1、软盘:将布满磁性粒子的一片圆形软片包裹在一个塑料壳中,中间开孔,以便电机夹住这张软片来旋转,这就是软盘。将软盘插入驱动器,电机便会带动这张磁片旋转,同时磁头也夹住磁片进行数据读写。软盘上的磁性粒子的磁极,不管是N极还是S极,其磁化强度都是一样的,磁头只要探测到N极,就认为是1,探测到S极,就认为是0,这就是用0和1来记录的数字信号数据
2、块式和流式
2.1、块式就是指数据分成一块块地存放在介质上,可以直接选择读写某一块数据,定位这个块的速度比较块(硬盘、软盘)
2.2、流式就是指数据是连续不断地存放在介质上(磁带),定位的比较慢
3硬盘结构以及相关设备
硬盘大致由盘片、读写磁头、马达、底座、电路板等几大项组合而成。
3.1、盘片
盘片的基板是由金属或玻璃材质制成,为达到高密度高稳定性的要求,基板要求表面光滑平整不可有任何瑕疵。然后将不含任何杂质的极细微的磁粉均匀地渡到基板表面上,最后涂上保护润滑层
3.2、磁头
磁盘的存储原理是将数据用其控制电路通过硬盘读写头(磁头)去改变磁盘表面上极细微的磁性粒子簇(磁性粒子指的是一个区域内的若干磁性分子,这些磁性分子聚集到一起,直到磁头可以感觉到它的磁性为止,根据这片区域的分子是N极还是S极,转换成电信号1或0,产生字节,记录数据)的N、S极性加以存储。磁头悬浮在磁片表面上的距离是0.0005微米-0.01微米(相当于波音机在1米的地面的高速飞行),这样的距离才能达到数据读写的高可靠性、高稳定性。(同一个时刻,只能有一个磁头在读写)
3.3、步进电机或者是音圈电机
利用精确的齿轮或者音圈,使磁头每次旋转可以进行微米级的位移,这样磁头就可以精确定位到每个磁道。主要作用是推动磁头去每一个不同的磁道,为了寻道。
4、磁片上的数据组织
硬盘被划分为磁道、柱面、以及扇区。硬盘由多个盘片叠加在一起组成,每一个盘片的每个面都有一个读写磁头,磁头起初停在盘片的最内圈,称为启停区(磁盘开始旋转,旋转速度达到一定时,磁头就会因磁盘旋转产生的气流抬起来,悬浮在磁片表面,才敢去读数据),启停区外就是数据区。在最外圈,离主轴最远的地方是0磁道(存放着用于操作系统启动所必需的程序代码),硬盘数据存放就是从最外圈开始的。
4.1、盘面:硬盘里有2-14个盘片,每一个盘片都有两个盘面,即上、下盘面,每个盘面都能利用,都可以存储数据,称为有效盘片。盘面号从上到下的顺序从0开始依次编号
4.2、磁道:磁盘在格式化时被划分成许多同心圆,这些同心圆轨迹叫作磁道。磁到从最外圈向内圈从0开始顺序编号。磁盘的每一个盘面有300-1024个磁道。外圈磁道的读写速度比内圈快。
4.3、扇区:磁道不是连续记录数据的,而是被划分成一段段的圆弧(每个环形磁道等距离切割,形成等长度的圆弧),每一段圆弧就叫一个扇区,扇区从1开始编号,每个扇区中的数据作为一个单元同时读写,是读写的最小单位,不可再分割。每个扇区512字节。(扇区的编号采用的是交叉因子编号,而不用顺序编号)
4.4、柱面:所有盘面上的同一磁道,在竖直方向构成一个圆柱,通常称为柱面,每个圆柱上的磁头由上而下从0开始编号。数据的读写按柱面进行,即磁头读写数据时首先在同一柱面内从0磁头开始进行操作,依次向下在同一柱面的不同盘面上进行操作。切换柱面就是寻道的意思。数据的读写是按柱面进行而不是按盘面进行。
4.5、读写数据的流程:首先0号读写磁头在硬盘的0号柱面的最上面的0盘面的最外圈的0磁道的1号扇区开始写数据,一直写,把0磁道的所有扇区写完以后,然后1号读写磁头在硬盘的第二面1盘面的最外圈的0磁道的1号扇区开始写数据,依次类推,写完最外圈的0号柱面的所有盘面之后,开始写1号柱面,依然用0号读写磁头在硬盘的1号柱面的第二盘面的1盘面的第二外圈的0磁道的1号扇区开始写数据。。。。
4.6、顺序编制(逻辑块地址,LBA,Logical Block Address)指的是把盘面想象成只有一个磁道,这个磁道无限长哦直线,扇区为这条直线上的等长线段,从1开始顺序编号,直到无限远。LBA1表示0号柱面0号盘面0号磁道0号扇区。每一个LBA是512字节。
4.7、磁盘一次IO:就是磁头在一次连续读或写。而一次连续读或写的过程,不管读或写了几个扇区,扇区剩余部分均不能再使用
5、磁盘相关的技术
5.1、 磁盘缓存:磁盘上必须有缓存,主要用来接收指令和数据,还被用来进行预读
5.2、无序传输技术:当控制器发出一条指令要求读取某些扇区中的内容时,磁盘可以才不从数据所在的初始扇区开始读,而是采取就近原则
6、影响磁盘性能的因素
6.1、转速:是影响硬盘连续IO吞吐量性能的首要因素,读写数据时,磁头不会动,全靠盘面的转动来将对应扇区中的数据感应到磁头,转速越快,数据传输时间越短。一般中高端磁盘转速在每分钟10000转
6.2、寻道速度:是影响硬盘随机IO性能的首要因素,随机IO情况下,磁头臂需要频繁更换磁道,磁头臂越快,寻道速度越快。一般高端磁盘寻道速度在10ms以下
6.3、单盘容量:单盘容量大的,寻道会更少,提高性能。、
6.4、接口速度:基本不影响性能,接口速度已经满足了最高外部传输带宽。
7、硬盘接口技术(硬盘提供的物理接口有:)
接口是包括物理、逻辑在内的抽象出来的接口,也就是说,一个事物面向外部的时候,为达到被人使用的目的而向外提供的一种打开的、抽象的协议,类似于说明书。
IDE = Integrated Drive Electronics 电子集成驱动器
ATA = Advanced Technology Attachment 高级技术附加
SCSI = Small Computer System Interface 小型计算机系统接口
7.1、IDE硬盘接口,也称为PATA接口(并行传输ATA,Parallel ATA)、ATA接口: 本意是指把控制电路和盘片、磁头等放在一个容器中的硬盘驱动器,使用一个40芯电缆与主板上的ATA接口进行连接
7.2、SATA硬盘接口,也称为串行传输ATA(Serial ATA),相对于PATA模式的IDE接口来说,SATA用串行线路传输数据,但是指令集还是ATA指令集。SATA与IDE结构在硬件上有本质的区别
7.3、SCSI硬盘接口,一种较为特殊的接口总线,具备与多种类型的外设进行通信的能力,比如硬盘、CD-ROM、磁带机和扫描仪等。是一套完整的数据传输协议,分为:
SCSI-1、SASI 数据传输速度5MB/s
SCSI-2、Fast SCSI数据传输速度20MB/s
SCSI-3、 Ultra SCSI数据传输速度40MB/s
Ultra 2 SCSI数据传输速度80MB/s
Ultra 160 SCSI数据传输速度160MB/s
Ultra 320 SCSI数据传输速度320MB/s
8、IDE数据传输模式
8.1、PIO模式(Programming Input/Output Model)是一种通过CPU执行I/O端口指令来进行数据读写的数据交换模式。
8.2、DMA模式(Direct Memory Access)直接内存访问 是一种不经过CPU直接从内存存取数据的数据交换模式。
8.3、Ultra DMA模式(Ultra Direct Memory Access)高级直接内存访问
9、LUN(逻辑单元编号Logical Unit Number)对于带RAID功能的SCSI接口磁盘阵列设备来说,由于会产生很多的虚拟磁盘,所以只靠SCSI ID来唯一指定一个设备是不够的,这个时候要用到LUN来扩充。所以习惯上称磁盘阵列生成的虚拟磁盘为LUN。
10、OSI模型中各层的作用
物理层:就是用来描述传输速率、电气技术性能
链路层:就是用来将数据帧成功地传送到该线路的对端
网络层:就是用来寻址的
传输层:就是保障此端的数据成功地传送到彼端
会话层、表示层、应用层是程序的事情了,是程序细节问题,与底层网络通信语言无关。
11、磁盘传输速率的区别
11.1、磁盘内部传输速率:指的是磁头读写磁盘时的最高速率,这个速率不包括寻道以及等待扇区旋转到磁头下所耗费时间的影响。通常每秒10000转的SCSI硬盘的内部传输速率大概在1000MB/s左右。
11.2、磁盘外部传输速率:指的是从外部接口传送到硬盘控制器时候的传输速率,通常每秒10000转的SCSI硬盘的外部传输速率大概在80MB/s左右。
12、并行传输和串行传输
12.1、并行传输:传输效率高,速度慢。多条电路同时传输
12.2、串行传输:传输效率低,速度快。一条电路传输。
13、磁盘的IOPS和传输带宽(吞吐量)
13.1、磁盘的IOPS,也就是每秒能进行多少次IO,每次IO写入数据的大小。公式 IOPS=1/(换道时间+数据传输时间)。具有高IOPS的硬盘在传输小块不连续的数据时具有优势。写入10000个大小为1KB的文件到硬盘上,耗费的时间要比写入一个10MB大小的文件多的多。因为写入10000个文件时,根据文件分布情况和大小情况,可能需要几万甚至几十万的IO才能完成,而写入一个10MB的大文件,如果这个文件是在磁盘上连续存放的,那么几十个IO就可以完成
13.2、传输带宽:指的是硬盘或设备在传输数据的时候数据流的速度。具有高带宽规格的硬盘在传输