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LBA CHS模式:
1.磁道，扇区，柱面和磁头数
硬盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片，不同容量硬盘的盘片数不等。每个盘片有两面，都可
记录信息。盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，每个扇区可存储128×2的N次方（N＝0.1.2.3）字节信息。在DOS
中每扇区是128×2的2次方＝512字节，盘片表面上以盘片中心为圆心，不同半径的同心圆称为磁道。硬盘中，不同盘片相同半径
的磁道所组成的圆柱称为柱面。磁道与柱面都是表示不同半径的圆，在许多场合，磁道和柱面可以互换使用，我们知道，每个磁
盘有两个面，每个面都有一个磁头，习惯用磁头号来区分。扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本参数，帮这些
参数可以得到硬盘的容量，基计算公式为：
存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数
要点：（1）硬盘有数个盘片，每盘片两个面，每个面一个磁头
（2）盘片被划分为多个扇形区域即扇区
（3）同一盘片不同半径的同心圆为磁道
（4）不同盘片相同半径构成的圆柱面即柱面
（5）公式： 存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数
（6）信息记录可表示为：××磁道（柱面），××磁头，××扇区
2.簇 “簇”是DOS进行分配的最小单位。当创建一个很小的文件时，如是一个字节，则它在磁盘上并不是只占一个字节的空间，
而是占有整个一簇。DOS视不同的存储介质（如软盘，硬盘），不同容量的硬盘，簇的大小也不一样。簇的大小可在称为磁盘
参数块（BPB）中获取。簇的概念仅适用于数据区。
本点：（1）“簇”是DOS进行分配的最小单位。
（2）不同的存储介质，不同容量的硬盘，不同的DOS版本，簇的大小也不一样。
电脑硬盘读取原理
电脑硬盘是储存数据的重要设备之一，其读取原理对于电脑的正常运行至关重要。本文将介绍电脑硬盘的读取原理，包括磁性存储、磁头和磁道、扇区和柱面、寻道和读写等基本概念。
1. 磁性存储
硬盘的读取原理基于磁性存储技术。磁性存储是利用磁场在磁介质上进行数据的读写操作。硬盘内部有多个盘片叠放在一起，每个盘片都被划分成一个个同心圆状的磁道。
2. 磁头和磁道
硬盘的读取过程主要涉及磁头的读取操作。磁头是位于盘片上方或下方的可移动装置，用于感应磁介质上的磁场。每个磁头负责一个盘面上的读写操作。
磁道是盘片上的一个环状区域，其中数据通过磁场的极性来表示。一个盘片上可以有多个磁道，磁头可以在不同的磁道间移动，实现对不同数据的读取和写入。
3. 扇区和柱面
磁道按照固定的角度被划分为若干个等分，每个等分称为一个扇区。扇区是硬盘进行最小数据读写操作的单位，一般为512字节。 柱面是垂直穿过盘片同心圆的测量单位。硬盘的每个盘面上都有多个柱面，柱面编号从0开始。磁头通过垂直移动到不同柱面上，实现对数据的访问。
4. 寻道和读写
寻道是磁头移动到目标磁道的过程。硬盘会根据磁头所在的柱面号，控制磁头的垂直移动，使其移动到目标柱面上。寻道操作对于保证数据读取的准确性和速度至关重要。
读写操作是通过磁头对磁道上的磁场进行感应来实现的。当数据需要被读取时，磁头将读取磁道上的磁场变化，并将其转换为电信号，交由计算机进行处理。当数据需要被写入时，磁头会根据计算机发送的信号，改变磁道上的磁场。
总结：
电脑硬盘的读取原理是基于磁性存储技术的。在硬盘内部，磁头通过寻道操作将磁头移动到目标柱面，然后进行读写操作。通过磁场的变化，硬盘将数据转换为电信号进行处理。这个过程是电脑存储和读取数据的关键环节，对于计算机的正常运行至关重要。理解电脑硬盘的读取原理有助于我们更好地使用电脑并保护硬盘的使用寿命。
硬 盘
1、盘面
硬盘的每一个盘片都有两个盘面（side），即上、下盘面，每一个有效盘面都有一个盘面号，按顺序从上至下从“0”开始依次编号。
在硬盘系统中，盘面号又叫磁头号，因为每一个有效盘面都有一个对应的读写磁头。
硬盘的盘片组在2-14片不等，通常有2-3个盘片，故盘面号（磁头号）为0-3或0-5.
2、磁道
磁盘在格式化时，被划分成许多同心圆，这些同心圆轨迹叫做磁道（Track）。磁道从外向内开始顺序编号。硬盘的每一个盘面有300-1024个磁道。
信息以脉冲串的形式记录在这些轨迹中，这些同心圆不是连续记录数据，而是被划分成一段段的圆弧，这些圆弧的角速度是一样的。
每段圆弧叫做一个扇区，扇区从“1”开始编号。每个扇区中的数据作为一个单元同时读出或写入。
3、柱面
所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱，通常称为柱面（Cylinder），每个圆柱上的磁头由上而下从“0”开始编号。
数据的读/写按柱面进行，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，只有同一柱面所有的磁头全部读/写完毕后，磁头才转到下一柱面。
因为选取磁头是电子切换，选取柱面是机械切换，电子切换比机械切换快得多。
4、扇区
每一个磁道又按512个字节为单位划分为等分，叫做扇区(Sector)，在一些硬盘的参数列表上你可以看到描述每个磁道的扇区数的参数，它通常用一个范围标识，例如373～746，这表示，最外圈的磁道有746个扇区，而最里面的磁道有373个扇区，因此可以算出来，磁道的容量分别是从373KB到186.5KB。
5、簇
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（cluser），然后对簇进行管理。每个簇可以包括2、4、8、16、32或64个扇区，显然，簇是操作系统使用的逻辑概念，并非磁盘的物理特性。
