硬盘知识：硬盘结构、盘片、磁道、扇区、柱面、磁头数、寻址模式

1. 硬盘是啥？

1.1 硬盘

硬盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片，不同容量硬盘的盘片数不等。
盘片的表面涂有磁性物质，这些磁性物质用来记录二进制数据。

1.2 硬盘结构

硬盘结构包括：盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份。

1. 所有的盘片（一般硬盘里有多个盘片，盘片之间平行）都固定在一个主轴上。
2. 在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离很小（所以剧烈震动容易损坏）
	磁头连在一个磁头控制器上，统一控制各个磁头的运动。
3. 磁头沿盘片的半径方向动作，而盘片则按照指定方向高速旋转，这样磁头就可以到达盘片上的任意位置了。

2. 盘片 磁头 磁道 柱面 扇区 圆盘

1. 圆盘（platter）数：就是盘片的数量。
	硬盘有多个盘片，每盘片两个面，都可记录信息，每个面一个磁头 

2. 磁头（head）数：每个盘片一般有上下两面，分别对应1个磁头，共2个磁头；

3. 磁道（track）数：同一盘片不同半径的同心圆为磁道
	磁道是从盘片外圈往内圈编号0磁道，1磁道...，
	1. 靠近主轴的同心圆用于停靠磁头，不存储数据；
	2. 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。
		
4. 柱面（cylinder）数：同磁道数量；
	不同盘片相同半径构成的圆柱面即柱面 
	
5. 扇区（sector）数：每个磁道都别切分成很多扇形区域，每道的扇区数量相同；
	盘片被分成许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区
	扇区是从磁盘读出和写入信息的最小单位，通常大小为512字节
	
6. 信息记录可表示为：××磁道（柱面），××磁头，××扇区

2.1 内外圈扇区的大小变化：

外圈的扇区面积比内圈大，为何存储的数据量相同，这是因为内外圈使用的磁物质密度不同，但现在的硬盘已经采用内外圈同密度物质来存储数据了，以减少类似“大面积小数据”的浪费情况。
现在很多硬盘采用同密度盘片，意味着内外磁道上的扇区数量不同，扇区数量增加，容量增加。

2.2 例子说明：1.44MB的3.5英寸软盘

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. 磁盘容量

磁盘容量 = 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数

如：磁盘容量= 2*512

4. 寻址模式：CHS（也称3D） 和 LBA

4.1 CHS（也称3D）

有了扇区（sector），有了柱面（cylinder），有了磁头（head），显然可以定位数据了，这就是数据定位(寻址)方式之一，CHS（也称3D）
对早期的磁盘（上图所示）非常有效，知道用哪个磁头，读取哪个柱面上的第几扇区就OK了。

4.1.1 chs的缺点1：容量有限

CHS模式支持的硬盘容量有限，用8bit来存储磁头地址，用10bit来存储柱面地址，用6bit来存储扇区地址，而一个扇区共有512Byte。
这样使用CHS寻址一块硬盘最大容量为256 * 1024 * 63 * 512B = 8064 MB(1MB = 1048576B)（若按1MB=1000000B来算就是8.4GB）

4.1.2 chs的缺点2：新的磁盘寻址难

但现在很多硬盘采用同密度盘片，意味着内外磁道上的扇区数量不同，扇区数量增加，容量增加，3D很难定位寻址

4.2 LBA

LBA(Logical Block Addressing)

在LBA地址中，地址不再表示实际硬盘的实际物理地址（柱面、磁头和扇区）。
LBA编址方式将CHS这种三维寻址方式转变为一维的线性寻址，它把硬盘所有的物理扇区的C/H/S编号通过一定的规则转变为一线性的编号，系统效率得到大大提高，避免了烦琐的磁头/柱面/扇区的寻址方式。

参考：
http://www.intohard.com/article-436-1.html
https://blog.csdn.net/qq_25403605/article/details/44078839