區(qū)所在的柱面号、磁头号和扇區(qū)号(物(wù)理(lǐ)地址的三个组成部分(fēn))进行。磁盘控制器则 直接使磁头部件步进到相应的柱面,选通相应的磁头,等待要求的扇區(qū)移动到磁头下。在扇區(qū)到来时,磁盘控制器读出每个扇區(qū)的头标,把这些头标中的地址信息与期待检出的磁头和柱面号做比较(即寻道),然后,寻找要求的扇區(qū)号。待磁盘控制器找到该扇區(qū)头标时,根据其任務(wù)是写扇區(qū)还是读扇區(qū),来决定是转换写電(diàn)路, 还是读出数据和尾部记录。找到扇區(qū)后,磁盘控制器必须在继续寻找下一个扇區(qū)之前对该扇區(qū)的信息进行后处理(lǐ)。如果是读数据,控制器计算此数据的ECC码,然 后,把ECC码与已记录的ECC码相比较。如果是写数据,控制器计算出此数据的ECC码,与数据一起存储。在控制器对此扇區(qū)中的数据进行必要处理(lǐ)期间,磁 盘继续旋转。



        







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最近对硬盘很(hěn)感兴趣,进来學(xué)习一下~~~

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