[硬件] 简单介绍磁盘结构及工作原理

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一、前言

  最近学习DOS下的汇编语言用到了很多与硬件相关的指令,比如上一期写的int 13h(直接磁盘服务),其中接口参数中就有驱动器号,磁头,磁道,扇区的概念,对于一个计算机组成原理丢了一年的人来说,一时半会对硬盘的结构也不是太清晰了,于是复习了下该课本,查了查资料,想把这些辅助存储介质的结构和工作原理记录在本博客,以加深记忆。

二、磁盘背景介绍

  在了解磁盘的过程中,翻到了一些书,了解了些许关于磁盘的历史,感觉很有意思,所以也打算一并码上来。
  大家都知道,现代计算机是基于冯诺依曼结构改进的机器,也就是说一个计算机是由存储器+运算器+控制器+输入设备+输出设备组成,如下图所示:
  这里写图片描述
  存储器作为计算机的重要组成部分是计算机运行的关键,一般我们把存储器分为两大类:
  主存储器:即是内存,是计算机执行计算活动时,存放主要数据的场所,数据存取速度较快,存储容量相对比较小,内存又可分为RAM(只读存储器)和ROM(随机存储器),区别是只读存储器断电后内容不会丢失,经常用于存储重要数据,比如主板固件程序等随机存储器比较常见,就是我们平常所说的内存,用于存储操作系统,应用程序等数据
  
  辅存储器:也称为外存储器,用于存放系统程序和大型数据文件等,存取速度较慢,存储容量比较大,可脱机保存数据,以存储介质为区分,可分为磁盘,光盘,U盘等,其中磁盘便是这次主要研究的对象。

  关于存储介质的历史,这个网址上的博文已经整理好了,所以我也不打算复制一遍了:
  URL:https://www.jb51.net/diannaojichu/348634.html

三、磁盘的结构

硬盘和软盘都属于磁盘,使用INT 13h指令能够直接对磁盘进行读写,那么,一个典型的磁盘结构是什么样的呢?
这里我将会使用文字和图形的方式进行解释:

 磁盘即是磁表面存储器,也就是在不同形状上(如盘状,带状等)的载体上涂有磁性材料层,工作时,靠载磁体高速运动,由磁头在磁层上进行读/写操作,信息被记录在磁层上,这些信息的轨迹也就是磁道,磁盘的磁道是一个个同心圆,如图所示;
盘状磁盘逻辑结构图:
 逻辑结构图

  写入内容时,记录介质在磁头下方匀速通过,根据运行情况对写入线圈输入一定方向和大小的电流,使磁头导磁体磁化,产生一定方向和强度的磁场。由于磁头与磁表面间距非常小,磁力线直接穿透磁层表面,将对应磁头下方的微小区域磁化(称为磁化单元),可以根据写入驱动电流的不同方向,使磁层表面被磁化的极性方向不同,以区别记录0或1:
这里写图片描述

 介绍完磁盘的工作原理后就开始介绍软磁盘和硬磁盘的区别了。

 硬磁盘是计算机系统中最主要的外存设备,盘片一般由铝合金制成,其表面涂有一层可被磁化的硬磁特性材料。除开外部结构不讲,其用于寻址的结构有 磁头,磁道,柱面,扇区。
物理结构图:
物理结构图
逻辑结构图
逻辑结构图2

其中磁头是用于向磁盘读写信息的工具,磁盘上的一圈圈的圆周被称之为磁道,每圈磁道上的扇形小区域被称为扇区,扇区中又存在着很多存储单元用于存储比特信息。同时,可以看出,不同盘面上的每圈磁道所组成的柱形区域,这块区域叫做柱面,所以可以得出,一面磁盘上的磁道数=柱面数。
  其中的编号方式是,磁道是从外到内,从0开始编号,即最外面的一圈为第0磁道
           扇区的编号方式为固定标记某块为1号,然后顺时针编号(这个不太确定标记方式)
           磁头则是决定读/写面号的结构,从0开始顺序编号
          
  
  虽然磁盘远远没有这么简单,磁盘还有记录密度,存储容量,平均寻址时间,数据传输率,误码率等技术指标,磁表面存储器的记录方式又存在着归零制编码,不归零制编码,见1翻转编码,调相制编码,调频制编码等等。以上介绍的只是最基本的磁盘结构,磁盘的真正工作还和磁盘驱动器,磁盘控制器相关。。。
  不过通过以上内容,我想,对于磁盘的基本概念应该更加熟悉了,对于int 13h中的接口参数也有了个更清楚的认识。

参考:
教材<<计算机组成原理>>唐朔飞
URL:http://www.intohard.com/article-436-1.html

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