硬盘的盘片和扇区的概念是怎么样的呢？

硬盘主要由磁盘主体，控制电路板和接口组件组成。盘体是一个密封的腔体，封装了多个盘。控制电路包括硬盘BIOS，主控芯片和硬盘缓存单元。接口组件包括电源，数据接口主从跳线等。

硬盘的磁盘通常是用合金材料制成的，其中大多数是铝合金的（IBM曾经开发玻璃磁盘，似乎有些制造商也生产玻璃磁盘，但很少见），磁盘表面被覆具有磁性的材料的厚度通常约为0.5mm。有些硬盘驱动器仅包含一张光盘，而另一些硬盘则具有多张光盘。硬盘安装在主轴电机的轴上，并在主轴电机的驱动下高速旋转。每个光盘的容量称为单个光盘的容量，硬盘的总容量是所有光盘的容量之和。早期的硬盘由于每个磁盘的容量较低而具有更多的磁盘。现代硬盘盘片通常只有几块。光盘上的记录密度非常高，并且光盘在工作时会高速旋转。为了确保其工作的稳定性和长期的数据保存，硬盘被密封在硬盘内部。请勿自行拆卸硬盘。空气中的灰尘，指印和发丝等细小杂质在正常环境下会对硬盘造成永久性损坏。八块硬盘驱动器如下：

接下来，让我们看一下硬盘表面，圆柱面，磁道和扇区的概念。

磁盘表面

硬盘通常有一个或多个磁盘，每个磁盘可以有两个面（侧面），即第一个磁盘的正面称为面0，背面称为面1；第二个圆盘的正面称为2面，背面称为3面...依此类推。每个磁盘表面对应一个用于读取和写入数据的磁头。第一个磁盘正面的磁头称为磁头0，背面的磁头称为磁头1；第二个磁盘正面的磁头称为磁头2，背面的磁头称为磁头3，依此类推。磁盘数和磁头数相等。

单面光盘需要一个磁头，而双面光盘则需要两个磁头。硬盘使用高精度，轻量的磁头驱动器和定位系统。该系统可以使磁头在磁盘表面上快速移动。读写硬盘时，磁头会因磁盘高速旋转而产生的空气动力作用而悬浮在磁盘表面上，并且距磁盘表面的距离小于1微米（约为直径的百分之一）的头发）。一)，它可以在很短的时间内准确地定位在计算机指令指定的轨道上。

在早期，由于定位系统的限制，磁头驱动臂只能在磁盘的内磁道和外磁道之间移动。因此，无论打开还是关闭，磁头始终位于盘子上。区别在于，关闭磁头时，磁头会停留在磁盘启动停止区域中；而打开磁头时，磁头会“飞越”磁盘上方。

跟踪

每个磁盘的每个磁盘表面都分成多个狭窄的同心环。数据存储在这种同心环上。我们称这种环为轨道。每个磁盘表面可以划分多个磁道。关闭时，磁头停留在硬盘的着陆区中，该区域曾经是最靠近磁盘中心的区域，并且不存储任何数据。在后来的硬盘过程中，一些硬盘制造商将这个区域移到了光盘的外部，如下所示：

在每个磁盘表面的最外圆上，离磁盘中心最远的位置是“ 0”磁道，该磁道在中心方向上增加到1磁道，2磁道，依此类推。硬盘数据的存储从最外层开始。

部门

根据不同的硬盘规格，磁道的数量可以从数百到数千。每个磁道可以存储数KB的数据，但是计算机不需要一次读取和写入这么多的数据。在此基础上，每个轨道分为几个弧形段，每个段称为一个扇区（Sector）。扇区是硬盘上的物理存储单元，每个扇区可以存储128×2N的功率（N = 0、1、2，3）字节数据。自DOS时代以来，每个扇区为128×22 = 512字节）现在，它已经成为行业中的一项不成文的规定，没有硬盘制造商试图更改此协议，也就是说，即使计算机只需要在硬盘上存储某个字节，也必须对其进行一次更改。读取内存中扇区的所有512字节，然后选择所需的字节。扇区的编号从1开始，而不是0，这需要引起注意。此外，当硬盘划分扇区时，与软盘有一定的区别，在软盘的磁道中，扇区号通常是按顺序排列的，例如1号，2号，3号...等等。磁盘磁道时，扇区号以一定的间隔跳跃例如，扇区2不是在扇区1之后的第八位，扇区3是在se之后的第八位ctor 2，依此类推，这个“八”称为交叉因子。

此交叉因子的起源需要详细说明。我们知道，数据读取通常需要按顺序读取一系列相邻的扇区（相邻的逻辑数据）。如果磁道扇区按物理顺序编号，则磁头很可能在磁头读取第一个扇区之后，由于磁盘的速度而无法读取下一个扇区。 （知道物理相邻扇区的位置距离非常小），您必须等待转弯完成，这是浪费大量时间。因此，请使用分频器解决此问题。添加交叉因子后的扇区号通常如下：

气缸

汽缸实际上是我们抽象出来的逻辑概念。如前所述，离光盘中心最远的磁道是磁道0，然后是磁道1，磁道2，磁道3 ...不同侧。上面相同的轨道号构成一个圆柱面，称为圆柱面。这里应该注意，硬盘数据的读取和写入是在一个圆柱体上进行的，也就是说，当磁头读取和写入数据时，操作从同一圆柱体中的0磁头开始，然后在不同的圆柱体上依次下降同一圆柱体的磁盘表面（即在磁头上）。操作时，仅当读取和写入同一圆柱体上的所有磁头时，磁头才会移动到下一个圆柱体，因为磁头的选择仅需要进行电子切换，并且圆柱体的选择必须进行机械切换。电子切换比机械地将磁头移动到相邻磁道要快得多。因此，数据的读取和写入是在圆柱体而不是磁盘上执行的。通过这种方式进行数据读写，可以最大程度地提高硬盘的读写效率。

集群

物理上相邻的几个扇区称为簇。操作系统用于读取和写入磁盘的基本单位是扇区，而文件系统的基本单位是群集。在Windows下，只需找到一个带有几个字节的文件，右键单击它，选择属性，然后查看实际大小和占用的空间。例如，大小：15个字节（15个字节），占用的空间：4.00 KB（4,096个字节）。这里的占用空间是计算机分区的群集大小，因为无论文件占用多小的空间，逻辑基本单位都是4K，因此它将占用4K。群集通常具有4K，8K，16K，32K，64K等大小的此类。群集越大，存储性能越好，但是空间浪费严重。群集越小，性能越低，但空间利用率越高。 NTFS格式的文件系统群集的大小为4K。

硬盘读写数据的过程

现代硬盘寻求使用CHS（汽缸盖扇区）方法。当硬盘读取数据时，读写头沿径向方向移动并移动到要读取的扇区所在的磁道顶部。该时间段称为寻道时间。因为读写头的起始位置和目标位置之间的距离不同，所以寻道时间也不同。当前的硬盘通常为2到30毫秒，平均约为9毫秒。磁头到达指定的磁道后，磁盘旋转以使要读取的扇区进入读写磁头的下方。该时间段称为旋转延迟时间（rotational delaytime）。

一块7200（每分钟转数）的硬盘，每转所需的时间为60×1000÷7200 =8.33毫秒，那么平均旋转延迟时间为8.33÷2 = 4.17毫秒（平均需要旋转一半）。平均寻道时间和平均可选延迟称为平均访问时间。

所以，最后看一下硬盘容量的计算公式：

硬盘容量=磁盘数×柱面数×扇区数×512字节

在博客文章“ Linux引导过程分析”中，我们提到了MBR。它存在于0个柱面，0个磁头和1个硬盘扇区中，占据512个字节的空间。 512个字节包含主引导加载程序Bootloader和磁盘分区表DPT。 Bootloader占用446字节，分区表占用64字节，分区占用16字节。 64字节的分区表只能分为4个分区，这意味着我们的硬盘目前只能支持4个分区。记录原因。

也就是说，如果将硬盘划分为4个主分区，则必须确保已使用所有磁盘空间（这不是废话）。通常，我们划分一个主分区和一个扩展分区，然后在扩展分区中，继续划分逻辑分区。当然，逻辑分区表还需要一个分区表，该表存在于扩展分区的第一个扇区中，因此逻辑分区的最大数量只能是512/16 = 32，而不是要划分为多少个逻辑分区没关系。

请注意，我们正在讨论的扩展分区也占用分区表条目。例如，如果我们的硬盘只有一个主分区和一个逻辑分区，则分区表的排列方式如下：

设备启动开始End BlocksId系统

/ dev / sda1 * 1 19 15258683 Linux

/ dev / sda2 202569 20482875 83已扩展

/ dev / sda5 2570 19457 412870582 Linux

主分区是分区1，扩展分区占据分区2，扩展分区3和4被保留。逻辑分区的数量从5个增加。这里我们仅划分一个逻辑分区。

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