Linux系统之----磁盘硬件

1.磁盘的物理结构

磁盘的物理结构可以概括为以下几个主要部分：

1. 主轴（马达）：主轴是硬盘的核心组件之一，它通过电机驱动磁盘片高速旋转，常见的转速有5400RPM、7200RPM、10000RPM和15000RPM等。主轴电机用于旋转盘片，使其以高速旋转。通常，机械硬盘的转速为5400转/分钟、7200转/分钟或更高。

2. 磁盘片（相当于纸）：磁盘片是存储数据的物理载体，通常由铝、玻璃或陶瓷等材料制成，表面涂有一层磁性材料。磁盘片的正反两面都可存储数据，一个磁盘（如一个1T的机械硬盘）由多个盘片叠加而成。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。

3. 磁头（相当于笔）：磁头是用于读取和写入数据的装置，一般盘片的上下都有磁头，位于磁头臂上，每个磁头上都有读和写的操作装置。磁头通过识别磁盘磁粒的极性来读取数据，也可以利用其变化的磁场改变磁盘磁粒的极性，实现写入和改写数据。

4. 磁头臂（Actuator Arm）：磁头臂是支持磁头的可移动臂，通过电动机或电磁力控制，可以使磁头在盘片上移动到不同的磁道位置。磁头臂是连接磁头和磁盘驱动器主体的部件，它负责移动磁头到指定的位置。

5. 永磁铁：永磁铁用于磁头臂的驱动，通过磁力控制磁头臂的移动。磁头的驱动臂是由铜线制成的平直的电磁线圈，悬浮在永久磁铁的磁极间。

6. 盘片组：在多磁盘片的硬盘中，多个磁盘片叠放在一起，形成一个盘片组。每个磁盘片的上下两面都可以存储数据。

附图一张：

2.磁盘的存储结构

 a)是一个盘片的平面图，上面有一圈一圈的东西，我们称之为磁道，在一个磁道上会有很多个小间隙将这个磁道分为若干份，这里我们称每一小份都为一个扇区(sector，是磁盘存储数据的基本单位，512字节，块设备)，b)是多个盘片组合而成的结构

那数据是怎么读取的呢？请看下图

当我们读取数据时， 我们的磁盘会以一定速度旋转，同时我们的磁头也在左右摆动，在寻找读取的位置，磁头是和传动臂相连的，磁头和盘面是一对一的，一面一个磁头，并且这些磁头是共进退的，因为都连到一个传动臂上了，应该不需要多解释吧？之后还要补充一点概念，叫做柱面，就是指磁道，相同半径的磁道看做一个整体。如下图所示：

好！那问题来了，如何去定位一个扇区呢？

在这里，我们可以可以先定位磁头（header） ，再确定磁头要访问哪⼀个柱面(磁道)（cylinder），最后再定位⼀个扇区(sector)

3.磁盘的逻辑结构

我们先看一位老朋友：

这个大家应该都见过吧？我小时候还给拉开过，对就是磁带，这上面可以存储数据

我们要是把磁带拉直的话是不是就这样了？

 好！想象一下我们把磁盘也给拉直了，是不是就是这样的？

这样每一个扇区，就有了一个线性地址(其实就是数组下标)，这种地址叫做LBA  

所以逻辑上，我们可以理解为磁盘整体是由“柱面”卷起来的。 

因此当我们将磁道展开，就是一个一维数组！

将柱面展开，就是个三维数组！如下图所示

但是我们才C/C++角度看，这三维数组本质上不也是个一维数组吗？

这里给大家生成一个示例：