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存儲基礎篇之硬盤一 工作原理(存儲基礎篇之硬盤一)

來源: 責編: 時間:2024-04-26 08:47:25 278觀看
導讀 一、硬盤簡介。   硬盤是我們電腦、手機等電子產品上不可或缺的部分。在數據中心的存儲設備,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數據,保護數據。而隨著科技的發展,硬盤的讀寫速度、容量等方面

一、硬盤簡介。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  硬盤是我們電腦、手機等電子產品上不可或缺的部分。在數據中心的存儲設備,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數據,保護數據。而隨著科技的發展,硬盤的讀寫速度、容量等方面也在發生著變化。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

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二、各硬盤介紹。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  現在我們常用的硬盤有機械硬盤、固態硬盤、混合硬盤三種。這三種硬盤各有各的優點與缺點。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  1、機械硬盤:機械硬盤是現在最常見最廉價的一種硬盤,它主要有盤片,磁頭,盤片轉軸及控制電機,磁頭控制器,數據轉換器,接口,緩存等幾個部分組成。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ① 盤片:硬盤中一般會有多個盤片組成,不同型號的磁盤盤片數量可能不一樣。每個盤片包含兩個面,每個盤面都會對應一個磁頭。一般情況下,盤片的編號自下向上從0開始。數據都會保存在盤片上,而數據的存儲依靠盤片上附著的磁性物質。由于磁分兩級,正好可以表示二進制的0和1。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  盤片分為磁道和扇區,如下圖,綠色部分為磁道,藍色部分為扇區。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

存儲基礎篇之硬盤一 工作原理(存儲基礎篇之硬盤一)(1)vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  磁道是盤面中一圈圈綠色同心圓稱為磁道vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  扇區是從圓心向外畫直線,可以將磁道劃分為若干個弧段,每個磁道上一個弧段被稱之為一個扇區,扇區是磁盤的最小組成單元,通常是512字節。(由于不斷提高磁盤的大小,部分廠商設定每個扇區的大小是4096字節)vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ② 磁頭:存儲數據時,它可以對硬盤盤片表面上附著的磁性物質的磁極進行改變,讀取數據時,則是通過磁頭去感應磁阻的變化。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。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ⑤ 盤片轉軸:使盤片進行高速水平轉動,從而使得磁頭可以讀取盤片上的不同扇區的數據。轉速一般為5400rpm/m、7200rpm/m、SCSI、SAS型(服務器)的硬盤一般為10000rpm/m、15000rpm/m。轉速越快,讀/寫數據的速度越快。缺點:轉速越高,噪音越大、功耗越高、使用壽命越低。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ⑥ 磁頭控制器:使磁頭進行水平圓弧型運動,與磁盤轉軸相結合,可以使磁頭讀取盤片上的任意扇區內的數據。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ⑦ 緩存:在機械硬盤中,緩存就是為了加速讀/寫速度的。如內存中的數據寫入到硬盤中,由于內存速度比硬盤快的多,這就導致寫入速度太慢,而緩存則大大緩解了這個問題,先將數據寫入緩存區,之后硬盤本身再將數據保存到盤片中,而不占用其他資源。而對于讀取數據,如果一個數據剛剛被讀取過,將臨近它位置的數據保留在緩存區中,讀取時,若命中,則直接從緩存區讀出;若沒有命中,則會再次從盤片上讀取。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

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  2、固態硬盤:固態硬盤的接口規范和定義、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。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ① 主控芯片:主控芯片一方面負責合理調配數據在各個閃存芯片上的負荷,另一方面承擔了整個數據中轉,連接閃存芯片和外部接口。除此之外,主控還負責ECC糾錯、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。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ② NAND閃存芯片:存儲數據的地方,根據不同顆粒的分類,分為::SLC(每個存儲單元存儲1bit數據)、MLC(每個存儲單元存儲2bit數據)、TLC(每個存儲單元存儲3bit數據)。SLC成本高,數據與數據之間影響較小,讀寫速度極快,數據出錯的可能性極小,使用壽命較長;而TLC成本低,但是據與數據之間影響較大,讀寫速度慢且極易出錯,使用壽命較短。vii28資訊網——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,去執行自動信號處理,耗損平衡,錯誤校正碼(ECC),壞塊管理、垃圾回收算法、與主機設備通信,以及執行數據加密等任務。由于固件冗余存儲至NAND閃存中,因此當SSD制造商發布一個更新時,需要手動更新固件來改進和擴大SSD的功能。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

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  3、M.2固態硬盤:M.2接口最主要有以下幾個優點:支持更高的速率,潛力大;相對PCI-Emini card,節約20%的PCB空間,節省15%的連接器高度,更小巧玲瓏;支持PCI-E3.0,USB3.0和SATA3.0三種當前主流標準,接口更“全能”。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

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三、接口模式vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  一般平常家用的計算機都是IDE、SATA、M.2等接口模式;服務器/存儲端使用SCSI、SAS接口模式vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ① IDE接口模式為電子集成驅動器,出現時間比較早,該模式下硬盤價格低廉、兼容性強、性價比高,但是現在基本沒有IDE接口模式的硬盤了。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ② SATA接口模式相對于IDE出現時間較晚,但是數據傳輸時會對數據進行糾錯,可靠性較高,目前主流接口為SATA3接口。vii28資訊網——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發布的一種新的主機接口方案,可以兼容多種通信協議。同時也有體積小、速度快的優點。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ④ SCSI接口模式則完全通過獨立的高速的SCSI卡來控制數據的讀寫操作,CPU就不必浪費時間進行等待,顯然可以提高系統的整體性能。連接7—15個設備,性能更穩定、耐用,可靠性也更好。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

  ⑤ SAS接口模式是將SATA與SCSI兩者相結合,這樣就可以同時發揮兩者的優勢了。在這種情況下SAS應運而生。vii28資訊網——每日最新資訊28at.com

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