1.2 硬盘逻辑结构

硬盘在逻辑上被划分为磁道、柱面和扇区，如图1-10所示。

1.2.1 盘片

硬盘作为一种磁表面存储器，是在非磁性的合金材料或玻璃基片表面涂上一层很薄的磁性材料，通过磁层的磁化方向来存储“1”、“0”信息。高速硬盘则使用玻璃作为基片，玻璃基片更容易达到所需的平面度和光洁度，且具有很高的硬度。

盘片都有两个盘面（Side），即上盘面和下盘面。通常情况下，两个盘面都是可以使用的，都可以存储数据。按理说所有的硬盘，其盘面数应为偶数，但在实际工作中，使用者也能碰到有些硬盘的盘面数为单数。这是因为只有装有磁头的盘面，才能被称为有效盘面。每一个这样的有效盘面都有一个盘面号，按顺序从上至下由“0”开始依次编号。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。硬盘通常有2～3个盘片，故磁头号为0～3或0～5。

1.2.2 磁道

磁道（Track）是磁盘在格式化时被划分成的许多同心圆。磁盘上的信息便是沿着这样的同心圆存放的。磁道的编号顺序是从外向内由“0”开始的，磁道上信息的记录形式是一系列脉冲串。为了便于对磁道上的信息进行规范管理，所以又将磁道划分成一段一段的圆弧，每段圆弧称作一个扇区，每个扇区中的数据作为一个单元同时读出或写入。这些磁道和扇区只是盘面上一些特殊形式的磁化区，不是肉眼所能看到的，磁盘的规划由格式化程序来承担。

1.2.3 柱面

柱面（Cylinder）是由一块硬盘内所有盘面上具有相同编号的磁道所构成的。每个柱面上的磁头编号顺序是由上而下、从“0”开始的。数据的读/写是按照柱面进行，而不是按照盘面进行的，在同一柱面的不同盘面从上依次向下（即从“0”磁头开始）进行操作，只有在同一柱面所有的磁头全部读/写完毕后，磁头才转移到下一柱面。之所以按柱面读/写，而不是按盘面读/写，其原因涉及到两种切换：一种是电子切换；另一种是机械切换。电子切换较机械切换要快得多。磁头的选取由电子切换来完成，而柱面的选取则是由机械切换来完成的。如果按盘面进行读/写，则会频繁地移动到邻近的磁道，即进行机械切换，从而严重影响读/写速度。按照柱面的方式读/写数据，则在单位时间内进行电子切换的几率较机械切换要高得多，这样有助于提高硬盘的读/写效率。

1.2.4 扇区

扇区是存储数据的基本单元，每个扇区包括512B的数据和一些其他信息。数据保存于盘片表面的扇区和磁道上。磁道是一些同心圆环，扇区是磁道上的扇形区段。如图1-11所示中用浅色显示一个典型磁道，用深色显示一个典型扇区。一个扇区包含固定数目的字节，如256或512个。无论是在驱动器还是操作系统级，扇区往往集合在一起形成簇。

一个扇区由两个主要部分构成：存储数据地点的标识符和存储数据的数据段。扇区的第一个主要部分是标识符即扇区头标，扇区头标包括以下内容：一是组成扇区三维地址；二是显示扇区的可靠性；三是替换本故障扇区的指示字；四是循环冗余校验（CRC）。

所谓的“三维地址”由这样的三个数字构成：扇区所在的磁头（或盘面）、磁道（或柱面号），以及扇区在磁道上的位置，即扇区号。

头标中还专门有一个字段，用于显示本扇区的数据存储功能是否可靠，或是否有不宜使用标记。

所谓的“指示字”是指在原扇区出错时，转到替换扇区或磁道的指引标记。

扇区头标以循环冗余校验（CRC）值作为结束，用于控制器检验扇区头标的读出情况，确保准确无误。

扇区的第二个主要部分是存储数据的数据段。数据段分为两部分：第一部分为数据；第二部分为保护数据的纠错码（ECC）。在初始准备期间，计算机用512个虚拟信息字节（实际数据的存放地）和与这些虚拟信息字节相应的ECC数字填入这个部分。

驱动器使用低级格式化在盘片上划分磁道和扇区。扇区的开始和结束点被标于盘片上。经过低级格式化过程后，硬盘就可以保存字节块了。高级格式化则向扇区写入文件存储结构，如文件分配表等。经过高级格式化过程后，硬盘就可以保存文件了。

1.2.5 容量

硬盘的容量大小是衡量一块硬盘最重要的技术指标，硬盘的容量是由盘面数（磁头数）、柱面数和扇区数所决定的，其计算公式为：

硬盘容量=盘面数×柱面数×扇区数×512B，其中“B”代表字节“Byte”。在硬盘内部往往有多个叠起来的磁盘片，因此，硬盘容量还可以这样计算：硬盘容量=单碟容量×碟片数。硬盘的单碟容量对硬盘的性能有一定的影响，单碟容量越大，硬盘的密度就越高，磁头在相同时间内可以读取到的信息就越多。因此，在硬盘总容量相同的情况下，要优先选购碟片少的硬盘。

硬盘的常用单位是GB，目前主流硬盘的容量为200GB～600GB，甚至到达T级。其他单位有KB（Kilobyte）、MB（Megabyte）、TB（Terabyte）、PB（Petabyte）、EB（Exabyte）。

要让硬盘正常工作，硬盘必须有相应的初始化和管理程序，其中有部分写在盘片的特定区域，这就是通常所说的固件区。对于不同的硬盘，这个区域的物理位置是不同的，所记录的程序数量和功能也有差别。由于生产过程中不可能保证整个盘片完全一致，必然有少部分扇区无法稳定读写数据，就是所谓的坏道，在每个硬盘出厂前都要进行老化试验，将坏道的位置写入硬盘固件区的工厂坏道表（P-List）中。同时在硬盘使用过程中，有少量的扇区由于种种原因可能也无法正确读写数据，这些坏道的位置也可以写入到硬盘固件区的增长坏道表（G-List）中。