考研408《计算机组成原理》复习笔记，第三章(5)——磁盘存储器
借鉴声明
图中部分图来自于该博主，感谢
概念回顾（可跳过）
存储系统的第一章我就简单介绍了什么是磁存储器
(错误修改版)考研408《计算机组成原理》复习笔记，第三章(1)——存储系统概念_408计算机组成原理 第三章-CSDN博客
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先回顾一下【磁存储器大家族】
- 磁表面存储器：靠 “磁载体 + 磁头” 的机械运动存数据，代表为磁盘、磁带
- 磁盘存储器：核心是【磁盘盘片（磁介质 ）+ 读写磁头】，按直接存储（对应表“直接存储器DAM”）
- 软盘：盘片是涂覆磁性材料的柔性塑料薄片，通过磁头读写
- 传统硬盘：【机械硬盘HDD】就是代表（注意超级重大误区：固态硬盘 ≠ 磁盘！！！！硬盘不完全属于磁盘，只有传统磁盘这种依靠【磁盘盘片（磁介质 ） + 读写磁头】的才是磁盘）
- 磁带：靠磁带上的磁粉记录数据，按顺序存取（ “顺序存储器 SAM” ）
- 磁芯存储器：用 “磁芯阵列 + 导线” 的电磁翻转存数据（曾用于计算机主存，后来被半导体替代，已经被淘汰）
一、磁盘存储器
因为【磁表面存储器的 “磁带”】、【磁芯存储器】都被淘汰了，所以不学，只有【磁盘存储器】才是现在依旧重要的磁性存储器
1、磁盘设备组成
ok，开始文科背诵就完事了
王道的笔记，自己学的比较透彻的看这个整体图回忆一下是够的
不是很熟的看下面这些图解
【磁盘整体】宏观图
整体宏观来看【磁盘】的组成就3大部件：【磁盘驱动器】+【磁盘控制器】+【盘片】
- 【磁盘驱动器】：驱动 “磁盘转动” 和 “磁头架带动磁头前后移动”，从而让磁头进行读/写
- 【磁盘控制器】：磁盘和主机的【接口】，接收CPU的指令来控制磁盘的状态（图片中没展示，装在主板上的）
- 【盘片】：注意，一个盘片上下包含2个盘面（当然也有特殊的，像下面左图的第一个和最后一个盘片就只有一个盘面）
这里【磁盘控制器】没什么好都说的，看个例题就会了
【盘面】图解
记住：【盘面】也叫【记录面】
盘片的表面涂有
磁性物质，这些磁性物质用来记录二进制数据。因为正反两面都可涂上磁性物质，故一个盘片可能会有两个盘面。
【柱面】图解
所有盘面中相对位置相同的磁道组成柱面。如下图，
【磁道、扇区】区别图解
每个盘片被划分为一个个磁道，每个磁道又划分为一个个扇区。如下图：
其中，最内侧磁道上的扇区面积最小，因此数据密度最大。
每个盘面对应一个磁头。所有的磁头都是连在同一个磁臂上的，因此所有磁头只能“共进退”。
【存储区域】
由此可知，存储区域多大由【磁头数】+【柱面数】+【扇区数】决定
- 【磁头数】——>可以确定有几个记录面（盘面），一个磁头对应一个记录面（盘面）
- 【柱面数】——>可以确定一个记录面（盘面）有多少磁道
- 【扇区数】——>可以表示一个磁道上有几个扇区
【磁盘寻址顺序】
由上可知：
【单个磁盘内】寻址
可用（柱面号，盘面号，扇区号）来定位任意一个“磁盘块”。
在“文件的物理结构”小节中，我们经常提到文件数据存放在外存中的几号块（逻辑地址），这个块号就可以转换成（柱面号，盘面号，扇区号）的地址形式。
提示重大易错误区：
- 【柱面号】=【磁道号】
- 【磁头号】=【盘面号】
可根据该地址寻找到一个“块”，操作如下：
- ① 根据“柱面号”移动磁臂，让磁头指向指定柱面；
- ② 根据“盘面号”找到是第几个盘面，激活指定盘面对应的磁头；
- ③ 磁盘旋转的过程中，根据指定的“扇区号”，扇区会从磁头下面划过，这样就完成了对指定扇区的读/写。
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【一个主机内】磁盘寻址
但是注意，我这里只是讲简单的【单个磁盘】的【寻址顺序】
一个主机里可能还有【多个磁盘】
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【磁盘的工作过程】
一个磁盘工作除了【寻址】还有【读取】、【写盘】
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【例题】
【磁盘高速缓存(Disk Cache)】
在【内存】中开辟一部分区域，用于缓冲将被送到磁盘上的数据。
优点：
- 写磁盘时是按【“簇”】进行的，可以避免频繁地用小块数据写盘;
- 有些中间结果数据在写回磁盘之前可被快速地再次使用。
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【簇】
是后面操作系统的知识点，现在初略理解
- 【簇】就是【逻辑上的“块”】
- 【扇区】是【物理上的“块”】
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还有2个重要知识点，记牢！！！！！
- 1、磁盘存储器是【高速外设（辅存）】，只用【直接访问存储器DAM】！！
- 2、【直接访问存储器DAM】可翻译成另一种解释：【采用成批数据交换方式】
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【例题】
【磁记录原理】
记住：
二、磁盘性能指标
王道这块讲得很好，完全不需要我多余的字解释
磁盘容量
记录密度
平均存取时间（必考常考）
【旋转延迟时间】一般计算方式
【传输时间】的2种考察计算方法
数据传输速率
例题
三、磁盘阵列RAID
RAID英文全拼：Redundant Array of Inexpensive Disks，廉价冗余磁盘阵列
说人话来理解：
就是本来一个独立的物理磁盘只能按顺序串行的访问，但是你用多个磁盘合起来，就能在【逻辑上】合成一个类似【低位多体交叉编址存储器】，不就能【并行访问】了嘛
然后你像百度云、夸克网盘这样的大数据库产业需要【又要存取数据快】、【又安全、不丢失数据】，那就要在能并行存取的基础上多加【几个磁盘，备份一模一样的数据】，这样坏了几个磁盘也不怕
然后又要在成本上减少【冗余磁盘】，那就一步一步改进，所以从简单的【RAID0】逐渐演变成——> 牛逼的【RAID5】
尤其注意【RAID0】、【RAID1】、【RAID2】的特点！！！！
另外需要注意图里的这几个专业名词：
【条带化】：就是像【低位交叉编址存储】的形式，把【N个物理实际磁盘】变成一个【逻辑磁盘】，可存取得更快——>【并行存取】
【磁盘镜像】就是RAID1那样，2磁盘备份统一数据，可提高数据安全可靠性
【奇偶校验】
RAID3、RAID4、RAID5都是用奇偶校验，来保证数据正确性、可靠性
例题
四、固态硬盘
1、机械硬盘VS固态硬盘
再次强调：这两本质就区别很大！！！
- 机械硬盘是【磁盘】，磁性材质存储器，英文叫HDD（Hard Disk Drive）
- 访问形式：串行访问存储器里的【直接存储器】
- 寻址速度：用机械臂和旋转磁盘来访问地址，有寻道时延+旋转延迟，比固态硬盘慢！！
- 存储区磨损：机械硬盘的【扇区】不会因为多次写入而坏
- 固态硬盘是【半导体】，英文叫SDD（Solid Status Drive）
- 访问形式：【随机存储器RAM】！！！
- 寻址速度：用电路控制访问位置，比机械硬盘快！！！
- 存储区磨损：多次写入会导致多次擦除，到一定次数，“块”会报废
- 不过也更贵。。。
- 不过共同点是都是【外存（辅存）】、都是【非易失性存储器】、都有【大容量】
2、固态硬盘原理
它是由【闪存Flash Memory】技术创造的，而【闪存】又是由【电可擦除ROM（EEPROM）】发展而来，所以固态硬盘也属于【ROM】
回顾【闪存】知识点
记住特点：
1、可读可写的ROM；
2、支持多次写入；
3、要先擦除再写入，写比读慢；
4、可以存储大量数据（代表：SD卡、U盘、固态硬盘、BIOS）
3、组成结构
宏观上结构：
就是主机通过I/O总线（因为它属于【外存(辅存)】），把要写/读的【逻辑“块”地址】，经过【闪存翻译层】的“翻译”变成SSD里【实际的物理地址】
微观上的细节：
那么SSD里最小的数据存储单位是【页】！！！
闪存里层级关系的【闪存芯片】——>【块】——>【页】
计算机只知道逻辑地址是 “块”，但是对于外存而言：
- 【磁盘的 “磁道”】相当于【闪存的 “块”】
- 【磁盘的最小单位 “块/扇区”】相当于【闪存的最小单位 “页”】
注意，如果一个【块】内只想写入某个【页】，但是要擦除整个【块】，那【其他要保留的页】的数据怎么保证不丢失？
那【要保留的页】就是迁移到别的干净的【块】，然后在那写入，那么也可以发现这时候要写入的【实际物理地址】不再是之前的了，也就是说 “逻辑地址映射的物理实际地址是会动态变化的”
4、磨损技术
前面说了，SSD固态硬盘的一个缺点就是【“块”被多次写入，会多次擦除，就会报废磨损】
所以就诞生【磨损均衡技术】：
