8、存储子系统详解

存储子系统详解

1. 硬盘工作原理

硬盘的读写过程依赖于磁头和盘片的协同工作。当盘片旋转时，磁头可以对经过其下方的扇区进行读写操作。由于盘片高速旋转，磁头实际上是悬浮在盘片上方约一微米的空气中，不与盘片直接接触。

早期的硬盘只有基本的机电硬件，需要单独的磁盘控制器来控制操作。后来，磁盘控制器功能被集成到硬盘内部，主机只需发出高层请求，如指定柱面、磁头、扇区（CHS）、块数和 I/O 方向（读或写），硬盘内部的控制器就能处理底层细节。如今的硬盘内部智能化程度越来越高，对外提供的接口却越来越简单，主机无需了解硬盘的几何细节，数据可以简单地作为从 0 开始编号的块数组进行访问。

2. 磁盘参数

磁盘性能由一组参数来衡量，包括存储容量、访问延迟和带宽（原始数据传输速率）。

2.1 存储容量

总磁盘容量的计算公式为：
[
\text{总容量} = \text{磁头数} \times \text{柱面数} \times \text{每磁道扇区数} \times \text{扇区大小}
]

例如，一个具有 5 个磁头、15625 个柱面、每磁道 250 个扇区且每个扇区 512 字节的磁盘，其容量为 10,000,000,000 字节，磁盘制造商通常将其标注为 10 千兆字节（注意这里是小写的“g”，硬盘厂商使用的千兆字节表示 1,000,000,000 字节，而大写的 Gigabyte 表示 1024 × 1024 × 1024，即 1,073,741,824 字节）。当磁盘采用分区数据记录技术时，每磁道的扇区数可能因柱面不同而不同，此时磁盘容量的计算会变得更复杂。