硬盘的工作原理

物理结构

一块磁盘有若干盘片，每个盘片有上下两个面，每个盘面都对应地有一个读写磁头，所以经常用磁头来指代盘面。磁头都有编号，第一个盘片，上面的磁头编号是 0，下面的磁头编号是 1；第二个盘片，上面的磁头编号是 2，下面的磁头编号为 3，…

下图显示的是一个盘面，盘面中一圈圈的灰色同心圆为一条条磁道。

磁道也要编号，从盘面最外面的那条磁道开始，向着圆心的方向，从 0 开始编号。

所有盘面具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之柱面。柱面是一个用来优化数据读写的概念。按照常理，用磁盘记录数据的时候，应该先将一个盘面填满，再填下一个盘面，实际上，移动磁头是一个机械动作，对于处理器来说特别耗费时间，这就是寻道时间。为了提高读写速度，应该尽量不移动磁头。这样，当 0 面的某个磁道不足以容纳数据的时候，应该把剩余的部分写在 1 面的同一条磁道，如果还装不下，那就写在 2 面的同一条磁道上… 换句话说，对磁盘的数据访问，是以柱面来组织的。

从圆心向外画直线，可以将磁道划分为若干个弧段，每个弧段被称之为一个扇区（绿色部分）。扇区是磁盘的最小组成单元，通常是 512 字节。由于磁盘的容量越来越大，部分厂商设定每个扇区的大小是 4096 字节。

扇区也要编号，和磁头、磁道不同，扇区从 1 开始编号。

容量计算

存储容量（B） ＝ 磁头数 × 磁道(或柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数

举例：3.5 寸 1.44M 软盘

1. 结构：2面、80道/面、18扇区/道、512字节/扇区
2. 存储容量 = 2 * 80 * 18 * 512 = 1440 KB

注意：对于老式硬盘， 每个磁道的扇区数一样，外圈的密度小，内圈的密度大，每圈可存储的数据量是一样的；对于新式硬盘，数据密度一致，这样磁道的周长越长，扇区就越多，存储的数据量就越大。

磁盘读写的三个步骤

当需要从磁盘读取数据时，系统会将数据的逻辑地址传给磁盘，磁盘的控制电路按照寻址逻辑将逻辑地址翻译成物理地址，即磁道（柱面）号、磁头号、扇区号。

1. 找到柱面，即磁头需要移动并对准相应磁道，这个过程叫做寻道
2. 根据磁头号找到对应的盘片
3. 盘片绕主轴高速旋转，将指定扇区旋转到磁头下

磁盘读写响应时间

1. 寻道时间：磁头从开始位置移动到数据所在磁道所需要的时间。目前磁盘的平均寻道时间一般在3－15ms，一般都在10ms左右。
2. 旋转延迟：盘片旋转，将目标扇区移至读写磁头下方所需要的时间，旋转延迟取决于磁盘转速。普通硬盘一般都是 7200rpm。
3. 数据传输时间：传输请求数据所需要的时间（数据在磁盘与内存之间的实际传输）。