硬盘磁头

python是编程语言 语言 一种事物与另外一种事物沟通的介质 所以说编程语言是程序员与计算机沟通的介质 什么是编程： 就是程序员用计算机所能理解的表达方式（编程语言）把自己的思维逻辑写下来，编程的结果就是一堆文件 什么要编程？ 或者说为什么要和计算机沟通，让计算机按照人的逻辑执行程序，取代并解放人力 完整的计算机系统 3层结构 应用程序 （不能直接操作硬件，如果要操作硬件，需要向操作系统层发出请求） 操作系统 （往上服务于应用软件，往下控制硬件） 计算机硬件 五大组成 控制器：统筹规划硬件与软件的运行，调控计算机各组成部分协调合作 运算器：可以完成数据的 算数运算 与 逻辑运算，得到想要的结果 存储器：需要再次使用的数据可以通过存储器进行 临时 或 永久存储 - 内存： 基于电工作，通电能存数据，断电数据消失 - 外存： 外部存储（硬盘），永久保存数据 输入input设备：将外界的信息，通过输入设备，提供给计算机 输出output设备：从计算机内部提前想要的数据 数据的处理流程 数据先通过输入设备到内存，然后CPU从内存里取出数据在进行处理，最后处理完的数据给到内存，内存给到输出设备显示 计算机三大核心 cpu: 中央 控制器 + 运算器 内存：临时存储数据，断电后消失 硬盘：永久存储数据，断电后还拥有 CPU 控制器+运算器=CPU 功能： 控制+运算 工作方式： 取值---

现代个人计算机器磁盘是从IBM PC XT进化而来，XT的磁盘控制器位于插件卡中，控制着10MB的希捷磁盘。希捷磁盘由4个磁头，306个柱面，每个磁道有17个扇区。控制器能够操作两个驱动。操作系统读写磁盘的方式是：把参数放进CPU寄存器，然后调用PC内建只读内存中的BIOS（基本输入输出系统）。BIOS发布机器指令来加载硬盘控制器寄存器。 从控制器位于分开的板子上，到控制器和驱动紧密集成，技术的飞速发展始于20世纪70年代中期的IDE驱动（电子集成驱动器）。然而，BIOS的调用规范由于向后兼容的原因并未发生变化。调用规范通过给磁头，柱面和扇区编号来给扇区编址，磁头和柱面从0开始编号，扇区从1开始。这种选择可能是来自早期BIOS程序员犯的错误，他在8088汇编器中编写他的杰作。磁头编号有4位，扇区编号有6位，柱面有10位，最大的驱动可能有16个磁头，63个扇区和1024个柱面，合计1032192个扇区。这样一个最大的驱动能存储504MB，在当时看起来似乎是无限的，在今天肯定不是。（你会抱怨今天新买的计算机不能驾驭超过1000TB的驱动吗？） 很不幸的是，不久，504MB以下的驱动诞生了，但是它的结构是错的（比如，4个磁头，32个扇区，2000个柱面共计256000个扇区）。由于一成不变的调用规范，操作系统无法给扇区编址。就这样，磁盘控制器开始撒谎了，假装驱动结构处于BIOS的限制下

[练习4]分析bootloader加载ELF格式的OS的过程 通过阅读bootmain.c，了解bootloader如何加载ELF文件。通过分析源代码和通过qemu来运行并调试bootloader&OS，理解： 1.bootloader如何读取硬盘扇区的？ 2.bootloader是如何加载ELF格式的OS？ 问题1：bootloader如何读取硬盘扇区 分析原理 阅读材料其实已经给出了读一个扇区的大致流程： 1.等待磁盘准备好 2.发出读取扇区的命令 3.等待磁盘准备好 4.把磁盘扇区数据读到指定内存 实际操作中，需要知道怎样与硬盘交互。阅读材料中同样给出了答案：所有的IO操作是通过CPU访问硬盘的IO地址寄存器完成。硬盘共有8个IO地址寄存器，其中第1个存储数据，第8个存储状态和命令，第3个存储要读写的扇区数，第4~7个存储要读写的起始扇区的编号（共28位）。了解这些信息，就不难编程实现啦。 分析代码 bootloader读取扇区的功能是在boot/bootmain.c的readsect函数中实现的，先贴代码： static void waitdisk ( void ) { //如果0x1F7的最高2位是01，跳出循环 while ( ( inb ( 0x1F7 ) & 0xC0 ) != 0x40 ) /* do nothing */ ; } /* readsect -

IDE和SCSI是两种相互独立的技术，多年来一直控制各自的应用领域。IDE硬盘与SCSI硬盘的技术应用，是完全不同的两个方向。IDE硬盘是作为系统操作硬盘使用，而SCSI硬盘是作为数据存储硬盘使用。随着技术的发展，IDE硬盘以其价格优势不断向数据领域扩展。 10年以前广播电视领域出现了第一台视频服务器。在当时，可供选择的硬盘技术只有典型的SCSI技术以及几年后的光纤驱动器。从那时起，磁盘驱动器的容量和性能不断地提高，磁盘驱动器的生产厂家主要在磁盘媒介和磁头设计方面有明显的改进。SCSI硬盘和光纤驱动器由于有着最高的容量、性能和稳定性而成为领先者。 随着技术的不断发展，IDE硬盘的性能有很大提高,推出的基于IDE技术的ATA硬盘，增大了缓存，提高了转速和传输带宽，增加了寿命，一些技术参数接近甚至超过SCSI硬盘。与老一代的IDE硬盘相比较，性能有了很大的飞跃。所以很多存储器厂家纷纷推出基于ATA硬盘的盘塔，希望代替SCSI硬盘的盘塔或FC硬盘的盘塔。 现就对这两种硬盘的性能指标作一肤浅的分析。 1． 数据传输速率 现在SCSI和ATA的数据传输速率很接近，ATA驱动器最高可达56MB/秒， SCSI驱动器是65MB/秒 2． 比特错误率 驱动器发生错误的频率叫做“比特错误率”。ATA驱动器和SCSI驱动器的比特错误率现在已非常接近，达到了10-14。 3． 磁盘转速

目前硬盘接口类型不算多，主要有IDE、SCSI、SATA三种。IDE许多时候以Ultra ATA指代之，很多人习惯将Ultra ATA硬盘称为IDE硬盘，但需要说明的是IDE的概念要大于ATA——原则上所有硬盘驱动器集成控制器的设计都属于IDE，SCSI也不例外。当然，以IDE指代ATA已经形成很大的惯性，SATA开始将IDE与ATA区别开来。成熟廉价的是IDE，最新兴的是SATA，稳定价高的SCSI。最早出现的是IDE接口，后来出现SCSI接口，主要面向服务器。如果仔细观察，你可以发现，最近电脑业界的系统总线都是朝串行发展，硬盘的接口总线SATA是个代表，包括今后的将要顶替AGP接口的图形接口标准PCI-Express，都朝着串行方向发展。 1. IDE接口： IDE的英文全称为：Integrated Drive Electronics，是目前最主流的硬盘接口，包括光储类的主要接口。它经过数年的发展变得很成熟、廉价、稳定。IDE接口使用一根40芯或80芯的扁平电缆连接硬盘与主板，每条线最多连接2个IDE设备（硬盘或者光储）。早期的是用IDE多功能卡插在主板上，再连接IDE线，这功能卡已经淘汰；目前主板全部提供2个IDE接口，相比IDE多功能卡，它显得价格便宜和易于安装。IDE接口又分为UDMA/33，UDMA/66，UDMA/100，UDMA/133。1996年底

1. 硬盘物理结构 硬盘物理上主要分为： 盘片 磁道 扇区 机械臂 磁头 主轴 磁道： 当硬盘盘片旋转时，磁头若固定在一个位置上，则磁头会在盘片表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。以盘片中心为圆心，由此可以划分出很多磁道来， 这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅 是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，硬盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的， 盘片上的磁道由外向内依次从“0”开始进行编号。 柱面： 由于硬盘可以由很多盘片组成，不同盘片的相同磁道就组成了柱面(cylinder)，如第一个图片。 磁头： 假设有N个盘片组成的硬盘，那么有2N个盘面(一个盘片有2面)，那么磁头也就有2N个，即每个盘面有一个磁头。 扇区： 早期的硬盘盘片的盘面以圆心开始向外放射状将磁道分割成等分的弧段，这些弧段便是硬盘的扇区。每个扇区一般规定大小为512byte，这里大家应该比较疑惑，外圈周长很明显比内圈要长，怎么可能每个扇区都是512byte?其实答案早期硬盘外圈存储比内圈存储密度低一些，所以外圈很长但是仍然只能存储512byte，因此如果我们知道了柱面数(磁道数) Cylinders、磁头数Heads、扇区数Sectors，基本上硬盘的容量我们能够计算出来 硬盘总容量= Cylinders * Heads * Sectors * 512byte。但是由于早期硬盘外圈密度低，导致盘片利用率不高

计算机组成原理 计算机的五大组成部分，分别为：控制器、存储器、运算器、输入设备和输出设备。其中控制器+运算器是计算机的中央处理器（CPU），相当于人类的大脑。 一、控制器（一） 计算机的指挥系统。大脑指挥全身的器官运行，但是大脑不会随意的指挥身体行动，大脑只有在接受指令后才会控制身体行动。 二、运算器（二） 运算器是计算机的运算系统。大脑除了指挥，无时无刻还在运算。即实现算术运算和逻辑运行。 1、算术运算：1+1=2 2、逻辑运行：吃饭太闲，喝水？ 三、控制器+运算器（计算机的忠言处理器CPU） 吃饭流程例子。 1、当你吃饭的时候，大脑会接受吃饭的指令，之后把指令翻译成你身体需要进行的动作（控制器） 2、如果吃的是西餐，则使用勺子；如果吃的是中餐，则使用筷子（运算器）。 四、存储器 计算机的存储系统。需要注意的是：无论内存还是外存，计算机存储的数据格式都是01，01的形式，0和1由电压的电平控制（了解知识点）。计算机的存储的一个二进制单位称为1bit，8bit=1Bytes称为一个字节，1024Bytes=1KB，1024KB=1MB，1024MB=1GB，1024GB=1TB，1024TB=1PB。 下面展示了目前市面上常用的存储器，从图中可以看出存储器的速度、容量和价格是相互矛盾的。 4.1 内存（主存） 内存是计算机内临时存储数据的硬件设备，由于内存读取数据速度较快内存

磁盘存储与分区 设备文件 一切皆文件：open(), read(), write(), close() 设备类型： 块设备：block，存取单位“块”，磁盘 字符设备：char，存取单位“字符”，键盘 设备文件：关联至一个设备驱动程序，进而能够跟与之对应硬件设备进行通信 设备号码： 主设备号：major number, 标识设备类型 次设备号：minor number, 标识同一类型下的不同设备 磁盘设备的设备文件命名：/dev/DEV_FILE SCSI, SATA, SAS, IDE,USB: /dev/sd 虚拟磁盘：/dev/vd 、/dev/xvd 不同磁盘标识：a-z,aa,ab… /dev/sda, /dev/sdb, ... 同一设备上的不同分区：1,2, ... /dev/sda1, /dev/sda5 硬盘存储术语 head：磁头 track：磁道 sector：扇区，512bytes cylinder：柱面 并行： IDE：133MB/s SCSI：640MB/s 串口： SATA：6Gbps SAS：6Gbps USB：480MB/s 机械硬盘和固态硬盘 机械硬盘（HDD）：Hard Disk Drive，即是传统普通硬盘，主要由：盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。机械硬盘中所有的盘片都装在一个旋转轴上

磁盘基础 硬盘结构 物理结构 盘片：硬盘有多个盘片，每盘片 2 面。 磁头：每面一个磁头。 数据结构 扇区：磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是硬盘的扇区。 硬盘的第一个扇区，叫做引导扇区。 磁道：当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个 圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。 柱面：在有多个盘片构成的盘组中，由不同盘片的面，但处于同一半径圆的多个磁道组 成的一个圆柱面。 储存容量 硬盘存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数。 可以用柱面/磁头/扇区来唯一定位磁盘上每一个区域，用 fdisk -l 查看分区信息。 硬件的接口 硬盘按数据接口不同，大致分为 ATA（IDE） 和 SATA 以及 SCSI 和 SAS ，接口速度不是实 际硬盘数据传输的速度。 ATA :全称 Advanced Technology Attachment ，并口数据线连接主板与硬盘，抗干扰性 太差，且排线占用空间较大，不利电脑内部散热，已逐渐被 SATA 所取代。 SATA :全称 SerialATA ，抗干扰性强，支持热插拔等功能，速度快，纠错能力强。 SCS I:全称是 Small Computer System Interface （小型机系统接口）， SCSI 硬盘广为 工作站级个人电脑以及服务器所使用，资料传输时 CPU 占用率较低

Linux入门之 磁盘管理与挂载   在我们使用计算机或者是服务器时，总会需要接入外部存储的时候，正如我们使用的移动硬盘、U盘、接入手机等，就是一个接入外部存储的过程。上述这些在接入Windows时我们都能看到系统会自动安装驱动，接着就可以直接使用了。但是在LInux下，我们若想手动接入一块硬盘，有四个步骤： 1.磁盘分区 2.格式化 3.挂载 4.存储和读取 磁盘    磁盘 是指利用磁记录技术存储数据的存储器。磁盘是计算机主要的存储介质，可以存储大量的二进制数据，并且断电后也能保持数据不丢失。 早期计算机使用的磁盘是软磁盘（soft disk，简称软盘），如今常用的磁盘是硬磁盘（hard disk，简称硬盘）。 软盘 Soft Disk 硬盘 Hard Disk   硬盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片，不同容量硬盘的盘片数不等。每个盘片有两面，都可记录信息。盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，每个扇区可存储128×2的N次方（N＝0.1.2.3）字节信息。在DOS中每扇区是128×2的2次方＝512字节，盘片表面上以盘片中心为圆心，不同半径的同心圆称为磁道。硬盘中，不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为柱面。磁道与柱面都是表示不同半径的圆，在许多场合，磁道和柱面可以互换使用，我们知道，每个磁盘有两个面，每个面都有一个磁头，习惯用磁头号来区分