存儲系列之 介質（軟盤、硬盤、固態）和磁盤尋址

前言：本人從事存儲研發多年，最近整理存儲系列相關文檔，敬請期待。

 

大規模存儲系統中目前主要以SATA硬盤爲主，SSD盤爲輔。因此本文主要介紹存儲介質和磁盤尋址方式及原理。

 

1、存儲系統常見的介質

1.磁帶

記錄的是模擬信號，流式記錄，無扇區概念。

2.軟盤

也稱做，軟磁盤。

記錄的是數字信號，0和1，N極1，S極0。被設計成塊式，而不是流式。因此須要進行扇區劃分等操做。

3.硬盤

也稱做，硬磁盤。

一個硬盤一般由2-14片不等的盤片組成的一個盤組。本文主要介紹的對象。

 4.固態硬盤

即SSD，由控制單元和存儲單元（FLSH芯片、DRAM芯片）組成。固態硬盤在接口的規範和定義、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也徹底與普通硬盤一致。

固態硬盤具備傳統機械硬盤不具有的快速讀寫、質量輕、能耗低以及體積小等特色，同時其劣勢也較爲明顯。其價格仍較爲昂貴，容量較低，一旦硬件損壞，數據較難恢復等；而且亦有人認爲固態硬盤的耐用性（壽命）相對較短。

 

2、硬盤的邏輯組織

 

 (圖片來自http://www.javashuo.com/article/p-gnthvqcv-dy.html)

再對硬盤從邏輯上進行介紹：

 1.磁頭，Header

每一個盤片都有上下兩個面，即上、下盤面。每一個盤面都有一個讀寫磁頭（又叫磁頭臂），每一個盤面都有一個盤面號，因此又叫磁頭號。

磁頭號由上而下從0開始編號，也就是說，n個盤片就有2*n的磁頭數。硬盤的盤片組在2-14片不等，一般2-3個盤片，即4-6個磁頭數。

2.磁道，Track

每一個盤面都是由同心圓組成，這些同心圓軌跡就叫磁道。

磁頭起初都停在盤片的最內圈，這是一個特殊的區域，不存聽任何數據，稱爲啓停區或者着陸區（Landing Zone）。

啓停區外就是數據區。

在最外圈，即離主軸最遠的地方是0磁道。有一個0磁道檢測器，來完成硬盤的初始定位。系統啓動時，老是默認從0磁盤讀取BIOS程序來運行。

每一個盤面通常有30-1024個磁道，新式大容量硬盤磁道數更多。

這些同心圓的角速度同樣，因此線速度不一樣，因此外圈數據的讀寫速度比內圈快。

3.柱面，Cylinder

全部盤面上的同一磁道，在垂直方向上造成一個圓柱。每一個圓柱上的磁頭由上而下從0開始編號（上面已說起）。而有多少個磁道即有多少個柱面。

4.扇區，Sector

 將每一個環形磁道等距離切割，造成等長度的弧形。每段圓弧叫作一個扇區。扇區從1開始編號，最大分紅63段。

每一個扇區的數據做爲一個單元同時讀出或寫入，是讀寫的最小單元。因此一個扇區內的數據是連續流式記錄的。

 

5.格式化與尋道機制

低級格式化：劃分磁道和扇區的過程叫作低級格式化，通道在硬盤出廠的時候就已經格式化完畢了。這是物理的。

高級格式化：對磁盤上所存儲的數據進行文件系統的標記，而不是對扇區和磁道進行磁盤標記。這是邏輯的，即平時咱們所進行的格式化操做。

數據讀寫過程和尋道：數據的讀寫按柱面進行，即磁頭讀寫數據時首先在同一柱面內從0磁頭開始進行操做，當讀寫完該磁道數據後，再依次向下在同一柱面的不一樣盤面（磁頭）上進行操做。只有同一柱面全部的磁頭所有讀寫完成後磁頭才轉到下一個柱面。由於選取磁頭只需通過電子切換便可，而選取柱面則必須經過機械切換，即尋道。

 

 3、磁盤尋址

CHS編址：早期，扇區的地址，由Cylinder柱面、Header磁頭、Sector扇區三者組成，簡稱CHS編址。由CHS能夠計算到扇區的位置。

LBA編址： Logic Block Address，邏輯區塊地址，也叫扇區編號。線性的地址，從1開始無限增長。再也不劃分柱面和磁頭號，這些數據由硬盤自身保留。目前廣泛採用這種抽象簡單的編制方式，便於編程。

ZBR 區位記錄：Zoned-bit recording，根據等密度記錄方式，將同心圓磁道分區，分紅幾個環形；內環磁道的扇區數目較少，外環磁道的扇區數目較多。從概念上看，屬於物理優化，邏輯編址依然能夠採用LBA方式。

 

參考資料：《大話存儲II》和百度百科。