整套解决方案：详细说明硬盘的内部硬件结构和工作原理(2)

显然，要解决此问题，增加扇区之间的间隔是不现实的，这将浪费大量磁盘空间。许多年前，一位来自IBM的杰出工程师提出了一种出色的方法，那就是，使用交错因子进行编号，而不是对扇区使用顺序编号。交叉因子通过比率法表示。例如，3：1表示磁道上的第一个扇区是扇区1，而跳过了两个扇区，即，第四个扇区是扇区2，此过程继续进行。直到每个物理扇区都用逻辑编号编程。例如，每个磁道具有17个扇区的磁盘是根据2：1的交叉因子编号的：1、10、2、11、3、12、4、13、5、14、6、15、7、16 8，17，9，根据3：1的交叉因子编号为：1,7,13,2,8,14,3,9,15,4,10,16,5,11,17， 6,12。当交叉因子设置为1：1时，如果硬盘控制器足够快地处理信息，则读取磁道上的所有扇区只需旋转一次；但是，如果硬盘控制器的后处理动作不是那么快，则磁盘将旋转。转数等于磁道上的扇区数，以便可以读取每个磁道上的所有数据。当交叉因数设置为2：1时，磁头需要读取磁道上的所有数据，磁盘只需旋转两周。如果交叉因子2：1仍然不够慢，并且磁盘旋转数大约为磁道的扇区数，那么此时，交叉因子可以调整为3：1，如图1所示。 -10。

图1-10不同交叉因子的影响示例

图1-10显示了典型的MFM（修改频率调制，修改频率调制）硬盘，每个磁道具有17个扇区，并绘制了三个不同的扇区交叉因子编号。 。最外面的磁道（圆柱0）上的扇区以简单的顺序连续编号，这等效于扇区交叉因数为1：1。磁道1（圆柱体）的扇区是基于2：1的交叉因子。2磁道是根据3：1的扇区交叉因子进行编号的。

在早期的硬盘管理工作中，用户需要自己设置交叉因子。当在BIOS中使用低级格式化程序将硬盘低级化时，您需要指定交叉因子，有时您需要设置几个不同的值来比较其性能，然后确定一个更好的值，为了希望硬盘的性能更好。当前的硬盘BIOS本身已解决了此问题，因此常规的低级格式化程序不再提供此选项设置。

当系统将文件存储在磁盘上时，将以柱面，磁头和扇区的方式完成操作，即在第一磁道的第一磁头（即第一磁盘的第一磁道）下的所有扇区。 ，然后，同一柱面的下一个磁头，...，一个柱面已满后，它将前进到下一个柱面，直到将文件内容写入磁盘。系统还以相同顺序读取数据。读取数据时，通过告诉磁盘控制器读取扇区所在的柱面号，磁头号和扇区号（物理地址的三个组成部分）来完成。磁盘控制器直接将磁头组件移至相应的磁柱，对相应的磁头进行门控，并等待所需的扇区在磁头下方移动。当扇区到达时，磁盘控制器将读取每个扇区的标头，将这些标头中的地址信息与预期的磁头和柱面编号（即，寻道）进行比较，然后搜索所需的扇区号。当磁盘控制器找到扇区的标题时，它根据其任务是写入还是读取扇区来决定是切换写电路还是读取数据和尾部记录。找到扇区后，磁盘控制器必须先对扇区中的信息进行后处理，然后再继续搜索下一个扇区。如果正在读取数据，则控制器计算数据的ECC代码，然后将ECC代码与记录的ECC代码进行比较。如果正在写入数据，则控制器将计算此数据的ECC代码并将其与数据一起存储。在控制器对该扇区中的数据进行必要的处理期间，磁盘将继续旋转。由于信息的后处理需要一定的时间，因此磁盘在此期间已经旋转了相当大的角度。

确定交叉因素是系统级的问题。特定硬盘驱动器的交错因子取决于：磁盘控制器的速度，主板的时钟速度，连接到控制器的输出总线的运行速度等。如果磁盘的交叉因子值太高，则需要花费更多时间等待数据在磁盘上存储和读取。如果交叉因子值太低，则会大大降低磁盘性能。

如前所述，当系统在磁盘上写入信息时，它将在一个磁道已满后转向同一个柱面的下一个磁头，然后在该柱面已满时转向下一个柱面。从同一圆柱体上的一个轨道到另一个圆柱体，从一个圆柱体到下一个圆柱体，每次转换都需要时间。在此期间，磁盘始终保持旋转，这带来了一个问题：假设系统刚刚结束，写入磁道的前一个扇区，并且设置了最佳交叉因子比率，现在可以在第一个扇区中进行写入了。下一首曲目。此时，您必须等待，直到切换了头并且头部件准备好在下面重新放置。一起。如果此操作花费了一点时间，即使它是交错的，头部仍会迟到。该问题的解决方案基于原始轨道的位置，新轨道上的所有扇区号都移动了一个或几个扇区位置。这是头歪斜。磁头歪斜可以理解为气缸表面和气缸表面之间的交叉因数，它是由制造商设定的，用户通常不需要更改它。更改磁头偏斜更加困难，但是它们仅在文件很长且超过读写轨道的末尾时才起作用。因此，由不正确的偏斜设置导致的时间损失要比使用不正确的风扇造成的时间损失大。由面积交叉因子值引起的损耗要小得多。可以使用专用工具软件测试和更改交叉因素和头部偏斜。毕竟，很多用户现在还没有看到这些参数。

扇区号存储在扇区头中，扇区交叉因数和磁头歪斜信息也存储在此处。最初，硬盘低级格式化程序只是执行磁盘控制器的特殊功能来完成设置任务。由于此过程可能会破坏低级格式化轨道上的所有数据，因此很少使用。

扇区交叉因子由扇区头中写入的数字设置，因此每个磁道可以有自己的交叉因子。在大多数驱动器中，所有磁道具有相同的交叉因子。但有时由于运营原因，也可能导致每个轨道的部门交叉因素不同。例如，当交叉因数重置程序正在工作时，由于电源故障或人为中断，某些磁道的交叉因数将发生变化，而其他磁道的交叉因数将不会发生变化。这种不一致不会对计算机造成不利影响，但是具有最佳交叉因子的轨道将比其他轨道运行得更快。

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