機械硬碟的碟片上，整齊排列著許許多多的磁性單元，它們就像一個個的永磁鐵，有的“S”極朝上有的“N”極朝上，代表著電腦資料的最基本單位“0和1”。

當我們在對硬碟讀寫修改的時候，碟片高速旋轉，而細小的磁頭則準確地定位在需要修改資料的那一個個磁性單元上，通過施加電壓，磁性單元的磁極被修改，這就實現了從“0”到“1”的改變。

那麼作業系統是如何找到資料的具體位置的呢？知道具體哪個資料儲存在硬碟的什麼位置的呢？這就要說到現代硬碟上一個重要的概念：分割槽表。

如果我們把整個硬碟比作一個小學校，那麼不同的分割槽就好像不同的年級，資料夾就好像一個個班，而具體的資料則是一個個學生——那麼分割槽表就是包含了所有年級（分割槽）、班級（資料夾目錄）、學生（資料）資訊的一張“花名冊”。作業系統只有通過讀取分割槽表，才能將檔案所處的邏輯位置（某某分割槽某某資料夾）和硬碟上的物理位置對應起來。

首先，在機械硬碟的碟片上，整齊排列著許許多多的磁性單元，它們就像一個個的永磁鐵，有的“S”極朝上有的“N”極朝上。對，你可能已經意識到了——它們其實就代表著電腦資料的最基本單位“0和1”。

不過（敲黑板！），重點來了！如果一個硬碟上全是單純的資料（01），那麼作業系統是如何知道具體哪個資料儲存在硬碟的什麼位置的呢？要解決這個問題，就引入了現代硬碟上一個重要的概念：分割槽表。

如果我們把整個硬碟比作一個小學校，那麼不同的分割槽就好像不同的年級，資料夾就好像一個個班，而具體的資料則是一個個學生——那麼分割槽表就是包含了所有年級（分割槽）、班級（資料夾目錄）、學生（資料）資訊的一張“花名冊”。作業系統只有通過讀取分割槽表，才能將檔案所處的邏輯位置（某某分割槽某某資料夾）和硬碟上的物理位置對應起來。

這樣做的好處有很多，除了大大提高刪除操作的速度，改善使用者體驗外，由於前面說到的，硬碟上的“磁極”只有NS之分，當下次有別的檔案要寫入的時候，實際上未必需要修改所有的磁極指向——這也變相延長了硬碟的壽命。

那麼，回到最初的話題，如果說，這塊硬碟曾經多次遭遇斷電，會發生什麼情況呢？這就稍微有些複雜了——這要看斷電的時候硬體正在執行什麼任務。

如果斷電的時候硬碟正在寫入資料，比如一段視訊，那麼斷電會直接造成寫入中斷，要是剛好中斷在關鍵的部分，就很有可能使得已寫入的部分變得難以識別——雖然已寫入的資料本身不會發生變異，但有概率因為檔案中的關鍵位元組端剛好丟失，而難以被認出原來的檔案格式。這種時候就需要某些專業級的修復方法去“補齊”這些關鍵的檔案屬性，使它可以被普通的軟體正常識別（比如被視訊播放器識別為一段關鍵的視訊）。

硬碟的組成

硬碟的物理結構

磁頭主要任務完成碟片上資料的讀寫操作，碟片在高速旋轉時，磁頭會飛行在盤面上方，而不是接觸盤面每個碟片的兩面都會有一個磁頭， 當然有的硬碟有可能只有一個磁頭，磁頭的編號從0開始機械臂使磁頭部件作徑向移動的裝置，已完成磁軌變換碟片含有磁性的合金碟片，用來存取寫入的資料：每張碟片的容量成為單碟容量，而硬碟的容量就是所有碟片容量的總和；由於單碟容量的限制，通常一個硬碟會含有多張碟片碟片的厚度在0.5mm左右，碟片的轉速與碟片大小有關每個碟片都會有上下兩面，都可以被利用來儲存資料；能儲存資料的盤面成為有效盤面，每個盤面都會有一個盤面好，其和磁頭編號是相對應的，從0開始編號

碟片的邏輯劃分

扇區碟片在轉動時，磁頭在盤面上畫過的一段圓弧，稱扇區，即sector扇區並不是連續的，在磁軌上被劃分成一段一段的，從1開始編號是硬碟最小的物理存取單位，每個扇區為512byte磁軌磁碟在格式化時被劃分成許多同心圓，這些同心圓叫做磁軌，即track磁軌從外向內從0開始編號，盤面的容量越大，包含的磁軌數越多磁軌是看不見的，只是盤面上一些被磁化的區域柱面所有盤面上相同編號的磁軌構成的圓柱，稱為柱面，即cylinder每個柱面上的磁頭由上到下從0開始編號資料的讀寫是按照柱面進行的，而非按照盤面進行柱面是分割槽的最小單位柱面是所有碟片表面上到中心主軸的距離相等的磁軌集合

資料的讀寫按柱面進行，即磁頭讀寫資料時首先在同一柱面內從“0”磁頭開始進行操作，依次向下在同一柱面的不同盤面即磁頭上進行操作，只在同一柱面的所有磁頭全部讀寫完畢後磁頭才轉移到下一柱面。因為選取磁頭只需要通過電子切換即可，而選取柱面則必須通過機械切換。電子切換相當快，比在機械上磁頭向鄰近磁軌移動快的多，所以，資料的讀寫按柱面進行，而不按盤面進行。一個磁軌寫滿資料後，就在同一柱面的下一個盤面來寫，一個柱面寫滿後，才移到下一個扇區開始寫資料

硬碟容量由以下技術因素決定：

記錄密度：磁軌一英寸的段中可以放入的位數磁碟密度：從碟片中心出發半徑為一英寸的段內可以有的磁軌數面密度： 記錄密度與磁軌密度的乘積

磁碟操作

磁碟用連線到一個機械臂的讀寫頭來讀寫儲存在磁性表面的位

通過沿著半徑軸移動這個傳動比，驅動器可以將讀寫投定位在盤面上的任何磁軌上。這樣的機械運動成為尋道。

一旦讀寫頭定位到了期望的磁軌上，那麼當磁軌上的每個為通過它的下面時，讀寫頭可以感知到這個位的值（讀），也可以修改這個位的值（寫）。

有多個碟片的磁碟針對每個盤面都有一個獨立的讀寫頭，讀寫頭垂直排列，一致行動，在任何時刻，所有的讀寫頭都位於同一個柱面上

硬碟容量由以下技術因素決定：

記錄密度：磁軌一英寸的段中可以放入的位數磁碟密度：從碟片中心出發半徑為一英寸的段內可以有的磁軌數面密度： 記錄密度與磁軌密度的乘積

磁碟操作

磁碟用連線到一個機械臂的讀寫頭來讀寫儲存在磁性表面的位

通過沿著半徑軸移動這個傳動比，驅動器可以將讀寫投定位在盤面上的任何磁軌上。這樣的機械運動成為尋道。

一旦讀寫頭定位到了期望的磁軌上，那麼當磁軌上的每個為通過它的下面時，讀寫頭可以感知到這個位的值（讀），也可以修改這個位的值（寫）。

有多個碟片的磁碟針對每個盤面都有一個獨立的讀寫頭，讀寫頭垂直排列，一致行動，在任何時刻，所有的讀寫頭都位於同一個柱面上

磁碟以扇區大小的塊來讀寫資料。對扇區的訪問時間有三個主要的部分：

尋道時間：為了讀取某個目標扇區的內容，機械臂首先將讀寫頭定位到包含目標扇區的磁軌上。移動機械臂所需的時間稱為尋道時間。尋道時間Tseek依賴於讀寫頭以前的位置和機械臂在盤面上移動的速度。現代驅動器中平均尋道時間通常為3~9ms，一次尋道的最大時間可以高達20ms旋轉時間：一旦讀寫投定位到了期望的磁軌，驅動器等待目標扇區的第一個位旋轉到讀寫頭下，這個步驟的效能依賴於當讀寫頭到達目標扇區時的盤面位置以及磁碟的旋轉速度。在最壞的情況下，讀寫投剛剛錯過了目標扇區，必須等待磁碟轉一整圈

平均旋轉時間是最大旋轉延遲時間的一半

傳送時間： 當目標扇區的第一個位位於讀寫頭下時，驅動器就可以開始讀或者寫該扇區的內容了。一個扇區的傳送時間依賴於旋轉時間和每條磁軌的扇區數目。