你真的了解硬碟嗎？

????偶然看到一道筆試題，所以簡單整理了一下磁碟的結構。本文主要介紹傳統的磁碟結構，包括盤面、磁軌、扇區、柱面、讀寫數據過程的概念，最後給出所遇到的筆試題。

磁碟結構

????傳統的硬碟盤結構是像下圖樣子的，它有一個或多個碟片，用於存儲數據，碟片多採用鋁合金材料；中間有一個主軸，所有的碟片都繞著這個主軸轉動，一個組合臂上面有多個磁頭臂，每個磁頭臂上面都有一個磁頭，負責讀寫數據。

盤面

????硬碟一般有一個或多個碟片，每個碟片可以有兩面，即第一個碟片的正面為0面，反面為1面；第二個碟片的正面為2面…….依次類推。磁頭的編號也和盤面的編號是一樣的，因此有多少個盤面就有多少個磁頭。盤面正視圖如下圖，磁頭的傳動臂只能在碟片的內外磁軌之間移動。因此不管開機還是開機，磁頭總是在碟片上面。關機時，磁頭停在碟片上面，抖動容易劃傷盤面造成數據損失，為了避免這樣的情況，所以磁頭都是停留在起停區的，起停區是沒有數據的。

磁軌

????每個碟片的盤面被劃分成多個狹窄的同心圓環，數據就存儲在這樣的同心圓環上面，我們將這樣的圓環稱為磁軌(Track)，每個盤面可以劃分多個磁軌。最外圈的磁軌是0號磁軌，向圓心增長依次為1磁軌、2磁軌……磁碟的數據存放就是從最外圈開始的。

扇區

????根據硬碟的規格不同，磁軌數可以從幾百到成千上萬不等。每個磁軌可以存儲數Kb的數據，但是計算機不必要每次都讀寫這麼多數據。因此，再把每個磁軌劃分為若干個弧段，每個弧段就是一個扇區(Sector)。扇區是硬碟上存儲的物理單位，現在每個扇區可存儲512位元組數據已經成了業界的約定。也就是說，即使計算機只需要某一個位元組的數據，但是也得把這個512個位元組的數據全部讀入內存，再選擇所需要的那個位元組。雖然扇區從裡面到外面面積越來越大，但是它們的容量是一樣的；貌似後來技術更加先進了，把外面的大面積扇區又劈成了更小的塊。沒查抱歉。

柱面

????柱面實際上就是我們抽象出來的一個邏輯概念，簡單來說就是處於同一個垂直區域的磁軌稱為柱面，即各盤面上面相同位置磁軌的集合。需要注意的是，磁碟讀寫數據是按柱面進行的，磁頭讀寫數據時首先在同一柱面內從0磁頭開始進行操作，依次向下在同一柱面的不同盤面(即磁頭上)進行操作，只有在同一柱面所有的磁頭全部讀寫完畢後磁頭才轉移到下一柱面。因為選取磁頭只需通過電子切換即可，而選取柱面則必須通過機械切換。數據的讀寫是按柱面進行的，而不是按盤面進行，所以把數據存到同一個柱面是很有價值的。

讀寫數據過程

????現代硬碟尋道都是採用CHS(Cylinder Head Sector)的方式，硬碟讀取數據時，讀寫磁頭沿徑向移動，移到要讀取的扇區所在磁軌的上方，這段時間稱為尋道時間(seek time)。因讀寫磁頭的起始位置與目標位置之間的距離不同，尋道時間也不同。磁頭到達指定磁軌後，然後通過碟片的旋轉，使得要讀取的扇區轉到讀寫磁頭的下方，這段時間稱為旋轉延遲時間(rotational latencytime)。然後再讀寫數據，讀寫數據也需要時間。

硬碟容量計算公式

????硬碟容量=盤面數×柱面數×扇區數×512位元組

騰訊筆試題

????數據存儲在磁碟上的排列方式會影響I/O服務的性能，一個圓環磁軌上有10個物理塊，10個數據記錄R1~R10存放在這個磁軌上，記錄的安排順序如下表所示：

????假設磁碟的旋轉速度為20ms，磁碟當前處在R1的開頭處，若系統順序掃描後將數據放入單緩衝區內，處理數據的時間為4ms（然後再讀取下個記錄），則處理這10個記錄的最長時間是多少？

????磁碟會一直朝某個方向旋轉，不會因為處理數據而停止。本題要求順序處理R1到R10，起始位置在R1，一周是20ms，共10個記錄，所以每個記錄的讀取時間為2ms。首先讀R1並處理R1，讀R1花2ms，讀好後磁碟處於R1的末尾或R2的開頭，此時處理R1，需要4ms，因為磁碟一直旋轉，所以R1處理好了後磁碟已經轉到R4的開始了，這時花的時間為2+4=6ms。這時候要處理R2，需要等待磁碟從R5一直轉到R2的開始才行，磁碟轉動不可反向，所以要經過8*2ms才能轉到R1的末尾，讀取R2需要2ms，再處理R2需要4ms，處理結束後磁碟已經轉到R5的開頭了，這時花的時間為2*8+2+4=22ms。等待磁碟再轉到R3又要8*2ms，加上R3自身2ms的讀取時間和4ms的處理時間，花的時間也為22ms，此時磁碟已經轉到R6的開頭了，寫到這裡，就可以看到規律了，讀取並處理後序記錄都為22ms，所以總時間為6+22*9=204ms。

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