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浦口区网站建设及推广,wordpress打开html文件下载,无法解析服务器域名,wordpress怎么开发主题关于 硬盘 1. 机械硬盘1.1 基本概念1.2 工作原理1.3 寻址方式1.4 磁盘磁记录方式 2. 固态硬盘2.1 基本概念2.2 工作原理 1. 机械硬盘 1.1 基本概念 机械硬盘即是传统普通硬盘#xff0c;硬盘的物理结构一般由磁头与盘片、电动机、主控芯片与排线等部件组成。 所有的数据都是… 关于 硬盘 1. 机械硬盘1.1 基本概念1.2 工作原理1.3 寻址方式1.4 磁盘磁记录方式 2. 固态硬盘2.1 基本概念2.2 工作原理 1. 机械硬盘 1.1 基本概念 机械硬盘即是传统普通硬盘硬盘的物理结构一般由磁头与盘片、电动机、主控芯片与排线等部件组成。 所有的数据都是存储在盘片中的盘面物理上讲就是一个铝合金或者玻璃盘子上面涂一层磁性材料然后上面覆盖一层润滑保护涂层。 磁头可沿盘片的半径方向运动加上盘片每分钟几千转的高速旋转磁头就可以定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操作。信息通过离磁性表面很近的磁头由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上信息可以通过相反的方式读取。硬盘作为精密设备尘埃是其大敌所以进入硬盘的空气必须过滤。 机械硬盘内部的实物结构 机械硬盘内部的逻辑结构 基本概念 磁头Heads每张盘片(磁片)的正反两面各有一个磁头一个磁头对应一张磁片的一个面。因此用第几磁头就可以表示数据在哪个磁面。由于每个盘面都有自己的磁头因此盘面数等于总的磁头数。 如下图 盘片和盘面硬盘中一般会有多个盘片组成每个盘片包含两个面每个盘面都对应地有一个读/写磁头。受到硬盘整体体积和生产成本的限制盘片数量都受到限制一般都在5片以内。盘片的编号自下向上计算面数。依次为0、1底部盘片的两面再上一个盘片的面编号为2和3。 磁道Track当磁盘旋转时磁头若保持在一个位置上则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹这些圆形轨迹就叫做磁道。资料存储手段从LMR进展到PMR这中又有CMR、SMR等技术。 柱面Cylinder所有磁片中半径相同的同心磁道构成“柱面意思是这一系列的磁道垂直叠在一起就形成一个柱面的形状。简单地理解柱面数磁道数。因为磁头都是绑定在一起移动的所以才会有柱面的结构机械硬盘的读取数据都是按照柱面来进行的。 扇区(Sector)将磁道划分为若干个小的区段就是扇区。虽然很小但实际是一个扇子的形状故称为扇区。每个扇区的容量为512字节。硬盘的第一个扇区叫做引导扇区。 读取和写入数据的时候磁盘会以扇区为单位进行读取和写入数据即使电脑只需要某个扇区内的几个字节的文件也必须一次把这几个字节的数据所在的扇区中的全部512字节的数据全部读入内存然后再进行筛选所需数据。 为什么要进行扇区的划分呢 是逻辑化数据的需要能更好的管理硬盘空间。在计算机磁盘存储中扇区是磁盘或光盘上磁道的细分,硬盘的最小存储单元。机械硬盘的CHS寻址方式和LBA寻址方式都需要借助于扇区才能找到实际的存储地址。 早期的硬盘每磁道扇区数相同,由于每磁道扇区数相同外圈磁道半径大里圈磁道半径小外圈和里圈扇区面积自然会不一样。这样就是造成了外圈的密度比内圈小会浪费大量的存储空间。如今的硬盘都使用ZBRZoned Bit Recording区位记录技术盘片表面由里向外划分为数个区域不同区域的磁道扇区数目不同同一区域内各磁道扇区数相同盘片外圈区域磁道长扇区数目较多内圈区域磁道短扇区数目较少大体实现了等密度从而获得了更多的存储空间。 外侧的扇区数量比较多那就意味着外侧数据的读取能够有更高的读写速度了。
一些重要标准 主轴转速硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一它在很大程度上决定了硬盘的速度同时也是区别硬盘档次的重要标志。硬盘转速以每分钟多少转来表示单位表示为RPMRPM是Revolutions Per minute的缩写是转/每分钟。RPM值越大内部传输率就越快访问时间就越短硬盘的整体性能也就越好。家用的普通硬盘的转速一般有5400rpm、7200rpm几种高转速硬盘也是现在台式机用户的首选而对于笔记本用户则是4200rpm、5400rpm为主虽然已经有公司发布了7200rpm的笔记本硬盘但在市场中还较为少见服务器用户对硬盘性能要求最高服务器中使用的SCSI硬盘转速基本都采用10000rpm甚至还有15000rpm的性能要超出家用产品很多。寻道时间该指标是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用的时间单位为毫秒(ms)。硬盘表面温度该指标表示硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳温度上升的情况。道至道时间该指标表示磁头从一个磁道转移至另一磁道的时间单位为毫秒(ms)。高速缓存该指标指在硬盘内部的高速存储器。目前硬盘的高速缓存一般为512KB2MBSCSI硬盘的更大。购买时应尽量选取缓存为2MB的硬盘。 1.2 工作原理 机械硬盘在工作的时候磁头会悬浮于磁盘面上方几纳米的距离。磁盘面上有很多的小格子小格子内有很多的小磁粒。 这些磁盘上的磁粒有一定的极性当磁粒极性朝下的时候记为0磁粒极性朝上的时候记为1这样磁头就可以通过识别磁盘磁粒的极性读取数据了。 而磁头也可以利用其变化的磁场改变磁盘磁粒的极性这样就做到写入和改写磁盘数据了。 所以一般读取数据都会比写入快 1.3 寻址方式 我们知道机械硬盘中划分了磁道和扇区已经柱面那么一个当一个数据被写入到盘面中下次的读取如何定位到盘片中具体的位置呢 为了在硬盘中写入或读取数据磁盘的每一个存储单元扇区都必须是一个固定的地址。对于机械硬盘而言有两种地址编号方式对应两种寻址方式 CHS寻址方式LBA寻址方式。 CHS寻址方式 之前的机械硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数。由此产生了所谓的CSH 3D参数 (Disk Geometry)。即磁头数(Heads)柱面数(Cylinders)扇区数(Sectors)以及相应CHS寻址方式。 CHS寻址方式是过去采用的一种方式也就是用柱面Cylinder/磁头(Head)/扇区Sector三个参数来定位一个唯一的扇区地址。 需要存储每个区域的三个参数这称为3D参数使用时再分别读取三个参数然后在送到磁盘控制器去执行。 随着硬盘技术的进步硬盘容量越来越大CHS模式无法管理超过8064 MB的硬盘因此工程师们发明了更加简便的LBA寻址方式。 LBA寻址方式 LBA寻址方式是一种线性寻址模式这种模式下不需要考虑磁盘的物理结构直接将磁盘上的所有扇区依次从“0”开始进行编号直到磁盘的最大扇区数减1。 它把机械硬盘所有的物理扇区的C/H/S编号通过一定的规则转变为一线性的编号系统效率得到大大提高避免了 烦琐的磁头/柱面/扇区的寻址方式。在访问硬盘时由硬盘控制器在这种逻辑地址转换为实际硬盘的物理地址。 例如数据存放在磁盘的第五磁道的第七扇区上 那磁头就会先摆动到第五磁道上空然后等待第七扇区转过来。当第七扇区转到磁头下面的时候才可以读取数据。
1.4 磁盘磁记录方式 磁盘上是磁性物质通过写磁头写入数据通过读磁头读取数据。提高磁盘的密度可以提高磁盘的存储容量。磁头分为写磁头和读磁头写磁头因为其自身体积限制没办法做到和读取磁头一样大所以写入数据磁头会比读取磁头大很多。 垂直磁记录PMR PMR也称为常规磁记录CMR通过将代表数据位的磁性元素的磁极与磁盘表面垂直对齐来工作。磁道并排写入不重叠。由于写入磁头通常大于读取磁头因此HDD制造商会尽量缩小写入磁头的大小。 使用PMR技术除了磁道和磁道之间的空格同时写磁头比读磁头宽加上读写磁头的宽度差值造成了磁盘中有很多空间被浪费了。所以引入了SMR叠瓦式磁盘技术 叠瓦式磁性记录SMR SMR是PMR的延伸可提供更高的面密度。 SMR不会将每个磁道重叠写入而是将每个新磁道与之前写入磁道的一部分重叠非常像屋面瓦。通过重叠磁道写入磁头会变得更薄从而提高面密度。 通过磁道的叠加使得磁盘中可以容纳更多的磁道了从而提高了存储面密度进而降低了磁盘单位存储容量的成本。 性能对比 但是使用SMR叠瓦式磁盘技术的磁盘没有使用PMR技术的磁盘性能好为什么呢这里来分析下。 叠瓦式通过磁道的叠加增加了磁道的密度读磁头因为小是不影响的但是因为写磁头比较宽在写入数据的时候会出现下面两种情况 第一次写入数据的时候会写入相同的数据到叠加的两条磁道中后面的磁道需要写入的时候就需要把自己磁道中的内容擦除然后写入修改数据如果需要修改中间磁道中的数据会影响到后一条磁道的数据只有先将后一条磁道数据取出来暂时放入缓存中等数据修改完成再将缓存的信息重新写入磁道中。 所以这样看下来叠瓦式硬盘相比垂直式硬盘性能差不少。 叠瓦式硬盘主要的表现是数据写入性能尤其是频繁擦写硬盘的数据或者碎片化文件写入时候会出现速度慢还有可能出现突发性的掉速严重的突发性掉速就会造成系统死机或者游戏卡死的问题。此外叠瓦式硬盘由于改变了磁道的分布方式因为叠瓦式擦除覆写数据的操作需要磁头写入两次数据需要先擦掉然后再写入这样一来无疑是增加了硬盘的负载让硬盘在工作的时候噪音变大其寿命也会受到一定影响。 所以大家之后选硬盘的时候需要注意这一点选PMR技术的机械硬盘性能肯定是更好的。

1. 固态硬盘 固态硬盘(Solid State Drive)简称SSD固盘是用固态电子存储芯片阵列而制成的硬盘由控制单元和存储单元(FLASH芯片、DRAM芯片)以及缓存单元组成。区别于机械硬盘由磁盘、磁头等机械部件构成整个固态硬盘结构无机械装置全部是由电子芯片及电路板组成。
   2.1 基本概念 一般固态硬盘由三大块主控芯片、闪存颗粒、缓存单元构成。 主控芯片 又称主控晶片主控制器芯片。类似电脑中 cpu 一样该模块也是固态硬盘的核心器件。作用主要有下面几个 负责协调整个SSD的程序运作、数据调度包括平衡闪存颗粒的平均损耗等直接决定了一块固态硬盘的性能高低当数据由接口传输至SSD时要经由主控芯片中转至闪存颗粒进行存储主控芯片的一个重要功能就是在需要的时候通过启动固件算法执行错误校正码、坏块管理、垃圾回收算法等等重要任务。 闪存颗粒 闪存是一种电可擦除可编程只读存储器Electrically Erasable ProgrammableRead Only MemoryEEPROM具有非易失、读写速度快、抗震、低功耗、体积小等特性目前己广泛应用于嵌入式系统、航空航天、消费电子等领域。 闪存存储器主要分为NOR型和NAND型两种 NOR型闪存有独立的地址线和数据线它支持按位进行访问具有高可靠性且随机读取速度较快但NOR闪存的擦除和写操作速度较慢、容量小、价格昂贵主要用于存储程序代码并在内存中直接运行。NOR闪存在手机上得到了广泛的应用。NAND闪存相对于NOR型闪存拥有更大的容量适合进行数据存储。 闪存颗粒负责数据的存储在固态硬盘里面闪存颗粒则替代了机械磁盘成为了存储单元。一般使用非易失性存储器作为闪存颗粒(在断电情况下仍能保持所存储的数据信息)在固态硬盘中NAND闪存因其具有非易失性存储的特性即断电后仍能保存数据被大范围运用。 根据NAND闪存中电子单元密度的差异可以分为SLC(单层次存储单元)、MLC(双层存储单元),TLC(三层存储单元)以及QLC(四层式存储)这四种存储单元在寿命以及造价上有着明显的区别。 SLC(单层式存储)为单层电子结构写入数据时电压变化区间小寿命长读写次数在10万次以上造价高多用于企业级高端产品MLC(多层式存储)使用高低电压构建的双层电子结构寿命长价格中等多用于民用高端产品读写次数在5 000次左右相比SLC写入速度和次数减少了控制芯片采取磨损均衡算法以满足长时间使用的要求TLC(三层式存储)是MLC闪存延伸存储密度最高(达3 bit/cell)容量是MLC的1.5倍造价成本低使命寿命也低读写次数在1 000~2 000次左右。TLC是当下主流厂商首选闪存颗粒。QLC(四层式存储)存储密度最高(达4 bit/cell)容量是MLC的2倍造价成本最低使命寿命也是最低读写次数仅为100-300次左右。目前绝大部分定位低端的固态硬盘都采用的这个颗粒类型。 缓存单元 缓存芯片主要是进行常用文件的随机性读写以及碎片文件的快速读写。 由于固态硬盘内部的磨损机制就导致固态硬盘在读写小文件和常用文件时会不断进行数据的整块的写入缓存然而导出到闪存颗粒这个过程需要大量缓存维系。特别是在进行大数量级的碎片文件的读写进程高缓存的作用更是明显。 这也解释了为什么没有缓存芯片的固态硬盘在用了一段时间后开始掉速。 2.2 工作原理 Nand Flash表示的是 Flash 颗粒SSD 控制器通过若干个主控通道并行操作这些 Flash 颗粒就像 raid0 一样这样可以提高数据写入的并行性及效率。每一个 Flash 颗粒又进一步细分为多个 block (块)每一个 block 又包含多个 page在 SSD 内部SSD 控制器和 Flash 之间的最小访问单元粒度是 page。一般一个 page 的大小为4 k一个 block 包括16个 page。在写入数据的时候像 raid0 的工作机制一样同时并行地将数据写入到每个 Flash 颗粒的 block 中可用的 page 上当一个 block 写满之后会接着写下一个 block。 闪存最基础的结构浮栅晶体管 固态硬盘存储数据的基本单元叫浮栅晶体管基本结构有存储电子的浮栅层控制极G、衬底P、源极D与漏极S。 我们将浮栅层中的电子数量高于一定值计为0低于一定值计为1。 写入数据 写入数据时需要在控制极G施加一个高压这样电子就可以穿过隧穿层进入浮栅层因为有绝缘层的存在电子不能再向前移动了就被囚禁在了浮栅层。 这样当我们写完数据撤去电压电子就被囚禁在了浮栅层因为隧穿层本质上也相当于绝缘体所以电子就被保存在了浮栅层这样我们的数据就被写入进去了。 但是这些电子还是会存在越狱的情况如果里面所有的电子都越狱了也就意味着我们保存的数据丢失了。作为固态硬盘的存储单元的NAND flash不通电时间长了会导致数据丢失。 读取数据 如果浮栅层中没有数据我们给控制级一个低压由于电压低电子只能被吸引到靠近隧穿层的位置却无法穿过隧穿层因而源极漏极可以导通形成电流。 如果检测到电流就说明里面没有电子本次读取数据记为1。 当浮栅层中存在电子时(存储数据为0)我们还给控制极一个低压由于浮栅层里面的电子对这些电子有排斥作用所以电子无法被吸引到靠近隧穿层的位置源极漏极不会导通不会形成电流。 如果无法检测到电流那么说明浮栅层储存一定量电子则读取数据为0。 这样通过浮栅层是否有电子我们就能读出两种数据。大量的浮栅晶体管堆叠在一块就可以存储大量的0和1这样就可以满足我们的存储和读取的要求了。