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硬盘基础知多少

小执念 古黑浩劫论坛大牛 2015-11-29 22:34 |显示全部楼层

可遇不可求的事:故乡的云,上古的玉,随手的诗,十九岁的你。

管理员

      园子里的牛们对WEB应用,LINQ等等肯定比较了解的,但硬盘这玩意儿,大家就未必关心了。做企业级数据库应用的人都会清楚,磁盘I/O对于数据库性能的影响是致命的,所以经常会看到企业级的数据库后面都带一个几百万RMB的盘柜,鉴于硬盘的重要性,程序员实在很有必要了解这东西。


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      一.硬盘分类

      通常来说,电脑硬盘主要有IDE以及SATA两种接口类型,其中以前的旧电脑一般都是IDE硬盘接口,该接口由于传输速度慢,如今早已被淘汰,现在的新电脑都是SATA硬盘接口,不过在一些老爷机上还可以看到IDE接口。由于接口的限制,对于这种老电脑,如今已经没有必要升级硬盘了。{:6_152:}
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      目前硬盘接口均采用SATA接口,SATA接口有分为SATA2.0以及SATA3.0,其中SATA2.0最大传输速度为300M/s,而SATA3.0最大传输速率为600M/s。如今固态硬盘均采用的是SATA3.0接口,而普通的机械硬盘很多也开始全面采用SATA3.0接口,只要部分容量较小,价格比较低的机械硬盘还是用的SATA2.0接口。
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IDE硬盘图片:
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SATA硬盘图片:
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二、硬盘的组成
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    可以说,硬盘主要由以下几部分组成:接口(数据接口,电源接口),盘片,磁头,电机主轴,其他(如:集成电路……)。

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(1)接口

    数据接口,即俗称:硬盘接口,上面的“硬盘分类”已经说的比较清楚,这里就不罗嗦了。而电源接口没什么好说的


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(2)盘片

    我们先来看看盘片的历史:

         

60、70年代:塑料材料涂上磁性材料 -->> 80、90年代:铝材料-->> 2000以后:玻璃基板材料
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     自从2000年IBM“玻璃材料”盘片的硬盘面世后,现在硬盘一般都采用这种更高效,低造价的技术了。


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(3)磁头

      如果问“硬盘容量和硬盘的哪部分有关系”,估计不少人回答“盘片的数量”。嘿嘿,如果你的答案也是这样,你可能忽略“磁头”的作用了。其实,磁头技术非常重要,它和单张盘片的容量直接挂钩。我们知道,盘片上磁性物质存储着我们的数据,硬盘通过“磁头”感应盘片上“磁性物质”读/写数据,所谓“磁头技术”指的就是磁头读取盘片磁性物质的技术。为什么说“磁头技术”会和单片磁碟的容量挂钩?试想下,如果磁头的灵敏度高,那么单位面积上可存储的数据量自然就多了!


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(4)电机主轴

    “电机主轴”这词可能大家不熟悉,但如果说“硬盘转数”相信大家应该都了解了,对,“电机主轴”决定着“硬盘转数”!

    “电机主轴”的任务是带动盘片高速旋转并产生浮力,使磁头飘浮在盘片上方,然后把磁头带到目标扇区上方,让其进行数据读/写!“电机主轴”转速越快,磁头等待读/写时间也就越短,所以它在很大程度上决定了硬盘性能!理论上说,“电机主轴”转速越快越好,但实际上,转速越快发热量,振动和噪音都会随之增大,这些对整个硬盘都非常不利。

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    早期的硬盘,由于电机的限制,转速一般只有4000rpm左右,随着电机技术革新,后来的IDE硬盘转速达到5400rpm,而现在主流硬盘转速一般是7200rpm,高端产品则一般是10000~15000rpm(始终未能超过15000rpm)。虽然电机技术一直发展,但相对“盘片技术”和“磁头技术”,“电机技术”方面的发展算是比较慢的了(10年前和现在的差别不大)。


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      三.硬盘性能指标

(1)平均寻道时间(Average seek time)

    平均寻道时间是指硬盘的磁头从初始位置移动到盘面指定磁道所需的时间。平均寻道时间是影响硬盘读写效率的最重要指标。平均寻道时间越小硬盘的性能越高。而平均寻道时间实际上是由转速、单碟容量等多个因素综合决定的一个参数。一般来说,硬盘的转速越高,其平均寻道时间就越低;单碟容量越大,其平均寻道时间就越低。

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    除了“平均寻道时间”外,还有概念我们需要了解下,分别是“平均等待时间”和“平均访问时间”。

    “平均等待时间”,寻道完成后,要读取的数据块可能还没有转过来,等待这个数据块的时间就是“平均等待时间”。由于现在硬盘转速都比较快,所以这个相对于“平均寻道时间”一般要小得多。

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    “平均访问时间”是指从硬盘收到访问命令,到完成所有操作并返回最终结果所花费的时间。它是衡量硬盘整体读写效率的标准。


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    平均访问时间 = 平均寻道时间 +  平均等待时间 +  电子信号消耗时间。由于“寻道”和“等待”属于机械操作,和光速的电子信号相比之下,电子信号消耗时间完全可以忽略不计!所以,平均访问时间 = 平均寻道时间 +  平均等待时间。而“平均寻道时间”占据了绝大部分的“平均访问时间”!这就是为什么平均寻道时间是硬盘读写效率最重要指标的原因!这也是为什么我们的磁盘定时要做下“磁盘碎片整理”的原因,因为分散的碎片会引起较长的“平均寻道时间”。


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(2)最大内部数据传输率(internal data transfer rate)

    指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率,一般取决于硬盘的盘片转速和盘片数据线密度。目前大多数家用硬盘的内部传输率在60MB/s~90MB/s,内部数据传输率才是系统真正的瓶颈(“最大内部数据传输率”比“最大外部传输速率”要小很多,所以不要迷恋“最大外部传输速率”,它只是个传说,硬盘的转速相同时,单碟容量大的内部传输率高;在单碟容量相同时,转速高的硬盘的内部传输率高。


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(3)缓存

    缓存确实是个好东东!为什么这么说?先看看相关的工作原理:硬盘读取完指定扇区的数据之后、接到系统的下一条指令之前,磁头接着读取相邻的若干扇区的数据并存入缓存中。如果系统接下来所需的数据正好就是相邻扇区的数据,那么便可以直接从缓存中读取而不用磁头再寻址(缓存命中),从而极大提高数据访问速度。所以,为什么硬盘的缓存大有好处?就是这个原因,并且这也涉及到刚才说的“磁盘碎片整理”的问题。


暮色里的白雪檐 「出类拔萃」 2017-9-11 08:13 来自手机 |显示全部楼层

这个用户很懒,还没有填写自我介绍呢~

让人翻译成36种不同外语流传国内外世界各地的好帖 , s. P! P5 O+ D) l6 O6 q
渡年 「出类拔萃」 2018-5-4 15:13 来自手机 |显示全部楼层

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学习下。。。
那一缕微光 「龙战于野」 2018-5-10 19:19 |显示全部楼层

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在看完这帖子以后,我立即动手回复,因为我生怕迟到的回复不能使更多的人领悟你的圣明,以至使这等网上少有的好贴就此轮沉,我担不起这样的罪名!更加重要的是,能在如此重要、精辟而又生动的贴子后,留上自己的网名,这对我的生命,以及我的家庭,乃至我所处的社会中是多么荣耀的一件事啊,请您高贵而又宽容的心,能够原谅我的这点小小私心!
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