7.磁盘存储器（机械）
考点：磁盘存取时间的计算
与操作系统有重合，操作系侧重算法管理，计组侧重硬件
计算机的外存储器又称为辅助存储器，目前主要使用磁表面存储器。
所谓“磁表面存储”，是指把某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面上作为载磁体来存储信息。磁盘存储器、磁带存储器和磁鼓存储器均属于磁表面存储器。
- 磁表面存储器的优点：
①存储容量太，位价格低；
②记录介质可以重复使用；
③记录信息可以长期保存而不丢失，甚至可以脱机存档；
④非破坏性读出，读出时不需要再生。
- 磁表面存储器的缺点：
①存取速度慢；
②机械结构复杂；
③对工作环境要求较高。
7.1组成
硬盘存储器由磁盘驱动器，磁盘控制器和盘片组成。
- 磁盘驱动器：核心部件是磁头组件和盘片组件，温彻斯特盘是一种可移动头固定盘片的硬盘存储器。
- 磁盘控制器：是硬盘存储器和主机的接口（I/O控制器），主流的标准有IDE（ATA）、SCSI、SATA等。
- 盘片：磁盘存储区域
一块硬盘含有若干个记录面，每个记录面划分为若干条磁道，而每条磁道又划分为若干个扇区，扇区（也称块）是磁盘读写的最小单位，也就是说磁盘按块存取。
- 盘片
- 磁道
- 扇区（读写最小单位）
- 磁道
一个盘片的正面反面都可以涂上磁性材质：
7.2磁盘性能指标
7.2.1磁盘的容量
一个磁盘所能存储的字节总数称为磁盘容量。磁盘容量有非格式化容量和格式化容量之分。
- 非格式化容量：从物理上来看，磁盘可以记录的二进制bit位的上限。是指磁记录表面可以利用的磁化单元总数。
- 格式化容量：是指按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量。进行格式化之后会预留下某些空间，等到使用的某些扇区坏了，那么备份的扇区就会出来顶替坏掉的扇区。
格式化容量 < 非格式化容量
7.2.2记录密度
记录密度是指盘片单位面积上记录的二进制的信息量，通常以道密度、位密度和面密度表示。
-
道密度：是沿磁盘半径方向单位长度上的磁道数；
如：60道/cm：就是1cm上60个磁道。
-
位密度：是磁道单位长度上能记录的二进制代码位数；
如：600bit/cm：就是在这个磁道上，1cm可以存储600bit二进制位。
【注意】虽然在扇区看起来，里层的更短，但是存储的数据量一样大，所以越内侧的磁道位密度越大。
-
面密度：是位密度和道密度的乘积。
7.2.3平均存取时间
平均存取时间 =
**寻道时间(磁头移动到目的磁道) + **
**旋转延迟时间(磁头定位到所在扇区) + **
传输时间(传输数据所花费的时间).
【注意】
- 有的题目还会要求加上磁盘控制器延迟的时间。
- 如果题目没有给出旋转延迟时间，那么就用磁盘转半圈的时间替代。
7.2.4数据传输率
磁盘存储器在单位时间内向主机传送数据的字节数，称为数据传输率。
因为每次都可以读入一整条的磁道的数据。
假设磁盘转数为 r(转/秒），每条磁道容量为 N 个字节，则数据传输率为：
D
r
=
r
N
D_r = rN
Dr=rN
7.3磁盘地址
主机向磁盘控制器发送寻址信息，磁盘的地址一般如图所示：
| 驱动器号 | 柱面（磁道）号 | 盘面号 | 扇区号 |
|---|---|---|---|
| 一台电脑可能有多个硬盘 | 移动磁头臂（寻道） | 激活某个磁头 | 通过旋转将特定扇区划过磁头下方 |
例题：
若系统中有4个驱动器，每个驱动器带一个磁盘，每个磁盘256个磁道、16个盘面，每个盘面划分为16个扇区，则每个扇区地址要18位二进制代码：
驱动器号 (2bit)
柱面(磁道)号 (8bit)
盘面号 (4bit)
扇区号 (4bit)
7.4磁盘工作过程
硬盘的主要操作是寻址，读盘、写盘。每个操作都对应一个控制字，硬盘工作时，第一步是取控制字，第二步是执行控制字。
硬盘属于机械式部件，其读写操作是串行的，每次读写1bit，且读写不能同时进行（不可能在同一时刻既读又写，也不可能在同一时刻读两组数据或写两组数据）。
7.5磁盘阵列RAID
RAID（Redundant Array of Inexpensive Disks，廉价冗余磁盘阵列）是将多个独立的物理磁盘组成一个独立的逻辑盘，数据在多个物理盘上分割交叉存储、并行访问，具有更好的存储性能、可靠性和安全性。
因为磁盘读写只能是串行的，所以把物理上相邻的两个磁盘，分为两个disk，那么在读出数据时如果要读A1、A2的数据，就可以做到某种程度上的并行。
RAID的分级如下所示。在RAID1~RAID5的几种方案中，无论何时有磁盘损坏，都可以随时拔出受损的磁盘再插入好的磁盘，而数据不会损坏。（越往后，冗余信息的占比会越来越低，可靠性也更高）
RAIDO:无冗余和无校验的磁盘阵列。
RAID1:镜像磁盘阵列。
RAID2:采用纠错的海明码的磁盘阵列。
RAID3:位交叉奇偶校验的磁盘阵列。
RAID4:块交叉奇偶校验的磁盘阵列。
RAID5:无独立校验的奇偶校验磁盘阵列。
RAID0：把连续多个数据块交替地存放在不同物理磁盘的扇区中，几个磁盘交叉并行读写，不仅扩大了存储容量，而且提高了磁盘数据存取速度，但RAID0没有容错能力。
RAID1：存放两份数据。为了提高可靠性，使两个磁盘同时进行读写，互为备份，如果一个磁盘出现故障,可从另一磁盘中读出数据。两个磁盘当一个磁盘使用，意味着容量减少一半。
RAID2：逻辑上连续的几个bit物理上分散存储在各个盘中4bit信息位+3bit海明校验位――可纠正一位错。
