《UIT存储基础培训》PPT课件

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1、UIT存储基础技术中心郭镭第三章存储介质硬盘技术磁带技术硬盘读写数据原理磁存储技术的工作原理是通过改变磁粒子的极性来在磁性介质上记录数据。在读取数据时，磁头将存储介质上的磁粒子极性转换成相应的电脉冲信号，并转换成计算机可以识别的数据形式。磁存储设备是利用一层亚微米量级的表面磁介质作为记录信息的媒体，以磁介质的两种不同剩磁状态或不同剩磁方向变化的规律来表示二进制数字信息，磁表面存储器的信息记录和输出过程都是电、磁信息转换的过程，是通过磁头和运动着的磁介质来实现的。目前用户所使用的硬盘主要是温彻斯特磁盘，简称温盘。温盘的主要特点是：把磁头、小车、导轨、主轴和盘片等封装在一个腔体内，制成一

2、个整体组件，称之为头盘组件（HeadDiskAssembly，HDA）。这种结构的最大优点是盘片和磁头之间没有互换要求，每个磁头只读出它自己写入的信息，磁头不再需要作径向和偏斜等调整，有利于提高磁道密度。另外，整体封装有利于防尘，磁头的浮动高度大大降低，提高了位密度和可靠性。采用了质量轻、浮力小的磁头。采取了接触起停方式，又称CSS方式（ContactStartStop）。这种方式下，启动和停机时，磁头是降落在盘面上的。盘面上有一个起停区，停机时，磁头降落在起停区内。盘片起动旋转时，轻质磁头在盘面上滑行，当盘片由低速过渡到正常速度时，磁头浮起，从而精简了过去磁头退出盘面和进入盘面的一套机

3、构。温彻斯特硬盘硬盘主要物理结构盘片马达(motor)底座（Base）磁头PCB及RV传感器硬盘接口盘片Platter磁盘驱动器的主要组件之一是盘片，其盘片构成材料是铝合金或者是玻璃，表面覆盖着磁记录层。硬磁盘盘片直径小型化的同时，面密度也在不断提高。目前硬盘的面密度已经超过每平方英寸100GB。磁头Head硬磁盘驱动器的磁头是浮动磁头，工作过程中磁头与盘面不接触，两者之间有一个很小的间隙。当磁盘高速旋转时，由于空气的粘滞性，附着在盘面上的空气在磁头和盘面之间形成了一层空气垫，托住磁头。主轴Spindle和主轴电机Motor硬盘驱动器由主轴带动盘片旋转，其转速很高，目前一般为5400r/

4、min、7200r/min。高速硬盘一般是15000r/min，用于服务器和高速磁盘阵列。主轴电机一般为无刷直流电机，采用流体动压轴承以达到极小的径向偏摆，从而保证极小的磁道偏摆，利于磁头对磁道的跟踪。硬盘主要物理结构Aharddriveplatterbeingaccessedbyanactuatorarm.磁盘驱动器在存取工作过程中，首先要把磁头移动到目标磁道，这个过程称为寻道。到达目标磁道后，还要通过伺服跟踪系统使磁头动态保持在目标磁道的中心，这个过程叫磁道跟踪。在寻道过程中，首先执行寻道命令，把磁头当前所处磁道距目标磁道的距离计算出来，装入差值计数器中，然后根据差值的正、负和大小来

5、驱动磁头运动。为了提高寻道速度，一般把控制分成两个阶段来进行。第一阶段是“粗控”阶段，作用是速度控制。当目标磁道和当前磁道之差大于零时，采用速度控制，目的在于尽快找到目标磁道。当找到了目标磁道后，才进入“精控”阶段。“精控”阶段的作用是位置控制，保证磁头牢牢盯住目标磁道，所以又称跟踪控制方式。当访问某一个扇区时，磁头须从当前所处的磁道运动到指定的目标磁道，再等待被访问的扇区旋转到磁头下。所有盘面上的磁头装在同一个小车上作同步运动，即每一瞬间各盘面上的磁头均处于各自同一序号的磁道上，这些序号相同的磁道组成了一个柱面，与磁道编号一样，零磁道所在的柱面为零柱面，1号磁道所在的柱面为1号柱面，依

6、次类推。访问时，先要选择柱面，其次要选择磁头（也就是选择盘面）和扇区。所以，寻址用的地址信息应该有柱面号、磁头号和扇区号。硬盘的读写工作硬盘存储结构磁头Head磁头是硬盘中最昂贵、最重要的部件。MR磁头（Magnetoresistiveheads），即磁阻磁头，采用的是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以得到最好的读/写性能。磁道Track当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。

7、是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息是沿着磁道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着，因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，硬盘上的磁道密度很大，通常一面有成千上万个磁道。扇区Sector每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。柱面Cylinder硬盘由重叠多盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编