今天寫一篇接地氣的文章，常見的機械硬盤內部構造是怎樣的，以及哪些因素決定了硬盤的性能。　

硬盤的結構

先上圖。硬盤主要由盤片、盤片驅動器、磁頭及控制裝置組成。盤片由較輕質的金屬（如鋁）或玻璃制成，表面再涂上一層磁性材料。盤片的光潔度極高，遠遠超過我們生活中使用的鏡子。硬盤都是密封的，內部非常干凈，哪怕是一絲肉眼看不見的灰塵也會給盤面帶來致命的損傷。

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盤片上存儲的信息是由磁頭寫入的，在一張盤片的正反兩面都會有一個磁頭進行讀寫。磁頭是硬盤中最昂貴、最精密的部分。磁頭裝在磁頭支架上，它們像梳子的齒一般伸進各自負責的盤片間隔中。磁頭支架在特殊的電機驅動下，可以使磁頭在盤片上不同的地方來回移動。盤片在高速旋轉時會帶動盤表面的空氣，空氣作用在磁頭上產(chǎn)生一個浮力使磁頭與盤面保持一個極微小的距離。這樣既可有效進行讀寫，也不會磨損盤面。

每個盤片被劃分為若干個同心圓，每個同心圓就是一個磁道（track），多張盤片相同位置的磁道組成一個柱面（cylinder），盤片中有多少個磁道，就有多少個柱面。每個磁道又被劃分為若干個扇區(qū)（sector），扇區(qū)就是磁頭讀寫的最小單位。當我們輸入了要讀寫某個信息的命令時，磁頭驅動電機就會移動磁頭在盤片上尋找適當?shù)奈恢眠M行工作，這就是整個硬盤的工作原理。

硬盤的存儲容量=磁頭數(shù)×磁道（柱面）數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每道扇區(qū)字節(jié)數(shù)

需要說明的是，早期硬盤所有磁道的扇區(qū)數(shù)量是一致的，但外部磁道的周長要遠大于內部磁道，這樣帶來的問題是外部磁道的數(shù)據(jù)密度低，存在浪費。現(xiàn)代大容量硬盤對此做出改進，外部磁道的扇區(qū)數(shù)量要多于內部磁道，相同角速度下外部磁道的讀寫速度要高于內部磁道。所以，為了更好地使用硬盤，數(shù)據(jù)應優(yōu)先放在外部磁道上。

性能考量

硬盤的性能指標主要由以下三個參數(shù)決定：

尋道時間：在磁道之間移動磁頭所花費的時間

旋轉延遲：盤片將正確扇區(qū)旋轉至磁頭下的時間

傳輸速率：磁盤的帶寬 

因此，硬盤完成一個I/O消耗的時間=尋道時間+旋轉延遲+數(shù)據(jù)傳輸時間

尋道時間以毫秒（ms）來計算，不同磁盤的尋道時間不同，對于一塊15000轉/分鐘 的3.5英寸SAS盤，其平均尋道時間是3.8ms，減少磁盤尋道時間能增強性能。I/O類型也會影響尋道時間，連續(xù)I/O擁有最少的尋道時間，因為磁頭可以在盤片上連續(xù)操作，而隨機I/O就相對有較長的尋道時間，因為磁頭始終需要在不同的磁道間切換。

旋轉延遲以毫秒（ms）來計算，通常以平均值表示，更高轉速的磁盤其延遲更小。如一塊每分鐘10000轉的磁盤，轉一圈的時間為6ms，則平均旋轉延遲為3ms。

傳輸速率以MB/s來計算，指在盤片上讀寫數(shù)據(jù)的快慢。數(shù)據(jù)傳輸速率又可以分成內部傳輸速率和外部傳輸速率。內部速率指將數(shù)據(jù)由盤片傳輸至磁盤內部緩存的速率，外部速率指將數(shù)據(jù)由磁盤接口傳輸至主機總線的速率。

結語

從接口劃分，硬盤可分為SATA盤、SAS盤、FC盤、SCSI盤等；從轉速上看，既有5400轉/分鐘、7200轉/分鐘的SATA盤，也有10000轉/分鐘、15000轉/分鐘的SAS盤、FC盤；從形態(tài)上看，本文主要介紹了機械硬盤相關內容，但當前固態(tài)盤也占據(jù)了相當大的市場份額。簡單來說，固態(tài)盤由控制芯片、緩存、大量的閃存芯片組成，沒有了機械硬盤的磁頭、馬達、盤片等部件，后續(xù)文章再詳細介紹。