存储基础知识1_介质和阵列
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主轴Spindle和主轴电机 Motor
✓ 硬盘驱动器由主轴带动盘片旋转，其转速很高， 目前一般为5400r/min、7200r/min。高速硬盘一 般是15000r/min，用于服务器和高速磁盘阵列。 主轴电机一般为无刷直流电机，采用流体动压 轴承以达到极小的径向偏摆，从而保证极小的 磁道偏摆，利于磁头对磁道的跟踪。
外部边缘 外部中间 中心 内部中间
内部边缘
慢 快 访问速度 慢
磁道平面图
硬盘的基本参数
常用指标
容量
✓ 硬盘的容量MB或GB为单位。容量指标还包括硬盘的单碟容量单，是指包括正反两面在内 的单个盘片的总容量 。单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。
转速
✓ 转速(Rotational speed)是指盘片每分钟转动的圈数RPM（Round Per Minute) 。
当访问某一个扇区时，磁头须从当前所处的磁道运动到指定的目标磁 道，再等待被访问的扇区旋转到磁头下。所有盘面上的磁头装在同一 个小车上作同步运动，即每一瞬间各盘面上的磁头均处于各自同一序 号的磁道上，这些序号相同的磁道组成了一个柱面，与磁道编号一样， 零磁道所在的柱面为零柱面，1号磁道所在的柱面为1号柱面，依次类 推。
SNIA（存储网络行业协会）存储模型
➢ 第一部分：存储介质 ➢ 第二部分：阵列技术
存储介质
存储介质
➢硬盘技术 ➢磁带技术
硬盘主要物理结构
盘片 马达(motor)
磁头
底座（Base）
PCB及RV传感器
硬盘接口
硬盘主要物理结构
盘片 Platter
✓ 磁盘驱动器的主要组件之一是盘片，其盘片构 成材料是铝合金或者是玻璃，表面覆盖着磁记 录层。
均访问时间
✓ 平均访问时间(Average Access Time)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标 磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括 平均寻道时间+平均等待时间。平均寻道时间(Average Seek Time)是指硬盘的磁头移动到 盘面指定磁道所需的时间，一般8ms以内。平均等待时间是指磁头已处于要访问的磁道， 等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的 一半，一般应在4ms以下。
扇区Sector
✓ 每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段是磁盘的扇 区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘读取和 写入数据时，要以扇区为单位。
柱面Cylinder
✓ 硬盘由重叠多盘片构成，每个盘面都被划分为数目相 等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号 的磁道形成一个圆柱，称为磁盘的柱面。柱面数磁道 数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此， 盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS,即Cylinder （柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知 道了硬盘的CHS，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量= 柱面数×磁头数×扇区数×512Byte。
磁道Track
✓ 当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆 形轨迹就叫做磁道。是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息是沿着磁道存放的。 相邻磁道之间并不是紧挨着，因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，硬盘上的磁道密度很 大，通常一面有成千上万个磁道。
✓ More capacity per disk ✓ More sectors per track towards edge ✓ Since disk spins at constant speed, outer tracks have faster data rate
Bandwidth outer track 1.7x inner track!
✓ 硬磁盘盘片直径小型化的同时，面密度也在不 断提高。目前硬盘的面密度已经超过每平方英 寸100GB。
磁头 Head
✓ 硬磁盘驱动器的磁头是浮动磁头，工作过程中 磁头与盘面不接触，两者之间有一个很小的间 隙。当磁盘高速旋转时，由于空气的粘滞性， 附着在盘面上的空气在磁头和盘面之间形成了 一层空气垫，托住磁头。
A hard drive platter being accessed by an actuator arm.
硬盘的读写工作
磁盘驱动器在存取工作过程中，首先要把磁头移动到目标磁道，这个 过程称为寻道。到达目标磁道后，还要通过伺服跟踪系统使磁头动态 保持在目标磁道的中心，这个过程叫磁道跟踪。
在寻道过程中，首先执行寻道命令，把磁头当前所处磁道距目标磁道 的距离计算出来，装入差值计数器中，然后根据差值的正、负和大小 来驱动磁头运动。为了提高寻道速度，一般把控制分成两个阶段来进 行。第一阶段是“粗控”阶段，作用是速度控制。当目标磁道和当前 磁道之差大于零时，采用速度控制，目的在于尽快找到目标磁道。当 找到了目标磁道后，才进入“精控”阶段。“精控”阶段的作用是位 置控制，保证磁头牢牢盯住目标磁道，所以又称跟踪控制方式。
访问时，先要选择柱面，其次要选择磁头（也就是选择盘面）和扇区。 所以，寻址用的地址信息应该有柱面号、磁头号和扇区号。
硬盘存储结构
磁头Head
✓ 磁头是硬盘中最昂贵、最重要的部件。MR磁头（Magnetoresistive heads），即磁阻磁头，采用的 是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头 则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分 别进行优化，以得到最好的读/写性能。
存储基础知识
存储基础讨论哪些问题？
介质技术
FC
IP
SCSI
Hos通t 道P技la术tforms
性能 Performance
容量 capacity
体系结构
NAS DAS SAN
Media存M储a协na议gement
NDMP SCSI DAFS
VSS RAID 快照 复制 虚拟化
重复删除 云存储
ILM 备份 容灾 WORM
Data Rate: Inner vs. Outer Tracks
To keep things simple, originally same number of sectors per track
✓ Since outer track longer, lower bits per inch
Competition decided to keep bits per inch (BPI) high for all tracks (“constant bit density”)
✓ 硬盘驱动器由主轴带动盘片旋转，其转速很高， 目前一般为5400r/min、7200r/min。高速硬盘一 般是15000r/min，用于服务器和高速磁盘阵列。 主轴电机一般为无刷直流电机，采用流体动压 轴承以达到极小的径向偏摆，从而保证极小的 磁道偏摆，利于磁头对磁道的跟踪。
外部边缘 外部中间 中心 内部中间
内部边缘
慢 快 访问速度 慢
磁道平面图
硬盘的基本参数
常用指标
容量
✓ 硬盘的容量MB或GB为单位。容量指标还包括硬盘的单碟容量单，是指包括正反两面在内 的单个盘片的总容量 。单碟容量越大，单位成本越低，平均访问时间也越短。
转速
✓ 转速(Rotational speed)是指盘片每分钟转动的圈数RPM（Round Per Minute) 。
当访问某一个扇区时，磁头须从当前所处的磁道运动到指定的目标磁 道，再等待被访问的扇区旋转到磁头下。所有盘面上的磁头装在同一 个小车上作同步运动，即每一瞬间各盘面上的磁头均处于各自同一序 号的磁道上，这些序号相同的磁道组成了一个柱面，与磁道编号一样， 零磁道所在的柱面为零柱面，1号磁道所在的柱面为1号柱面，依次类 推。
SNIA（存储网络行业协会）存储模型
➢ 第一部分：存储介质 ➢ 第二部分：阵列技术
存储介质
存储介质
➢硬盘技术 ➢磁带技术
硬盘主要物理结构
盘片 马达(motor)
磁头
底座（Base）
PCB及RV传感器
硬盘接口
硬盘主要物理结构
盘片 Platter
✓ 磁盘驱动器的主要组件之一是盘片，其盘片构 成材料是铝合金或者是玻璃，表面覆盖着磁记 录层。
均访问时间
✓ 平均访问时间(Average Access Time)是指磁头从起始位置到达目标磁道位置，并且从目标 磁道上找到要读写的数据扇区所需的时间。平均访问时间体现了硬盘的读写速度，它包括 平均寻道时间+平均等待时间。平均寻道时间(Average Seek Time)是指硬盘的磁头移动到 盘面指定磁道所需的时间，一般8ms以内。平均等待时间是指磁头已处于要访问的磁道， 等待所要访问的扇区旋转至磁头下方的时间。平均等待时间为盘片旋转一周所需的时间的 一半，一般应在4ms以下。
扇区Sector
✓ 每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段是磁盘的扇 区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘读取和 写入数据时，要以扇区为单位。
柱面Cylinder
✓ 硬盘由重叠多盘片构成，每个盘面都被划分为数目相 等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号 的磁道形成一个圆柱，称为磁盘的柱面。柱面数磁道 数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此， 盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS,即Cylinder （柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知 道了硬盘的CHS，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量= 柱面数×磁头数×扇区数×512Byte。
磁道Track
✓ 当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆 形轨迹就叫做磁道。是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息是沿着磁道存放的。 相邻磁道之间并不是紧挨着，因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，硬盘上的磁道密度很 大，通常一面有成千上万个磁道。
✓ More capacity per disk ✓ More sectors per track towards edge ✓ Since disk spins at constant speed, outer tracks have faster data rate
Bandwidth outer track 1.7x inner track!
✓ 硬磁盘盘片直径小型化的同时，面密度也在不 断提高。目前硬盘的面密度已经超过每平方英 寸100GB。
磁头 Head
✓ 硬磁盘驱动器的磁头是浮动磁头，工作过程中 磁头与盘面不接触，两者之间有一个很小的间 隙。当磁盘高速旋转时，由于空气的粘滞性， 附着在盘面上的空气在磁头和盘面之间形成了 一层空气垫，托住磁头。
A hard drive platter being accessed by an actuator arm.
硬盘的读写工作
磁盘驱动器在存取工作过程中，首先要把磁头移动到目标磁道，这个 过程称为寻道。到达目标磁道后，还要通过伺服跟踪系统使磁头动态 保持在目标磁道的中心，这个过程叫磁道跟踪。
在寻道过程中，首先执行寻道命令，把磁头当前所处磁道距目标磁道 的距离计算出来，装入差值计数器中，然后根据差值的正、负和大小 来驱动磁头运动。为了提高寻道速度，一般把控制分成两个阶段来进 行。第一阶段是“粗控”阶段，作用是速度控制。当目标磁道和当前 磁道之差大于零时，采用速度控制，目的在于尽快找到目标磁道。当 找到了目标磁道后，才进入“精控”阶段。“精控”阶段的作用是位 置控制，保证磁头牢牢盯住目标磁道，所以又称跟踪控制方式。
访问时，先要选择柱面，其次要选择磁头（也就是选择盘面）和扇区。 所以，寻址用的地址信息应该有柱面号、磁头号和扇区号。
硬盘存储结构
磁头Head
✓ 磁头是硬盘中最昂贵、最重要的部件。MR磁头（Magnetoresistive heads），即磁阻磁头，采用的 是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头 则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分 别进行优化，以得到最好的读/写性能。
存储基础知识
存储基础讨论哪些问题？
介质技术
FC
IP
SCSI
Hos通t 道P技la术tforms
性能 Performance
容量 capacity
体系结构
NAS DAS SAN
Media存M储a协na议gement
NDMP SCSI DAFS
VSS RAID 快照 复制 虚拟化
重复删除 云存储
ILM 备份 容灾 WORM
Data Rate: Inner vs. Outer Tracks
To keep things simple, originally same number of sectors per track
✓ Since outer track longer, lower bits per inch
Competition decided to keep bits per inch (BPI) high for all tracks (“constant bit density”)