今天寫一篇接地氣的文章，常見的機(jī)械硬盤內(nèi)部構(gòu)造是怎樣的，以及哪些因素決定了硬盤的性能?！?/p>

硬盤的結(jié)構(gòu)

先上圖。硬盤主要由盤片、盤片驅(qū)動(dòng)器、磁頭及控制裝置組成。盤片由較輕質(zhì)的金屬（如鋁）或玻璃制成，表面再涂上一層磁性材料。盤片的光潔度極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們生活中使用的鏡子。硬盤都是密封的，內(nèi)部非常干凈，哪怕是一絲肉眼看不見的灰塵也會(huì)給盤面帶來致命的損傷。

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盤片上存儲(chǔ)的信息是由磁頭寫入的，在一張盤片的正反兩面都會(huì)有一個(gè)磁頭進(jìn)行讀寫。磁頭是硬盤中最昂貴、最精密的部分。磁頭裝在磁頭支架上，它們像梳子的齒一般伸進(jìn)各自負(fù)責(zé)的盤片間隔中。磁頭支架在特殊的電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，可以使磁頭在盤片上不同的地方來回移動(dòng)。盤片在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)帶動(dòng)盤表面的空氣，空氣作用在磁頭上產(chǎn)生一個(gè)浮力使磁頭與盤面保持一個(gè)極微小的距離。這樣既可有效進(jìn)行讀寫，也不會(huì)磨損盤面。

每個(gè)盤片被劃分為若干個(gè)同心圓，每個(gè)同心圓就是一個(gè)磁道（track），多張盤片相同位置的磁道組成一個(gè)柱面（cylinder），盤片中有多少個(gè)磁道，就有多少個(gè)柱面。每個(gè)磁道又被劃分為若干個(gè)扇區(qū)（sector），扇區(qū)就是磁頭讀寫的最小單位。當(dāng)我們輸入了要讀寫某個(gè)信息的命令時(shí)，磁頭驅(qū)動(dòng)電機(jī)就會(huì)移動(dòng)磁頭在盤片上尋找適當(dāng)?shù)奈恢眠M(jìn)行工作，這就是整個(gè)硬盤的工作原理。

硬盤的存儲(chǔ)容量=磁頭數(shù)×磁道（柱面）數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每道扇區(qū)字節(jié)數(shù)

需要說明的是，早期硬盤所有磁道的扇區(qū)數(shù)量是一致的，但外部磁道的周長(zhǎng)要遠(yuǎn)大于內(nèi)部磁道，這樣帶來的問題是外部磁道的數(shù)據(jù)密度低，存在浪費(fèi)。現(xiàn)代大容量硬盤對(duì)此做出改進(jìn)，外部磁道的扇區(qū)數(shù)量要多于內(nèi)部磁道，相同角速度下外部磁道的讀寫速度要高于內(nèi)部磁道。所以，為了更好地使用硬盤，數(shù)據(jù)應(yīng)優(yōu)先放在外部磁道上。

性能考量

硬盤的性能指標(biāo)主要由以下三個(gè)參數(shù)決定：

尋道時(shí)間：在磁道之間移動(dòng)磁頭所花費(fèi)的時(shí)間

旋轉(zhuǎn)延遲：盤片將正確扇區(qū)旋轉(zhuǎn)至磁頭下的時(shí)間

傳輸速率：磁盤的帶寬 

因此，硬盤完成一個(gè)I/O消耗的時(shí)間=尋道時(shí)間+旋轉(zhuǎn)延遲+數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間

尋道時(shí)間以毫秒（ms）來計(jì)算，不同磁盤的尋道時(shí)間不同，對(duì)于一塊15000轉(zhuǎn)/分鐘 的3.5英寸SAS盤，其平均尋道時(shí)間是3.8ms，減少磁盤尋道時(shí)間能增強(qiáng)性能。I/O類型也會(huì)影響尋道時(shí)間，連續(xù)I/O擁有最少的尋道時(shí)間，因?yàn)榇蓬^可以在盤片上連續(xù)操作，而隨機(jī)I/O就相對(duì)有較長(zhǎng)的尋道時(shí)間，因?yàn)榇蓬^始終需要在不同的磁道間切換。

旋轉(zhuǎn)延遲以毫秒（ms）來計(jì)算，通常以平均值表示，更高轉(zhuǎn)速的磁盤其延遲更小。如一塊每分鐘10000轉(zhuǎn)的磁盤，轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間為6ms，則平均旋轉(zhuǎn)延遲為3ms。

傳輸速率以MB/s來計(jì)算，指在盤片上讀寫數(shù)據(jù)的快慢。數(shù)據(jù)傳輸速率又可以分成內(nèi)部傳輸速率和外部傳輸速率。內(nèi)部速率指將數(shù)據(jù)由盤片傳輸至磁盤內(nèi)部緩存的速率，外部速率指將數(shù)據(jù)由磁盤接口傳輸至主機(jī)總線的速率。

結(jié)語

從接口劃分，硬盤可分為SATA盤、SAS盤、FC盤、SCSI盤等；從轉(zhuǎn)速上看，既有5400轉(zhuǎn)/分鐘、7200轉(zhuǎn)/分鐘的SATA盤，也有10000轉(zhuǎn)/分鐘、15000轉(zhuǎn)/分鐘的SAS盤、FC盤；從形態(tài)上看，本文主要介紹了機(jī)械硬盤相關(guān)內(nèi)容，但當(dāng)前固態(tài)盤也占據(jù)了相當(dāng)大的市場(chǎng)份額。簡(jiǎn)單來說，固態(tài)盤由控制芯片、緩存、大量的閃存芯片組成，沒有了機(jī)械硬盤的磁頭、馬達(dá)、盤片等部件，后續(xù)文章再詳細(xì)介紹。