计算机磁盘上的磁道是（计算机中磁盘属于什么）

磁盘是保存大量数据的存储设备，可达到几百到几千千兆字节，而基于 RAM 的存储器只能有几百或几千兆字节，所以它是专为存储而生的。

而我们所说的磁盘指的是一些存储东西的盒子，像「硬盘、固态硬盘、光盘」等。

从磁盘读数据的时间是毫秒级，一眼看上去毫秒级并不大，但它比从内存中读取慢很多，就像我们拿一本书，你要等好一会才能从柜子里拿出想看的书，但是从书包里拿书却特别快。

磁盘的构成

磁盘是由盘片构成的，每个盘片有两面，表面覆盖着磁性记录材料。

盘片中央有一个可以旋转的「主轴」，这个主轴可以使盘片以固定的旋转速率旋转，就好比大风车在风中转动，通常是每分钟旋转 5400 – 15000 次。

上面是磁盘的表面结构，每个表面都是由一组称为磁道的同心圆组成，每个磁道被划分为一组扇区，每个扇区包含相当数量的数据位。

扇区中间有一些间隙分隔开，这些间隙不存储数据位，间隙存储用来标识扇区的格式化位，就像是我们堆叠的积木一样，中间有小缝隙。

磁盘就像搭积木一样，要把很多圆圈叠在一起。磁盘是由多个叠放在一起的组成的，通常包含一个或者多个这样的盘片，被封装在一个密封的包装里，这个整体被称为磁盘驱动器，简称为磁盘。

磁盘制造商通常用术语「柱面」来描述多个盘片驱动器的制造，如果一个驱动器有三个盘片和六个面，每个表面上的磁道编号都是一致的，那么柱面 k 就是 6 个磁道集合。

磁盘通过文字理解起来，还是比较抽象，可以通过下面的视频来帮助理解。

https://www.youtube.com/watch?v=dGRJc9ruRnk
https://www.youtube.com/watch?v=svhIPM2VT8U

磁盘的容量

一个磁盘上可以记录的最大位数称为它的最大容量，简称为容量，就像一个盒子里可以放的东西一样。我们通常用 GB 或者 TB 来表达磁盘容量。

磁盘容量是由以下几个技术因素决定的：

记录密度：磁道里能够塞多少个数字；

磁道密度：盘片中心到边缘有多少个磁道一样；

面密度：记录密度和磁道密度的相乘，就像一个盒子里每一块地方能够放多少东西一样；

面密度在市场上每隔几年就翻倍，有兴趣的可以了解了解「摩尔定律」。

磁盘的操作

磁盘用「读/写头」来读写存储在表面的位，这个读写头像是一根小手臂，连接到了「传动臂」一端，移动这个传动臂，驱动器可以将读写头定位在盘面上的任何磁道上，这样的运动称为寻道。

当读写头到了期望的磁道上，当每个位通过读写头时，就可以读取这个位的值，也可以修改这个位的值。

读写头在磁盘表面 0.1 微米处的一层薄薄的气垫上飞翔，速度能达到 80km/h，盘面上如果有一粒灰尘，对于读写头来讲那就是一块巨石，碰到这样的巨石就会发生「读写头冲撞」，所以，磁盘一直是被包装得非常严实、密封包装起来的。

磁盘访问时间

我们通过磁盘获取字节数据时，获取一条数据需要多长时间？

1、寻道时间：就好像我们要找到一本书放在书架上的特定位置一样，磁盘的传动臂会把读写头移动到存储数据的正确磁道上。这个时间依赖于「读写头」当前的位置和传动臂在盘面上移动的速度。现代驱动器中平均寻道时间通常为 3-9ms，最长时间可以达到 20ms。

2、旋转时间：一旦读写头定位到了期望的磁道，磁盘需要等待目标数据从盘面的某个位置旋转到读写头下。这个时间取决于读写头到达目标扇区时盘面的位置以及磁盘的旋转速度。在最坏的情况下，读写头刚刚错过了目标数据，必须等待旋转一整圈。

3、传送时间：当数据装备好后，磁盘开始传送给内存，传送时间依赖于旋转速度和每条磁道的扇区数目。

综合来看，磁盘的访问时间相对较长，大约是毫秒级。对于存储在 SRAM 中 64 位字的访问时间大约是 4ns，对于 DRAM 中访问的时间大约是 60ns。磁盘访问则是慢得多，是 SRAM 的大约 4000 倍，是 DRAM 的大约 1500 倍。

磁盘格式化

磁盘格式化是在我们开始在磁盘上存储数据之前，必须进行的一项重要步骤。这个过程就像是给磁盘做好了准备，让它能够顺利地接受数据。

在磁盘格式化的过程中，磁盘控制器会进行一系列操作，确保磁盘的表面能够准确地储存和检索数据。包括：

标识扇区的信息；
填写扇区之间的间隙；
标识出表面有故障的柱面，并且不使用它们；
在每个区中预留出一组柱面作为备用，如果一个区中一个或多个柱面在磁盘的使用中坏掉了，就可以使用备用的柱面，因为这些备用的柱面，所以磁盘制造商所说的格式化容量比最大容量要小。

总结

磁盘是存储大量数据的装置，通过旋转盘片、磁道和扇区，读写数据。寻道、旋转、传送时间决定访问速度，格式化确保储存数据前的准备。

速度较慢，但容量大，为数据存储提供关键支持。

题图生成：Pixabay
内容优化：ChatGPT
内容来源：《深入理解计算机系统》

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