硬盘（英文名：Hard Disc Drive 简称HDD）是电脑主要的存储媒介之一，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被永久性地密封固定在硬盘驱动器中。

硬盘的物理结构

1、磁头

硬盘内部结构磁头是硬盘中最昂贵的部件，也是硬盘技术中最重要和最关键的一环。传统的磁头是读写合一的电磁感应式磁头，但是，硬盘的读、写却是两种截然不同的操作，为此，这种二合一磁头在设计时必须要同时兼顾到读/写两种特性，从而造成了硬盘设计上的局限。而MR磁头（Magnetoresistive heads），即磁阻磁头，采用的是分离式的磁头结构：写入磁头仍采用传统的磁感应磁头（MR磁头不能进行写操作），读取磁头则采用新型的MR磁头，即所谓的感应写、磁阻读。这样，在设计时就可以针对两者的不同特性分别进行优化，以得到最好的读/写性能。另外，MR磁头是通过阻值变化而不是电流变化去感应信号幅度，因而对信号变化相当敏感，读取数据的准确性也相应提高。而且由于读取的信号幅度与磁道宽度无关，故磁道可以做得很窄，从而提高了盘片密度，达到200MB/英寸2，而使用传统的磁头只能达到20MB/英寸2，这也是MR磁头被广泛应用的最主要原因。目前，MR磁头已得到广泛应用，而采用多层结构和磁阻效应更好的材料制作的GMR磁头（Giant Magnetoresistive heads）也逐渐普及。

2、磁道

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。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，同时也为磁头的读写带来困难。一张1.44MB的3.5英寸软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有成千上万个磁道。

3、扇区

磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区，每个扇区可以存放512个字节的信息，磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时，要以扇区为单位。1.44MB3.5英寸的软盘，每个磁道分为18个扇区。

4、柱面

硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。所谓硬盘的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区），只要知道了硬盘的CHS的数目，即可确定硬盘的容量，硬盘的容量=柱面数*磁头数*扇区数*512B。

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硬盘的逻辑结构

1. 硬盘参数释疑

到目前为止， 人们常说的硬盘参数还是古老的 CHS（Cylinder/Head/Sector）参数。那么为什么要使用这些参数，它们的意义是什么？它们的取值范围是什么？

很久以前， 硬盘的容量还非常小的时候，人们采用与软盘类似的结构生产硬盘。也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数。由此产生了所谓的3D参数 （Disk Geometry）。 既磁头数（Heads），柱面数（Cylinders），扇区数（Sectors），以及相应的寻址方式。

其中：

磁头数（Heads）表示硬盘总共有几个磁头，也就是有几面盘片， 最大为 255 （用 8 个二进制位存储）；

柱面数（Cylinders） 表示硬盘每一面盘片上有几条磁道，最大为 1023（用 10 个二进制位存储）；

扇区数（Sectors） 表示每一条磁道上有几个扇区， 最大为 63（用 6个二进制位存储）；

每个扇区一般是 512个字节， 理论上讲这不是必须的，但好像没有取别的值的。

所以磁盘最大容量为：

255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB （ 1M =1048576 Bytes ）或硬盘厂商常用的单位：

255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB （ 1M =1000000 Bytes ）

在 CHS 寻址方式中，磁头，柱面，扇区的取值范围分别为 0到 Heads - 1。0 到 Cylinders - 1。 1 到 Sectors （注意是从 1 开始）。

2. 基本 Int 13H 调用简介

BIOS Int 13H 调用是 BIOS提供的磁盘基本输入输出中断调用，它可以完成磁盘（包括硬盘和软盘）的复位，读写，校验，定位，诊，格式化等功能。它使用的就是 CHS 寻址方式， 因此最大识能访问 8 GB 左右的硬盘 （本文中如不作特殊说明，均以 1M = 1048576 字节为单位）。

3. 现代硬盘结构简介

在老式硬盘中，由于每个磁道的扇区数相等，所以外道的记录密度要远低于内道， 因此会浪费很多磁盘空间 （与软盘一样）。为了解决这一问题，进一步提高硬盘容量，人们改用等密度结构生产硬盘。也就是说，外圈磁道的扇区比内圈磁道多，采用这种结构后，硬盘不再具有实际的3D参数，寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位进行寻址。

为了与使用3D寻址的老软件兼容 （如使用BIOSInt13H接口的软件）， 在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器，由它负责将老式3D参数翻译成新的线性参数。这也是为什么现在硬盘的3D参数可以有多种选择的原因（不同的工作模式，对应不同的3D参数， 如 LBA，LARGE，NORMAL）。

4. 扩展 Int 13H 简介

虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址，但是由于基本 Int13H 的制约，使用 BIOS Int 13H 接口的程序， 如 DOS 等还只能访问 8 G以内的硬盘空间。为了打破这一限制， Microsoft 等几家公司制定了扩展 Int 13H 标准（Extended Int13H），采用线性寻址方式存取硬盘， 所以突破了 8 G的限制，而且还加入了对可拆卸介质 （如活动硬盘） 的支持。