硬盘

前言：来吧，继续补硬件知识

磁盘存储器的信息存储原理

（这个图有点老了，实在找不到合适的图，现在磁盘的磁表面应该是垂直排列，这样存储量更大）

• 写 1 时：
  线圈通以正向电流，使呈 N - S 状态

• 写 0 时：

  线圈通以反向电流，使呈 S-N 状态

• 读时：

  磁头固定不动，载体运动。因为载体上小的磁化单元外部的磁力线通过磁头铁芯形成闭合回路，在铁芯线圈两端得到感应电压。根据感应电压的不同的极性，可确定读出为 0 或 1

磁盘的磁道和扇区

磁盘磁道的格式

每个扇段也就是磁道的某一部分，有这样一些组成。

• 间隙

  间隙就不说了

• ID 域

  道号：指磁道号。头号：指盘面编号（后面给出）。段号：扇区的编号。CRC 检验错误的数据。

• 数据域

  数据有 512 字节。但是一个扇区不止 512 字节。

如何读一个磁盘扇区

• CPU 对「磁盘控制器」或 DMA 控制器初始化：读命令、磁盘逻辑块号、主存起始地址、数据块大小。然后启动「磁盘驱动器」工作。

  

• 磁盘控制器读相应的扇区，并按 DMA 方式把数据放入主存

  

• 当 DMA 传送结束，磁盘孔子器向 CPU 发出 "DMA结束中断请求"，要求 CPU 进行相应的后处理

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固态硬盘

闪存（NAND memory）

有三种操作：擦除、编程、读取

注意是：读快！写慢！

• 快擦：所有单元都是 1
• 编程：需要之处都是 0
• 读出：控制栅加正电压，若状态为 0，则读出电路检测不到电流；若状态为 1，则能检测到电流。

固态硬盘

它用闪存颗粒代替了磁盘作为存储介质，利用闪存的特点，以区块写入和抹除的方式进行数据的写入。

写操作比读操作慢得多。顺序读比顺序写大致快一倍，而随机读比随机写大致快 10 倍。

随机读写延时比硬盘低两个数量级（随机读约为几十微秒，随机写约为几百微秒）

一个闪存芯片由若干个区块组成，每个区块由若干页组成。通常，页大小为 512B~4KB，每个区块由 32~128 个页组成，因而区块大小为 16KB~512KB，数据可以按页为单位进行读写。

当需要写某页信息时，必须先对该页所在的区块进行擦除操作。一旦一个区块被擦除过，区块中的每一页就可以直接再写一次。若某一区块进行了大约 100 000 次重复写之后，就会被磨损而变成坏的区块，不能再被使用。因此，闪存翻译层中有一个专门的均化磨损（wear leveling）逻辑电路，试图将擦除操作平均分布在所有区块上，以最大限度地延长 SSD 的使用寿命。由此可见，对于物理区块的写优化是由 SSD 中的硬件实现的，无需软件进行写优化。

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