3.4.1 磁盘存储器
1. 磁盘存储器
Q: 磁盘存储器的优点是什么？
A: 磁盘存储器的优点是：
- 存储容量大
- 位价格低
- 记录介质可重复使用
- 记录信息可长期保存而不丢失
- 非破坏性读出
Q: 磁盘存储器的缺点是什么？
A: 磁盘存储器的缺点是：
- 存取速度慢
- 机械结构复杂
- 对工作环境要求较高
（1）磁盘设备的组成
Q: 磁盘存储器由哪些部分组成？
A: 磁盘存储器由磁盘驱动器、磁盘控制器和盘片组成。
Q: 磁盘驱动器的作用是什么？
A: 磁盘驱动器驱动磁盘转动并在盘面上通过磁头进行读/写操作。
Q: 磁盘控制器的作用是什么？
A: 磁盘控制器是磁盘驱动器与主机的接口，负责接收并解释 CPU 发来的命令，向磁盘驱动器发出各种控制信号，并负责检测磁盘驱动器的状态。
（2）存储区域
Q: 磁盘存储区域的划分方式是什么？
A: 一个磁盘含有若干记录面，每个记录面划分为若干圆形的磁道，而每条磁道又划分为若干扇区，扇区 (也称块) 是磁盘读/写的最小单位。
Q: 磁头数、柱面数和扇区数分别代表什么？
A:
- 磁头数 (Heads): 即记录面数，表示磁盘共有多少个磁头。
- 柱面数 (Cylinders): 表示磁盘每面盘片上有多少条磁道。
- 扇区数 (Sectors): 表示每条磁道上有多少个扇区。
（3）磁记录原理
Q: 磁记录的原理是什么？
A: 磁头和磁性记录介质相对运动时，通过电磁转换完成读/写操作。
Q: 磁记录的编码方法是什么？
A: 按某种方案 (规律)，把一连串的二进制信息变换成存储介质磁层中一个磁化翻转状态的序列，并使读/写控制电路容易、可靠地实现转换。
Q: 磁记录的方式有哪些？
A: 通常采用调频制 (FM) 和改进型调频制 (MFM) 的记录方式。
- 调频制 (FM)
- 改进型调频制 (MFM)
（4）磁盘的性能指标
Q: 磁盘的性能指标有哪些？
A:
- 记录密度
- 磁盘容量
- 存取时间
- 数据传输速率
Q: 平均存取时间的定义是什么？
A: 平均存取时间是指从 CPU 发出读/写命令到数据被读出或写入完成所需要的时间。
Q: 平均存取时间由哪些部分组成？
A: 平均存取时间由寻道时间、旋转延迟时间和传输时间三部分组成。
注意这里的两个一半，寻道时间是要取一半的平均值，旋转时间也是一半，也就是半周
Q: 磁盘容量的计算公式是什么？
A: 格式化容量 = 记录面数 × 柱面数 × 每道扇区数 × 每个扇区的容量。
Q: 磁盘存取时间由哪些部分组成？
A: 磁盘存取时间由寻道时间、旋转延迟时间和传输时间三部分构成。这个好像和平均存取时间是一个东西
注意这里的两个一半，寻道时间是要取一半的平均值，旋转时间也是一半，也就是半周
Q: 机械硬盘的数据传输速率的计算公式是什么？
A: 数据传输速率 = 磁盘转数 × 每条磁道容量。
(5) 磁盘地址
Q: 磁盘地址的格式是什么？
A: 磁盘地址一般由柱面（磁道）号、盘面（磁头）号和扇区号组成。
Q: 磁盘地址的位数取决于什么？
A: 磁盘地址的位数取决于磁盘的容量和扇区大小。
(6) 磁盘的工作过程
Q: 磁盘的主要操作有哪些？
A: 磁盘的主要操作是寻址、读盘、写盘。
Q: 磁盘的工作过程是怎样的？
A: 磁盘工作时，第一步是取控制字，第二步是执行控制字。
磁盘存储器的最小读/写单位为一个扇区, 即磁盘按块存取。
2. 磁盘阵列
Q: RAID 的全称是什么？
A: RAID 的全称是独立冗余磁盘阵列 (Redundant Array of Independent Disks)。
Q: RAID 的作用是什么？
A: RAID 通过将多个独立的物理磁盘组成一个独立的逻辑盘，实现更好的存储性能、可靠性和安全性。
Q: RAID 的分级有哪些？
A: 0~5
- RAID0
- RAID1
- RAID2
- RAID3
- RAID4
- RAID5
Q: RAID0 的特点是什么？
A: RAID0 无冗余和无校验，可以提高存储容量和磁盘存取速度，但没有容错能力。
Q: RAID1 的特点是什么？
A: RAID1 镜像磁盘阵列，可以提高可靠性，但容量减少一半。
Q: RAID 的优点有哪些？
A: 
- 提高传输速率
- 提高存储系统的数据吞吐量
- 提高安全可靠性
- 提供容错能力
提高 RAID 可靠性的措施
Q: 提高 RAID 可靠性的主要措施是什么？
A: 对磁盘进行镜像和奇偶校验。
RAID0 和 RAID1/RAID5 的区别
Q: RAID0 方案与 RAID1/RAID5 方案的主要区别是什么？
A: RAID0 方案是无冗余和无校验的磁盘阵列，而 RAID1/RAID5 方案均是加入了冗余（镜像）或校验的磁盘阵列。
条带化技术
Q: 什么是条带化技术？
A: 条带化是一种将数据分片，分别存储至不同的磁盘，提高读/写速度的技术。
Q: 条带化技术的优缺点是什么？
A:
- 优点：读/写速度快。
- 缺点：没有冗余，若其中一块磁盘损坏，则数据就会丢失。
Q: 条带化技术如何与其他技术结合使用？
A: 条带化通常和其他技术如磁盘镜像或奇偶校验结合使用，形成不同的 RAID 级别。
3.4.2 固态硬盘
1. 固态硬盘的特性
Q: 固态硬盘 (SSD) 是什么？
A: 固态硬盘 (SSD) 是一种基于闪存技术的存储器，它与 U 盘并无本质差别，只是容量更大，存取性能更好。
Q: 固态硬盘 (SSD) 的组成是什么？
A: 一个 SSD 由一个或多个闪存芯片和闪存翻译层组成。
Q: 闪存芯片的作用是什么？
A: 闪存芯片替代传统旋转磁盘中的机械驱动器。
Q: 闪存翻译层的作用是什么？
A: 闪存翻译层将来自 CPU 的逻辑块读/写请求翻译成对底层物理设备的读/写控制信号，相当于代替了磁盘控制器的角色。
Q: 闪存的读写单位是什么？
A: 闪存的数据是以页为单位读/写的。
Q: 闪存的擦写特点是什么？
A: 只有在一页所属的块整个被擦除后，才能写这一页。
Q: 固态硬盘 (SSD) 的优点是什么？
A:
- 随机访问时间比机械磁盘快
- 没有机械噪声和振动
- 能耗更低
- 抗震性好
- 安全性高
Q: 固态硬盘 (SSD) 的随机写操作为什么很慢？
A:
- 擦除块较慢
- 若写操作试图修改一个包含已有数据的页，则这个块中所有含有用数据的页都必须被复制到一个新 (擦除过的) 块中，然后才能进行对页的写操作。
Q: 固态硬盘 (SSD) 的缺点是什么？
A: - 随机写速度慢
- 闪存的擦写寿命是有限的
2. 磨损均衡 (Wear Leveling)
Q: SSD磨损均衡的作用是什么？
A: 磨损均衡技术可以延长 SSD 的寿命，避免闪存磨损不均衡导致 SSD 提前损坏。
Q: 磨损均衡的原理是什么？
A: 磨损均衡技术通过将数据写入到较新的闪存块，或者将数据分配到老的闪存块，从而均衡各个闪存块的寿命损耗。
Q: 磨损均衡的类型有哪些？
A:
- 动态磨损均衡
- 静态磨损均衡
Q: 动态磨损均衡的原理是什么？
A: 写入数据时，自动选择较新的闪存块，老的闪存块先歇一歇。
Q: 静态磨损均衡的原理是什么？
A: 就算没有数据写入，SSD 也会监测并自动进行数据分配，让老的闪存块承担无须写数据的存储任务，同时让较新的闪存块腾出空间，平常的读/写操作在较新的闪存块中进行。
Q: 磨损均衡技术可以延长 SSD 的寿命吗？
A: 是的，磨损均衡技术可以有效延长 SSD 的寿命。