Hard Disk Drive

#组成

（图源 ）

关键组成：磁盘+主轴+磁头+磁头臂

#存储介质

1. 刚性磁盘
2. 存储原理：使用极性方向来存储0/1
3. 读写方法
   4. 读：磁头经过盘片上方，盘片本身的磁场能导致读取线圈中的电信号发生改变（磁头在移动过程中切割磁感线产生电流）
   5. 写：磁头经过盘片上方，通过电流来产生电磁场，改变盘片上单个存储单元的磁极性方向

#数据在盘片上的组织与操作

##在盘片上的组织

（图源 ）

1. 磁道（track）
2. 扇区（sector）
3. 柱面（cylinder）

##磁盘容量

1. Recording density (bits/in): number of bits that can be squeezed into a 1 inch segment of a track.
2. Track density (tracks/in): number of tracks that can be squeezed into a 1 inch radial segment.
3. Areal density (bits/in2): product of recording and track density.

##磁头的操作

磁盘旋转，磁头移动

（图源 ）

（图源 ）

##一个读操作的延迟 breakdown

（图源 ）

$T_{access}=T_{avgseek}+T_{avgrotation}+T_{avgtransfer}$

#磁盘访问时间的计算

$T_{avgseek}$ 一般是 3~9 ms

$T_{avgrotation}$ = 1/2 x 1/RPMs x 60 sec/1 min

$T_{avgtransfer}$ = 1/RPM x 1/(avg # sectors/track) x 60 secs/1 min

一个例子：

Given:

Rotational rate = 7,200 RPM Average seek time = 9 ms Avg # sectors/track = 400 （假设一个磁道有400个扇区）

Derived:

$T_{avgrotation}$ = 1/2 x (60 secs/7200 RPM) x 1000 ms/sec = 4 ms 就是算转半圈的延迟

$T_{avgtransfer}$ = 60/7200 x 1/400 x 1000 ms/sec = 0.02 ms

$T_{access}$  = 9 ms + 4 ms + 0.02 ms

1. Access time dominated by seek time and rotational latency.
2. First bit in a sector is the most expensive, the rest are free.

#磁盘 I/O

通过 Interrupt

#相关技术：

##坏块管理

每个扇区前都会有一个头标，头标中含有一些字段，其中包括对扇区是否能可靠存储数据的标记，还会有一个指示字，可在该扇区错误时指引磁头转到替换扇区或磁道，另外头标末尾还会有循环冗余校验CRC值，可以检查扇区头标的读出情况。

##提高容量密度

目前的磁盘已经难以通过增加磁盘大小与增加磁盘数量来提高容量。磁盘大小已经到达极限，再增大，既会增加体积，还会大幅降低磁盘稳定性，另外对于磁盘数量，目前9碟已经是极限了。

对于磁盘记录技术的发展，目前的主要趋势如下图所示，目前比较常见的有Perpendicular magnetic recording和Shingled Magnetic Recording两种。

#参考资料

1. 《大话存储终极版》第三章
2. wiki
3. 百度百科
4. link
5. link