磁盘存储器是使用最广泛的一种外部存储器,典型的硬盘存储器的结构如图6.11所示。多个圆形磁盘片固定在一根中心轴上组成一个磁盘组。每个园盘表面划分成很多个同心园,一个同心园称为一条磁道(Track),所有盘面上直径相同的磁道组成柱面(Cylinder),每个盘面还划分成多个大小相同的扇区(Sector)。目前,磁盘的最小物理寻址单位是扇区,每个扇区存储器512字节的有效数据。
  磁盘组在驱动电机的带动下高速旋转,每个磁盘面上有一个磁头,所有磁头都固定在同一个磁头架上,磁头架由访问侍服机构驱动。磁头可以在磁盘面上沿半径方向快速移动,由于每个磁盘面上的磁道数很多,因此,要求磁头的定位精度很高。软磁盘存储器一般用步进电机驱动磁头,磁头在外磁道与内磁道的寻道时间是不同的;硬磁盘存储器用音圈电机驱动,磁头在外磁道与内磁道上的寻道时间基本相同。
  磁盘存储器的种类比较多,按照载体的材料来划分,有硬盘存储器和软盘存储器。软盘存储器的载体用塑料做成,存储容量比较小,访问速度很低。目前使用最普遍的3.5英寸软磁盘的存储容量仅为1.44MB,在一般计算机系统中用作脱机外部存储器。硬盘存储器的载体是金属,存储容量比较打大,种类也很多,在一般计算机系统主要用作联机外部存储器,存放操作系统、各种系统软件应用软件和用户文件等。
图 6.11 硬盘存储器工作原理

  按照盘片的大小划分,常见的有14英寸、10.5英寸、8英寸、5.25英寸、3.5英寸和2.5英寸等多种,2.5英寸的硬盘主要用在笔记本计算机中,3.5英寸和5.25英寸的硬盘主要用在台式机、小型工作站和服务器中,8英寸以上的硬盘主要用在大中型计算机系统中。
  在大型磁盘存储器中,又有活动头磁盘和固定头磁盘,可卸磁盘和不可卸磁盘等。图6.11所示的就是活动头磁盘,每个磁盘面上只有一个磁头,固定头磁盘在每条磁道上都有一个磁头,所有磁头都固定的,不能移动,这种磁盘的访问速度高,但存储容量较小。可卸磁盘的磁盘组是可以取出来的,它能够很方便地更换新的磁盘片。
  目前,很多硬盘存储器均采用了温彻斯特技术,被称为温彻斯特磁盘(Winchester Disk Unit),简称为温盘。温彻斯特技术是1973年IBM公司在加州坎布尔市的一个研究所里首先发展起来的高性能磁盘技术,后来就用这个研究所所在的温彻斯特大街命名。温彻斯特技术的主要特点是:磁头和磁盘组件密封,内部充以惰性气体或过滤后的空气,并维持正压,磁头尺寸小、重量轻、加载力小,介质经过润滑处理。另外,温彻斯特磁盘为了减小磁头与盘面之间的距离,根据空气动力学原理和磁头浮动机理,精心设计了磁头组件和空气轴承,采用了接触起停技术。因此,温彻斯特磁盘具有存储容量大、读写速度快、可靠性高,价格便宜等优点。 磁盘存储器的地址格式如图6.12所示,由下面4部分组成:
图 6.12 磁盘存储器的地址格式
  1.扇区(Sector)号:通过一条条半径把磁盘表面划分成多个相等的扇形区间,这些扇形区间把磁道切割成弧形线段,一条弧形线段就称为一个扇区。扇区是磁盘存储器的最小物理寻址单位,每个扇区存储512个字节的有效数据(还存储有多种其他信息)。
  2.盘面号:对于活动头磁盘,每个磁盘面上只有一个磁头,因此,盘面号也就是磁头(Header)号。为了节省寻找磁道的时间,同一个柱面上的相邻磁道之间连续编址。
  3.柱面(Cylinder)号:当同一个柱面内的所有磁盘面都编完地址之后,就要移动磁头架进入下一个柱面。因此,磁盘的编址顺序从小到大为:扇区、磁盘面、柱面。
  4. 磁盘号:同一台计算机系统内(或同一个磁盘接口内)允许安装多块磁盘,通过这个字段给出磁盘的编号。