硬盘物理结构及工作原理

硬盘物理结构先看下硬盘物理结构1 硬盘物理结构硬盘物理上主要是盘片、机械手臂、磁头、和主轴等组成. 在盘片逻辑划分上又分为磁道、扇区, 例如下图:2 盘片磁道、扇区磁道:当硬盘盘片旋转时, 磁头若保持在一个位置上, 则磁头会在盘片表面划出一个圆形轨迹, 这些圆形轨迹就叫做磁道. 以盘片中心为圆心, 由此可以划分出很多磁道来, 这些磁道用肉眼是根本看不到的, 因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区, 硬盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的, 盘片上的磁道由外向内依次从“0”开始进行编号.柱面:由于硬盘可以由很多盘片组成, 不同盘片的相同磁道就组成了柱面(cylinder), 如图1所示.磁头:假设有N个盘片组成的硬盘, 那么有2N个盘面(一个盘片有2面), 那么磁头也就有2N个, 即每个盘面有一个磁头.扇区:早期的硬盘盘片的盘面以圆心开始向外放射状将磁道分割成等分的弧段, 这些弧段便是硬盘的扇区(如图2). 每个扇区一般规定大小为512byte, 这里大家应该比较疑惑, 外圈周长很明显比内圈要长, 怎么可能每个扇区都是512byte?其实答案早期硬盘外圈存储比内圈存储密度低一些, 所以外圈很长但是仍然只能存储512byte, 因此如果我们知道了柱面数(磁道数) Cylinders、磁头数Heads、扇区数Sectors, 基本上硬盘的容量我们能够计算出来硬盘总容量= Cylinders * Heads * Sectors * 512byte. 但是由于早期硬盘外圈密度低, 导致盘片利用率不高, 现在的硬盘盘片则采用内外存储密度一致的方式, 每个磁道都划分成以512byte大小的弧段, 这样也造成了内外磁道上扇区数量会不一样, 外圈上的扇区数要多于内圈扇区数.硬盘寻址方式硬盘存取、读取数据, 首先要做的就是寻址, 即定位到数据所在的物理地址, 在硬盘上就要找到对应的柱面、磁头以及对应的扇区, 那么怎么寻址呢？有两种方式: CHS和LBACHS模式:CHS（Cylinder/Head/Sector）寻址模式也称为3D模式, 是硬盘最早采用的寻址模式, 它是在硬盘容量较小的前提下产生的.硬盘的C/H/S 3D参数既可以计算出硬盘的容量, 也可以确定数据所在的具体位置. 这是因为扇区的三维物理地址与硬盘上的物理扇区一一对应, 即三维物理地址可完全确定硬盘上的物理扇区. 三维物理地址通常以C/H/S的次序来书写, 如C/H/S为0/1/1, 则第一个数字0指0柱面, 第二个数字1指1磁头（盘面）, 第三个数字1指1扇区, 表示该数据位于硬盘1盘面上的0磁道1扇区. 现在定位已完成, 硬盘内部的参数和主板BIOS之间进行协议, 正确发出寻址信号, 从而正确定位数据位置.早期硬盘一个磁道上分63个扇区, 物理磁头最多16个（8个盘片, 盘片多了硬盘那就真要加厚了）. 采用8位寻址方式, 8位二进制位的最大值是256（0-255）, 可以表示磁头数, 而扇区只有63个（1-63）, 只需要其中6个二进制位即可表示, 剩下2位拿去表示柱面, 柱面数用10(8+2)位来表达, 达到1024个柱面（0-1023）, 因此总扇区数（1024×16×63）. 前面说一个扇区大小为512byte, 这也就是说, 如果以C/H/S寻址模式寻址, 则IDE硬盘的最大容量只能为1024×16×63×512B= 500MB左右.可以思考下, 在8位寻址模式下, 其实可以寻址的硬盘最大容量为1024×256×63×512B =8G,那为啥CHS模式硬盘只支持到500MB呢？原因很简单, 我们的硬盘盘片不可能让128片盘片重叠起来吧, 那会是多厚？？如果采用28位寻址方式, 那么可以寻址137G, 盘片也不可能一直堆叠下去.LBA(Logical Block Addressing)经常去买硬盘的人都知道, 目前硬盘经常都说单碟、双碟, 其实意思就是说硬盘盘片只有1个或者2个, 而且都只是用一面, 单碟一个磁头而已, 但是硬盘容量确是几百G, 而且硬盘柱面往往都大于1024个柱面, CHS是无法寻址利用完这些硬盘容量的.另外由于老硬盘的扇区划分方式对硬盘利用率不高, 因此出现了现在的等密度盘, 外圈的扇区数要比内圈多, 原来的3D寻址方式也就不能适应这种方式, 因此也就出现了新的寻址方式LBA, 这是以扇区为单位进行的线性寻址方式, 即从最外圈柱面0开始, 依次将扇区号编为0、1….等等, 举个例子, 假设硬盘有1024个柱面, 由于是等密度硬盘, 柱面0(最外圈)假设有128个扇区, 依次编号为0-127, 柱面1有120个扇区, 则依次编号为127-246, …..依次最内圈柱面127只有扇区64个, 则编号到最后.因此要定位到硬盘某个位置, 只需要给出LBA 数即可, 这个就是逻辑数.在LBA 模式下, 为了保留原来CHS时的概念, 也可以设置柱面、磁头、扇区等参数, 但是他们并不是实际硬盘的物理参数, 只是为了计算方便而出的一个概念, 1023之前的柱面号都一一物理对应, 而1023以后的所有柱面号都记录成1023磁头最大数可以设置为255, 而扇区数一般是每磁道63个, 硬盘控制器会把由柱面、磁头、扇区等参数确定的地址转换为LBA 数. 这里我们再此明确两个概念:物理扇区号:一般我们称CHS模式下的扇区号为物理扇区号, 扇区编号开始位置是1逻辑扇区号:LBA下的编号, 扇区编号是从0开始.CHS模式转换到逻辑扇区号LBA计算公式LBA(逻辑扇区号)=磁头数×每磁道扇区数×当前所在柱面号+ 每磁道扇区数×当前所在磁头号+ 当前所在扇区号–1例如: CHS=0/0/1, 则根据公式LBA=255 ×63 ×0 + 63 ×0 + 1 –1= 0也就是说物理0柱面0磁头1扇区, 是逻辑0扇区.硬盘分区我们知道, 一般使用硬盘, 我们首先会对硬盘进行分区, 然后对分区使用某个文件系统格式(NTFS、FAT、ext2/ext3)进行分区格式化, 然后才能正常使用. 那么分区是怎么回事呢？我们常见的windows中说到的c、d、e盘是怎么划分出来的呢？其实, 在装windows系统过程中, 一般我们只需要填写每个分区的大小, 看不出来分区过程的实际工作情况, 我们可以从linux系统分区过程反而能反应底层实际分区情况.柱面是分区的最小单位, 即分区是以某个某个柱面号开始到某个柱面号结束的.如图, 柱面1~200我们可以分为一个区, 柱面201~500再划分为一个区, 501~1000再划分为一个区, 以此类推. 大家可以看到, 柱面0没有在任何分区里面, 为何？这里说说, 前面说到硬盘从外圈(柱面0)到内圈扇区是依次编号, 看似各个扇区没有什么区别, 但是这里硬盘的柱面0的第一个扇区(逻辑扇区0, CHS表示应该是0/0/1)却是最重要的, 因为硬盘的第一个扇区记录了整个硬盘的重要信息, 第一个扇区(512个字节)主要记录了两部分:①MBR(Master Boot Record): 主引导程序就放在这里, 主引导程序是引导操作系统的一个程序, 但是这部分只占446字节.②DPT(Disk Partition table): 硬盘分区表也在这里, 分区表就是用来记录硬盘的分区情况的, 例如c盘是1~200柱面, d盘是201~500柱面, 分区表总共只占64字节, 可以看出, 分区其实很简单, 就是在这个表里面修改一下记录就重新分区了, 但是由于只有64字节, 而一条记录就要占用16字节, 这个分区表最多只能记录4个分区信息, 为了继续分出更多分区来, 引入了扩展分区的概念, 也就是说, 在这4个分区中, 可以使用其中一条记录来记录扩展分区的信息, 然后在扩展分区中再继续划分逻辑分区, 而逻辑分区的分区记录则记录在扩展分区的第一个扇区中, 如此则可以像链表一样划分出很多分区来. 但是请注意, 一个分区表中可以有1~4条主分区, 但是最多只能有1个扩展分区.举例, 主分区可以是P1:1~200, 扩展分区P2: 2~1400, 扩展分区开始的第一个扇区可以用来记录扩展分区中划分出来的逻辑分区.分区表链分区表之间是如何关联的, 详细讲一下, 分区表是一个单向链表, 第一个分区表, 也就是位于硬盘第一个扇区中的DPT, 可以有一项记录扩展分区的起始位置柱面, 类似于指针的概念, 指向扩展分区(图3), 根据这项记录我们可以找到扩展分区的某柱面0磁头1扇区(CHS), 而这个扇区中又存放了第二个分区表, 第二个分区表第一项记录一般表述了当前所在的逻辑分区的起始/终止柱面, 第二项记录表述了下一个逻辑分区所在的0磁头1扇区(CHS),第三、第四项记录不存任何信息(图4).请看下图, 主引导记录/分区表所在的是硬盘第一个分区, 基本分区1、基本分2、基本分区3都是主分区、扩展分区内有2个逻辑分区, 每个逻辑分区的第一个扇区都是分区表, 至于引导扇区(DBR), 在系统启动一节中会提及.系统启动:之前提到MBR中安装的引导加载程序, 他的作用是什么？①提供开机菜单选项: 可以供用户选择启动哪个操作系统, 这是多重引导功能.②加载操作系统内核: 每个操作系统都有自己的内核, 需要引导程序来加载③转交给其他引导程序: 可以将工作移交给其他引导程序来进行上述操作.其实引导加载程序除了可以安装在MBR中, 还可以直接安装在每个分区的引导扇区(DBR)中, 注意下, 每个分区(主分区、逻辑分区)都有一个自己的启动扇区, 专门用来安装引导加载程序, 如上图标3结构图.系统启动过程:①首先,BIOS启动后, 读取硬盘第一个扇区MBR中的引导加载程序(可能是windows或者linux 的grub)②MBR中的引导程序提供开机菜单, 你可以选择1)直接加载windows 内核2)将工作转交给windows 分区内的引导扇区中的加载程序, 让他自己去加载内核3)转交给linux分区内引导扇区, 让他去加载linux.③根据用户选择的选项和引导加载程序中记录的分区, 到分区表找对应的分区柱面号等分区信息, 启动内核或者分区加载程序.Window安装时默认会自动将MBR和windows所在分区的引导扇区都装上引导程序, 而不会提供任何选项给用户选择, 因此如果之前装过其他操作系统, 然后再另外装一个windows时, 会把公用的MBR覆盖掉, 如此, 原来的操作系统就无法启动了. 如果先装windows, 然后装linux, linux会覆盖MBR, 然后让用户选择是否将windows等其他操作系统的启动项添加进来, 如果你选择了添加进来, 那么你在开机时就会有两个选项让用户进行选择了.后记l 这里讨论的全部是硬盘相关的东西, 光盘不在此列, 而且光盘的磁道并不是从外圈到内圈编号, 而是从内圈开始编号, 这点注意.l 硬盘第一个扇区是由MBR和分区表占据, 因此0柱面0磁头上剩下的62个扇区一般会空出来保留（这部分保留称为隐藏扇区, 因为操作系统读取不到这部分扇区, 这部分扇区是提供给BIOS读取的）, 而系统分区则从0柱面1磁头1扇区开始, 折算成LBA=255 ×63 ×0 + 63 ×1 + 1 –1= 63, 即从LBA 63号扇区开始分区. 不过查阅有的资料提及到另外一种说法, 那就是有的硬盘可能0柱面全部空下来, 如果真是这样, 那浪费可就真的大了.l 对于扩展分区的分区表我们知道也是由扩展分区的第一个扇区开始写, 而且是写到每个逻辑驱动器的第一个扇区, 同样, 扩展分区内的第一个扇区所在的磁道剩余的扇区也会全部空余出来, 这些保留的扇区操作系统也是无法读取的, 注意在扩展分区的第一个扇区里面是没有引导加载记录的. 引导加载记录都是放在隐藏扇区后面的. 可以看图3, 图4。

硬盘的结构1、硬盘的外部物理结构硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件组成。

盘体是一个密封的腔体。

(后续将介绍硬盘的内部物理结构即是指盘体的内部结构)。

控制电路板上主要有硬盘BIOS、硬盘缓存（Cache）和主控制芯片等单元。

硬盘接口包括插座、数据接口和主、从跳线等。

2、硬盘的内部物理结构硬盘盘体是完全密封的，里面主要有磁头、盘片等部件。

硬盘的盘片材料硬度和耐磨性要求很高，所以一般采用合金材料，多数为铝合金。

(早期有塑料，陶瓷的，现在也出现了玻璃材料的)。

盘基上涂上磁性材料。

硬盘盘片厚一般在0.5mm左右，盘片的转速与盘片大小有关，考虑到惯性及盘片稳定性，盘片越大转速越低。

有些硬盘只装一张盘片，有此则有多张。

硬盘盘片安装在主轴电机的转轴上，在主轴电机的带动下作高速旋转。

每张盘片的容量称为单碟容量，而一块硬盘的总容量就是所有盘片容量的总和。

早期硬盘由于单碟容量低，所以盘片较多。

现代的硬盘盘片一般只有少数几片。

一块硬盘内的所有盘片都是完全一样的，否则控制部分就太复杂了。

盘片上的记录密度很大，而且盘片工作时会高速旋转，为保证其工作的稳定，数据保存的长久，所以硬片都是密封在硬盘内部的，内部并非真空。

不可自行拆卸硬盘，在普通环境下空气中的灰尘，都会对硬盘造成永久损害。

以上介绍的是盘片，一张单面的盘片需要一个磁头，双面的盘片则需要两个磁头。

硬盘采用高精度、轻型磁头驱动和定位系统。

这种系统能使磁头在盘面上快速移动，读写硬盘时，磁头依靠磁盘的高速旋转引起的空气动力效应悬浮在盘面上，与盘面的距离不到1微米(约为头发直径的百分之一)，可以在极短的时间内精确定位到计算机指令指定的磁道上。

注意：由于磁盘是旋转的，则连续写入的数据是排列在一个圆周上的。

我们称这样的圆周为一个磁道(Track)。

由于定位系统限制，磁头臂只能在盘片的内外磁道之间移动。

因此，不管开机还是关机，磁头总在盘片上。

所不同的是，关机时磁头停留在盘片启停区，开机时磁头“飞行”在磁盘片上方。

硬盘1、硬盘的物理结构（1）磁头硬盘磁头，是硬盘读取数据的关键部件，它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输，而它的工作原理则是利用特殊材料的电阻值会随着磁场变化的原理来读写盘片上的数据，磁头的好坏在很大程度上决定着硬盘盘片的存储密度。

目前比较常用的是GMR（Giant Magneto Resisive）巨磁阻磁头。

磁头靠近主轴接触的表面，即线速度最小的地方，是一个特殊的区域，它不存放任何数据，称为启停区或着陆区（Landing Zone），启停区外就是数据区。

在最外圈，离主轴最远的地方是“0”磁道，硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。

那么，磁头是如何找到“0”磁道的位置的呢？在硬盘中还有一个叫“0”磁道检测器的构件，它是用来完成硬盘的初始定位。

“0”磁道是如此的重要，以致很多硬盘仅仅因为“0”磁道损坏就报废，这是非常可惜的。

（2）磁头驱动机构一些设计使磁头在盘面上的飞行高度降到约0.1μm～0.5μm，现在的水平已经达到0.005μm～0.01μm，这只是人类头发直径的千分之一。

音圈电机和磁头驱动小车组成，新型大容量硬盘还具有高效的防震动机构。

高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道，保证数据读写的可靠性。

（3）盘片和主轴组件盘片是硬盘存储数据的载体，现在的盘片大都采用金属薄膜磁盘，这种金属薄膜较之软磁盘的不连续颗粒载体具有更高的记录密度，同时还具有高剩磁和高矫顽力的特点。

主轴组件包括主轴部件如轴瓦和驱动电机等。

随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机的速度也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电机技术。

所有的盘片都固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。

而所有盘片之间是绝对平行的，在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小。

所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。

一、硬盘的物理结构：硬盘存储数据是根据电、磁转换原理实现的。

硬盘由一个或几个表面镀有磁性物质的金属或玻璃等物质盘片以及盘片两面所安装的磁头和相应的控制电路组成(图1)，其中盘片和磁头密封在无尘的金属壳中。

硬盘工作时，盘片以设计转速高速旋转，设置在盘片表面的磁头则在电路控制下径向移动到指定位置然后将数据存储或读取出来。

当系统向硬盘写入数据时，磁头中“写数据”电流产生磁场使盘片表面磁性物质状态发生改变，并在写电流磁场消失后仍能保持，这样数据就存储下来了；当系统从硬盘中读数据时，磁头经过盘片指定区域，盘片表面磁场使磁头产生感应电流或线圈阻抗产生变化，经相关电路处理后还原成数据。

因此只要能将盘片表面处理得更平滑、磁头设计得更精密以及尽量提高盘片旋转速度，就能造出容量更大、读写数据速度更快的硬盘。

这是因为盘片表面处理越平、转速越快就能越使磁头离盘片表面越近，提高读、写灵敏度和速度；磁头设计越小越精密就能使磁头在盘片上占用空间越小，使磁头在一张盘片上建立更多的磁道以存储更多的数据。

二、硬盘的逻辑结构。

硬盘由很多盘片(platter)组成，每个盘片的每个面都有一个读写磁头。

如果有N个盘片。

就有2N个面，对应2N个磁头(Heads)，从0、1、2开始编号。

每个盘片被划分成若干个同心圆磁道(逻辑上的，是不可见的。

)每个盘片的划分规则通常是一样的。

这样每个盘片的半径均为固定值R的同心圆再逻辑上形成了一个以电机主轴为轴的柱面(Cylinders)，从外至里编号为0、1、2……每个盘片上的每个磁道又被划分为几十个扇区(Sector)，通常的容量是512byte，并按照一定规则编号为1、2、3……形成Cylinde rs×Heads×Sector个扇区。

这三个参数即是硬盘的物理参数。

我们下面的很多实践需要深刻理解这三个参数的意义。

三、磁盘引导原理。

3.1 MBR(master boot record)扇区：计算机在按下power键以后，开始执行主板bios程序。

机械硬盘原理
机械硬盘是计算机中常见的存储设备，它采用了机械结构来存储数据。

它的原理主要包括磁头、盘片、主轴电机和控制电路等部分。

首先，让我们来了解一下机械硬盘的盘片结构。

机械硬盘内部有多个盘片，每个盘片都被分成许多同心圆的磁道，每个磁道又被分成许多扇区。

数据就是存储在这些扇区中的。

接下来，我们来介绍一下机械硬盘的磁头。

磁头是机械硬盘中的核心部件，它负责读写盘片上的数据。

磁头会在盘片上移动，通过磁场来读取或写入数据。

磁头的精度和稳定性对硬盘的性能有着至关重要的影响。

除了磁头和盘片，主轴电机也是机械硬盘中不可或缺的部分。

主轴电机负责让盘片旋转起来，从而使得磁头能够准确读取或写入数据。

主轴电机的转速也会影响硬盘的性能。

最后，我们来说说控制电路。

控制电路是机械硬盘的大脑，它负责管理磁头的移动、数据的读写以及硬盘的整体运行。

控制电路的稳定性和速度也会直接影响硬盘的性能表现。

总的来说，机械硬盘的工作原理是通过磁头在盘片上读写数据，而盘片的旋转由主轴电机控制，同时由控制电路来管理整个过程。

这种机械结构的设计使得机械硬盘成为了一种稳定可靠的存储设备，但也因为机械结构的特性，使得它的读写速度相对较慢。

随着技术的不断发展，固态硬盘逐渐取代了机械硬盘，但机械硬盘仍然在一些领域有着自己的优势和市场。

服务器硬盘原理在信息技术迅猛发展的今天，服务器作为数据处理和存储的核心设备，其性能和稳定性对于整个信息系统的运行至关重要。

而服务器硬盘作为服务器中数据存储的关键组件，其原理和技术更是值得我们深入探究。

本文将详细解析服务器硬盘的工作原理，以及相关的技术和应用。

一、服务器硬盘概述服务器硬盘，顾名思义，是专为服务器设计的硬盘。

与普通个人电脑（PC）硬盘相比，服务器硬盘在数据读写速度、容量、可靠性、功耗以及价格等方面都有着显著的不同。

服务器硬盘通常需要24小时不间断工作，处理大量数据请求，因此其设计和制造标准都远高于普通硬盘。

二、服务器硬盘的分类根据接口类型和技术标准，服务器硬盘主要分为以下几类：1. SATA硬盘：串行高级技术附件（SATA）是一种计算机总线，用于连接硬盘驱动器到主机总线适配器。

SATA硬盘在服务器中应用广泛，尤其是对于一些对性能要求不是特别高的场景。

2. SAS硬盘：串行连接SCSI（SAS）是一种点对点的串行接口，用于连接硬盘和主机系统。

SAS硬盘在性能、可靠性和扩展性方面优于SATA硬盘，适用于高性能服务器环境。

3. NVMe硬盘：非易失性存储器快速（NVMe）是一种用于连接非易失性存储器和主机系统的接口规范。

NVMe硬盘采用PCIe总线，具有极高的数据传输速率和低延迟，适用于高性能计算和存储应用。

4. SCSI硬盘：小型计算机系统接口（SCSI）是一种用于连接计算机和智能设备的并行接口。

虽然SCSI硬盘在价格上较高，但其优异的性能和稳定性使其在高端服务器市场仍有一席之地。

三、服务器硬盘的工作原理服务器硬盘的工作原理主要涉及到硬盘的物理结构、数据存储原理以及数据读写过程。

1. 硬盘的物理结构服务器硬盘的物理结构主要包括盘片、磁头、马达、接口电路和缓存等部分。

盘片是存储数据的介质，通常由铝合金或玻璃制成，表面涂有一层磁性材料。

磁头负责读写盘片上的数据，它通过马达的驱动在盘片表面高速移动。

硬盘基础知识大全硬盘是一个计算机系统的数据存储中心，我们运行计算机时使用的程序和数据目前绝大部分都存储在硬盘上。

下面就让小编带你去看看关于硬盘基础知识大全，希望能帮助到大家!关于硬盘的一些基础认识机械硬盘的认识硬盘的组成硬盘的物理结构磁头主要任务完成盘片上数据的读写操作，盘片在高速旋转时，磁头会飞行在盘面上方，而不是接触盘面每个盘片的两面都会有一个磁头，当然有的硬盘有可能只有一个磁头，磁头的编号从0开始机械臂使磁头部件作径向移动的装置，已完成磁道变换盘片含有磁性的合金盘片，用来存取写入的数据：每张盘片的容量成为单碟容量，而硬盘的容量就是所有盘片容量的总和;由于单碟容量的限制，通常一个硬盘会含有多张盘片盘片的厚度在0.5mm左右，盘片的转速与盘片大小有关每个盘片都会有上下两面，都可以被利用来存储数据;能存储数据的盘面成为有效盘面，每个盘面都会有一个盘面好，其和磁头编号是相对应的，从0开始编号盘片的逻辑划分扇区盘片在转动时，磁头在盘面上画过的一段圆弧，称扇区，即sector扇区并不是连续的，在磁道上被划分成一段一段的，从1开始编号是硬盘最小的物理存取单位，每个扇区为512byte磁道磁盘在格式化时被划分成许多同心圆，这些同心圆叫做磁道，即track磁道从外向内从0开始编号，盘面的容量越大，包含的磁道数越多磁道是看不见的，只是盘面上一些被磁化的区域柱面所有盘面上相同编号的磁道构成的圆柱，称为柱面，即cylinder每个柱面上的磁头由上到下从0开始编号数据的读写是按照柱面进行的，而非按照盘面进行柱面是分区的最小单位柱面是所有盘片表面上到中心主轴的距离相等的磁道集合数据的读写按柱面进行，即磁头读写数据时首先在同一柱面内从“0”磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘面即磁头上进行操作，只在同一柱面的所有磁头全部读写完毕后磁头才转移到下一柱面。

因为选取磁头只需要通过电子切换即可，而选取柱面则必须通过机械切换。

文章来自/storage-module-114932.htm硬盘原理的详细解读（一）一、硬盘原理之硬盘的组成硬盘大家一定不会陌生，我们可以把它比喻成是我们电脑储存数据和信息的大仓库。

一般说来，无论哪种硬盘，都是由盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份组成。

图1 硬盘组成图所有的盘片都固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。

而所有盘片之间是绝对平行的，在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小。

所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。

磁头可沿盘片的半径方向动作，而盘片以每分钟数千转到上万转的速度在高速旋转，这样磁头就能对盘片上的指定位置进行数据的读写操作。

图2 盘片组成图由于硬盘是高精密设备，尘埃是其大敌，所以必须完全密封。

二、硬盘原理之硬盘的工作原理硬盘在逻辑上被划分为磁道、柱面以及扇区。

图3 磁道、柱面以及扇区硬盘的每个盘片的每个面都有一个读写磁头，磁盘盘面区域的划分如图所示。

图4 磁盘盘面区域的划分磁头靠近主轴接触的表面，即线速度最小的地方，是一个特殊的区域，它不存放任何数据，称为启停区或着陆区（Landing Zone），启停区外就是数据区。

在最外圈，离主轴最远的地方是“0”磁道，硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。

那么，磁头是如何找到“0”磁道的位置的呢？在硬盘中还有一个叫“0”磁道检测器的构件，它是用来完成硬盘的初始定位。

“0”磁道是如此的重要，以致很多硬盘仅仅因为“0”磁道损坏就报废，这是非常可惜的。

早期的硬盘在每次关机之前需要运行一个被称为Parking的程序，其作用是让磁头回到启停区。

现代硬盘在设计上已摒弃了这个虽不复杂却很让人不愉快的小缺陷。

硬盘不工作时，磁头停留在启停区，当需要从硬盘读写数据时，磁盘开始旋转。

旋转速度达到额定的高速时，磁头就会因盘片旋转产生的气流而抬起，这时磁头才向盘片存放数据的区域移动。

第二章现代硬盘的结构揭秘2．1现代硬盘的物理结构揭祕硬盘是一个集机、电、磁于一体的精密设备，也是目前使用最为普及的一种存储介质，它的发展已经有50多年的历史了。

1956年IBM公司推出了世界上第一个硬盘驱动器RAMAC（Random Access Method for Accounting and Control），其体积相当于两个并排放置的200L的大冰箱，容量为SMB，价格超过5万美元，按比例计算后相当于每1GB容量的价格超过1000万美元。

而现在，一个普通3.5英寸硬盘的容量能达到2000GB(2TB，以上，市场售价仅为一千多元人民币，折合成美元，平均每1GB容量的价格仅为O.I美元左右。

从这里就可以看出50多年来硬盘的发展速度是多么快。

硬盘有其固有的物理结构，而为了方便程序对硬盘的访问，人们又会给硬盘虚拟出一些逻辑结构来。

首先看看硬盘的物理结构。

2.1.1硬盘的外壳及盘标信息硬盘从品牌上分类，有希捷、西部数据、迈拓（已被希捷收购）、三星、日立等，从尺寸上分类，有3.5英寸、2.5英寸、18英寸等；。

不管是哪一种品牌和尺寸的硬盘，都会有一个金属的外壳保护蓿硬盘内部的重要构造，并且在外壳上贴有一个盘标，注明该硬盘的品牌、型号、容量、产地、序列号等信息。

来看几个实际的例子。

一块希捷3.5英寸硬盘的外壳如图2-1所示。

该硬盘的盘标信息如图2-2所示。

盘标信息的含义如下。

①Seagate：硬盘的品牌，即“希捷”。

②S/N:9QM3SMCW:硬盘的序列号。

③ST3500320AS:硬盘的型号。

④P/N:9BX154-303：硬盘的部件号。

⑤Firmware:8D15：硬盘的固件版本号。

⑥Barracuda 7200.11:硬盘的属系，即“酷鱼11代”。

⑦500Gbytes：硬盘的容量。

⑧Products of Thailand:硬盘的产地。

一块三星3.5英寸硬盘的外壳如图2-3所示。

该硬盘的盘标信息如图2-4所示。

硬盘分区表知识——详解硬盘MBR硬盘是现在计算机上最常用的存储器之一。

我们都知道，计算机之所以神奇，是因为它具有高速分析处理数据的能力。

而这些数据都以文件的形式存储在硬盘里。

不过，计算机可不像人那么聪明。

在读取相应的文件时，你必须要给出相应的规则。

这就是分区概念。

分区从实质上说就是对硬盘的一种格式化。

当我们创建分区时，就已经设置好了硬盘的各项物理参数，指定了硬盘主引导记录（即Master Boot Record，一般简称为MBR）和引导记录备份的存放位置。

而对于文件系统以及其他操作系统管理硬盘所需要的信息则是通过以后的高级格式化，即Format命令来实现。

面、磁道和扇区硬盘分区后，将会被划分为面（Side）、磁道（Track）和扇区（Sector）。

需要注意的是，这些只是个虚拟的概念，并不是真正在硬盘上划轨道。

先从面说起，硬盘一般是由一片或几片圆形薄膜叠加而成。

我们所说，每个圆形薄膜都有两个“面”，这两个面都是用来存储数据的。

按照面的多少，依次称为0 面、1面、2面……由于每个面都专有一个读写磁头，也常用0头(head)、1头……称之。

按照硬盘容量和规格的不同，硬盘面数(或头数)也不一定相同，少的只有2面，多的可达数十面。

各面上磁道号相同的磁道合起来，称为一个柱面(Cylinder)。

上面我们提到了磁道的概念。

那么究竟何为磁道呢？由于磁盘是旋转的，则连续写入的数据是排列在一个圆周上的。

我们称这样的圆周为一个磁道。

如果读写磁头沿着圆形薄膜的半径方向移动一段距离，以后写入的数据又排列在另外一个磁道上。

根据硬盘规格的不同，磁道数可以从几百到数千不等；一个磁道上可以容纳数KB 的数据，而主机读写时往往并不需要一次读写那么多，于是，磁道又被划分成若干段，每段称为一个扇区。

一个扇区一般存放512字节的数据。

扇区也需要编号，同一磁道中的扇区，分别称为1扇区，2扇区……计算机对硬盘的读写，处于效率的考虑，是以扇区为基本单位的。

硬盘结构原理磁道,扇区和柱面图示/pspio/blog/item/313592607bd09b4feaf8f865.html/blog/185252硬盘工作原理（转）硬盘结构原理磁道,扇区和柱面图示我们知道硬盘中是由一片片的磁盘组成的,大家可能没有打开过硬盘,没见过它具体是什么样.不过这不要紧.我们只要理解了什么是磁道,扇区和柱面就够了.在下图中,我们可以看到一圈圈被分成18(假设)等分的同心圆,这些同心圆就是磁道(见图).不过真打开硬盘你可看不到.它实际上是被磁头磁化的同心圆.如图可以说是被放大了的磁盘片.那么扇区就是每一个磁道中被分成若干等分的区域.相邻磁道是有间隔的,这是因为磁化单元太近会产生干扰.一个小软盘有80个磁道,硬盘嘛要远远大于此值,有成千上万的磁道.每个柱面包括512个字节。

那么什么是柱面呢?看下图,我们假设它只有3片.每一片中的磁道数是相等的.从外圈开始,磁道被分成0磁道,1磁道,2磁道......具有相同磁道编号的同心圆组成柱面,那么这柱面就像一个没了底的铁桶.哈哈,这么一说,你也知道了,柱面数就是磁盘上的磁道数.每个磁面都有自己的磁头.也就是说,磁面数等于磁头数.硬盘的容量=柱面数(CYLINDER)*磁头数(HEAD)*扇区数(SECTOR)*512B.这下你也可以计算硬盘的一些参数了.什么是簇？文件系统是操作系统与驱动器之间的接口，当操作系统请求从硬盘里读取一个文件时，会请求相应的文件系统（FAT 16/32/NTFS）打开文件。

扇区是磁盘最小的物理存储单元，但由于操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个簇，然后再对簇进行管理。

每个簇可以包括2、4、8、16、32或64个扇区。

显然，簇是操作系统所使用的逻辑概念，而非磁盘的物理特性。

为了更好地管理磁盘空间和更高效地从硬盘读取数据，操作系统规定一个簇中只能放置一个文件的内容，因此文件所占用的空间，只能是簇的整数倍；而如果文件实际大小小于一簇，它也要占一簇的空间。