硬盘如何工作

经过:马歇尔大脑

硬盘以相对永久的形式存储数字信息。看更多计算机硬件图片

几乎每个台式电脑服务器今天使用中包含一个或多个硬盘驱动器。每一个大型机超级计算机通常与数百个相关。您甚至可以找到VCR型设备和摄像头使用硬盘而不是胶带。这数十亿个硬盘做得很好 - 它们以相对永久的形式存储不断变化的数字信息。他们使计算机能够在电源熄灭时记住事情。

在本文中,我们将分解一个硬盘,以便您可以看到内部的内容,并讨论它们如何组织文件中持有的信息!

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硬盘基础知识

硬盘是在1950年代发明的。他们开始的是直径高达20英寸的大磁盘只有几个兆字节。它们最初被称为“固定磁盘”或“ Winchesters”(用于流行IBM产品的代码名称)。他们后来被称为“硬盘”,以区分它们。软盘“硬盘有一个硬盘与磁带和软盘中发现的柔性塑料膜相反,它具有磁性介质。

在最简单的层面上,硬盘与磁带。硬盘和盒式磁带都使用相同磁的描述的记录技术录音机如何工作。硬盘和盒式磁带也具有磁性存储的主要优势 - 磁介质可以很容易地删除和重写,它将“记住”存储在介质上多年的磁通图案。

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在下一部分中,我们将讨论凯特磁带和硬盘之间的主要区别。

盒式磁带与硬盘

让我们看一下盒式磁带和硬盘之间的巨大差异:

  • 盒式胶带上的磁性记录材料被涂在薄塑料条上。在硬盘中,将磁性记录材料分层到高精度铝或玻璃盘上。然后将硬盘拼盘抛光到镜像平滑度。
  • 使用胶带,您必须快速或反向才能到达磁带上的任何特定点。这可能需要长胶带几分钟。在硬盘上,您几乎可以立即移动到磁盘表面上的任何点。
  • 在磁带甲板上,读/写头直接接触胶带。在硬盘中,读/写下“苍蝇”在磁盘上,从未真正触摸它。
  • 盒式磁带甲板中的胶带以每秒约2英寸(约5.08厘米)的速度移动到头部。硬盘盘可以以每秒3,000英寸的速度(约170 mph或272 kph)的速度旋转在其头部下方!
  • 与盒式磁带相比,硬盘上的信息存储在极小的磁性域中。这些域的大小可以通过盘子的精度和介质的速度使其成为可能。

由于这些差异,现代硬盘能够将大量信息存储在一个小空间中。硬盘也可以在一秒钟内访问其任何信息。

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能力和性能

典型的台式机将具有10到40之间的硬盘千兆字节。数据以文件。文件只是一个命名的集合字节。字节可能是ASCII代码对于文本文件的字符,也可以是计算机执行软件应用程序的说明,或者它们可以是数据库的记录,也可以是GIF映像的像素颜色。但是,无论包含什么内容,文件都只是一个字符串。当在计算机上运行的程序请求文件时,硬盘会检索其字节并将其发送到中央处理器一次一个。

有两种方法来衡量硬盘的性能:

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  • 数据速率- 数据速率是驱动器可以输送到CPU的每秒字节数。每秒5至40兆字节之间的速率很常见。
  • 寻找时间- 寻求时间是CPU请求文件与文件的第一个字节发送到CPU之间的时间。10到20毫秒之间的时间很常见。

另一个重要参数是容量驱动器,这是它可以保留的字节数。

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内部:电子委员会

了解硬盘工作原理的最佳方法是看内部。(注意打开硬盘毁了它,因此,除非您有停用的驱动器,否则这不是在家尝试。)

这是一个典型的硬盘驱动器:

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它是一个密封的铝制盒,一侧附有控制器电子设备。电子设备控制读/写机构和马达那旋转盘子。电子设备还将磁性域组装到驱动器上(读取)并将字节转换为磁域(写作)。电子设备都包含在一个与驱动器其余部分分离的小型板上:

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里面:董事会下方

板下方是旋转盘子的电动机的连接,以及一个使内部和外部空气压力均衡的高过滤的排气孔:

从驱动器上卸下盖子显示出非常简单但非常精确的内部:

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在这张照片中,您可以看到:

  • 拼盘- 当驱动器运行时,这些通常以3,600或7,200 rpm旋转。这些拼盘的制造具有惊人的公差,并且是镜面光滑的(正如您在作者的这种有趣的自画像中看到的……没有简单的方法来避免这种情况!)。
  • 手臂- 这保持了读/写头,并由左上角的机制控制。手臂能够将头部从轮毂移动到驱动器的边缘。手臂及其运动机制非常轻巧。典型的硬盘驱动器上的手臂可以从轮毂转移到边缘,每秒备份50次 - 这是一件了不起的事情!

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内部:拼盘和头部

为了增加驱动器可以存储的信息量,大多数硬盘都有多个拼盘。该驱动器有三个拼盘和六个读/写头:

在硬盘上移动手臂的机制必须非常快,精确。它可以使用高速线性电动机构建。

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许多驱动器都使用”语音线圈“方法 - 用于移动锥的相同技术扬声器在您的立体声上,用于移动手臂。

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存储数据

数据存储在盘子的表面上部门轨道。轨道是同心圆,扇形是轨道上的馅饼形楔子,这样的扇形:

典型的曲目以黄色显示;典型的部门以蓝色显示。一个扇区包含固定数量的字节,例如256或512。在驱动器或操作系统级别,部门经常分为集群

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过程低级格式驱动器在盘子上建立了轨道和扇区。每个部门的起点和终点都写在盘子上。此过程准备驱动器以保持字节块。高级格式然后将文件存储结构(如文件分配表)写入扇区。此过程准备驱动器保存文件。

有关硬盘和相关主题的更多信息,请查看下一页上的链接。

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