▷什么是硬盘及其工作方式

什么是硬盘？

我们要做的第一件事是定义硬盘驱动器。硬盘是一种用于以非易失性方式存储数据的设备，即，它使用磁记录系统来存储数字数据。这样，可以将记录的信息永久保存在介质上（因此它是非易失性的）。 也称为HDD或硬盘驱动器。

硬盘由插入密封盒中的一个或多个刚性板组成，并通过高速旋转的公共轴连接在一起。在通常有两只脸准备存放的每只鸭子上，都有两个单独的读/写头。

硬盘驱动器是图形或内存级别5（L5）及更低版本中计算机或vita的辅助存储器的一部分。之所以称为辅助存储器，是因为它是数据源，以便主存储器（RAM存储器）可以接收它们并与它们一起工作，以从CPU或处理器发送和接收指令。该二级存储器将是计算机上可用容量最大的二级存储器，并且也不易失。如果我们关闭计算机，则RAM将被清空，而不是硬盘。

硬盘的物理组件

在了解硬盘的操作之前，可以方便地列出和定义硬盘具有的不同物理组件：

菜式：将是存储信息的地方。它们水平排列，每个板由两个面或磁化面组成，一个上表面和一个下表面。它通常由金属或玻璃制成。为了将信息存储在其中，它们具有可对其进行正向或负向磁化（1或0）的单元格。 读取头：是执行读取或写入功能的元素。板的每个面或表面都会有一个这样的头，因此，如果我们有两个板，则将有四个读取头。这些磁头不与板接触，如果发生这种情况，光盘将被划伤并且数据将被破坏。当碟子旋转时，会形成一层薄薄的空气，防止在它和播放头之间计数（相距约3海里）。 机械臂：它们将成为支撑读数头的要素。它们通过以线性方式将读取头从其内部移动到外部，从而可以访问菜肴的信息。它们的位移非常快，尽管由于是机械元件，所以它们在读取速度方面有很多限制。 引擎：我们将在硬盘驱动器中有两台电机，一个用于旋转印版，通常以每分钟5000至7200转（rpm）的速度旋转。此外，我们还将为机械臂的移动提供另一个电路。电子电路：除机械元件外，硬盘驱动器还包含一个电子电路，该电路负责管理磁头定位功能以及读写磁头的功能。该电路还负责将硬盘与其他计算机组件进行通信，将板的单元位置转换为RAM和CPU内存可以理解的地址。 高速缓冲存储器：当前的硬盘驱动器具有集成在电子电路中的存储芯片，可充当从物理磁盘到RAM存储器交换信息的桥梁。它就像一个动态缓冲区，可以减轻对物理信息的访问。 连接端口：连接端口位于磁盘背面和包装的外部。它们通常包括主板的总线连接器，12 V电源连接器，对于IDE而言，还包括用于主/从选择的跳线槽 。

连接技术

硬盘必须连接到计算机的主板。有多种连接技术可以为硬盘驱动器提供特性或时间。

IDE（集成设备电子产品）：

也称为ATA或PATA（并行ATA）。直到最近，它一直是将硬盘驱动器连接到我们的计算机的标准方法。它允许通过由40或80电缆组成的并行总线连接两个或更多设备。

这项技术也称为DMA（直接内存访问），因为它允许在RAM和硬盘驱动器之间进行直接连接。

要将两个设备连接到同一总线，必须将它们配置为主设备或从设备。通过这种方式，控制器将知道应该向谁发送数据或向谁读取数据，并且没有信息交叉。通过设备本身上的跳线完成此配置。

主设备：它必须是连接到总线的第一个设备，通常必须在主模式下在DC / DVD读取器前面配置硬盘。如果已安装操作系统，则还必须配置主摩托车硬盘驱动器。 从站：将是连接到IDE总线的辅助设备。要成为奴隶，首先必须有一个主人。

IDE连接的最大传输速度为166 MB / s。也称为Ultra ATA / 166。

SATA（串行ATA）：

这是当今PC上的当前通信标准。在这种情况下，将使用串行总线而不是并行总线来传输数据。它比传统的IDE快得多，并且效率更高。另外，它允许设备的热连接，并具有更小和更易管理的总线。

SATA 3中找到了当前标准，该标准允许高达600 MB / s的传输速度

SCSI（小型计算机系统接口）：

此并行类型的接口专为具有高存储容量和高转速的硬盘驱动器而设计。传统上，此连接方法已用于大型存储硬盘驱动器的服务器和群集。

一个SCSI控制器可以在多达16个设备的菊花链连接中同时与7个硬盘驱动器一起工作。如果最大传输速度为20 Mb / s

SAS（串行连接的SCSI）：

它是SCSI接口的演变，并且与SATA一样，它是串行工作的总线，尽管SCSI类型的命令仍用于与硬盘驱动器进行交互。除SATA提供的功能外，它的特性之一是可以将多个设备连接在同一条总线上，并且还可以为每个设备提供恒定的传输速率。可以连接16个以上的设备，并且具有与SATA磁盘相同的连接接口。

它的速度低于SATA，但具有更大的连接容量。 SAS控制器可以与SATA磁盘通信，但是SATA控制器不能与SAS磁盘通信。

使用的外形尺寸

关于外形尺寸，有几种类型以英寸为单位：8、5´25、3´5、2´5、1´8、1和0´85。虽然最常用的是3.5英寸和2.5英寸。

3.5英寸：

其尺寸为101.6 x 25.4 x 146毫米。尽管它们更高（41.4毫米），但其尺寸与CD播放器相同。这些硬盘驱动器实际上是我们在所有台式机中使用的硬盘驱动器。

2.5英寸：

它的尺寸为69.8 x 9.5 x 100毫米，是软盘驱动器的典型尺寸。这些硬盘驱动器用于更小巧，轻便的笔记本电脑。

物理和逻辑结构

看完硬盘的物理组件后，我们必须知道如何将其数据结构分为硬盘的每个板块。像往常一样，这不仅仅是将信息随机记录在磁盘上的问题，它们具有自己的逻辑结构，可以访问存储在其上的特定信息。

内容的物理结构

追踪

圆盘的每个面从每个面的内部到外部分为同心环。磁道0代表硬盘驱动器的外边缘。

油缸

它们是几条轨道的集合。圆柱体是由在每个板和面上垂直对齐的所有圆组成的。它们将在硬盘驱动器上形成一个假想的圆柱体。

部门

磁道又分为称为扇区的弧形段。这些部分是存储数据块的位置。扇区的大小不是固定的，尽管通常可以找到510 B（字节）的容量（总计4 KB）。过去，每个胎面的扇区大小是固定的，这意味着由于具有空洞，浪费了较大直径的外部轨道。 ZBR（按区域记录位）技术改变了这种情况，该技术可以通过根据磁道的大小（扇区半径更大，磁道更多）来改变扇区数，从而更有效地利用空间

丛集

也称为分配单元，它是扇区的分组。每个文件将占据一定数量的群集，并且其他文件不能存储在该群集中。

例如，如果我们有一个4096 B的群集和一个2700 B的文件，它将占用一个群集，并且其中也将有空间。但是不能再存储更多文件。格式化硬盘驱动器时，我们可以为其分配一定的群集大小，群集大小越小，则分配的空间就越好，尤其是对于小文件。相反，尽管为读取头访问数据将更加困难。

建议将4096 KB群集用于大型存储单元。

内容的逻辑结构

逻辑结构决定了数据在内部的组织方式。

引导扇区（主引导记录）：

通常也称为MBR，它是整个硬盘的第一个扇区，即磁道0，柱面0扇区1。此空间存储分区表，该表包含有关分区开始和结束的所有信息。还存储了Mester引导程序，该程序负责读取此分区表并提供对活动分区的引导扇区的控制。这样，计算机将从活动分区的操作系统启动。

当我们在不同分区上安装了几个操作系统时，有必要安装一个引导加载程序，以便我们可以选择要引导的操作系统。

分区空间：

硬盘可以由覆盖整个硬盘或其中几个硬盘的完整分区组成。每个分区将硬盘驱动器划分为特定数量的柱面，它们可以是我们要分配给它们的大小。此信息将存储在分区表中。

每个分区将被分配一个名为标签的名称。在Windows中，它将是字母C：D：C：等。要使分区处于活动状态，它必须具有文件格式。

未分区空间：

可能还有一些尚未分区的空间，也就是说，我们没有给它指定文件格式。在这种情况下，它将无法存储文件。

寻址系统

该寻址系统允许将读取头放置在我们要读取的数据所在的确切位置。

CHS（圆柱-头-扇区）：这是第一个使用的寻址系统。通过这三个值，可以将读取头放置在数据所在的位置。该系统易于理解，但需要很长的定位方向。

LBA（逻辑块寻址）：在这种情况下，我们将硬盘划分为多个扇区，并为每个扇区分配一个唯一的编号。在这种情况下，指令链将更短且更有效。这是当前使用的方法。

文件系统

为了将文件存储在硬盘中，它需要知道如何存储，因此，我们必须定义一个文件系统。

FAT（文件分配表）：

它基于创建作为磁盘索引的文件分配表。存储每个文件使用的群集以及空闲和有故障的或零散的群集。这样，如果文件分布在不连续的群集中，则通过此表，我们将能够知道它们的位置。

该文件系统不能用于大于2 GB的分区

FAT 32：

该系统消除了2GB FAT限制，并允许较小的群集大小以提供更大的容量。 USB存储驱动器通常使用此文件系统，因为它与不同的操作系统和多媒体设备（例如音频或视频播放器）最兼容。

我们的限制之一是我们将无法存储大于4 GB的文件。

NTFS（新技术文件系统）：

它是Windows NT之后用于Windows操作系统的文件系统。由于FAT系统支持文件加密和权限配置，因此消除了对FAT系统文件和分区的限制，并为存储的文件提供了更高的安全性。另外，它允许为不同的分区大小分配不同的群集大小。

该文件系统的局限性在于它与旧版本的Linux或Mac OS不完全兼容。最重要的是，音频和视频播放器或电视等多媒体设备不支持此功能。

HFS（分层文件系统）：

苹果公司为其MAC操作系统开发的系统。它是一个分层文件系统，将卷或分区划分为512 B的逻辑块。这些块被分组为分配块。

EXT扩展文件系统）：

它是Linux操作系统使用的文件系统。当前是Ext4版本。该系统能够处理大型分区并优化文件碎片。

它最杰出的功能之一是在此之前和之后都支持文件系统。

如何知道硬盘是否良好

有多种方法可以根据性能和速度来确定硬盘的容量。必须考虑这些因素，才能知道如何比较另一块硬盘的性能。

旋转速度：它是硬盘板旋转的速度 。在更高的速度下，我们将具有更高的数据传输速率，但同时也会产生更大的噪声和热量。最好的方法是购买转速超过5400 rpm的IDE或SATA驱动器。如果是SCSI，则表明它具有7200 rpm以上的转速。较高的轮换还可以实现较低的平均延迟。 平均等待时间：这是读数头进入指示扇区所花费的时间。播放头必须等待磁盘旋转才能找到扇区。因此，在较高的转速下，延迟较低。 平均搜索时间：播放头到达指示音轨所花费的时间。访问时间介于8到12毫秒之间：读取器访问扇区所需的时间。它是平均等待时间和平均搜索时间的总和。 9到12毫秒之间的时间。 写入/读取时间：该时间取决于所有其他因素以及文件大小。 高速缓冲存储器：固态存储器，例如RAM，用于临时存储从磁盘读取的数据。这样，读取速度增加。高速缓存内存越多，读/写将越快。（非常重要） 存储容量：显然，这是可用于存储数据的空间量。越多越好。 通信接口：数据从磁盘传输到内存的方式。 SATA III接口是目前此类硬盘驱动器最快的接口。