深刻浅出计算机组成原理学习笔记：第四十五讲

在1991年，我刚接触计算机的时候，不少计算机尚未硬盘。整个操做系统都安装在5⼨或者3.5寸的软盘里。不过，很快⼤部分计算机都开始⽤上了直接安装在主板上的机械硬盘。
到了今天，更早的软盘早已经被淘汰了。在我的电脑和服务器里，更晚出现的光盘也已经不多用了。

机械硬盘的生命力仍然很是顽强。不管是做为我的电脑的数据盘，仍是在数据中内心面用做海量数据的存储，机械硬盘仍然在被大量使用。不只如此，
随着成本的不断降低，机械硬盘还替代掉了不少传统的存储设备，好比，之前经常⽤来备份冷数据的磁带。

那这一讲里，咱们就从机械硬盘的物理构造开始，从原理到应用剖析一下，看看咱们能够怎么样用好机械硬盘。

1、拆解机械硬盘

一、盘面

一、定义

二、材质

三、数据存储在哪里

四、什么控制盘面旋转

五、硬盘购买指标

二、磁头

 

一、磁头的做用

 

二、一个片面上一般有几个磁头？

三、一块硬盘有多少个盘面？

三、悬臂

 

一、从原理方面

二、盘面像什么？

四、数据是怎么存到盘片上

咱们刚才说的一个磁道，会分红一个一个扇区（Sector）

上下平行的一个一个盘面的相同扇区呢，咱们叫做一个柱面（Cylinder）

一、步骤一

二、步骤二

三、平均延时

四、平均寻道时间

 

2、PartialStroking：根据场景提高性能

一、缩短行程

 

二、缩短行程

最极端的状况是不寻道

只用1/2或者1/4的磁道

三、在当时那个更划算

软件层面

硬件层面

结论

 

在2000-2010年这10年间，正是这些奇思妙想，让海量数据下的互联网蓬勃发展起来的。在没有SSD的硬盘的时候，聪明的工程师们从硬件到软件，
设计了各类有意思的方案解决了咱们遇到的各种性能问题。而对于计算机底层知识的深刻了解，也是可以找到这些解决办法的核心因素。

总结延伸

好了，相信经过这一讲，你对传统的HDD硬盘应该有了深刻的了解。咱们来总结一下。

机械硬盘的硬件，主要由盘面、磁头和悬臂三部分组成。咱们的数据在盘面上的位置，能够经过磁道、扇区和柱面来定位。实际的一次对于硬盘的访问，
须要把盘面旋转到某一个“几何扇区”，对准悬臂的位置。而后，悬臂经过寻道，把磁头放到咱们实际要读取的扇区上。

受制于机械硬盘的结构，咱们对于随机数据的访问速度，就要包含旋转盘⾯的平均延时和移动悬臂的寻道时间。经过这两个时间，咱们能计算出机械硬盘的IOPS。

7200起色械硬盘的IOPS，只能作到100左右。在互联网时代的早期，咱们也没有SSD硬盘能够用，因此工程师们就想出了Partial Stroking这个浪费存储空间，
可是能够缩短寻道时间来提高硬盘的IOPS的解决方案。这个解决方案，也是一个典型的、在深刻理解了硬件原理以后的软件优化⽅案。