从计算机硬件结构一文得知，现阶段电脑永久存储数据的介质有：硬盘（机械、固态）、U盘、光盘、磁带等。本节主要阐述硬盘(通常指机械硬盘)

一、什么是硬盘

打开硬盘来瞅瞅，到底是什么玩意（一言不合就贴图）

硬盘物理结构.jpg
硬盘结构简易图.png
硬盘-年轮对比图.png
注：图一为俯视图，图二为剖面简易图，图三年轮对比图。

1. 运作机制

• 通电后，马达启动，主轴高速旋转带动整个磁盘转动，然后可伸展的机械手臂让磁头(读取头)在磁碟盘上进行读写的动作
• 断电后，马达停止运作；磁头臂上的磁头离开盘片，停靠在 磁头停泊区；磁盘惯性旋转完毕后停止

2. 专业术语（重要）

• 扇区（Sector）
  扇区是硬盘存储数据的最小单位，即一个个弧段块。所以通常说的块就是扇区。通常大小为：512B/4KB 。 位于硬盘的第一个扇区（第一柱面，第一个磁头，第一个扇区[CHS])，叫做主引导扇区，由BIOS调用

• 磁道（Track）
  当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道（Track）。同半径的扇区组成了磁道。

• 柱面 （Cylinder）
  多个盘片构成的硬盘中，每个盘片上的磁道，组成了一个柱状面，即为 柱面(Cylinder)

• 磁头（Head）
  每个盘面上对应一个读写磁头。注：一个磁盘可以有两个盘面，即上、下盘面。

3. 硬盘参数

基本知道了硬盘是什么东东之后，那我们想想这个铁疙瘩，我们最在意它的哪些属性（硬盘参数）呢？

• 大小
  在过去，大家电脑硬盘都拼的这玩意，能存多少好看电影，照片，小说等 美滋滋。那如何计算硬盘的大小？
  公式： 硬盘容量 = 扇区容量 × 扇区数(每个磁道）× 柱面数（磁道数） × 盘面数(磁头数)

通常情况：

• 早期的小容量硬盘(~几百G），扇区容量为512B，存储的文件以文本文件为主；现阶段文件体积较大一般采用4KB
• 每个磁道的扇区数量一样多。当然靠近圆心的扇区面积小，而远离得则大，造成浪费，考虑增加容量 可以参见 多区记录(Multiple Zone Recording)技术，不同磁道扇区数量不一致
• 目前很多磁盘都为单面磁盘，一个磁头。但由于主板BIOS限制磁道，柱面数量，所以借用了磁头表示位来表示，用软件看到得磁头可能几百，几十那只是逻辑磁头数，方便计算磁盘容量

• 速度
  速度 = AVG(多次 所需内容（大小） / 花费时间总和） 单位：s
  硬盘速度影响因素： MIN(传输速度， 读/写速度 )
  目前主流得SATA 串行接口，理论值： II: 300M, III:600M。而5200转的读取速度大约在100Mbyte/s 而已。所以才发展固态硬盘。

二、硬盘读写原理

系统将文件存储到磁盘上时，按柱面、磁头、扇区的方式进行，即最先是第1柱面的第一磁头下（也就是第1盘面的第一磁道）的所有扇区，然后，是同一柱面的下一磁头，……，一个柱面存储满后就推进到下一个柱面，直到把文件内容全部写入磁盘

磁盘IO时的过程包括：

• 第一步，首先是磁头径向移动来寻找数据所在的磁道。这部分时间叫寻道时间。
• 第二步，找到目标磁道后通过盘面旋转，将目标扇区移动到磁头的正下方。
• 第三步，向目标扇区读取或者写入数据。到此为止，一次磁盘IO完成

故：单次磁盘IO时间 = 寻道时间（最长） + 旋转延迟 + 存取时间。

• 对于寻道时间，现代磁盘大概在3-15ms，其中寻道时间大小主要受磁头当前所在位置和目标磁道所在位置相对径向距离的影响。
• 对于旋转延时时间，个人电脑 一般为 5400转/分（笔记本），7200转/分（台式机）。服务器都是 1W转/分钟以上60*1000/10000=6ms，故其旋转延迟为（0-6ms）。受文件组成块分布影响，所以多做磁盘整理没毛病
• 对于存取时间，一般耗时较短，为零点几ms。

三、分区与格式化

拿来一块硬盘，一般经过以下三步后才能开始使用(安装操作系统）：

• 第一步 低级格式化 主要对CHS(Cylinders,Headers,Sectors)进行标记，并写入一定的CRC校验。当然这部分工作由硬盘厂家做
• 第二步 分区 操作系统在硬盘创建一个或多个区域，以便可以分别管理每个区域中的信息，这些区域称为分区。而管理区域的 信息叫做分区表
• 第三步 高级格式化，创建文件系统。用户面对操作系统的文件系统，脱离CHS概念

1. 分区

分区定义

是将硬盘的可用空间划分为一个或多个可以独立访问的区块。一些场景需要使用多个分区：双重或多重启动，使用 swap分区等。通常分区后的硬盘对操作系统是可见的

wiki-分区定义.png

分区模式

如何对一个磁盘进行分区？目前桌面操作系统，有两种模式如下：

• MBR
• GPT

2. 格式化-创建文件系统

格式化即创建分区的文件系统。
一切都是文件： 程序，视频，音乐，设备等都可以看作一个文件。操作系统在扇区与文件之间搭了一座桥梁——文件系统，它对于用户隔离如何存储和检索数据