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存儲(chǔ)基礎(chǔ)篇之硬盤一 工作原理(存儲(chǔ)基礎(chǔ)篇之硬盤一)

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導(dǎo)讀 一、硬盤簡(jiǎn)介。   硬盤是我們電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品上不可或缺的部分。在數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)設(shè)備,也主要是由一塊一塊的硬盤組成的。硬盤的主要作用是存儲(chǔ)數(shù)據(jù),保護(hù)數(shù)據(jù)。而隨著科技的發(fā)展,硬盤的讀寫速度、容量等方面

一、硬盤簡(jiǎn)介。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  硬盤是我們電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品上不可或缺的部分。在數(shù)據(jù)中心的存儲(chǔ)設(shè)備,也主要是由一塊一塊的硬盤組成的。硬盤的主要作用是存儲(chǔ)數(shù)據(jù),保護(hù)數(shù)據(jù)。而隨著科技的發(fā)展,硬盤的讀寫速度、容量等方面也在發(fā)生著變化。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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二、各硬盤介紹。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  現(xiàn)在我們常用的硬盤有機(jī)械硬盤、固態(tài)硬盤、混合硬盤三種。這三種硬盤各有各的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  1、機(jī)械硬盤:機(jī)械硬盤是現(xiàn)在最常見最廉價(jià)的一種硬盤,它主要有盤片,磁頭,盤片轉(zhuǎn)軸及控制電機(jī),磁頭控制器,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,接口,緩存等幾個(gè)部分組成。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ① 盤片:硬盤中一般會(huì)有多個(gè)盤片組成,不同型號(hào)的磁盤盤片數(shù)量可能不一樣。每個(gè)盤片包含兩個(gè)面,每個(gè)盤面都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)磁頭。一般情況下,盤片的編號(hào)自下向上從0開始。數(shù)據(jù)都會(huì)保存在盤片上,而數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)依靠盤片上附著的磁性物質(zhì)。由于磁分兩級(jí),正好可以表示二進(jìn)制的0和1。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  盤片分為磁道和扇區(qū),如下圖,綠色部分為磁道,藍(lán)色部分為扇區(qū)。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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  磁道是盤面中一圈圈綠色同心圓稱為磁道9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  扇區(qū)是從圓心向外畫直線,可以將磁道劃分為若干個(gè)弧段,每個(gè)磁道上一個(gè)弧段被稱之為一個(gè)扇區(qū),扇區(qū)是磁盤的最小組成單元,通常是512字節(jié)。(由于不斷提高磁盤的大小,部分廠商設(shè)定每個(gè)扇區(qū)的大小是4096字節(jié))9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ② 磁頭:存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí),它可以對(duì)硬盤盤片表面上附著的磁性物質(zhì)的磁極進(jìn)行改變,讀取數(shù)據(jù)時(shí),則是通過磁頭去感應(yīng)磁阻的變化。這里磁頭扮演者極為重要的角色,它也是硬盤里最昂貴的部件。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ⑤ 盤片轉(zhuǎn)軸:使盤片進(jìn)行高速水平轉(zhuǎn)動(dòng),從而使得磁頭可以讀取盤片上的不同扇區(qū)的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)速一般為5400rpm/m、7200rpm/m、SCSI、SAS型(服務(wù)器)的硬盤一般為10000rpm/m、15000rpm/m。轉(zhuǎn)速越快,讀/寫數(shù)據(jù)的速度越快。缺點(diǎn):轉(zhuǎn)速越高,噪音越大、功耗越高、使用壽命越低。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ⑥ 磁頭控制器:使磁頭進(jìn)行水平圓弧型運(yùn)動(dòng),與磁盤轉(zhuǎn)軸相結(jié)合,可以使磁頭讀取盤片上的任意扇區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ⑦ 緩存:在機(jī)械硬盤中,緩存就是為了加速讀/寫速度的。如內(nèi)存中的數(shù)據(jù)寫入到硬盤中,由于內(nèi)存速度比硬盤快的多,這就導(dǎo)致寫入速度太慢,而緩存則大大緩解了這個(gè)問題,先將數(shù)據(jù)寫入緩存區(qū),之后硬盤本身再將數(shù)據(jù)保存到盤片中,而不占用其他資源。而對(duì)于讀取數(shù)據(jù),如果一個(gè)數(shù)據(jù)剛剛被讀取過,將臨近它位置的數(shù)據(jù)保留在緩存區(qū)中,讀取時(shí),若命中,則直接從緩存區(qū)讀出;若沒有命中,則會(huì)再次從盤片上讀取。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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  2、固態(tài)硬盤:固態(tài)硬盤的接口規(guī)范和定義、功能及使用方法上與普通硬盤幾近相同,外形和尺寸也基本與普通的 2.5英寸硬盤一致。主要由三部分組成:主控芯片、NAND閃存芯片、固件算法。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ① 主控芯片:主控芯片一方面負(fù)責(zé)合理調(diào)配數(shù)據(jù)在各個(gè)閃存芯片上的負(fù)荷,另一方面承擔(dān)了整個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn),連接閃存芯片和外部接口。除此之外,主控還負(fù)責(zé)ECC糾錯(cuò)、耗損平衡、壞塊映射、讀寫緩存、垃圾回收以及加密等一系列的功能。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ② NAND閃存芯片:存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的地方,根據(jù)不同顆粒的分類,分為::SLC(每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)1bit數(shù)據(jù))、MLC(每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)2bit數(shù)據(jù))、TLC(每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)3bit數(shù)據(jù))。SLC成本高,數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間影響較小,讀寫速度極快,數(shù)據(jù)出錯(cuò)的可能性極小,使用壽命較長(zhǎng);而TLC成本低,但是據(jù)與數(shù)據(jù)之間影響較大,讀寫速度慢且極易出錯(cuò),使用壽命較短。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ③ 固件算法:主控使用固件算法中的控制程序,去執(zhí)行自動(dòng)信號(hào)處理,耗損平衡,錯(cuò)誤校正碼(ECC),壞塊管理、垃圾回收算法、與主機(jī)設(shè)備通信,以及執(zhí)行數(shù)據(jù)加密等任務(wù)。由于固件冗余存儲(chǔ)至NAND閃存中,因此當(dāng)SSD制造商發(fā)布一個(gè)更新時(shí),需要手動(dòng)更新固件來(lái)改進(jìn)和擴(kuò)大SSD的功能。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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  3、M.2固態(tài)硬盤:M.2接口最主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):支持更高的速率,潛力大;相對(duì)PCI-Emini card,節(jié)約20%的PCB空間,節(jié)省15%的連接器高度,更小巧玲瓏;支持PCI-E3.0,USB3.0和SATA3.0三種當(dāng)前主流標(biāo)準(zhǔn),接口更“全能”。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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三、接口模式9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  一般平常家用的計(jì)算機(jī)都是IDE、SATA、M.2等接口模式;服務(wù)器/存儲(chǔ)端使用SCSI、SAS接口模式9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ① IDE接口模式為電子集成驅(qū)動(dòng)器,出現(xiàn)時(shí)間比較早,該模式下硬盤價(jià)格低廉、兼容性強(qiáng)、性價(jià)比高,但是現(xiàn)在基本沒有IDE接口模式的硬盤了。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ② SATA接口模式相對(duì)于IDE出現(xiàn)時(shí)間較晚,但是數(shù)據(jù)傳輸時(shí)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò),可靠性較高,目前主流接口為SATA3接口。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ③ M.2接口模式是新型的硬盤接口模式是inter發(fā)布的一種新的主機(jī)接口方案,可以兼容多種通信協(xié)議。同時(shí)也有體積小、速度快的優(yōu)點(diǎn)。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ④ SCSI接口模式則完全通過獨(dú)立的高速的SCSI卡來(lái)控制數(shù)據(jù)的讀寫操作,CPU就不必浪費(fèi)時(shí)間進(jìn)行等待,顯然可以提高系統(tǒng)的整體性能。連接7—15個(gè)設(shè)備,性能更穩(wěn)定、耐用,可靠性也更好。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  ⑤ SAS接口模式是將SATA與SCSI兩者相結(jié)合,這樣就可以同時(shí)發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)了。在這種情況下SAS應(yīng)運(yùn)而生。9ut28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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