認(rèn)知硬盤讀寫和碎片產(chǎn)生原理

1、精品文檔電腦中的硬盤,就是用來儲(chǔ)存日常數(shù)據(jù)資料或處理各電子信息的硬件倉(cāng)庫(kù)，操作原理等同人類的腦部一樣是用來存/取記憶。硬盤內(nèi)部由盤片、盤片主軸、磁頭、磁頭控制器、控制電機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、緩存、接口來實(shí)現(xiàn)構(gòu)成。構(gòu)成篇：硬盤讀取原理差不多類似光驅(qū)，一個(gè)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)cd/dvd光盤再以磁頭讀取數(shù)據(jù)，所有的盤片都固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，這個(gè)軸即盤片主軸。而所有盤片之間是絕對(duì)平行的，在每個(gè)盤片的存儲(chǔ)面上都有一個(gè)磁頭，磁頭與盤片之間的距離比頭發(fā)絲的直徑還小。所有的磁頭連在一個(gè)磁頭控制器上，由磁頭控制器負(fù)責(zé)各個(gè)磁頭的運(yùn)動(dòng)。磁頭可沿盤片的半徑方向動(dòng)作，而盤片以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)到上萬轉(zhuǎn)的速度在高速旋轉(zhuǎn)，這樣磁頭就能對(duì)盤片上的

2、指定位置進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作。不同的是，硬盤不像光驅(qū)可以替換碟片（即使劃傷也能讀片），它屬于高精密設(shè)備，其內(nèi)部需要以完全真空封密，要有一絲絲灰塵粒侵入，足以讓盤片刮傷產(chǎn)生壞點(diǎn)無法讀取，損壞兼報(bào)銷！操作原理篇：硬盤在邏輯（logical）上被劃分為磁道、柱面以及扇區(qū)。磁頭靠近主軸接觸的表面，即線速度最小的地方，是一個(gè)特殊的區(qū)域，它不存放任何數(shù)據(jù)，稱為啟停區(qū)或著陸區(qū)(LandingZone),啟停區(qū)外就是數(shù)據(jù)區(qū)。在最外圈，離主軸最遠(yuǎn)的地方是“0磁道，硬盤數(shù)據(jù)的存放就是從最外圈開始”的。那么，磁頭是如何找到“0磁道的位置的”呢？在硬盤中還有一個(gè)叫“0磁”道檢測(cè)器的構(gòu)件，它是用來完成硬盤的初始定位?！?

3、磁道是如此的重要，以”致很多硬盤僅僅因?yàn)椤?”磁道損壞就報(bào)廢，這是非?？上У?。早期的硬盤在每次關(guān)機(jī)之前需要運(yùn)行一個(gè)被稱為Parking的程序，其作用是讓磁頭回到啟停區(qū)?，F(xiàn)代硬盤在設(shè)計(jì)上已摒棄了這個(gè)雖不復(fù)雜卻很讓人不愉快的小缺陷。硬盤不工作時(shí)，磁頭停留在啟停區(qū)，當(dāng)需要從硬盤讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，磁盤開始旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到額定的高速時(shí)，磁頭就會(huì)因盤片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流而抬起，這時(shí)磁頭才向盤片存放數(shù)據(jù)的區(qū)域移動(dòng)。盤片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流相當(dāng)強(qiáng)，足以使磁頭托起，并與盤面保持一個(gè)微小的距離。這個(gè)距離越小，磁頭讀寫數(shù)據(jù)的靈敏度就越高，當(dāng)然對(duì)硬盤各部件的要求也越高。早期設(shè)計(jì)的磁盤驅(qū)動(dòng)器使磁頭保持在盤面上方幾微米處飛行。稍后一些

4、設(shè)計(jì)使磁頭在盤面上的飛行高度降到約0.1小廠0.5團(tuán)以現(xiàn)在的水平已經(jīng)達(dá)到0.005仙nr0.01小卬這只是人類頭發(fā)直徑的千分之一。氣流既能使磁頭脫離開盤面，又能使它保持在離盤面足夠近的地方，非常緊密地跟隨著磁盤表面呈起伏運(yùn)動(dòng)，使磁頭飛行處于嚴(yán)格受控狀態(tài)。磁頭必須飛行在盤面上方，而不是接觸盤面，這種位置可避免擦傷磁性涂層，而更重要的是不讓磁性涂層損傷磁頭。但是，磁頭也不能離盤面太遠(yuǎn)，否則，就不能使盤面達(dá)到足夠強(qiáng)的磁化，難以讀出盤上的磁化翻轉(zhuǎn)(磁極轉(zhuǎn)換形式，是磁盤上實(shí)際記錄數(shù)據(jù)的方式)。硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭的飛行懸浮高度低、速度快，一旦有小的塵埃進(jìn)入硬盤密封腔內(nèi)，或者一旦磁頭與盤體發(fā)生碰撞，就可能造成數(shù)

5、據(jù)丟失，形成壞塊，甚至造成磁頭和盤體的損壞。所以，硬盤系統(tǒng)的密封一定要可靠，在非專業(yè)條件下絕對(duì)不能開啟硬盤密封腔，否則，灰塵進(jìn)入后會(huì)加速硬盤的損壞。另外，硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭的尋道伺服電機(jī)多采用音圈式旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，在伺服跟蹤的調(diào)節(jié)下精確地跟蹤盤片的磁道，所以，硬盤工作時(shí)不要有沖擊碰撞，搬動(dòng)時(shí)要小心輕放。這種硬盤就是采用溫徹斯特(Winchester)技術(shù)制造的硬盤，所以也被稱為溫盤，目前絕大多數(shù)硬盤都采用此技術(shù)。扇區(qū)解說篇：硬盤的讀寫和扇區(qū)有著緊密的關(guān)系。平時(shí)看到系統(tǒng)寫著BADSECTOR字眼，就是這么解釋扇區(qū)損壞直接影響硬盤讀取/存取數(shù)據(jù)。操作系統(tǒng)以扇區(qū)（Sector）形式將信息存儲(chǔ)在硬

6、盤上，每個(gè)扇區(qū)包括512個(gè)字節(jié)（byte）的數(shù)據(jù)和一些其他信息。一個(gè)扇區(qū)有兩個(gè)主要部分：存儲(chǔ)數(shù)據(jù)地點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段。扇區(qū)的第一個(gè)主要部分是標(biāo)識(shí)符。標(biāo)識(shí)符，就是扇區(qū)頭標(biāo)，包括組成扇區(qū)三維地址的三個(gè)數(shù)字：扇區(qū)所在的磁頭（或盤面）、磁道（或柱面號(hào)）以及扇區(qū)在磁道上的位置即扇區(qū)號(hào)。頭標(biāo)中還包括一個(gè)字段，其中有顯示扇區(qū)是否能可靠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，或者是否已發(fā)現(xiàn)某個(gè)故障因而不宜使用的標(biāo)記。有些硬盤控制器在扇區(qū)頭標(biāo)中還記錄有指示字，可在原扇區(qū)出錯(cuò)時(shí)指引磁盤轉(zhuǎn)到替換扇區(qū)或磁道。最后，扇區(qū)頭標(biāo)以循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）值作為結(jié)束，以供控制器檢驗(yàn)扇區(qū)頭標(biāo)的讀出情況，確保準(zhǔn)確無誤。扇區(qū)的第二個(gè)主要部分是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的

7、數(shù)據(jù)段、可分為數(shù)據(jù)和保護(hù)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)碼（ECC）。在初始準(zhǔn)備期間，計(jì)算機(jī)用512個(gè)虛擬信息字節(jié)（實(shí)際數(shù)據(jù)的存放地）和與這些虛擬信息字節(jié)相應(yīng)的ECC數(shù)字填入這個(gè)部分。ps：ECC（ErrorCheckingandCorrecting）技術(shù)也有用在內(nèi)存條上,一般是以服務(wù)讀寫原理篇:系統(tǒng)將文件存儲(chǔ)到磁盤上時(shí)，按柱面、磁頭、扇區(qū)的方式進(jìn)行，即最先是第1磁道的第一磁頭下（也就是第1盤面的第一磁道）的所有扇區(qū)，然后，是同一柱面的下一磁頭，一個(gè)柱面存儲(chǔ)滿后就推進(jìn)到下一個(gè)柱面，直到把文件內(nèi)容全部寫入磁盤。系統(tǒng)也以相同的順序讀出數(shù)據(jù)。讀出數(shù)據(jù)時(shí)通過告訴磁盤控制器要讀出扇區(qū)所在的柱面號(hào)、磁頭號(hào)和扇區(qū)號(hào)（物理地址的三

8、個(gè)組成部分）進(jìn)行。磁盤控制器則直接使磁頭部件步進(jìn)到相應(yīng)的柱面，選通相應(yīng)的磁頭，等待要求的扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下。扇區(qū)到來時(shí)，磁盤控制器讀出每個(gè)扇區(qū)的頭標(biāo)，把這些頭標(biāo)中的地址信息與期待檢出的磁頭和柱面號(hào)做比較（即尋道），然后，尋找要求的扇區(qū)號(hào)。待磁盤控制器找到該扇區(qū)頭標(biāo)時(shí)，根據(jù)其任務(wù)是寫扇區(qū)還是讀扇區(qū)，來決定是轉(zhuǎn)換寫電路，還是讀出數(shù)據(jù)和尾部記錄。找到扇區(qū)后，磁盤控制器必須在繼續(xù)尋找下一個(gè)扇區(qū)之前對(duì)該扇區(qū)的信息進(jìn)行后處理。如果是讀數(shù)據(jù)，控制器計(jì)算此數(shù)據(jù)的ECC碼，然后，把ECC碼與已記錄的ECC碼相比較。如果是寫數(shù)據(jù)，控制器計(jì)算出此數(shù)據(jù)的ECC碼，與數(shù)據(jù)一起存儲(chǔ)。在控制器對(duì)此扇區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理期間

9、，磁盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。簡(jiǎn)單來說，整個(gè)讀寫過程都是交由柱面、磁頭還有扇區(qū)三種元件同時(shí)負(fù)責(zé)，它們扮演著非常重要的角色，缺一不可器（server）類型為主。碎片產(chǎn)生篇：磁盤碎片也稱為文件碎片碎片的產(chǎn)生，因?yàn)槲募环稚⒈４娴秸麄€(gè)磁盤的不同地方，而不是連續(xù)地保存在磁盤連續(xù)的簇中形成的。當(dāng)應(yīng)用程序所需的物理內(nèi)存不足時(shí)，一般操作系統(tǒng)會(huì)在硬盤中產(chǎn)生臨時(shí)交換文件，用該文件所占用的硬盤空間虛擬成內(nèi)存。虛擬內(nèi)存管理程序會(huì)對(duì)硬盤頻繁讀寫，產(chǎn)生大量的碎片，這是產(chǎn)生硬盤碎片的主要原因。其他如IE瀏覽器瀏覽信息時(shí)生成的臨時(shí)文件或臨時(shí)文件目錄的設(shè)置也會(huì)造成系統(tǒng)中形成大量的碎片。文件碎片一般不會(huì)在系統(tǒng)中引起問題，但文件碎片過多會(huì)使系

10、統(tǒng)在讀文件的時(shí)候來回尋找，引起系統(tǒng)性能下降，嚴(yán)重的還要縮短硬盤壽命。另外，過多的磁盤碎片還有可能導(dǎo)致存儲(chǔ)文件的丟失。以鄙人的了解是，碎片歸因硬盤數(shù)據(jù)出現(xiàn)不規(guī)律讀寫/存取才造成，碎片整理絕對(duì)需要在重裝系統(tǒng)后執(zhí)行一次，隨后特定半年或幾個(gè)月再執(zhí)行一次。這么做除了可以加快硬盤讀取數(shù)據(jù)時(shí)間外，還能避免磁頭尋道讀寫加劇負(fù)擔(dān)導(dǎo)致使用壽命大大減低。為啥？因?yàn)閮?chǔ)存的文件如果沒有破碎的話,搖臂只需要尋找1次磁道并由磁頭進(jìn)行讀取,僅需1次就可以成功讀取。相對(duì)如果文件破碎成11處,搖臂則要來回尋找11次磁道磁頭再進(jìn)行11次讀取才能完整的讀取這個(gè)文件,讀取費(fèi)時(shí)比沒破碎的數(shù)據(jù)來得冗長(zhǎng)。保養(yǎng)篇：震動(dòng)-想硬盤早點(diǎn)掛的話，可以

11、偶爾用香港腳去踢踢機(jī)里；用手大力按鍵盤（尤其按回車鍵時(shí)）也能導(dǎo)致震動(dòng)如果兩者放在同一桌上；硬盤在機(jī)箱里頭裝不穩(wěn)或不固定好位置一樣可以產(chǎn)生多余共振；還有，移動(dòng)盤切勿在通電期間拿來?yè)u啊抱高高的，會(huì)把它的扇區(qū)嚇到出壞點(diǎn)來溫度-怕高溫不再是cpu或gpu等的專利，硬盤如是也一般硬盤的溫度最好維持介于25-45度，有從盤的童鞋建議別把硬盤全放置一起避免空間緊閉惡化散熱。機(jī)箱不允許就要追加風(fēng)扇進(jìn)行額外散熱電磁-磁石絕對(duì)不要靠近硬盤，它的威力足以把整部硬盤給廢掉。相信一般童鞋們都知道了，不多說斷電/強(qiáng)行關(guān)閉-這個(gè)超頻的童鞋很喜歡也是很無奈必須干的事情；有部分童鞋因不能忍受系統(tǒng)假死片刻卡住強(qiáng)硬關(guān)掉重啟。這些問題絕對(duì)是人為造成，完全可以避免。一次兩次久久一次就不啥大礙，天天這么搞，不壞才怪！硬盤燈狂亮期間切勿強(qiáng)行斷電，因?yàn)檫@么做物理性傷害絕對(duì)比平常還要高好幾倍電源-確保硬盤在電源充足環(huán)境下使用，電源線連接強(qiáng)烈建議不要和其它硬件共用，可能硬盤滿載期間電源不足或不穩(wěn)定導(dǎo)致任何元件損壞灰塵-這個(gè)問題是無法避免，看個(gè)人rp了虛擬內(nèi)存設(shè)置-如果你有