磁盤的物理結構
一個磁盤驅動器兩個主要的移動部件；一個是磁盤片組合（disk
assembly） ，另一個是磁頭組合（head
assembly）。磁盤片組合由一個或多個圓盤（platter）組成，它們圍繞着一根中心主軸旋轉。圓盤的上表面和下表面塗覆了一薄層磁性材料，二進
制位被存儲在這些磁性材料上。其中，0和1在磁材料中表現爲不同的模式。
磁盤被組織成磁道（track），磁道是單個盤片上的同心圓。所有盤面上半徑相同的磁道構成了柱面（cylinder），從磁盤的頂視圖可以看到，磁道佔
據大部分盤面，最靠近主軸的區域除外。沿着磁道的數據密度大於沿着半徑的數據密度。在2008年，一個典型的磁盤上每英寸有大約100
000個磁道，但是沿着磁道每英寸能夠存儲100萬個二進制位。
磁道被組織成扇區（sector）。扇區是被間隙(gap)分割的圓的片段，間隙未被磁化爲0或1
雖然圖片中顯示每一個磁道有相同的扇區數，但實際上，每個磁道的扇區數通常是不同的，靠外圈磁道的扇區數比靠內圈磁道的扇區數多。就讀寫磁盤而論，扇區是
不可分割的單位；就磁盤錯誤而論，它也是一個不可分割的單位。倘若一部分磁化層被以某種方式損壞，以至於它不再能存儲信息，那麼那些包含這個部分的整個扇
區也不能再使用。間隙大約佔整個磁道的10%，用於幫助標識扇區的起點。通常，在磁盤與主存之間所傳輸數據的邏輯單元稱爲塊，其由一個或多個扇區所組成。
第二個可移動部件是磁頭組合，它承載着磁頭。每一個盤面有一個磁頭，它極其貼近地懸浮在盤面上，但是絕對不與盤面接觸（否則就要發生“頭損毀”，盤片被破
壞）。磁頭讀出經過它下面的盤面的磁方向，也能改變其磁方向，以便在磁盤上寫信息。每個磁頭被固定在一個磁頭臂上，所有盤面的磁頭隨着磁頭臂一同移進移
出，磁頭臂是固定的磁頭組合的一部分。
很顯然，計算整個磁盤的容量的算法是：盤面數X磁道數X扇區數X扇區字節數
磁盤的邏輯結構
要組織磁盤上存儲的數據，使得可以方便的存儲和訪問，就要實現數據的定位。數據的定位主要有兩種方式：CHS地址和LBA線性地址。
CHS地址
早期硬盤存儲空間採用3維地址結構描述：
C＝Cylinder（柱面。若干盤體重疊，相同的磁道（track上）構成的一個立面體）
H＝Head（磁頭。一張盤有兩面（side），每面一個磁頭）
S＝Sector（扇區。盤體上的圓形軌跡爲磁道，把磁道等分爲若干存儲區域）
磁盤的容量＝柱面總數×磁頭總數×每道扇區總數×每扇區容量（512byte）
LBA地址
LBA是邏輯塊地址的簡稱，它是一種線性地址結構，它其實是由CHS計算的扇區編號順序編址，即0柱0面1扇區爲LBA 0扇區。現在的硬盤廠家爲了保持兼容性，仍然提供了虛擬的CHS參數，可在BIOS設置中看到。對硬盤的數據訪問是靠系統調用INT 13H中斷程序實現的，它將欲訪問的數據地址傳遞給硬盤接口電路（ATA接口）完成讀寫操作。
528MB的限制：早期的硬盤的CHS參數被限制爲：磁頭數最大16，柱面數最大1024，扇區最大63，每扇區字節數爲512字節。因此1024×16×63×512B≈528MB。
8GB容量限制：將柱面數增加到16384，其他不變，共計24bit，則硬盤容量最大爲：16384×16×63×512B≈8.4GB。
32GB容量限制：硬盤採用了虛擬CHS值，使得柱面數爲65535，其他不變，共計26bit，這樣，磁盤的總容量最大爲： 65535×16×63×512B≈32GB。
137G 容量限制：由於普遍使用了LBA尋址模式和虛擬CHS參數，將扇區數進一步增加爲255，共計28位，將其乘積作爲LBA值。這樣系統使用28位的LBA參數，約計137GB。
磁盤的存儲結構
剛剛從廠商處購來的新硬盤既無任何數據，也不能寫入任何數據，必須先進行低級格式化，FDISK 分區，FORMAT
高級格式化後方可使用。對硬盤的這一系列初始化工作，稱之爲硬盤準備。過程如下：低級格式化---------------FDISK
分區-------------------FORMAT 高級格式化。
（1）低級格式化：磁盤爲了達到隨機存取的目的，需要在磁盤上劃
分出磁道，然後又在磁道劃分出扇區，每個扇區以扇區間隙、同步引導字節和扇區編號作爲扇區的起始，然後纔是扇區的內容，後面還有校驗標記。計算機就是憑藉
這些標記信息來識別扇區的。低級格式化就是在磁道上標上這些標記而已。所以低級格式化的操作實際上僅僅是一個簡單的寫過程，寫的不是數據而是標記。同時低
級格式化還會剔出壞磁道。
（2）FDISK分區：允許整個物理硬盤在邏輯上劃分成最多4個主分區（其中可以有一個擴展分區），以實現多
個操作系統共享硬盤空間。在建立了擴展分區的前提下，可以將擴展分區劃分成一個或多個邏輯分區。在硬盤上建立分區表的同時，FDISK
會把主引導記錄MBR 寫到硬盤的主引導記錄（柱面0，磁頭0，扇區1），並激活一個用戶指定的主分區。下面要特別介紹一下主引導記錄MBR ：
MBR 稱爲硬盤主引導記錄。它是在分區時由FDISK 建立在硬盤柱面0，磁頭0，扇區1 上的，總共佔用512
個字節，包括一小段執行代碼(主引導代碼)、磁盤特徵和硬盤分區表。主引導記錄(以及後面介紹的引導扇區)結束的兩個字節必須是引導自舉標記
0x55AA。磁盤特徵位於0x01B8, 指定磁盤操作系統。
主引導代碼實現下列功能: a. 掃描分區表查找活動分區;
b. 尋找活動分區的起始扇區; c. 將活動分區的引導扇區讀到內存; d. 執行引導扇區的運行代碼。 如果主引導代碼未完成這些功能,
系統會顯示下列的錯誤信息之一: Invalid partition table, Error loading operating system,
Missing operating system.
主引導記錄MBR 由4
個部分組成：a.主引導程序（偏移地址0000H~0088H），它負責從活動分區中裝載並運行系統引導程序；b.出錯信息數據區(偏移地址
0089~00E1 爲出錯信息，10E2H~10BD 全爲0 字節)； c.分區表(DPT,Disk Partition Table，含4
個分區項，偏移地址01BEH~01FDH,每個分區表項長16 個字節,共64
字節)，即主分區和擴展分區的信息；d.結束標誌(偏移地址01EFH~01FFH
),這兩個字節值爲結束標誌55AA,如果該標誌錯誤系統就不能啓動.
注意：硬盤的引導記錄是不屬於任何一個操作系統的，它先於所有的操作系統而被調入內存並發揮作用，然後纔將控制權交給主分區內的操作系統，並讓主分區信息表來管理硬盤。
（3）高級格式化：
這一步之前的所有操作，都是與具體的文件系統沒有任何關係的，從現在開始，才涉及到具體的文件系統，換句話說，高級格式化是與我們要建立的文件系統相關的，因此我們調用高級格式化命令時，文件類型是必須提供的參數之一。
在DOS/WINDOWS系統中，用FORMAT對指定分區進行高級格式化，將分區空間劃分邏輯扇區，生成DOS 引導扇區（即邏輯0 扇區）DBR，文件分配表FAT 和根文件目錄表FDT。
在LINUX系統中，需要使用mkfs命令將分區進行格式化，建立想要的文件系統，如EXT2，EXT3,等。
經過以上三步後，磁盤的存儲結構看起來如下圖所示：
