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🔥 系列专栏：OS从基础到进阶
- ⚖️1 减少延迟时间
- ⚙️1.1 存在延迟时间的原因
- ⚙️1.2 减少延迟的方法
- 🧪1.2.1 交替编号
- 🧪1.2.2 错位命名
- ⚙️1.3 总结
- ⚖️2 磁盘的管理
- 🧰2.1 总览
- 🧰2.2 什么是磁盘初始化
- ⚗️2.2.1 物理格式化
- ⚗️2.2.2 将磁盘分区
- ⚗️2.2.3 逻辑格式化
- 🧰2.3 引导块
- ⚗️2.3.1 初始化程序（自举程序）
- ⚗️2.3.2 引导块
- 🧰2.4 坏块
- ⚗️2.4.1 什么是坏块
- ⚗️2.4.2 如何解决坏块的问题
- 🧰2.5 总结
- ⚖️3 固态硬盘
- 🏹3.1 总览
- 🏹3.2 SSD组成
- 📡3.2.1 示意图
- 📡3.2.2 解释
- 🏹3.3 SSD的读取特性
- 📡3.3.1 固态硬盘的读取过程
- 📡3.3.2 固态硬盘的擦除/写过程
- 📡3.3.3 固态硬盘支持随机访问
- 🏹3.4 SSD的磨损均衡技术
- 📡3.4.1 SSD的缺点
- 📡3.4.2 什么是磨损均衡技术
- 📡3.4.3 分类
- 🕮 4 总结
⚖️1 减少延迟时间
⚙️1.1 存在延迟时间的原因
假设磁盘的基本结构如图所示。事实上，在实际的磁盘中，磁头每读取一个扇区的内容后，需要一定的处理时间，但是盘片是在不停的旋转的，所以假设磁头读完2号扇区后再想读3号扇区，必须等盘片转完一圈才可以。此时会产生较大的延迟。
⚙️1.2 减少延迟的方法
🧪1.2.1 交替编号
如图，假设磁盘需要读入0-1号扇区的内容，当读完0号扇区的内容后经过一段时间的处理，此时磁头在盘面4，此时只需要等待磁头从4转到1号就可以读取。
🧪1.2.2 错位命名
（1）磁盘的物理地址为什么是（柱面号，盘面号，扇区号）而不是（盘面号，柱面号，扇区号）？
①对于第二种表示方式，
则转第一圈的时候，可以读取0、2、4、6的磁道的数据；转第二圈可以读取1、3、5、7的磁道的数据。
此时（00，000，111）的数据全部读完，为了读取（00，001，000）-（00，001，111）的数据，需要将读写头往外移动一个磁道的距离，这种移动属于物理层面的移动，耗费时间较长。
②对于第一种表示方式，
与前文类似，读取（000，00，111）的数据需要转两圈。接下来为了读取（000，01，000）-（000，01，111）的数据（分布在两个盘面上），示意图如图所示。则只需要将0号磁头关闭并激活1号磁头即可。并再次转两圈就可以读取完成。
这种方式无须物理移动磁头，耗费时间更短
（2）什么是错位命名？
不同盘面不同扇区的命名是错开的。如图所示
（3）不采用错位命名的读取过程
如果不采用错位命名，则磁盘的物理结构的示意图如图所示
假设想读取的数据为0号盘面的7号扇区、1号盘面的0号扇区
注意：
1. 这种地址连续的读取很常见）。
2. 不同的盘面是连轴转动的。
则首先会转一圈读取0号盘面的7号扇区，而读取完数据还需要花费一定的时间进行处理，而盘面是不间断转动的，因此虽然此时1号磁头已经到了1号盘面的0号扇区，但是也并不可以立即读取，而等到可以读取的时候磁头已经不在扇区的开始处了。所以又需要转一圈，整个过程耗费时间较长
（4）采用错位命名的读取过程
如果采用错位命名，则磁盘的物理结构的示意图如图所示
则当0号盘面的7号扇区的数据处理完毕，此时1号盘面的磁头可能已经在7号扇区的中间，再等上一小段时间就可以读取数据。此种方法耗费时间较短。
⚙️1.3 总结
⚖️2 磁盘的管理
🧰2.1 总览
🧰2.2 什么是磁盘初始化
⚗️2.2.1 物理格式化
如图所示：
⚗️2.2.2 将磁盘分区
如图所示
⚗️2.2.3 逻辑格式化
🧰2.3 引导块
⚗️2.3.1 初始化程序（自举程序）
（1）什么是自举程序？
（2）ROM
（3）存在的问题
初始化程序一般较大，很难保证不出错，但是ROM是不可更改的，当程序出错时就无法更改
⚗️2.3.2 引导块
（1）如何改进ROM的问题？
为了解决ROM的问题，通常是将自举块存放在系统内，ROM钟存放自举装入程序，这种程序一般而言较小，出错的可能性很小
（2）什么是引导块？
🧰2.4 坏块
⚗️2.4.1 什么是坏块
⚗️2.4.2 如何解决坏块的问题
（1）FAT标记
（2）替换坏块
🧰2.5 总结
⚖️3 固态硬盘
🏹3.1 总览
🏹3.2 SSD组成
📡3.2.1 示意图
📡3.2.2 解释
系统对于固态硬盘的读取是以页为单位，多个页组成了一个块，多个块组成了一个芯片，多个芯片组成了一个芯片组。
对应到机器硬盘：
系统对于机器硬盘的读取是以扇区为单位，多个扇区组成一个磁道，多个磁道促成一个盘面，多个盘面组成一个盘面组。
因此存在对应关系：
| 固态硬盘 | 机器硬盘 |
|---|---|
| 页 | 扇区 |
| 块 | 磁道 |
| 芯片 | 盘面 |
| 芯片组 | 盘面组 |
🏹3.3 SSD的读取特性
📡3.3.1 固态硬盘的读取过程
系统将需要读/写的逻辑块号传入硬盘，硬盘的闪存翻译层将逻辑块号翻译为物理页号，再从此物理地址中取出内容传给系统
📡3.3.2 固态硬盘的擦除/写过程
由于固态硬盘对数据的擦除是以块为单位的。假如此时一个块有3个页，其中0、1页有数据，而此时又想在0页写数据。则此时需要将0、1页的数据移到其余空闲块，并进行擦除后才可以写入。
同时，数据的物理地址改变后，闪存翻译层还需要同步改变这些数据的逻辑块号、物理地址的映射关系
📡3.3.3 固态硬盘支持随机访问
可以直接通过电路定位到物理地址。而机器硬盘只可以通过磁头的移动进行读写，不支持随机访问。
🏹3.4 SSD的磨损均衡技术
📡3.4.1 SSD的缺点
当SSD中的一个块被擦除太多次后会坏掉，也就是不可以再次写入数据。当然，机器硬盘不存在这一点特点。
📡3.4.2 什么是磨损均衡技术
对于坏掉的块或磨损过于严重的块，闪存翻译层会改变逻辑块号与物理地址的映射关系，不再将数据存入该块
📡3.4.3 分类
①动态磨损均衡
②静止磨损均衡
🕮 4 总结
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