一、硬盤

硬盤的功能相當簡單但很重要，它負責記錄系統所需要的各種數據。硬盤記錄數據有兩個方面，一個是硬件方面的存儲原理和結構，另外一方面則是軟件方面的數據和文件系統。硬盤的主要行為就是數據的存放和取出。

構成硬盤的基本元件，主要可以分為實際存儲數據用的磁盤（Plat Platter）、讀取數據用的磁頭（Head）、幫助磁頭搜尋讀取位置的馬達等等，這些元件構成一個能夠在不同磁盤上的任意位置讀取數據的結構體。

二、磁盤（Plat Platter）

磁盤是硬盤中真正用來存儲信息的部分，外觀上如同圓盤一樣，中間有孔可供馬達運轉軸通過（硬盤必須經過不斷旋轉磁盤才能找到數據），每個硬盤都有至少一個以上的磁盤。

一般來說硬盤中磁盤的大小，目前主要有 3.5 英寸和 5.25 英寸兩種，而筆記本計算機所使用的磁盤大小一般為 2.5 英寸，有些甚至只有 1 英寸，大型磁盤防震的能力較差，而且一般來說磁盤越大硬盤的性能越差（因為磁盤的旋轉速度降低，在磁盤上搜尋數據的事件會變長），不過因為表面積較大，所以能夠存放的數據也就較多。

大部分磁盤都是以鋁合金制成，而由於磁盤運轉的速度較高，磁盤表面必須相當光滑，而重量的分布也必須相當均勻。而磁盤鋁合金的表面，則塗了一層磁性物質，以供數據寫入之用（寫入或讀取數據事實上都是在這層磁性物質上，與鋁合金無關），這個磁性物質是利用電鍍或濺鍍的方法塗上，因此分布相當均勻，最後在磁性物質上，會再加上一層薄薄的保護膜，以提供潤滑作用，避免磁頭與磁盤不正常接觸所造成的損壞。磁盤的兩面都可以使用，因此每個磁盤上下共有兩個磁頭來讀取數據。

在磁盤上可以感應到數字信息，是因為在磁盤上可以針對特定區域進行磁性的變動，因此我們只需要利用一些可以感應磁性變化的裝置，可以依照磁盤上特定區域的磁性變化，來讀取其中的內容。

三、硬盤數據單位

1. 磁道（Track）

一個磁盤劃分為多個磁道，事實上一個磁道也就是指磁盤上的一圈數據區域（也就是說同一磁盤撒和國內所有的磁道都會以同心圓環的方式來排列），就像樹木年輪中的一環。因此最靠近內圈的磁道上所能記錄的數據量最小（由於越靠近內圈則圓圈越小）。

2. 柱面（Cylinder）

繞馬達旋轉軸旋轉的多個磁盤，每個磁盤有兩個盤面（片），每個盤面裏有多個磁道（Track）。多個磁盤上相同大小的磁道在豎直空間上構成了一個柱面，類似於相同大小的一堆呼啦圈（磁道）從腳套到頭，視覺上構成了一個空心筒（柱面）。

3. 磁頭（Header）

當需要使用磁盤中的數據時，需要利用磁頭來讀取或寫入數據。因此磁頭可以說是磁盤與計算機中其他數字設備之間的接口。磁頭負責把數字的位數據轉換為磁性的變動，以便將數據寫入磁盤之中，而反過來的動作就可以把數據由磁盤中讀取出來。磁頭的質量嚴重影響整個硬盤的性能，例如當我們增加磁盤的密度以及磁盤旋轉的速度來增加數據傳輸的速率時，一定要有精密的磁頭才能將這些數據正確地讀取出來，因此每當發展出新技術的磁頭時，通常都會帶動整個硬盤效率的提高。

4. 扇區（Sector）

事實上僅把數據分為磁道，還不能達到細分數據區的目的（一個磁道中的數據容量還是相當大，即使是最內圈最小的磁道也是一樣），因此我們再把磁道分為許多的扇區。由於內圈磁道的數據容量較少，因此內圈磁道所分割出來的扇區數碼會比外圈磁道要少。扇區是磁盤上能讀取數據的最小單位，大小為 512Bytes，也就是說 1 個 Byte 的文件，無論如何都要占據一個扇區的大小，無論這個扇區的數據量是 2KB 還是 16KB 都是一樣。每個扇區內部的數據被視為連續的數據，因此實際存取時，需要再指定扇區中數據的地址，就可以找到所需要的數據。

四、硬盤在Linux中的表示

Linux 的所有設備都被抽象為一個文件，保存在 /dev 目錄下。

根據接口可以分為：IDE、SATA、SAS、SCSI、USB。

硬盤名稱一般為：設備類型 + [a-z]，其中 [a-z] 表示第幾塊硬盤。

IDE 硬盤的名稱一般是： hd[a-z] 。SATA 硬盤、SAS 硬盤、SCSI 硬盤和 USB 硬盤的名稱一般為： sd[a-z] 。例如，第一塊 SATA 硬盤名為 /dev/sda，第二塊 SATA 硬盤名為 /dev/sdb，以此類推...

五、分區

把一塊硬盤的磁盤邏輯地分為幾個區，每個區當作獨立磁盤，以方便使用管理。

不同的分區用：“設備名 + 分區號”來表示，如 sda1，sda2。

主流的分區機制有 MBR 和 GPT。

六、MBR（Master Boot Record，主引導記錄）

MBR 是傳統的分區機制，應用於絕大多數使用 BIOS 引導的 PC 設備（蘋果使用EFI的方式）

• MBR 支持 32 位和 64 位的操作系統
• MBR 支持的分區數量有限
• MBR 支持不超過 2T 的硬盤，超過 2T 的硬盤只能使用 2T 空間（有第三方解決辦法），因為MBR的尋址空間只有 32 位長

MBR 結構：

占用硬盤最開頭的 512 字節，即 0 柱面 0 磁道 1 扇區。前 446 字節是引導代碼，不同操作系統的引導代碼不一樣。然後是 4 個 16 字節的主分區表信息。最後 2 個字節 55 AA，是操作系統的啟動標識。

MBR 分區：

主分區：最多只能創建 4 個主分區。

擴展分區：一個擴展分區占用一個主分區位置。

邏輯分區：邏輯分區是基於擴展分區創建出來的。Linux 最多支持 63 個 IDE 分區和 15 個 SCSI 分區。

七、GPT（GUID Partition Table，全局唯一標識分區表）

GPT 是一個較新的分區機制，解決了 MBR 的很多缺點。

• GPT 支持超過 2T 的硬盤
• GPT 向後兼容 MBR
• GPT 分區必須使用 64 位的系統
• Mac、Linux 系統都支持 GPT 分區
• Windows7 64位、WindowsServer2008 64位支持 GPT 分區

參考書籍：《電腦DIY 硬件原理/升級/最優化》

參考鏈接：Linux 磁盤基本概念（磁盤、分區、MBR、GPT）

Linux 入門記錄：六、Linux 硬件相關概念（硬盤、磁盤、磁道、柱面、磁頭、扇區、分區、MBR、GPT）