您如何称呼小于扇区的硬盘上的区域?


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所以我知道磁道和扇区,但是在组成扇区的硬盘上,您如何称呼“区域”?我说的是存储1位数据的地方,即磁存储1或0的微小区域。描述硬盘驱动器的工作原理时,似乎没有什么地方做得那么详细。这是我尝试在正在撰写的论文中描述它的方式...

“计算机以多种方式存储位。机械硬盘驱动器(HDD)(例如我的笔记本电脑中的非易失性硬盘)是非易失性的(意味着当计算机断电时其内容不会丢失),并利用磁性来存储信息。硬盘驱动器由盘片组成,盘片为甜甜圈形,高度抛光的磁盘,每个盘片具有一系列围绕其的磁道,每个磁道由多个扇区组成,这些扇区又可以存储一定数量的字节。在我的MacBook Pro上,硬盘驱动器的每个扇区可以存储512个字节,这意味着硬盘驱动器上的每个物理扇区都具有4096个晶体管(如“区域”),可以被磁化或不被磁化。这样,硬盘驱动器将存储二进制信息。

这个东西甚至有名字吗?任何和所有帮助将不胜感激!提前致谢

编辑:感谢所有回答的人。我是一名高中生,所以不需要极端的细节,但还是要感谢提供它的任何人。听起来好像没有一个通用的名称,所以我会坚持使用我认为非常普通的单词“ area”!


I'm talking about the spot that stores 1 bit of data, the tiny little area that stores either a 1 or a 0 magnetically. ...而将其称为“位”有什么问题?
HopelessN00b 2014年

@ HopelessN00b正如杰米·汉拉汉(Jamie Hanrahan)和木屑所指出的那样,您的意思还不是吗?
2014年

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出于好奇,您的论文的读者是什么?例如,如果您是一名高中生,则可能不希望在下面的答案中包含所有详细信息:)
Jared Beck

您确定Macbook的硬盘使用旧式512字节扇区吗?
JDugugz14年

除了“任何被磁化的区域代表二进制1,而未被磁化的区域代表二进制0”这样的陈述根本不是真的(即使1970年代的MFM都比这更复杂),这些如何晶体管之类的领域?
hobbs 2014年

Answers:


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我相信您要寻找的术语是“磁畴”,“磁性材料中具有均匀磁化强度的区域”(wp)。硬盘设计人员一直在努力减小磁畴的大小。

但。

首先,使用“通道代码”:驱动器上记录的0和1与您写入并最终将读取的0和1不同。锯末关于如何记录1s和0s是正确的,但是还有更多:驱动器从磁通极性反转中恢复时钟脉冲(因此,如果有磁通反转,它可以知道在哪里期望磁通反转),但不能从延伸位置恢复时钟脉冲没有逆转。

这可能是个问题。有人可能会写一个整个扇区-4096位和512字节扇区-全部为0,这完全是合理的!哪一个(如果简单记录)将没有磁通反转。除其他因素外,由于转速不规则,驱动器很可能在该扇区结束之前很久就“失去了位置”。

因此,使用通道代码可以将要写入的数据实际上扩展为更多的位,以确保连续写入的非助焊剂反转不会超过一定数量。

我没有现代硬盘驱动器中使用的通道代码的参考,但是通过查找CD上使用的“八到十四调制”(“ EFM”),您可以了解其工作原理。在EFM下,每组八个位(具有256个可能的0和1的组合)将转换为一个14位的序列(16384个组合,但其中只有256个是有效代码)。选择每个14位代码中的序列,以使连续的非磁通反转(0)不超过几个-我认为是三个。还选择了它们以减小信号带宽。听起来很奇怪,但事实是这样:通过记录更多的位,您可以减少磁通过渡的次数。例如,全1的八位将需要八次磁通反转而没有通道代码,

现在,考虑写入扇区的第一部分。假设它是0。它在哪里?多亏了通道代码,实际写入该扇区的第一位很可能是1!

顺便说一句,谈论CD并不像看起来那样离题。CD使用与锯末描述的方案类似的方案:“凹坑”的开始或结束标记为1,凹坑可以开始或结束但不能凹坑的位置为0。就像磁通反转一样。

然后是错误纠正。纠错涉及每个扇区存储的其他数据。过去,驱动器将读取主要数据字段+扇区的ECC数据,并且如果检测到任何错误(例如,通过读取许多“不应存在”的通道代码之一),它将使用ECC数据更正错误。

不再。现代的数据密度使错误或多或少地被预期。因此,ECC机制得到了加强,从而可以纠正更多的错误。

是的,这确实意味着您必须记录更多的位,但这在容量方面是一个净赢。

但是,结果是我们不能说一个位,甚至是一个通道代码的一个位,都记录在特定的位置,因为ECC数据对于恢复该位与通道代码一样重要。ECC的工作方式是,ECC数据上每个位的“影响力”分布在ECC数据的很多位上。(该原理称为“扩散”。)

那么,在哪里呢?好吧,它散布在周围。更改输入中的一位,则该扇区中许多位置的通量反转都会发生变化。

如果这看起来很奇怪,请等到了解PRML(代表“可能的最大响应可能性”)为止:即使从磁头恢复的波形(驱动器在其中寻找磁通反转)也要进行统计解释。但这与“位在哪里”没有多大关系。


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我说的是存储1位数据的地方,即磁存储1或0的微小区域

从技术上讲,磁性粒子不存储“ 1或0”。这简直是​​非技术性的民间传说,它使磁性存储的概念变得毫无意义。它的磁通反转,确定位的值,与该读出在由零的间隙开始的要求。有关数字磁记录技术的更多信息,请参见此答案

盘片,是甜甜圈形状的,高度抛光的盘片。

“甜甜圈”不是正确使用的形容词。“甜甜圈”是环面的同义词,并且都没有任何平坦的表面。

每个拼盘都有一系列的轨迹,

轨道是盘片表面上的同心圆。
气缸的概念需要提及。

这意味着硬盘驱动器上的每个物理扇区都具有4096个晶体管(如“区域”),可以被磁化或不被磁化。

这是一个不准确的描述。磁记录不像“晶体管”(例如,开关)。盘表面的磁性涂层不能被“未磁化”

磁化的任何区域均表示二进制1,而未磁化的任何区域均表示二进制0

这是不准确的。磁化的粒子在两个方向中的任何一个方向极化,以产生磁通反转以确定位状态。没有磁通变化表示与先前位相同的位状态。通量变化表明该位是前一位的倒数。

在组成该扇区的硬盘上,您如何称呼“区域”?

的“扇区*实际上是由一个的ID记录数据记录
数据记录通常由一个领先的同步字节,有效载荷数据字节,ECC字节。

在某些类型的HDD(例如旧的落地式存储模块驱动器(SMD))上,可移动磁盘组使用预先记录的伺服表面来提供位定时和圆柱/磁道定位。该预记录的定时信号是通过读取该表面上的二进制位得出的。

从SMD参考手册(对于CDC BJ4A1和BJ4A2):

Dibit是偶极位的缩写。在磁盘组制造期间,Dibits被预先记录在伺服表面上。不要将伺服表面与包装记录表面混淆。

位数是磁通反转记录在伺服磁道上的方式的结果。一种类型的轨道(称为“偶数”轨道)包含负数位。另一种类型的轨道(奇数轨道)包含正数位。

但是,bit并不是您要查找的名称。
我能找到的最合适的术语是cell,如:

定义一位信息所需的时间长度就是单元。

注意,该定义是指时间而不是磁性粒子。


出于好奇,与指示最后一个磁通状态相反,磁通状态在什么级别变为“ 0”表示“无磁通反转”和“ 1”表示“磁通反转”?如果正好有一个通量反转,并且正好在一个位被计时,那么如何保证正好一个位会被读为“置位”呢?
2014年

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请参阅我关于频道代码的答案。信道代码(以及扇区前导码)经过设计,无论原始数据是什么,极性反转都以相当恒定的速率发生。您将永远不会仅有一次磁通逆转。
Jamie Hanrahan 2014年

@supercat数据是自计时的,没有这样的问题。一系列的位变成一系列的反转。每次反转都必须限制在其邻居的最小和最大时钟数之内。在该范围内的变化允许对数据进行解码,但是约束条件允许恢复时钟。
hobbs 2014年

@supercat(可以准确描述RLL代码,实际上对于硬盘驱动器来说已经过时了,但是我对PRML所使用的编码技术没有很好的了解。它们仍然必须以某种方式保证足够的转换以恢复时钟。)
霍布斯

哇,这么敌对,不友好的答案。
Gremlin

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我曾为磁盘制造商工作,处理过硬件以及读取,写入和格式化数据的固件。没有比一个扇区更小的名称了。但是,扇区不必是512字节。我在扇区范围从64到8192字节的系统上工作。

正如其他人提到的那样,了解受众确实很有帮助。OP提出的解释在许多方面都是错误的。我想在提出解释之前先了解听众。值得一提的是,有关磁盘扇区的Wikipedia文章https://en.wikipedia.org/wiki/Disk_sector拥有合理的外行人的解释。

维基百科有关磁盘扇区的文章缺少的内容是对扇区部分的覆盖。大多数磁盘是我们所谓的软扇区磁盘。不幸的是,“软扇区”将重定向到软盘文章。他们有一篇关于硬盘分区的文章(https://en.wikipedia.org/wiki/Hard_sectoring),但是由于旧的硬盘驱动器也被硬盘分区,因此该文章并不完整。他们没有使用介质上的孔,而是使用了安装在主轴上的小磁铁,或者主轴的一部分伸出了几分之一英寸,并具有与硬扇区软盘上的孔非常相似的孔,或者使用了一个专门的磁盘表面在工厂中预先记录了扇区和时钟标记。硬分区简化了弄清楚何时可以开始读取或写入数据所需的逻辑。

自1980年代初以来制造的硬盘是软扇区的。软扇区具有以下组件:

  • 前导码-这是一个特殊的位序列,其模式永远不会出现在数据中。
  • 标头-包含扇区和轨道号。在我处理过的某些磁盘中,我们也在此处记录了磁头编号。
  • 同步-这是一种特殊的模式,很像前言。存在是因为
    • 检查头数据以查看是否是我们要读取或写入的扇区需要花费有限的时间。
    • 将磁头从读取模式(读取标头)切换到写入模式(写入磁盘数据)需要花费有限的时间。
    • 如果磁盘变旧,变热或变冷或电源电压发生变化,旋转速度就不是恒定的。
  • 数据-数据在同步码型之后立即开始。写入扇区时,我们读取标题,然后写入同步和数据。读取时,我们读取同步,并使用该同步可以检测数据的开始。有许多记录数据的方法。不归零(请参阅Wikipedia)是一种常见方法。早期的磁盘使用纵向磁记录(LMR)(请参阅Wikipedia),而现代磁盘则使用垂直磁记录(PMR)(请参阅Wikipedia)
  • 数据之后是循环冗余校验(CRC)(旧磁盘)或错误检查和纠正(ECC)(新磁盘)代码位。
  • CRC / ECC之后是引出模式。这非常类似于同步模式,因此磁盘控制器知道它已到达数据末尾。如果它比预期早或晚读取引出线,则控制器会知道该过程中存在故障。
  • 引出线后有一些填充。这里什么都没写。如果磁盘在写入扇区时旋转速度比正常速度稍快,则可能会出现这种情况。我们不想覆盖以下扇区的Preamble,更不用说其标题,同步或数据了。

因此,回到OP的问题,虽然没有比一个部门小的事物的名称,但还有很多。

我处理过的某些磁盘进行扇区阻止和解块。例如,我们可以在媒体的特定区域上使用1024字节的扇区(请参阅Wikipedia上的区域位记录(ZBR)),但外界只能看到512字节的扇区。本质上,对于每个区域,我们使用最有效的磁盘扇区大小。我用“扇区大小”和“内部扇区大小”这两个词来表示,虽然有时我们处理的内容小于扇区,但它们仍称为扇区。


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顺便说一句,通道代码是驱动器如何区分数据和诸如前同步码和导出模式之类的东西。如果将最终用户数据简单地写入表面,则可能存在任何为前导码或引出线选择的位序列可能位于某人打算写入的数据中,从而“欺骗”驱动器的情况。但是,使用通道编码后,这种可能性就消失了,因为前同步码和引出线中的位序列永远不会出现在有效的通道代​​码中。
Jamie Hanrahan 2014年

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ollimpia,我将您的解释的后半部分替换为:

“可以存储512个字节,每个字节有8位。这意味着硬盘驱动器上的每个物理扇区都可以存储4096位数据。磁盘上涂有一种特殊材料,既可以可靠地保持磁极性,也可以轻松地使极性变成数据是使用南北向和南北向磁极性的组合存储的。”

我故意没有为媒体上的位提供名称,例如“ spot”或“ area”。这两个字都没有错,但也不是完美的选择。我还故意没有将4096个数据位转换为媒体上极化的“点”。

我之所以避免使用诸如“斑点”或“区域”之类的词,是因为在读取数据时,我们不会读取磁极性,而是会感知从一种极性向另一种极性的转变。因此,我们正在寻找“移位”或“无移位”,以了解是要处理0位还是1位。

我之所以避免说数据位与磁盘介质上写的内容之间是一对一的转换,是因为我们不能太长时间使用“无移位”,因为我们可能会错失我们的位置。我们使用班次保持同步。磁盘驱动器将数据位序列转换为在物理介质上使用的稍长的位序列。媒体上使用的序列经过精心设计,因此无论用户数据包含什么内容,我们都绝不会因“无移位”而花费过多的时间。

组码记录(GCR)是一种用于编码数据的常用方法,可以解释为使用介质上的五位记录数据的每四位。这不是一个完美的解释,因为磁盘正在查看极性的变化而不是位的变化。如果您查看https://en.wikipedia.org/wiki/Group_code_recording上的表格您将看到零和一的序列。零为“无班”,一个为“班”。四个数据位“ 0111”可以被编码为“ 10111”。我们从左至右读取“ 10111”,并将其写入媒体时,我们会将媒体极化为:1)北-南(移动或不移动取决于前半个字节的最后一位)2)北-向南(与前一比特相比无移位)3)南北(与前一比特相比移位)4)南北(与前一比特相比移位)5)南北(与前一位相比移位)

之前,我用前同步码,同步等解释了扇区的各个部分。前同步码,同步等是使用GCR转换表中不存在的移位模式记录的。通常,它们是多班或无班的字符串。例如,6250 GCR RLL的行距绝不会超过七个班次,这意味着我们的特殊模式可以连续八个班次或更多班次。6250 GCR RLL也永远不会连续有两个以上的无移位,这意味着我们可以使用三个或更多的无移位作为特殊模式,这种模式将不会出现在记录的用户数据中。

随着技术的进步,我们可以有更长的“不动产”。这导致编码系统比编码为五个磁盘上位的四个数据位更有效。额外的效率不仅用于增加可用存储,还用于添加错误检查和纠正(ECC)。

其他技术改进要利用这一优势,因为它可以改变极性的强度,以此来挤压多余的东西,从而可以说出了从北到南的移位和“模拟记录”。信息发布到媒体上。

因此,尽管Macbook Pro中的磁盘似乎是一种数字存储设备,但工程师设计的读/写磁头和应用于磁盘盘的涂层正在处理模拟信号。

如果您对数学感兴趣,请查阅“有限域算术”和“抽象代数”,这两种方法都用于设计所谓的通道编码系统。

我要说的是,盘片看起来不是用金属或其他硬质材料制成的CD或DVD盘,而是“甜甜圈”形。就像可以在CD或DVD上看到的一样,准备安装在磁盘中的空白光盘在中间有一个孔。


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这是一个有趣的问题,但是据我所知,除了实际拼盘本身的材料特性之外,它没有名称。

但是,如果您确实想进一步细分信息,则可以解释为您有一个几何扇区和一个数据扇区。

几何扇区是拼盘的“饼片”部分

数据扇区(也称为块)是磁道的细分。它指的是轨道和几何扇形的交叉部分。每个扇区存储固定数量的数据。-这更多的是您的解释而不是几何部分。

希望这可以帮助。

编辑:根据下面的评论,请参阅http://en.wikipedia.org/wiki/Disk_sector

还需要注意的是,几何(或几何)扇区并非硬盘驱动器独有,如果您谈论的是整个扇区或数据扇区,那么很多事物都可以使用几何扇区来分离。


请提供引用,以表明这些术语(“几何”和“数据”扇区)在您定义时已被专业使用。
木屑2014年

@sawdust在Wiki上添加了一个页面,这是我在
Google

只是意识到他们所说的数据扇区一个磁道扇区,猜测其有多个名称的计算机术语“其中之一” ....
CharlesH

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如果将形状称为“甜甜圈”,则任何细节都过于技术化。
JDługosz

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@jdlugosz哈哈!!
CharlesH 2014年
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