对磁盘的理解

对磁盘的理解

磁盘的结构

磁盘是由表面徒有磁性物质的金属或塑料构成的原型盘片,通过一个称为磁头的导体线圈从磁盘存取数据。在读/写操作期间,磁头固定,磁盘在下面高速旋转。

磁道:磁盘盘面上的数据存储在一组同心圆中,称为磁道。每个磁道与磁头一样宽,一个盘面有上千个磁道。磁道又划分为若干个扇区。 磁头数:即记录面数,表示硬盘共有多少个磁头,磁头用于读取/写入盘片上记录面的信息,一个记录面对应一个磁头。 柱面数:表示硬盘每面盘片上有多少条磁道。在一个盘组中,不同记录面的相同编号(位置)的诸磁道构成一个圆柱面。 扇区数:表示每条磁道上有多少个扇区。注:扇区(也称盘块)是磁盘读写最小单位,即磁盘按块存取。每个扇区固定存储大小(通常为512B)补充: 对磁盘进行移臂调度其目的是为了缩短寻到定位时间

磁记录原理

原理:磁头和磁性记录介质相对运动时,通过电磁转换完成读/写操作。编码方法:按某种方案(规律),把一连串的二进制信息变换成存储介质磁层中一个磁化翻转状态的 序列,并使读/写控制电路容易、可靠地实现转换。磁记录方式:通常采用调频制(FM)和改进型调频制(MFM)的记录方式。 磁盘的性能指标

磁盘的容量:一个磁盘所能存储的字节总数称为磁盘容量,磁盘容量有非格式化容量和格式化容量之分。非格式化容量是指磁记录表面可以利用的磁化单元总数,格式化容量是指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量。记录密度:记录密度是指盘片单位面积上记录的二进制信息量,通常以道密度、位密度和面密度表示。道密度是沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数,位密度是磁道单位长度上能记录的二进制代码位数,面密度是位密度和道密度的乘积。 注意,由于扇区按固定圆心角度划分,所以密度从最外道向里道增加,磁盘的存储能力受限于最内道的最大记录密度。平均存取时间:平均存取时间由寻道时间(磁头移动到目的磁道的时间)、旋转延迟时间(磁头定位到要读写扇区的时间,取旋转一周时间的一半)和传输时间(传输数据所花费的时间)三部分构成。由于寻道和找扇区的距离远近不一,因此前两部分通常取平均值。数据传输率:磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数,称为数据传输率。假设磁盘转数为r转/秒,每条磁道容量为N字节,则数据传输率为Dr= r*N

磁盘地址

磁盘地址用“柱面号·盘面号·扇区号(或块号)”表示。主机向磁盘控制器发送寻址信息,磁盘的地址一般如图:

例如:若系统中有4个驱动器,每个驱动器带一个磁盘,每个磁盘256个磁道、16个盘面,每个盘面划分为16个扇区,则每个扇区地址要18位二进制代码,其格式如图:

磁盘调度算法

一次磁盘读写操作的时间由寻找(寻道)时间、延迟时间和传输时间决定。

寻找时间Ts:活动头磁盘在读写信息前,将磁头移动到指定磁道所需要的时间。这个时间除跨越n条磁道的时间外,还包括启动磁臂的时间s,即 Ts=m×n+S

式中,m是与磁盘驱动器速度有关的常数,约为0.2ms,磁臂的启动时间约为2ms。

延迟时间Tr:磁头定位到某一磁道的扇区(块号)所需要的时间,设磁盘的旋转速度为r,则 Tr=1/2r

对于硬盘,典型的旋转速度为5400转/分,相当于一周11.1ms,则T,为5.55ms;对于软盘,其旋转速度为300~一600转/分,则T为50~一100ms。

传输时间Tt:从磁盘读出或向磁盘写入数据所经历的时间,这个时间取决于每次所读/写的字节数b和磁盘的旋转速度: Tt=b/(r*N)

式中,r为磁盘每秒的转数,N为一个磁道上的字节数。

例题:设磁盘的转速为3000转/分,盘面划分为10个扇区,则读取一个扇区的时间是

解:由题目可知,磁盘的转速为3000转/分,这表示在单位时间内,磁盘可以转动3000转,若以秒为单位时,就是1秒50转。又因为盘面划分为10个扇区,这使得一秒内磁头读取了50×10=500个扇区。所以读取一个扇区的时间为1/500秒=0.002秒=2ms。(可参考上图扇区帮助理解)

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