硬盘的扇面、磁道、扇区

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转载最新推荐文章于 2026-06-23 04:00:00 发布 1.6k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

从机械硬盘和固态硬盘的结构来看IO “磁盘”这个词，对于程序员来说并不陌生，我们知道它是一种存储介质，主要用来存储数据的，可以说常用的中间件基本上都离不开它，比如我们常用的MySQL数据库、kafka消息引擎，甚至redis缓存都离不开磁盘。我们在优化某个业务逻辑的时候，经常需要用到缓存，尽量让热数据都从缓存里读取，因为我们知道磁盘是缓慢的，特别在高并发的场景下，我们要保证极少的请求走磁盘IO。不知道你有没有思考过以下问题：机械硬盘为什么慢？机械硬盘有多慢？ kafka也是写磁盘的，它却挺快的，为什么？ .. 阅读详情

扇面： Cylinder/

磁道： Track / sectors

扇区： Sector / head

CHS：Cylinder、Head、Sector/Track，示意图如下：

Cylinder柱面数表示硬盘每面盘面上有几条磁道，编号是从0开始，最大为1023，表示有1024个磁道。

Head磁头数表示磁盘共有几个磁头，也就是几面盘面，编号从0开始，最大为255，表示有256个磁头。

Sector/Track扇区数表示每条磁道上有几个扇区，编号从1开始，最大为63，表示63个扇区，每个扇区为512字节，他是磁盘的最小存储单位。

1024个柱面 x 63个扇区 x 256个磁头 x 512byte = 8455716864byte（即8.4G）

逻辑区块Block：逻辑区块是在partition进行filesystem的格式时，所指定的最小存储单位。Block的大小为Sector的2的次方倍数。磁头一次可以读取一个block。block单位的规划要考虑到数据读取的性能及硬盘空间的利用率。

http://blog.youkuaiyun.com/Veini/archive/2009/12/24/5069329.aspx

硬盘容量大翻倍!扇区大小512B升至4KB

虽然内外磁道的长度不一样，但是每磁道上的扇区数还是一样的，就是说内圈密度大，外圈密度小。

http://hi.baidu.com/youdianweidao/blog/item/98b739502e311a581038c235.html

如何计算容量﹖

一般我们买硬碟首先是注重它的容量﹐其次看它的转数(转数越高越好)﹐磁头读写速度﹐cache大小和流量等数据。那麽我们怎麽才知道容量呢﹖最简单的是看model和厂家资料﹐但却非通过技术途径﹐下面就教您如何去计算硬碟的容量﹐不过首先还是了解一下磁碟机的构造。

如果将硬碟打开(但千万别在您自己的硬碟上这样做﹗因为硬碟是密封的﹐一经打开就差不多成为废物了)﹐您会发现里面有一堆以圆心为轴的金属碟﹐它们已经被磁化的了。所有的资料都是记录在这些光滑的金属碟表面之上。每个金属磁片通常都有两面﹐每一面都有其各自的读写磁头(Head)一个。如图﹕

然後将磁碟旋转﹐磁头不移动的在表面相对所画出来的一圈﹐可以说是一个磁轨(Track)。那麽从圆心向外以一定距离进行量度﹐将所有表面上的相同圆周的磁轨从上到下叠起来﹐抽象地看就是一个磁柱(Cylinder)了。

然後﹐也是由圆心开始﹐在同一表面上分别画出无数条半径﹐然後每两条半径所分割的磁轨﹐我们称为磁区(Sector)。每一磁区通常会可携带512byte(0.5KB)的资料。请看图例﹕

好了﹐如果以上资料(Cylinder/Heads/Sector)都知道的话﹐要求出硬碟容量就易如反掌了。公式是﹕

磁头数量(其实是可读写的表面) X 磁柱数量(其实是每个表面的磁轨) X 每条磁轨的磁区数量 X 每个磁区的容量 = 硬碟容量

举例﹕假如您看到硬碟上面写着﹕

Cylinder	Heads	Sector
1647	16	63

那麽﹐1647x16x63x0.5KB=830088KB/1024 就是一个811MB 的硬碟了。如果要系统能够读取这个硬碟﹐这些数据是必须写进BIOS 里面的﹐不过现在的BIOS 大多有自动侦测功能﹐只要在BIOS 里面选择AUTO 就可以了﹐实在方便多了﹐尤其是换新硬碟的时候。

现今的制造技术的不断提高﹐硬碟的磁片越来越薄﹐磁头也越来越小﹐那麽磁片就可以越装越多(相对的是可读写表面越来越多)﹐而且表面的密度也不断提高和读写精度越来越高(相对的是Track和Sector也越来越多)﹐所以硬碟容量也越来越大。

不过除了这种因素外﹐增加磁碟容量的方法还有一种叫做多区记录(Multiple Zone Recording)技术。在没有引进这技术之前﹐每条track上面的sector数目都是一样的﹐这样在外围的sector所跨的扇面很明显比靠里面(圆心)的要宽﹐也浪费得多。那麽在引用了MZR之後﹐我们就可以对外围的track划分更多的sector了﹐这样容量也会相对增加。

* 硬碟的物理组成

大家应该都看过硬碟吧！硬碟依据桌上型与笔记型电脑而有分为3.5吋及2.5吋的大小。我们以3.5吋的桌上型电脑使用硬碟来说明。在硬碟盒里面其实是由许许多多的圆形磁碟盘、机械手臂、磁碟读取头与主轴马达所组成的，整个内部如同下图所示：

硬碟物理构造
图2.4.1、硬碟物理构造(图片取自维基百科)

实际的资料都是写在具有磁性物质的磁碟盘上头，而读写主要是透过在机械手臂上的读取头(head)来达成。实际运作时，主轴马达让磁碟盘转动，然后机械手臂可伸展让读取头在磁碟盘上头进行读写的动作。另外，由于单一磁碟盘的容量有限，因此有的硬碟内部会有两个以上的磁碟盘喔！

* 磁碟盘上的资料

既然资料都是写入磁碟盘上头，那么磁碟盘上头的资料又是如何写入的呢？其实磁碟盘上头的资料有点像下面的图示所示：

磁碟盘上的资料格式
图2.4.2、磁碟盘上的资料格式

整个磁碟盘上头好像有多个同心圆绘制出的圆形图，而由圆心以放射状的方式分割出磁碟的最小储存单位，那就是磁区(Sector)，在物理组成分面，每个磁区大小为512Bytes，这个值是不会改变的。而磁区组成一个圆就成为磁轨(track)，如果是在多碟的硬碟上面，在所有磁碟盘上面的同一个磁轨可以组成一个磁柱(Cylinder)，磁柱也是一般我们分割硬碟时的最小单位了！

在计算整个硬碟的储存量时，简单的计算公式就是：‘header数量 * 每个header负责的磁柱数量 * 每个磁柱所含有的磁区数量 * 磁区的容量’，单位换算为‘header * cylinder/header * secter/cylinder * 512bytes/secter’，简单的写法如下： Head x Cylinder x Sector x 512 Bytes。不过要注意的是，一般硬碟制造商在显示硬碟的容量时，大多是以十进位来编号，因此市售的500GB硬碟，理论上仅会有460GBytes左右的容量喔！