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💽 硬盘驱动器（HDD）：传统的固定辅助存储设备
什么是硬盘驱动器？
硬盘的工作原理
HDD 的物理结构
Disk Pack（盘组）
Tracks（磁道）
Cylinders（柱面）
Sectors（扇区）
扇区容量：512 Bytes（标准）
硬盘容量的计算公式
Average Access Time（平均访问时间）
Seek Time（寻道时间）
Rotational Delay（旋转延迟）
例题
💽 硬盘驱动器（HDD）：传统的固定辅助存储设备
什么是硬盘驱动器？
硬盘（Hard Disk Drive, HDD）是一种非易失性的固定辅助存储设备，用来长期存储操作系统、程序和用户数据。
即使关机断电，硬盘上的数据仍然保存不变。它属于 Secondary Memory（二级存储） 中的 固定辅存（Fixed Auxiliary Storage） 类型。
硬盘的工作原理
硬盘内部有高速旋转的圆形磁盘（碟片）
数据以磁性形式写在磁盘表面
有一根读写磁头（磁头臂）在上面移动，读取或写入数据
所有操作都由内置控制电路协调完成
HDD 的物理结构
Disk Pack（盘组）
Disk Pack 是硬盘中由 多张磁盘（platters） 组成的整体，每张磁盘上下两个面可用于存储。
结构：
一组**磁盘片（Platters）**垂直堆叠在一起
中心有一个**主轴（Spindle）**带动所有盘片高速旋转
每个盘面上方有一个 读写磁头（Read/Write Head）
多个磁头通过**磁头臂组合（Actuator Arm Assembly）**控制同步移动
Tracks（磁道）
每个磁盘面被划分为多个同心圆形的区域，这些圆圈就叫做 Tracks（磁道）
每个 Track 像唱片上的一圈一圈
每个面有若干个 Tracks，编号从中心向外递增
Track 是数据存储的第一层逻辑单位
Cylinders（柱面）
柱面（Cylinder）是多个磁盘上相同编号的 Tracks 所组成的一组
📌 举例说明：
假设你有 4 个磁盘面（上下各两个），如果每个面上都有第 100 条磁道，那么这几个第100号磁道就组成一个柱面。
所有磁头在移动时，是同时移动到相同的 Track 编号 → 所有同编号的 Track → 形成 Cylinder
柱面就像是一根穿过所有磁盘的“虚拟柱子”
结论： 每个磁盘面一个 Track，多个面组合在同一 Track 编号处就组成了一个 Cylinder 所以：#Cylinders = #Tracks（每面）
Sectors（扇区）
磁道（Track） 被进一步划分为若干个弧段，这些段就是Sectors（扇区）
每个 Sector 是硬盘中可以独立读写的最小物理单元
在传统硬盘中，每个 Sector 的容量固定为：512 Bytes（字节）
⚠️ 注意：
一个 Track 上有多个 Sector
所有 Sector 通常大小相同（统一管理方便）
扇区容量：512 Bytes（标准）
为什么用 512B？
这是传统硬盘的默认标准，兼容早期 BIOS 和文件系统设计
512B 刚好适合存储一个数据块和校验信息，读写效率较好
变化趋势：
高容量硬盘逐步转向 4KB 扇区（Advanced Format），但对外仍用 512B “逻辑扇区”模拟，以保兼容
Page（页）和 Sector 的关系
💡 Page（页）是操作系统或文件系统管理数据的单位，通常大小为 4 KB（4096 Bytes）
二者的关系：
项目
值
1 Sector
512 Bytes
1 Page
4096 Bytes
1 Page = ? Sectors
4096 ÷ 512 = 8 Sectors
📌 说明：
操作系统读取/写入时，按页（Page）为单位
硬盘实际存储数据时，以扇区（Sector）为最小单位
所以：
一次读取一个 Page，硬盘至少要访问 8 个连续的 Sectors
硬盘容量的计算公式
📌 容量（每个盘面）的计算公式如下：
Capacity = #Tracks × #Sectors/Track × #Bytes/Sector
各参数解释：
参数含义举例#Tracks每个盘面有多少磁道（环）如：10,000#Sectors/Track每个磁道上分成多少扇区如：400#Bytes/Sector每个扇区大小标准：512 BytesCapacity单面容量最终结果，单位为字节（Bytes）
例子：
假设：
- 每面磁道数 = 10,000
- 每磁道扇区数 = 400
- 每扇区大小 = 512 Bytes
那么每个盘面的容量 =
10,000 × 400 × 512 = 2,048,000,000 Bytes ≈ **2 GB**
如果有 2 张盘片（4 个面），总容量就是：2 GB × 4 = 8 GB
Average Access Time（平均访问时间）
这是衡量硬盘性能最常用的指标之一，计算公式为：
TS + TR + TDataTransfer
时间项解释常见值Ts寻道时间8~12 msTR旋转延迟3~5 msTtransfer数据传输时间0.05~0.5 msTaccess平均访问总时间12~16 ms
Seek Time（寻道时间）
寻道时间 Ts 是指：磁头臂从当前位置移动到目标柱面（Cylinder）所花费的时间。
如果题目中未直接指明，则默认为0。
组成部分：
启动时间：开始移动磁头
加速/减速时间：控制磁头平滑移动
定位时间：精确对准目标柱面
特点：
通常为硬盘访问时间中最耗时的部分
取决于磁头臂从当前位置移动到目标位置的距离
Rotational Delay（旋转延迟）
旋转延迟指目标扇区旋转到磁头正下方所需的等待时间,用TR表示。
🎯计算方式：
平均旋转延迟 = 0.5 × 一个转一圈的时间
转速（RPM）一圈时间平均 Tr（ms）5400 RPM11.1 ms~5.55 ms7200 RPM8.33 ms~4.17 ms10000 RPM6 ms~3 ms
如果题目中未直接指明，则默认为TR = 1/2 * Rotation Time 。
例题
这道题目中说，一共有四个面，可能有以下两种情况：
1. 有两个磁盘，都能在双面存储数据
2. 有三个磁盘，只有中间的磁盘能够双面存储，顶部和底部的磁盘只有单面存储的能力。