目錄
💽 硬盤驅動器（HDD）：傳統的固定輔助存儲設備
什么是硬盤驅動器？
硬盤的工作原理
HDD 的物理結構
Disk Pack（盤組）
Tracks（磁道）
Cylinders（柱面）
Sectors（扇區）
扇區容量：512 Bytes（標準）
硬盤容量的計算公式
Average Access Time（平均訪問時間）?
Seek Time（尋道時間）?
Rotational Delay（旋轉延遲）?
例題
💽 硬盤驅動器（HDD）：傳統的固定輔助存儲設備
什么是硬盤驅動器？
硬盤（Hard Disk Drive, HDD）是一種非易失性的固定輔助存儲設備，用來長期存儲操作系統、程序和用戶數據。
即使關機斷電，硬盤上的數據仍然保存不變。它屬于 Secondary Memory（二級存儲） 中的 固定輔存（Fixed Auxiliary Storage） 類型。
硬盤的工作原理
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硬盤內部有高速旋轉的圓形磁盤（碟片）
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數據以磁性形式寫在磁盤表面
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有一根讀寫磁頭（磁頭臂）在上面移動，讀取或寫入數據
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所有操作都由內置控制電路協調完成
HDD 的物理結構
Disk Pack（盤組）
Disk Pack 是硬盤中由 多張磁盤（platters） 組成的整體，每張磁盤上下兩個面可用于存儲。
結構：
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一組**磁盤片（Platters）**垂直堆疊在一起
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中心有一個**主軸（Spindle）**帶動所有盤片高速旋轉
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每個盤面上方有一個 讀寫磁頭（Read/Write Head）
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多個磁頭通過**磁頭臂組合（Actuator Arm Assembly）**控制同步移動
Tracks（磁道）
每個磁盤面被劃分為多個同心圓形的區域，這些圓圈就叫做 Tracks（磁道）
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每個 Track 像唱片上的一圈一圈
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每個面有若干個 Tracks，編號從中心向外遞增
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Track 是數據存儲的第一層邏輯單位
Cylinders（柱面）
柱面（Cylinder）是多個磁盤上相同編號的 Tracks 所組成的一組
📌 舉例說明：
假設你有 4 個磁盤面（上下各兩個），如果每個面上都有第 100 條磁道，那么這幾個第100號磁道就組成一個柱面。
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所有磁頭在移動時，是同時移動到相同的 Track 編號 → 所有同編號的 Track → 形成 Cylinder
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柱面就像是一根穿過所有磁盤的“虛擬柱子”
結論：
每個磁盤面一個 Track，多個面組合在同一 Track 編號處就組成了一個 Cylinder
所以：#Cylinders = #Tracks（每面）?
Sectors（扇區）
磁道（Track） 被進一步劃分為若干個弧段，這些段就是Sectors（扇區）
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每個 Sector 是硬盤中可以獨立讀寫的最小物理單元
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在傳統硬盤中，每個 Sector 的容量固定為：512 Bytes（字節）
?? 注意：
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一個 Track 上有多個 Sector
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所有 Sector 通常大小相同（統一管理方便）
扇區容量：512 Bytes（標準）
為什么用 512B？
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這是傳統硬盤的默認標準，兼容早期 BIOS 和文件系統設計
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512B 剛好適合存儲一個數據塊和校驗信息，讀寫效率較好
變化趨勢：
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高容量硬盤逐步轉向 4KB 扇區（Advanced Format），但對外仍用 512B “邏輯扇區”模擬，以保兼容
Page（頁）和 Sector 的關系
💡 Page（頁）是操作系統或文件系統管理數據的單位，通常大小為 4 KB（4096 Bytes）
二者的關系：
| 項目 | 值 |
|---|---|
| 1 Sector | 512 Bytes |
| 1 Page | 4096 Bytes |
| 1 Page = ? Sectors | 4096 ÷ 512 = 8 Sectors |
📌 說明：
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操作系統讀取/寫入時，按頁（Page）為單位
-
硬盤實際存儲數據時，以扇區（Sector）為最小單位
-
所以：
一次讀取一個 Page，硬盤至少要訪問 8 個連續的 Sectors?
硬盤容量的計算公式
📌 容量（每個盤面）的計算公式如下：
Capacity = #Tracks × #Sectors/Track × #Bytes/Sector
各參數解釋：
| 參數 | 含義 | 舉例 |
|---|---|---|
| #Tracks | 每個盤面有多少磁道（環） | 如：10,000 |
| #Sectors/Track | 每個磁道上分成多少扇區 | 如：400 |
| #Bytes/Sector | 每個扇區大小 | 標準：512 Bytes |
| Capacity | 單面容量 | 最終結果，單位為字節（Bytes） |
?例子：
假設：
- 每面磁道數 = 10,000
- 每磁道扇區數 = 400
- 每扇區大小 = 512 Bytes那么每個盤面的容量 =
10,000 × 400 × 512 = 2,048,000,000 Bytes ≈ **2 GB**
如果有 2 張盤片（4 個面），總容量就是：2 GB × 4 = 8 GB
Average Access Time（平均訪問時間）?
這是衡量硬盤性能最常用的指標之一，計算公式為：
TS + TR + TDataTransfer?
| 時間項 | 解釋 | 常見值 |
|---|---|---|
| Ts | 尋道時間 | 8~12 ms |
| TR | 旋轉延遲 | 3~5 ms |
| Ttransfer | 數據傳輸時間 | 0.05~0.5 ms |
| Taccess | 平均訪問總時間 | 12~16 ms |
Seek Time（尋道時間）?
尋道時間 Ts 是指：磁頭臂從當前位置移動到目標柱面（Cylinder）所花費的時間。?
如果題目中未直接指明，則默認為0。?
組成部分：
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啟動時間：開始移動磁頭
-
加速/減速時間：控制磁頭平滑移動
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定位時間：精確對準目標柱面
特點：
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通常為硬盤訪問時間中最耗時的部分
-
取決于磁頭臂從當前位置移動到目標位置的距離
Rotational Delay（旋轉延遲）?
旋轉延遲指目標扇區旋轉到磁頭正下方所需的等待時間,用TR表示。?
🎯計算方式：
平均旋轉延遲 = 0.5 × 一個轉一圈的時間?
| 轉速（RPM） | 一圈時間 | 平均 Tr（ms） |
|---|---|---|
| 5400 RPM | 11.1 ms | ~5.55 ms |
| 7200 RPM | 8.33 ms | ~4.17 ms |
| 10000 RPM | 6 ms | ~3 ms |
?如果題目中未直接指明，則默認為TR = 1/2? *? Rotation Time 。?
例題
這道題目中說，一共有四個面，可能有以下兩種情況：
1. 有兩個磁盤，都能在雙面存儲數據
2. 有三個磁盤，只有中間的磁盤能夠雙面存儲，頂部和底部的磁盤只有單面存儲的能力。?
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