深刻淺出計算機組成原理學習筆記：第四十五講

在1991年，我剛接觸計算機的時候，不少計算機尚未硬盤。整個操做系統都安裝在5⼨或者3.5寸的軟盤裏。不過，很快⼤部分計算機都開始⽤上了直接安裝在主板上的機械硬盤。
到了今天，更早的軟盤早已經被淘汰了。在我的電腦和服務器裏，更晚出現的光盤也已經不多用了。

機械硬盤的生命力仍然很是頑強。不管是做爲我的電腦的數據盤，仍是在數據中內心面用做海量數據的存儲，機械硬盤仍然在被大量使用。不只如此，
隨着成本的不斷降低，機械硬盤還替代掉了不少傳統的存儲設備，好比，之前經常⽤來備份冷數據的磁帶。

那這一講裏，咱們就從機械硬盤的物理構造開始，從原理到應用剖析一下，看看咱們能夠怎麼樣用好機械硬盤。

1、拆解機械硬盤

一、盤面

一、定義

二、材質

三、數據存儲在哪裏

四、什麼控制盤面旋轉

五、硬盤購買指標

二、磁頭

 

一、磁頭的做用

 

二、一個片面上一般有幾個磁頭？

三、一塊硬盤有多少個盤面？

三、懸臂

 

一、從原理方面

二、盤面像什麼？

四、數據是怎麼存到盤片上

咱們剛纔說的一個磁道，會分紅一個一個扇區（Sector）

上下平行的一個一個盤面的相同扇區呢，咱們叫做一個柱面（Cylinder）

一、步驟一

二、步驟二

三、平均延時

四、平均尋道時間

 

2、PartialStroking：根據場景提高性能

一、縮短行程

 

二、縮短行程

最極端的狀況是不尋道

只用1/2或者1/4的磁道

三、在當時那個更划算

軟件層面

硬件層面

結論

 

在2000-2010年這10年間，正是這些奇思妙想，讓海量數據下的互聯網蓬勃發展起來的。在沒有SSD的硬盤的時候，聰明的工程師們從硬件到軟件，
設計了各類有意思的方案解決了咱們遇到的各種性能問題。而對於計算機底層知識的深刻了解，也是可以找到這些解決辦法的核心因素。

總結延伸

好了，相信經過這一講，你對傳統的HDD硬盤應該有了深刻的瞭解。咱們來總結一下。

機械硬盤的硬件，主要由盤面、磁頭和懸臂三部分組成。咱們的數據在盤面上的位置，能夠經過磁道、扇區和柱面來定位。實際的一次對於硬盤的訪問，
須要把盤面旋轉到某一個「幾何扇區」，對準懸臂的位置。而後，懸臂經過尋道，把磁頭放到咱們實際要讀取的扇區上。

受制於機械硬盤的結構，咱們對於隨機數據的訪問速度，就要包含旋轉盤⾯的平均延時和移動懸臂的尋道時間。經過這兩個時間，咱們能計算出機械硬盤的IOPS。

7200起色械硬盤的IOPS，只能作到100左右。在互聯網時代的早期，咱們也沒有SSD硬盤能夠用，因此工程師們就想出了Partial Stroking這個浪費存儲空間，
可是能夠縮短尋道時間來提高硬盤的IOPS的解決方案。這個解決方案，也是一個典型的、在深刻理解了硬件原理以後的軟件優化⽅案。