一般硬碟正面貼有產品標籤，主要包括廠家資訊和產品資訊，如商標、型號、序列號、生產日期、容量、引數和主從設定方法等。這些資訊是正確使用硬碟的基本依據，下面將逐步介紹它們的含義。
硬碟主要由盤體、控制電路板和介面部件等組成，如圖1-1所示。盤體是乙個密封的腔體。硬碟的內部結構通常是指盤體的內部結構；控制電路板上主要有硬碟bios、硬碟快取（即cache）和主控制晶元等單元，如圖1-2所示；硬碟介面包括電源插座、資料介面和主、從跳線，如圖1-3所示。
圖1-1 硬碟的外觀
圖1-2 控制電路板
圖1-3 硬碟介面
電源插座連線電源，為硬碟工作提供電力保證。資料介面是硬碟與主機板、記憶體之間進行資料交換的通道，使用一根40針40線（早期）或40針80線（當前）的ide介面電纜進行連線。新增加的40線是訊號遮蔽線，用於遮蔽高速高頻資料傳輸過程中的串擾。
中間的主、從盤跳線插座，用以設定主、從硬碟，即設定硬碟驅動器的訪問順序。其設定方法一般標註在盤體外的標籤上，也有一些標註在介面處，早期的硬碟還可能印在電路板上。
此外，在硬碟表面有乙個透氣孔（見圖1-1），它的作用是使硬碟內部氣壓與外部大氣壓保持一致。由於盤體是密封的，所以，這個透氣孔不直接和內部相通，而是經由乙個高效過濾器和盤體相通，用以保證盤體內部的潔淨無塵，使用中注意不要將它蓋住。
1.2 硬碟的內部結構
硬碟的內部結構通常專指盤體的內部結構。盤體是乙個密封的腔體，裡面密封著磁頭、碟片（磁片、碟片）等部件，如圖1-4所示。
圖1-4 硬碟內部結構
硬碟的碟片是硬質磁性合金碟片，片厚一般在0.5mm左右，直徑主要有1.8in（1in=25.
4mm）、2.5in、3.5in和5.
25in 4種，其中2.5in和3.5in碟片應用最廣。
碟片的轉速與碟片大小有關，考慮到慣性及碟片的穩定性，碟片越大轉速越低。一般來講，2.5in硬碟的轉速在5 400 r/min～7 200 r/ min之間；3.
5in硬碟的轉速在4 500 r/min～5 400 r/min之間；而5.25in硬碟轉速則在3 600 r/min～4 500 r/min之間。隨著技術的進步，現在2.
5in硬碟的轉速最高已達15 000 r/min，3.5in硬碟的轉速最高已達12 000 r/min。
有的硬碟只裝一張碟片，有的硬碟則有多張碟片。這些碟片安裝在主軸電機的轉軸上，在主軸電機的帶動下高速旋轉。每張碟片的容量稱為單碟容量，而硬碟的容量就是所有碟片容量的總和。
早期硬碟由於單碟容量低，所以，碟片較多，有的甚至多達10餘片，現代硬碟的碟片一般只有少數幾片。一塊硬碟內的所有碟片都是完全一樣的，不然控制部分就太複雜了。乙個牌子的乙個系列一般都用同一種碟片，使用不同數量的碟片，就出現了乙個系列不同容量的硬碟產品。
盤體的完整構造如圖1-5所示。
圖1-5 盤體的完整結構
硬碟驅動器採用高精度、輕型磁頭驅動/定位系統。這種系統能使磁頭在盤面上快速移動，可在極短的時間內精確地定位在由計算機指令指定的磁軌上。目前，磁軌密度已高達5 400tpi（每英吋磁軌數）或更高；人們還在研究各種新方法，如在盤上擠壓（或刻蝕）圖形、凹槽和斑點等作為定位和跟蹤標記，以提高到和光碟相等的道密度，從而在保持磁碟機高速度、高位密度和高可靠性的優勢下，大幅度提高儲存容量。
硬碟驅動器內的電機都是無刷電機，在高速軸承支援下機械磨損很小，可以長時間連續工作。高速旋轉的盤體產生明顯的陀螺效應，所以，在硬碟工作時不宜搬動，否則，將增加軸承的工作負荷。為了高速儲存和讀取資訊，硬碟驅動器的磁頭質量小，慣性也小，所以，硬碟驅動器的尋道速度明顯快於軟碟機和光碟機。
硬碟驅動器磁頭與磁頭臂及伺服定位系統是乙個整體。伺服定位系統由磁頭臂後的線圈和固定在底板上的電磁控制系統組成。由於定位系統限制，磁頭臂只能在碟片的內外磁軌之間移動。
因此，不管開機還是關機，磁頭總在碟片上；所不同的是，關機時磁頭停留在碟片啟停區，開機時磁頭「飛行」在磁碟片上方。
1.3 硬碟的邏輯結構(1)
硬碟上的資料是如何組織與管理的呢？硬碟首先在邏輯上被劃分為磁軌、柱面以及扇區，其結構關係如圖1-6所示。
圖1-6 磁頭、柱面和扇區
每個碟片的每個面都有乙個讀寫磁頭，磁碟盤面區域的劃分如圖1-7所示。磁頭靠近主軸接觸的表面，即線速度最小的地方，是乙個特殊的區域，它不存放任何資料，稱為啟停區或著陸區（landing zone），啟停區外就是資料區。在最外圈，離主軸最遠的地方是「0」磁軌，硬碟資料的存放就是從最外圈開始的。
那麼，磁頭是如何找到「0」磁軌的位置的呢？從圖1-5中可以看到，有乙個「0」磁軌檢測器，由它來完成硬碟的初始定位。「0」磁軌是如此的重要，以致很多硬碟僅僅因為「0」磁軌損壞就報廢，這是非常可惜的。
這種故障的修復技術在後面的章節中有詳細的介紹。
圖1-7 硬碟碟片的啟停區和資料區
早期的硬碟在每次關機之前需要執行乙個被稱為parking的程式，其作用是讓磁頭回到啟停區。現代硬碟在設計上已摒棄了這個雖不複雜卻很讓人不愉快的小缺陷。硬碟不工作時，磁頭停留在啟停區，當需要從硬碟讀寫資料時，磁碟開始旋轉。
旋轉速度達到額定的高速時，磁頭就會因碟片旋轉產生的氣流而抬起，這時磁頭才向碟片存放資料的區域移動。碟片旋轉產生的氣流相當強，足以使磁頭托起，並與盤面保持乙個微小的距離。這個距離越小，磁頭讀寫資料的靈敏度就越高，當然對硬碟各部件的要求也越高。
早期設計的磁碟驅動器使磁頭保持在盤面上方幾微公尺處飛行。稍後一些設計使磁頭在盤面上的飛行高度降到約0.1μm～0.
5μm，現在的水平已經達到0.005μm～0.01μm，這只是人類頭髮直徑的千分之一。
氣流既能使磁頭脫離開盤面，又能使它保持在離盤面足夠近的地方，非常緊密地跟隨著磁碟表面呈起伏運動，使磁頭飛行處於嚴格受控狀態。磁頭必須飛行在盤面上方，而不是接觸盤面，這種位置可避免擦傷磁性塗層，而更重要的是不讓磁性塗層損傷磁頭。但是，磁頭也不能離盤面太遠，否則，就不能使盤面達到足夠強的磁化，難以讀出盤上的磁化翻轉（磁極轉換形式，是磁碟上實際記錄資料的方式）。
硬碟驅動器磁頭的飛行懸浮高度低、速度快，一旦有小的塵埃進入硬碟密封腔內，或者一旦磁頭與盤體發生碰撞，就可能造成資料丟失，形成壞塊，甚至造成磁頭和盤體的損壞。所以，硬碟系統的密封一定要可靠，在非專業條件下絕對不能開啟硬碟密封腔，否則，灰塵進入後會加速硬碟的損壞。另外，硬碟驅動器磁頭的尋道伺服電機多採用音圈式旋轉或直線運動步進電機，在伺服跟蹤的調節下精確地跟蹤碟片的磁軌，所以，硬碟工作時不要有衝擊碰撞，搬動時要小心輕放。
這種硬碟就是採用溫徹斯特（winchester）技術製造的硬碟，所以也被稱為溫盤。其結構特點如下。
①磁頭、碟片及運動機構密封在盤體內。
②磁頭在啟動、停止時與碟片接觸，在工作時因碟片高速旋轉，帶動磁頭「懸浮」在碟片上面呈飛行狀態（空氣動力學原理），「懸浮」的高度約為0.1μm～0.3μm，這個高度非常小，圖1-8標出了這個高度與頭髮、煙塵和手指印的大小比較關係，從這裡可以直觀地「看」出這個高度有多「高」。
下面對「盤面」、「磁軌」、「柱面」和「扇區」的含義逐一進行介紹。
1. 盤面號
硬碟的碟片一般用鋁合金材料做基片，高速硬碟也可能用玻璃做基片。玻璃基片更容易達到所需的平面度和光潔度，且有很高的硬度。磁頭傳動裝置是使磁頭部件作徑向移動的部件，通常有兩種型別的傳動裝置。
一種是齒條傳動的步進電機傳動裝置；另一種是音圈電機傳動裝置。前者是固定推算的傳動定位器，而後者則採用伺服反饋返回到正確的位置上。磁頭傳動裝置以很小的等距離使磁頭部件做徑向移動，用以變換磁軌。
硬碟的每乙個碟片都有兩個盤面（side），即上、下盤面，一般每個盤面都會利用，都可以儲存資料，成為有效碟片，也有極個別的硬碟盤面數為單數。每乙個這樣的有效盤面都有乙個盤面號，按順序從上至下從「0」開始依次編號。在硬碟系統中，盤面號又叫磁頭號，因為每乙個有效盤面都有乙個對應的讀寫磁頭。
硬碟的碟片組在2～14片不等，通常有2～3個碟片，故盤面號（磁頭號）為0～3或0～5。
2. 磁軌
磁碟在格式化時被劃分成許多同心圓，這些同心圓軌跡叫做磁軌（track）。磁軌從外向內從0開始順序編號。硬碟的每乙個盤面有300～1 024個磁軌，新式大容量硬碟每面的磁軌數更多。
資訊以脈衝串的形式記錄在這些軌跡中，這些同心圓不是連續記錄資料，而是被劃分成一段段的圓弧，這些圓弧的角速度一樣。由於徑向長度不一樣，所以，線速度也不一樣，外圈的線速度較內圈的線速度大，即同樣的轉速下，外圈在同樣時間段裡，劃過的圓弧長度要比內圈劃過的圓弧長度大。每段圓弧叫做乙個扇區，扇區從「1」開始編號，每個扇區中的資料作為乙個單元同時讀出或寫入。
乙個標準的3.5in硬碟盤面通常有幾百到幾千條磁軌。磁軌是「看」不見的，只是盤面上以特殊形式磁化了的一些磁化區，在磁碟格式化時就已規劃完畢。
1.3 硬碟的邏輯結構(2)
3. 柱面
所有盤面上的同一磁軌構成乙個圓柱，通常稱做柱面（cylinder），每個圓柱上的磁頭由上而下從「0」開始編號。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，只在同一柱面所有的磁頭全部讀/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得多，所以，資料的讀/寫按柱面進行，而不按盤面進行。
也就是說，乙個磁軌寫滿資料後，就在同一柱面的下乙個盤面來寫，乙個柱面寫滿後，才移到下乙個扇區開始寫資料。讀資料也按照這種方式進行，這樣就提高了硬碟的讀/寫效率。
一塊硬碟驅動器的圓柱數（或每個盤面的磁軌數）既取決於每條磁軌的寬窄（同樣，也與磁頭的大小有關），也取決於定位機構所決定的磁軌間步距的大小。更深層的內容請參考其他書籍，限於篇幅，這裡不再深入介紹。
4. 扇區
作業系統以扇區（sector）形式將資訊儲存在硬碟上，每個扇區包括512個位元組的資料和一些其他資訊。乙個扇區有兩個主要部分：儲存資料地點的識別符號和儲存資料的資料段，如圖1-9所示。
圖1-9 硬碟扇區的構成
識別符號就是扇區頭標，包括組成扇區三維位址的三個數字：扇區所在的磁頭（或盤面）、磁軌（或柱面號）以及扇區在磁軌上的位置即扇區號。頭標中還包括乙個字段，其中有顯示扇區是否能可靠儲存資料，或者是否已發現某個故障因而不宜使用的標記。
有些硬碟控制器在扇區頭標中還記錄有指示字，可在原扇區出錯時指引磁碟轉到替換扇區或磁軌。最後，扇區頭標以迴圈冗餘校驗（crc）值作為結束，以供控制器檢驗扇區頭標的讀出情況，確保準確無誤。
扇區的第二個主要部分是儲存資料的資料段，可分為資料和保護資料的糾錯碼（ecc）。在初始準備期間，計算機用512個虛擬資訊位元組（實際資料的存放地）和與這些虛擬資訊位元組相應的ecc數字填入這個部分。
硬碟的儲存原理與儲存結構
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