一個故事看懂機械硬盤原理

前情回顧：《第二回：內存揭奧祕，總線解玄機》

---

上回說到，阿飛從混沌中醒來，意外發現本身的大腦被數據化存儲到了一臺計算機內存中，阿飛想逃離這裏，內存卻告訴他，若是不趕忙把本身持久化存儲起來，一旦計算機關閉他就會消失。在內存幫助下，阿飛總算來到了硬盤上。

第三回：數據何所依，硬盤話原理

忽然，一個巨大的東西從遠處飛了過來，在阿飛頭頂不遠處的地方快速掠過，嚇得阿飛下意識一閃。

阿飛來不及看清，那東西已經遠去。

日後的時間裏，每隔一下子，那東西就出現一次，很是有規律，時間久了，倒也習覺得常了。

阿飛開始仔細打量起這個新的地方，頭頂的方向一片漆黑，只有那東西出現的時候有短暫的光亮。而腳下的方向，阿飛發現了無數的小顆粒依次排列着，由近及遠，望不到頭，有點像內存中排列整齊的電容單元，仔細看去卻又徹底不一樣。

「這些小顆粒是什麼東西？」，阿飛小聲嘀咕着。

「新來的不清楚吧，那是金屬磁粒」，旁邊不遠處，有人跟他搭上了話。

「誰在說話？」

「我是一個文件，在你隔壁扇區呢」，那聲音說到。

「你好，我確實剛剛來到這裏，剛剛你說那是金屬磁粒？什麼是金屬磁粒？」，阿飛問到。

「那是機械硬盤的盤面上用來存儲數據的東西，我們的數據就是靠它們存儲表示的，金屬磁粒是有極性的，多個磁粒組成一個單元格，用來表示一個比特位，單元格中的磁粒方向朝上，就表示1，方向朝下，就表示0」

阿飛恍然大悟，「原來是這樣，難怪之前把硬盤又叫磁盤」，又接着問道：「那爲何不是左右，而是上下呢？」

「還真讓你說對了，早期的硬盤就是水平式記錄數據的，不過如今的硬盤都改爲了垂直式記錄數據了，由於這樣更省空間，單位面積能夠容納的單元格更多了，硬盤的存儲容量也提高了不少」，隔壁的文件說到。

阿飛點了點頭，原來這機械硬盤是這樣存儲數據的。

「唉，你怎麼知道的這麼多？」，阿飛有些好奇。

話音剛落，那個巨大的東西又從頭頂掠過。

「這是個什麼東西？怎麼總是在我頭頂轉悠？」，阿飛小聲嘀咕着。

「那是磁頭」

「磁頭？」

「沒錯，磁頭是硬盤讀寫數據的觸手，硬盤要讀取或者寫入數據，都靠它來完成」

「那它怎麼飛來飛去的？一下子又來一下，一下子又來一下的」

「那可不是它在飛，而是我們腳下的這塊盤片在轉動致使的。」

「咱們在轉動？」，阿飛有些不敢相信。

「沒錯，這塊硬盤每分鐘能夠旋轉7200轉呢！」

「這麼快？我怎麼感受不到？」

「地球還在轉動呢，人類不也同樣感覺不到嗎」，那文件笑着說到。

正說着，那個叫磁頭的東西又轉了過來，而這一次，磁頭靠得比以往更近，正好從阿飛的正上方掠過，這一次阿飛看清楚了，在磁頭末端的地方，有兩個裝置，一大一小。

眼看就要撞上了，阿飛嚇得閉上了眼睛。

「已經走了，瞧把你嚇得」，隔壁那文件撲哧一笑。

阿飛睜開了眼睛，那東西果真已經不見了蹤影。

「剛剛發生了什麼，距離我好近，我還覺得要撞到我，嚇死我了」，阿飛說到。

「不用擔憂，剛纔是磁頭在讀取你的數據呢，雖然距離很近，只有幾納米，但絕對不會撞上來的，那樣這硬盤就算毀了。」

「讀個人數據？我怎麼什麼感受也沒有？它怎麼讀的」

「磁頭的尾端有兩個東西，一大一小，分別是寫磁頭和讀磁頭，懸浮在硬盤盤面幾納米的地方，讀磁頭掃過的時候，經過電磁技術能夠檢測到下方單元格中磁粒的極性，就能分辨是0仍是1了」

「那兩個東西，我剛纔看到了，原來那就是讀寫磁頭。你說的數據讀取過程聽起來有點像留聲機把唱片上的紋路轉變成聲音的過程」，阿飛說到。

「唉，你這理解的不錯，就是那麼個意思」

「讀我知道了，那如何寫入數據呢？」，阿飛追問到。

「旁邊的寫磁頭能夠經過磁場改變單元格中金屬磁粒的極性，將其設定爲1或者0」

「妙啊！」，阿飛不由感嘆到，人類真是聰明，工業技術真是強大，能在這樣尺度的空間裏發明出這麼精巧的玩意。

「你怎麼懂的這麼多啊，什麼都知道」

「由於我是一個PDF文檔，內容講的就是《機械硬盤存儲原理》，我說的這些都記錄在文檔中呢」

「那你再給我說說，這硬盤這麼大，一眼望不到頭，它怎麼知道我在哪一個位置？」

「這硬盤容量雖大，但上面的存儲位置都是通過統一的編址，想找到你垂手可得。」

「哦，具體怎麼實現的？」

「硬盤由多個盤面疊在一塊兒，盤面是個圓形，從裏到外被劃分了許多圈，也就是磁道，每一個磁道又被劃分了許多個扇形區域，也就是扇區，硬盤的讀寫都是以扇區爲單位進行的，通常狀況下一個扇區的容量是512字節。」

「唉，等一下，既然是扇形，那外圈的扇形面積比內圈大，若是每一個扇區都是固定存儲512字節，那外圈扇形不是浪費了很多面積嗎？」，阿飛問到。

「你腦子轉得還挺快，不錯，早期的硬盤就是這樣的，每一個磁道的扇區數都是同樣的，這樣尋址計算起來方便，但這樣就會致使內圈的扇區小，數據密度大，而外圈的扇區大，數據密度小。不過如今的硬盤爲了提高容量，不會容許這種事情發生，不一樣磁道的扇區數再也不一致，內圈面積小，扇區數少，而外圈面積大，扇區數目就會更多一些」

阿飛陷入了思考，腦子裏開始想象那一圈又一圈的磁道。

那文件接着說道：「讀寫數據的時候，硬盤的驅動程序經過計算將會知道數據在哪一個盤面，在哪一個磁道以及所在的扇區編號。先經過磁頭臂將磁頭移動到對應的磁道上方，這個過程叫作尋道，接着等待對應扇區旋轉到磁頭下方就能夠開始讀寫數據了」。

「一個扇區才512字節，若是超出怎麼辦呢，像我有20多MB，該怎麼存儲呢？」

「那就須要佔據多個扇區，這個問題，該交給文件系統來解決，具體我就不太懂了」

剛說完，那東西又一次來到了阿飛的正上方。

「奇怪，怎麼又來讀個人數據」，阿飛有些納悶兒。

「阿飛，阿飛～」，正想着，頭頂的方向傳來了當初那個神祕老者的聲音。

「你總算又出現了，我到底該怎麼作才能離開這裏？」，阿飛着急的問到。

那老者並未理會阿飛的問題，只是淡定的說到：「你已經被殺毒軟件發現了，很快就會被殺軟從硬盤中清除，若是是那樣，你就永遠也醒不過來了」

阿飛心頭一緊，原覺得來到硬盤就安全了，沒曾想還沒緩過勁來，又被殺毒軟件盯上，更可氣的是本身竟然被看成了病毒。

「那我該怎麼辦？快告訴我」

「藏起來」，老者說到。

「藏起來？怎麼藏起來？」

這一次，阿飛沒有等來回答，老者再一次消失的無影無蹤。

想知道後續嗎，歡迎你們留言分享轉發，點贊破百，開更下一回：文件系統的故事···

系列回顧

《第二回：內存揭奧祕，總線解玄機》

《第一回：天才闖祕境，絕地尋生機》