大话存储——磁盘原理与技术笔记（一）

1.硬盘的组成

硬盘的组成：盘片、读写头、马达、底座、电路板等。

要求无尘、表面光滑平整
逻辑上被划分为柱面、磁道和扇区
- 磁道是对盘面进行同心圆划分，最外圈为0道，每个盘片两面都可用，每面包括300-1023个磁道，外圈读写快
- 柱面是对多个盘的同位置同心圆的磁道构成的柱体，读写时按照柱面进行，首先读写0磁头面的磁道，满了后移动到同柱面的下一磁道中
- 扇区是对每个磁道进行等距离的划分得到的圆弧，寻址时通过<柱面，磁头，扇区>（CHS）方式。但目前主要使用的是LBA的编址方式，即将整个磁盘视为一条线性磁道，对应关系保存在磁盘控制电路的ROM芯片中
- 扇区编号最简单方法为直接顺序编号，但由于磁盘电路读取一个扇区数据进行处理的过程中，磁盘可能已经旋转进入了下一个扇区的头标，导致要读取就需要再等一圈，因此产生了带交叉因子的编号方式MFM。交叉因子为3：1的编号方式为1，x，x，2，...。磁头扭斜为了解决磁头换道可能延迟到达的问题，相当于是对每个磁道的交叉因子。

磁头用以改变磁盘表面的磁性粒子簇达到保存信息的目的，磁头不可接触盘面，需要低空飞行。

可以使磁头进行微米级别的位移。

硬盘控制电路：介于存储介质和主机的接口之间，用以读取和写入数据的电路

磁盘的IO单位：读写是以扇区为最小单位的，有512B和4KB的

由于不同的指令可能访问的区域涉及到不同的柱面磁道，为了减少磁头的寻道时间引入了排队技术，磁盘控制电路可能会无视顺序而优先访问相同区域的数据（个人理解这可能是和系统共同进行的指令重排优化？）。磁盘控制器（位于主板上）需要配合磁盘控制电路。

假如磁头位于数据尾部，采取就近原则能读就读，读取的数据发给控制器，通过DMA放在内存，等旋转到头部再读出剩余部分。

（1）FCFS 先来先服务：完全按照IO顺序进行寻道操作

（2）SSTF （Shortest Seek Time First）：优先到最近的磁道进行操作，因此特别远的可能会被饿死

（3）SCAN 回旋扫描模式：类似电梯模型，从一端到另一端，无需访问的磁道不停止，必然到达最内/外圈。

（4）C-SCAN 单向扫描模式：仅从内圈向外扫描，到达最外后迅速返回

（5）LOOK 智能监察扫描模式：和SCAN不同之处为无需到达最内外圈，完成两端的IO即可返回

（6）C-LOOK：单向的LOOK

负载不高时SSTF性能最佳，高负载条件SCAN，C-SCAN，C-LOOK

SCSI控制参数

IDE（Integrated Drive Electronics，电子集成驱动器），本质上将控制电路、盘片和磁头放在了一个容器。价格低，兼容性强。IDE接口也称为PATA接口，Parallel ATA。

共有7个版本的ATA接口：

IDE数据传输模式：

（1）PIO模式（Programming I/O）：一种通过CPU执行IO端口指令来进行数据读写的数据交换模式。传输大量数据是会导致CPU的大量占用问题。已淘汰。

（2）DMA模式（Direct Memory Access）：直接内存访问，不经过CPU直接从内存存取数据的数据交换模式。CPU向DMA控制器下达指令，让其来处理数据传送，DMA控制器直接将数据复制到内存对应地址，然后反馈信息给CPU。

（3）Ultra DMA：在DMA的基础上增加了CRC技术，保障数据传输安全。

SATA的优势：

SATA2.0的新特性：

3Gb/s传输速率：等同于300MB/s，但带来的好处不明显，因为硬盘内部的传输速率达不到该接口传输速度，内部更多的时间花在了寻道上，如果配较大容量的缓存可能好处会大一些
支持NCQ技术：Native Command Queue，即自身命令队列，一种排队技术

// To Be Continued