HDD 架构

hszeng · 发表于 2011-1-23 12:29:58

IDE Interface & ATA 66/100 Spec.
最重要的储存装置─硬盘
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一. 硬盘的架构

什么是扇区(Sector)磁道(Track)和磁头(Cylinder)？
在硬盘中，资料是储存在磁盘的磁粉上，打开硬盘，你会看到一只长针，他和唱盘的读取头一样，是用来读取数据的，磁盘像唱盘一样会转，以RPM(revolutions per minute)为单位，而资料是存在扇区磁道扇区和磁头上，. 磁头就是集中性磁道，而磁道就是集中性的扇区，一个硬盘两面都各一读针，他是由伺服马达来移动的(servo-motor)，一般而言，硬盘普遍都有多出来的扇区以代替有些不良的扇区。
里面，外面？
现今的硬盘有各种不同的扇区大小，扇区外缘的部分通常比内部有着更大的空间，所以，一般而言，硬盘是由外面写到里面，读资料也是从外面读，外面的扇区读起来比较快！
收寻时间(Seek Time)
当数据读取时，直接由由读完的磁道到下一个磁道，所花的搜寻时间是最短的，而收寻时间最长的时候，是再内外交换读取时扇区时，由于一直找外找内，自然最慢，这里我说的收寻时间是指磁头移动到下一读取磁头所花时间，而买硬盘要比较的就是〝平均〞收寻时间收寻时间越短越快，根据以上的原理你就知道越大的硬盘越慢，因为他的读写头要移动的距离变大，所以昆腾的大脚现在依然不能跟3又1/2硬盘比。收寻时间的单位是ms，一般为10几MS.
回转所需时间(Rotational latency)
是读写头不动, 等着磁盘将所欲读写的扇区转到读写头下面所需的时间。对圆形的硬盘来说, Latency Time 最多是转一圈所需的时间,最少则为 0 (不用转), 一般来说,其Average Latency Time 则为旋转半圈所需时间。目前的硬盘之转速差不多为 5400rpm(或 7200 rpm), 故其 Average Latency Time 约等于 (1/5400) * 60 * 1000 / 2 = 5.7 ms, 其余依此类推。


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Rotational Speed (rpm) Latency Time (ms)
      3600                      8.3
      4500                      6.7
      5400                      5.7
      6300                      4.8
      7200                      4.2
   10000                      3
一般而言7200rpm是4ms，5400rpm是6ms，别跟收寻时间搞混！

Head Switch Time：
在硬盘中, 所有的读写头是同时移动的,但是一次只有一个读写头能读写资料, Head Switch Time 是指平均读写头的切换时间。

Data Access Time：
是指从系统发出读取命令到磁盘驱动器开始读取资料所需的时间,它是 Seek Time、Head Switch Time 和 Latency Time 的总和, 一般以 ms 为时间单位。

Data Transfer Rate：
当读写头准备好开始要读取资料时, 影响硬盘效能的因素为 Data Transfer Rate 。Data Transfer Rate在硬盘上通常以 MBps (Mega bytes per second, 每秒传多少 MB) 表示。一般传输率愈高, 软件执行所需要的时间愈少, 速度愈快。

Data Throughput Rate：
是 Data Access Time 和 Data Transfer Time 的实际测量反映, 它说明单位时间内 CPU 能存取的资料量, 这也是计算机真正的效能, 一般 Data Throughput Rate 测量单位为 KB/sec。


硬盘快取：
硬盘的快取可以提高硬盘的效能, 快取愈大则效能愈高, 但是价钱也愈贵。一般硬盘的快取为 64 KB 到 256 KB (也有更大的)。

MTBF：
MTBF 是平均错误发生间隔时间 (Mean Time Between Failure), 它说明硬盘大概多久会发生一次错误。以一个 300,000小时的 MTBF 而言, 假设一天工作 24 小时, 一年工作 365 天, 平均使用 34 年才会发生一次错误。

RPM：
是指硬盘的主轴马达每分钟可以转几圈 (Revolution Per Minute), RPM 值愈高, 硬盘效能愈好。目前一般买到的硬盘大部分都是 3600、4500、5400 或 7200 转 (也有 10000 转的硬盘)。目前的市场主流机种由至5400 转慢慢变成 7200 转了。

硬件资料下的架构
你现在懂了什么叫磁头，扇区和磁道，如果你是着去调整 BIOS 下的设定，你会发现硬盘会到现在为止，有各种不同的模式，这也是为何在早些年当中，有各种硬盘空间的限制，到今天为止，最常被人使用的硬盘模式是LBA，应为在过去的一般模式中，有着 504 MB的限制，原因是BIOS只能抓到某个数目的磁头，但现今的操作系统，已经不必经由BIOS来用LBA Mode，现今几乎所有的硬盘都是用LBA模式了！

容量的限制

硬盘容量随技术的发展,不断的提高,目前市场上均以GB为计算单位,不过这些超大容量的硬盘,安装在较旧的机器时,因为受到旧规格的限制,会产生容量上的控制问题,您可能无法使用硬盘上的所有储存空间.

504MB瓶颈的源由

早期IDE硬盘可用的容量限制是504MB(以宽松的十进制计算则是528MB);不过这限制并不是BIOS或IDE界面任何一方单独造成,而是两者综合的结果. 怎么说呢?应用程序读写硬盘资料时,必须经操作系统转换成硬盘的实际磁柱,磁头及扇区数,再将这三个数字经由BIOS传递到IDE界面硬盘上:

问题就出在BIOS 与IDE界面对CHS的记录方式并不相同: BIOS的INT13界面就使用了10位长度来记录磁柱号码, 8位记录磁头,及6位记录扇区号码;而IDE界面却使用不同的位长度来记录这些CHS值:16位(磁柱), 4位(磁头)及８位(扇区):

帅小伙 · 发表于 2011-1-26 18:54:10

感谢楼主，受益非浅！