硬盤組成與分割

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     因爲學習文件系統，對硬盤的知識捎帶學習一下，感謝原做者的分享。

學習linux一段時間，總覺的知識多且複雜，但願經過寫博客的方式，對知識進行整理，而且作到與你們進行交流學習。但願經過日積跬步，以致千里。

     硬盤是一種存儲介質，系統經過它進行數據的存儲。

因爲不是專業設計硬盤的，只是但願對其工做過程和原理有個基本認識。

幾個重要組成部分：扇區、磁道、柱面

（1）扇區(磁盤的每一面被分爲不少條磁道，即表面上的一些同心圓，越接近中心，圓就越小。而每個磁道又按512個字節爲單位劃分爲等分。如今的硬盤都使用ZBR（Zone Bit Recording 分區域記錄）技術，盤片表面從裏向外劃分爲數個區域，不一樣區域的磁道扇區數目不一樣，同一區域內各磁道扇區數相同，盤片外圈區域磁道長扇區數目較多,內圈區域磁道短扇區數目較少，大致實現了等密度，從而得到了更多的存儲空間。大多數產品劃分了16個區域，最外圈的每磁道扇區數正好是最內圈的二倍（373～746正是啦）。在一些硬盤的參數列表上你能夠看到描述每一個磁道的扇區數的參數，它一般用一個範圍標識，例如373～746，這表示，最外圈的磁道有746個扇區，而最裏面的磁道有373個扇區)

磁盤有專門的磁盤驅動程序，應該是在硬盤內部的，使用時經過接口讀寫相關數據就行。須要進行格式化，就是設置爲某種文件系統。 

 今天樓主來介紹一下硬盤的結構，好吧，爲了演示，我把一個完整的硬盤活生生的給拆了，感興趣的朋友來來來，搬好小凳子，一邊吃西瓜一邊圍觀下。

硬盤的結構可分爲外部結構和內部結構。
下面就西數500G的硬盤爲例，來說解一下硬盤的結構。
硬盤外部結構
硬盤的外部結構主要包括金屬固定面板、控制電路板和接口三部分。如下實物圖拍攝：（用了美圖秀秀，不只臉蛋漂亮連硬盤都變的很漂亮，好劉濞啊。）


金屬固定面板
硬盤外部會有一個金屬的面板，用於保護整個硬盤。
金屬面板和地板結合成一個密封的總體，保證硬盤盤體和機構的穩定運行。



控制電路板



這個電路板是硬盤的控制電路板。該電路板上的電子元器件大多采用貼片式元件焊接，這些電子元器件組成了功能不一樣的電子電路，這些電路包括主軸調速電路、磁頭驅動與伺服定位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在電路板上有幾個主要的芯片：主控芯片、BIOS芯片、緩存芯片、電機驅動芯片。

接口


在硬盤的頂端會有幾個不一樣的硬盤接口，這些接口主要包括電源插座接口、數據接口和主、從跳線接口，其中電源插口與主機電源相聯，爲硬盤工做提供電力保證。中間的主、從盤跳線接口，用以設置主、從硬盤，即設置硬盤驅動器的訪問順序。
硬盤內部結構



硬盤內部主要包括磁頭組件、磁頭驅動組件、盤體、主軸組件、前置控制電路等。
（1） 磁頭組件
磁頭組件包括讀寫磁頭、傳動手臂、傳動軸三部分組成。



磁頭組件中最主要的部分是磁頭，另外的兩個部分能夠看做是磁頭的輔助裝置。傳動軸帶動傳動臂，使磁頭到達指定的位置。
磁頭是硬盤中對盤片進行讀寫工做的工具，是硬盤中最精密的部位之一。磁頭是用線圈纏繞在磁芯上製成的，工做原理則是利用特殊材料的電阻值會隨着磁場變化的原理來讀寫盤片上的數據。硬盤在工做時，磁頭經過感應旋轉的盤片上磁場的變化來讀取數據；經過改變盤片上的磁場來寫入數據。爲避免磁頭和盤片的磨損，在工做狀態時，磁頭懸浮在高速轉動的盤片上方，間隙只有0.1~0.3um，而不是盤片直接接觸，在電源關閉以後，磁頭會自動回到在盤片上着陸區，此處盤片並不存儲數據，是盤片的起始位置，如圖，爲磁頭組件及磁頭驅動組件。

（2） 磁頭驅動組件

磁頭的移動是靠磁頭驅動組件實現的，硬盤尋道時間的長短與磁頭驅動組件關係很是密切。磁頭的驅動機構由電磁線圈電機、磁頭驅動小車、防震動裝置構成，高精度的輕型磁頭驅動機構可以對磁頭進行正確的驅動和定位，並能在很短期內精肯定位系統指令指定的磁道，保證數據讀寫的可靠性。電磁線圈電機包含着一塊永久磁鐵，該磁鐵的磁力很強，對於傳動手臂的運動起着關鍵性的做用。防震裝置是爲了不磁頭將盤片刮傷等狀況的發生而設計的。圖爲磁頭驅動組件。

（3） 盤片與主軸組件

盤片是硬盤存儲數據的載體，盤片是在鋁合金或玻璃基底上塗覆很薄的磁性材料、保護材料和潤滑材料等多種不一樣做用的材料層加工而成，其中磁性材料的物理性能和磁層機構直接影響着數據的存儲密度和所存儲數據的穩定性。金屬盤片具備很高的存儲密度、高剩磁及高嬌頑力；玻璃盤片比普通金屬盤片在運行時具備更好的穩定性。如圖。爲硬盤的盤片和主軸組件。
主軸組件包括主軸部件軸瓦和驅動電機等。隨着硬盤容量的擴大和速度的提升，主軸電機的速度也在不斷提高，有廠商開始採用精密機械工業的液態軸承機電技術，這種技術的應用有效地下降了硬盤工做噪音。
（4） 前置控制電路
前置放大電路控制磁頭感應的信號、主軸電機調速、磁頭驅動和伺服定位等，因爲磁頭讀取的信號微弱，將放大電路密封在腔體內可減小外來信號的干擾，
提升操做指令的準確性，如圖所示硬盤前置控制電路。
1. 
2. 硬盤邏輯結構
新買來的硬盤是不能直接使用的，必須對它進行分區進行格式化才能存儲數據。通過格式化分區後，邏輯上每一個盤片的每一面都會被分爲磁道、扇區、柱面這幾個虛擬的概念，並不是像切豆腐同樣真的進行切割。如圖所示爲硬盤劃分的邏輯結構圖。另外，不一樣的硬盤中盤片數不一樣，一個盤片有兩面，這兩面都能存儲數據，每一面都會對應一個磁頭，習慣上將盤面數計爲磁頭數，用來計算硬盤容量。
扇區、磁道（或柱面）和磁頭數構成了硬盤結構的基本參數，用這些參數計算硬盤的容量，其計算公式爲：
存儲容量=磁頭數X磁道（柱面）數X每道扇區數X每扇區字節數


（1） 磁道


當磁盤旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每一個磁頭都會在磁盤表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫磁道。磁道上的磁道是一組記錄密度不一樣的同心圓，如圖。磁表面存儲器是在不一樣形狀（如盤狀、帶狀等）的載體上，塗有磁性材料層，工做時，靠載磁體高速運動，由磁頭在磁層上進行讀寫操做，信息被記錄在磁層上，這些信息的軌跡就是磁道。這些磁道用肉眼是根本看不到的，由於他們僅是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區，磁盤上的信息即是沿着這樣的軌道存放的。相鄰磁道之間並非緊挨着的，這是由於磁化單元相隔太近時磁性會產生相互影響，同時也爲磁頭的讀寫帶來困難，一般盤片的一面有成千上萬個磁道。
（2） 扇區


分區格式化磁盤時，每一個盤片的每一面都會劃分不少同心圓的磁道，並且還會將每一個同心圓進一步的分割爲多個相等的圓弧，這些圓弧就是扇區。爲何要進行扇區的劃分呢？由於，讀取和寫入數據的時候，磁盤會以扇區爲單位進行讀取和寫入數據，即便電腦只須要某個扇區內的幾個字節的文件，也必須一次把這幾個字節的數據所在的扇區中的所有512字節的數據所有讀入內存，而後再進行篩選所需數據，因此爲了提升電腦的運行速度，就須要對硬盤進行扇區劃分。另外，每一個扇區的先後兩端都會有一些特定的數據，這些數據用來構成扇區之間的界限標誌，磁頭經過這些界限標誌來識別衆多的扇區。
（3） 柱面


硬盤一般由一個或多個盤片構成，並且每一個面都被劃分爲數目相等的磁道，並從外緣開始編號（即最邊緣的磁道爲0磁道，往裏依次累加）。如此磁盤中具備相同編號的磁道會造成一個圓柱，此圓柱稱爲磁盤的柱面。磁盤的柱面數與一個盤面上的磁道數是相等的。因爲每一個盤面都有一個磁頭，所以，盤面數等於總的磁頭數。
1、不一樣種類的硬盤
硬盤的種類比較多，如果按照硬盤接口類型的不一樣來分，大體能夠分爲IDE硬盤、SATA硬盤、SCSI硬盤、移動硬盤、固態硬盤。
硬盤按照其工做形式的不一樣能夠分爲兩種，一種是機械硬盤，另外一種是固態硬盤。比較常見的機械硬盤按照其接口形式的不一樣能夠分爲IDE硬盤、SATA硬盤、SCSI硬盤三種。
1． IDE硬盤


IDE（Integrated Drive Electronics）硬盤是指採用IDE接口的硬盤。如圖，爲IDE硬盤。IDE是全部現存並行ATA接口規格的統稱。這種硬盤相對來講價格低廉、兼容性強、工做穩定、容量大、噪音低，應用比較多。可是，這種硬盤採用並行數據傳輸方式，傳輸速度的不斷提高使得信號干擾逐漸變強，不利於數據的傳輸。
2.SATA硬盤


SATA（Serial Advande Technology Attachment）硬盤是指採用SATA接口的硬盤，如圖，爲SATA硬盤。SATA接口採用串行數據傳輸方式，理論上傳輸速度比IDE接口要快不少，解決了IDE硬盤數據傳輸信號干擾限制傳輸速率的問題，而且採用該接口的硬盤支持熱插拔，執行率也很高。
3. SCSI硬盤


SCSI（Small Computer System Interface）硬盤就是採用SCSI接口的硬盤，採用這種接口的硬盤主要用於服務器，如圖爲SCIS硬盤。這種接口共有50針，外觀和普通硬盤接口有些類似。SCSI硬盤和普通IDE硬盤相比有不少優勢：接口速度快，而且因爲主要用於服務器，所以硬盤自己的性能也比較高，硬盤轉速快，緩存容量大，CPU佔用率低，擴展性遠優於IDE硬盤，而且一樣支持熱插拔。
4. 固態硬盤


固態硬盤（Solid State Disk）用固態電子存儲芯片列陣而製成的硬盤，如圖，所示爲固態硬盤，它主要由控制單元和存儲單元（FLASH芯片）組成。固態硬盤的接口規範和定義、功能及使用方法上與普通硬盤的徹底相同，在產品外形和尺寸上與普通硬盤幾乎一致。固態硬盤的存儲介質分爲兩種，一種是採用閃存（FLASH芯片）做爲存儲介質，另一種是採用DRAM做爲存儲介質。普遍應用於軍事、車載、工控、視頻監控、網絡監控、網絡終端、電力、醫療、航空、導航設備等領域。可是，因爲固態硬盤的成本比較高，銷售價格相對較高，因此尚未獲得普及。


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