當(dāng)我們拿到一塊新硬盤（Hard Disk Drive抖单，縮寫為HDD矛绘，又叫磁盤，有時為了與固態(tài)硬盤相區(qū)分稱“機械硬盤”）后羹应，該如果使用呢？一般需要經(jīng)過如下步驟：
- 對硬盤進行分割雳刺，建立可用的分區(qū)以便管理掖桦；
- 對分區(qū)格式化，以建立可用的文件系統(tǒng)涌穆；
- Windows 系統(tǒng)可以自動識別某些文件系統(tǒng)宿稀，而 Linux 系統(tǒng)通過建立掛載點將建立好的文件系統(tǒng)掛載上來赖捌。
在詳解這些過程之前越庇，我們先來了解下硬盤的結(jié)構(gòu)和參數(shù)。
硬盤的結(jié)構(gòu)
硬盤在碟片（或叫盤片）上下方的平整磁性表面存儲和檢索數(shù)字數(shù)據(jù)涩惑，數(shù)據(jù)通過離磁性表面很近的磁頭由電磁流來改變極性的方式被寫入到碟片上境氢，數(shù)據(jù)也可以通過碟片被讀取，原理是磁頭經(jīng)過碟片上下方的磁性表面時问芬，磁性表面的磁場導(dǎo)致讀取線圈中電氣信號改變此衅。碟片與磁頭是一起被密封在硬盤驅(qū)動器內(nèi)亭螟。硬盤有一個有著過濾措施的氣孔预烙，在過濾灰塵的同時又用來平衡工作時產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致的硬盤內(nèi)外的氣壓差。
磁頭
一塊硬盤存取數(shù)據(jù)的工作完全都是依靠讀寫磁頭（read-write header）來進行。磁頭就是硬盤進行讀寫的“筆尖”锈麸，通過全封閉式的磁阻感應(yīng)讀寫牺蹄，通過機械手臂（可以看做是“筆桿”）將信息記錄在硬盤內(nèi)部的特殊介質(zhì)上和從上面讀取數(shù)據(jù)沙兰。
蝶片
如果把硬盤磁頭比喻成“筆”的形容成立，那么所謂硬盤的蝶面（surface）自然就是這“筆”下的“紙”舀奶。硬盤內(nèi)部的磁盤有單碟片的伪节，有雙碟片的绩鸣，也有多碟片的呀闻。每個蝶片（platter）都有上下兩個蝶面，每個蝶面均對應(yīng)一個讀寫磁頭蓖康。讀寫磁頭從上往下編號蒜焊，依次為 0 號讀寫磁頭、1 號讀寫磁頭鳖悠、2 號讀寫磁頭乘综、3 號讀寫磁頭...套硼，對應(yīng)的蝶面也從上往下編號，依次為 0 面九妈、1 面抄罕、2 面呆贿、3 面...森渐。
扇區(qū)
扇區(qū)（sector）是碟面上劃分出來的一小片的扇形區(qū)域同衣，代表硬盤最小的存儲單位。驅(qū)動器在向碟面讀取和寫入數(shù)據(jù)時浪秘，要以扇區(qū)為最小單位耸携。如果硬盤中出現(xiàn)了壞的扇區(qū)辕翰，數(shù)據(jù)就不能寫入壞的扇區(qū)中喜命。壞扇區(qū)通常有兩種，一種是可以進行修復(fù)后正常使用的軟壞扇區(qū)赎瞎，這種壞的扇區(qū)颊咬，可以加以標識并完全修復(fù)贪染。另一種則是物理壞扇區(qū)，這種類型的壞扇區(qū)通常是無法有效地進行修復(fù)的哟绊，智能通過扇區(qū)修復(fù)軟件來跳過票髓。DiskGenius是一款非常強大的扇區(qū)修復(fù)軟件铣耘，在格式化和修復(fù)扇區(qū)時非常好用蜗细。
扇區(qū)大小有 512Byte 和 4k Byte（常說4k對齊就是這個4k）兩種炉媒。2011年以前的硬盤物理扇區(qū)大小為512Byte，2011之后生產(chǎn)的硬盤的扇區(qū)大小以4k為主缎岗，磁頭在蝶片上讀寫數(shù)據(jù)的最小單位是4k传泊。為了兼容性鸭巴，4k物理扇區(qū)的磁盤配備了512Byte轉(zhuǎn)換固件（512-byte conversion firmware）奕扣，目的是使4k扇區(qū)“從外邊看起來”像老式的512Byte扇區(qū)一樣。一個4k物理扇區(qū)的數(shù)據(jù)可以在緩存中被轉(zhuǎn)換固件拆分成8個512Byte的數(shù)據(jù)塊奔害。轉(zhuǎn)換固件像一個中介一樣地熄，從下層的4k物理扇區(qū)讀取數(shù)據(jù)端考，然后拆分修改為512Byte格式數(shù)據(jù)，發(fā)送給上層的文件系統(tǒng)却特。
磁道
處在同心圓上的所有扇區(qū)組成磁道（track）扶供，從外向內(nèi)分別是 0 磁道、1 磁道裂明、2 磁道等椿浓。從上圖可知，外圈的扇區(qū)面積比內(nèi)圈大闽晦，為何存儲的數(shù)據(jù)量相同扳碍，這是因為內(nèi)外圈使用的磁物質(zhì)密度不同，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時仙蛉，存入外圈的數(shù)據(jù)讀寫要比內(nèi)圈快些，故通常數(shù)據(jù)的讀寫會由外向內(nèi)荠瘪，這是默認方式夯巷。但現(xiàn)在的硬盤已經(jīng)采用內(nèi)外圈同密度物質(zhì)來存儲數(shù)據(jù)了，以減少類似“大面積小數(shù)據(jù)”的浪費情況巧还。
塊/簇
同一磁道上連續(xù)的若干扇區(qū)構(gòu)成一個塊（block）/簇（cluster）鞭莽。塊是操作系統(tǒng)中最小的邏輯存儲單位坊秸，操作系統(tǒng)與磁盤打交道的最小單位是磁盤塊麸祷。通俗的來講，在Windows下如NTFS等文件系統(tǒng)中叫做簇褒搔，在Linux下如Ext4等文件系統(tǒng)中叫做塊（block）阶牍。每個簇或者塊可以包括2、4星瘾、8走孽、16、32琳状、64…2的n次方個扇區(qū)磕瓷。
塊/簇的優(yōu)點如下：
- 便于讀取：由于扇區(qū)的數(shù)量比較小、數(shù)目眾多困食，在尋址時比較困難边翁，所以操作系統(tǒng)就將相鄰的扇區(qū)組合在一起，形成一個塊硕盹，再對塊進行整體的操作符匾。
- 擺脫對磁盤底層的依賴：操作系統(tǒng)通過虛擬出來塊/簇的概念，從而忽略了底層物理存儲結(jié)構(gòu)的設(shè)計瘩例。
類似于“塊”的概念啊胶，還有一個叫做頁（page）的虛擬單位仓蛆，頁是操作系統(tǒng)與內(nèi)存通信的最小單位笤闯。
綜上所述，扇區(qū)阁猜、塊/簇聘惦、頁區(qū)別如下：
- 扇區(qū)： 硬盤的最小讀寫單位琳彩；
- 塊/簇： 操作系統(tǒng)對硬盤的最小讀寫單位；
- 頁：操作系統(tǒng)對內(nèi)存的最小讀寫單位部凑。
扇區(qū)露乏、塊/簇、頁的大小關(guān)系為：扇區(qū) <= 塊/簇 <= page涂邀。
此外瘟仿，還有一個聽的最多的概念——位（bit）。CPU一次讀取數(shù)據(jù)的最大量叫字長（word size）比勉，字長依據(jù)CPU的設(shè)計分為8位劳较、16位、32位浩聋、64位等观蜗。64位CPU代表CPU一次可以讀寫64位的數(shù)據(jù)，32位的CPU則是CPU一次能讀取32位的數(shù)據(jù)衣洁。因為CPU讀取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)量有限制墓捻，因此能夠從內(nèi)存中讀寫的數(shù)據(jù)也就有所限制。所以坊夫，一般32位CPU所能尋址的最大內(nèi)存容量為4GB（2的32次方）砖第。而常說的32位操作系統(tǒng)和64位操作系統(tǒng)即是指操作系統(tǒng)與內(nèi)存通信的最小單位，即頁的大小环凿。
柱面
不同蝶片上半徑相等的磁道組成一個柱面（cylinder）梧兼，由外而內(nèi)分別是 0 柱面、1 柱面智听、2 柱面等羽杰。
尋址方式
有了扇區(qū)（sector）渡紫、柱面（cylinder）和磁頭（header），就可以定位數(shù)據(jù)了考赛，這就是數(shù)據(jù)定位(尋址)方式之一腻惠，CHS（也稱3D），對早期的磁盤（上圖所示）非常有效欲虚，知道用哪個磁頭集灌，讀取哪個柱面上的第幾扇區(qū)就OK了。CHS模式支持的硬盤容量有限复哆，用8bit來存儲磁頭地址欣喧，用10bit來存儲柱面地址，用6bit來存儲扇區(qū)地址梯找，而一個扇區(qū)共有512 Byte唆阿，這樣使用CHS尋址一塊硬盤最大容量為256 * 1024 * 63 * 512B = 8064 MB（若按1MB=1000000B來算就是8.4GB）。
現(xiàn)在很多硬盤采用同密度蝶片锈锤，意味著內(nèi)外磁道上的扇區(qū)數(shù)量不同驯鳖，扇區(qū)數(shù)量增加，容量增加久免，3D很難定位尋址浅辙，新的尋址模式：LBA(Logical Block Addressing)。在LBA地址中阎姥，地址不再表示實際硬盤的實際物理地址（柱面记舆、磁頭和扇區(qū)）。LBA編址方式將CHS這種三維尋址方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪S的線性尋址呼巴，它把硬盤所有的物理扇區(qū)的C/H/S編號通過一定的規(guī)則轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪€性的編號泽腮，系統(tǒng)效率得到大大提高，避免了煩瑣的磁頭/柱面/扇區(qū)的尋址方式衣赶。在訪問硬盤時诊赊，由硬盤控制器再將這種邏輯地址轉(zhuǎn)換為實際硬盤的物理地址。
LBA下的編號府瞄，扇區(qū)編號是從0開始碧磅。 邏輯扇區(qū)號LBA的公式：
LBA(邏輯扇區(qū)號)=磁頭數(shù) × 每磁道扇區(qū)數(shù) × 當(dāng)前所在柱面號 + 每磁道扇區(qū)數(shù) × 當(dāng)前所在磁頭號 + 當(dāng)前所在扇區(qū)號 – 1
例如：CHS=0/0/1，則根據(jù)公式LBA=255 × 63 × 0 + 63 × 0 + 1 – 1= 0 摘能。也就是說物理0柱面0磁頭1扇區(qū)续崖，是邏輯0扇區(qū)。
硬盤主要參數(shù)
以下是硬盤的一些主要參數(shù)团搞。
轉(zhuǎn)速
硬盤轉(zhuǎn)速的單位為 rpm（revolutions per minute，即轉(zhuǎn)/每分鐘）多艇，指硬盤主軸馬達每分鐘(帶動磁蝶)的轉(zhuǎn)速逻恐。硬盤蝶片由主軸馬達帶動、在真空封閉的環(huán)境中高速旋轉(zhuǎn)，將需要存取資料的扇區(qū)帶到磁頭下方复隆，馬達的轉(zhuǎn)速越快拨匆，等待存取記錄的時間也就越短。從理論上說挽拂，轉(zhuǎn)速越快越好惭每，因為較高的轉(zhuǎn)速可縮短硬盤的平均尋道時間和實際讀寫時間，從而提高在硬盤上的讀寫速度亏栈；可任何事物都有兩面性台腥，在轉(zhuǎn)速提高的同時，硬盤噪音绒北、耗電量和發(fā)熱量也越高 黎侈，它的穩(wěn)定性就會有一定程度的降低。所以說我們應(yīng)該在技術(shù)成熟的情況下闷游，盡量選用高轉(zhuǎn)速的硬盤峻汉。進入 2006 年后，5400 rpm（revolutions per minute脐往，即轉(zhuǎn)/每分鐘） 的硬盤已成為歷史休吠，7200 rpm 的硬盤已成為 2006 年乃至今后一段時間的主流產(chǎn)品。臺式機硬盤轉(zhuǎn)速一般為 7200 rpm业簿，筆記本硬盤轉(zhuǎn)速也逐漸由 5400 rpm 變?yōu)榱?7200 rpm蛛碌。傳統(tǒng)機械硬盤的技術(shù)近年來幾乎停止不前，價格也沒有太大波動辖源，更快的固態(tài)硬盤（SSD）漸漸進入市場蔚携，但價格較貴，隨著技術(shù)的不斷進步克饶，固態(tài)硬盤的成本已經(jīng)不斷降低而達到我們可以接受的水平酝蜒。可以在裝機時選擇 SSD（用于安裝系統(tǒng)和軟件） + HDD（用于存儲文件） 的組合方式來獲得最佳的讀寫速度體驗矾湃。
接口
磁蝶接口有多種亡脑，大致分為ATA（又稱IDE）、SATA邀跃、SCSI和SAS霉咨。若考慮外接式磁蝶，還有USB拍屑、eSATA等接口途戒。
目前ATA（Advanced Technology Attachment）接口已經(jīng)被SATA（ Serial Advanced Technology Attachment ）接口取代。SATA連接線比IDE的粗排線更窄小僵驰，有利于機箱內(nèi)部的通風(fēng)喷斋、速度也更快唁毒，SATA接口目前為第三代，即SATA3.0星爪，理論帶寬為6Gbit/s浆西，SATA3.0是個人電腦磁蝶的主流接口。
SCSI（ Small Computer System Interface ）接口早期被用在工作站和大型電腦上面顽腾，后來其速度被SATA接口打敗近零，則被SAS（Serial Attached SCSI）接口取代，SAS接口的速度比SATA更快抄肖，且SAS硬盤的轉(zhuǎn)速和傳輸速度也比SATA更快（SAS3接口理論帶寬為12Gbit/s）久信，當(dāng)然也更貴。SAS接口確實很快憎瘸、還支持熱插拔入篮，許多設(shè)備連接會使用這種接口，比如磁蝶陣列卡的連接插槽幌甘。
移動硬盤顯然使用的是USB接口潮售，傳統(tǒng)的USB2.0接口速度比較慢，理論帶寬僅有60MB/S锅风，但是最近USB3.0（帶寬為5Gbit/S）接口速度有不小的提升酥诽。所以，購買移動硬盤時盡量選擇USB3.0接口皱埠。
單碟容量
硬盤相當(dāng)重要的參數(shù)之一肮帐。硬盤是由多個存儲碟片組合而成，而單碟容量就是指一個存儲碟所能存儲的最大數(shù)據(jù)量边器，硬盤存儲容量 ＝ 磁頭數(shù) × 磁道(柱面)數(shù) × 每道扇區(qū)數(shù) × 每扇區(qū)字節(jié)數(shù)训枢。目前在垂直記錄技術(shù)的幫助下，單碟容量已經(jīng)發(fā)展到 1 TB忘巧。它的提高不僅可以帶來總?cè)萘刻嵘憬纾欣诮档蜕a(chǎn)成本，提高工作穩(wěn)定性砚嘴，而且單碟容量越大十酣，硬盤的存儲密度越高，磁頭在相同時間內(nèi)可以讀取到更多的信息际长，這就意味著讀取速度得以提高耸采。
平均尋道時間
平均尋道時間（average seek time）指硬盤在蝶面上移動讀寫磁頭到指定磁道尋找相應(yīng)目標數(shù)據(jù)所用的時間，單位為毫秒工育，有5.2ms虾宇、8.5ms、8.9ms翅娶、12ms等文留。當(dāng)單碟容量增大時好唯，磁頭的尋道動作和移動距離減少竭沫，從而使平均尋道時間減少燥翅，加快硬盤訪問速度。
緩存
緩存硬盤與外部交換數(shù)據(jù)的臨時場所蜕提，一般為64MB森书、128MB、256MB等規(guī)格 谎势。硬盤讀/寫數(shù)據(jù)時凛膏，緩存就像一個中轉(zhuǎn)倉庫一樣，不斷的寫入數(shù)據(jù)脏榆、清空再寫入數(shù)據(jù)猖毫。簡單地說，硬盤上的緩存容量是越大越好须喂，大容量的緩存對提高硬盤速度很有好處吁断，不過提高緩存容量就意味著成本上升。硬盤規(guī)格相同時坞生，一般緩存的大小隨容量的增加而增加仔役，比如西數(shù)紅蝶Pro的緩存規(guī)則為：2TB容量:64MB緩存/4TB-8TB容量:128MB緩存/10TB容量:256MB緩存。
數(shù)據(jù)傳輸率
數(shù)據(jù)傳輸率（Datatransfer rate）也稱吞吐率是己，它表示在磁頭定位后又兵，硬盤讀或?qū)憯?shù)據(jù)的速度。硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率有兩個指標：
突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率（burst data transfer rate）： 也稱為外部傳輸率（external transfer rate）或接口傳輸率卒废，即微機系統(tǒng)總線與硬盤緩存之間的數(shù)據(jù)傳輸率沛厨。突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸率與硬盤接口類型和硬盤緩存容量有關(guān)。
內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸率：指硬盤磁頭與緩存之間的數(shù)據(jù)傳輸率摔认，簡單說就是硬盤將數(shù)據(jù)從蝶片上讀取出來逆皮，然后存儲在緩存上的速度。內(nèi)部傳輸率可以明確表現(xiàn)出硬盤的讀寫速度级野，它的高低才是評價一個硬盤整體性能的決定性因素页屠。
控制電路板
主要集成了用于調(diào)節(jié)硬盤蝶片轉(zhuǎn)速的主軸調(diào)速電路、控制磁頭的磁頭驅(qū)動與伺服電路蓖柔、讀寫電路辰企、以及控制與接口電路等。除了這些保證硬盤基本功能的基礎(chǔ)電路以外况鸣，新式的硬盤上大多都還有自己的專用電路牢贸，主要是提供 S.M.A.R.T（Self- Monitoring，Analysis and Reporting Technology 自我監(jiān)測镐捧、分析和報告系統(tǒng)）支持和各廠商自己開發(fā)的提高可靠性的硬件技術(shù)支持潜索。此外臭增，電路板上還有一塊類似于 BIOS 芯片作用的 ROM，其中固化的程序可以在硬盤加電以后自動執(zhí)行啟動主軸電機竹习、初始化尋道誊抛、定位和自檢等一系列初始化動作。該控制芯片負責(zé)數(shù)據(jù)的交換和處理整陌，是硬盤的核心部件之一拗窃。
尺寸
主流的硬盤尺寸為2.5英寸和3.5英寸。2.5英寸硬盤多用于筆記本電腦及外置硬盤盒中泌辫。采用2.5寸硬盤的外置硬盤盒一般不需外接電源随夸。3.5英寸硬盤多用于臺式機中。但采用3.5英寸硬盤的外置硬盤盒一般都需外接電源震放，因為耗電量超過USB的供電上限宾毒。
容量
隨著單碟1TB技術(shù)的成熟，500GB容量的硬盤已經(jīng)快要逐漸推出市場殿遂，而且诈铛，硬盤的容量規(guī)格許多都是整TB為單位增加，單塊硬盤容量可高達十幾TB勉躺。
此外癌瘾，還有電壓、電流等饵溅，機械硬盤里一般3.5寸硬盤需要5V和12V電壓妨退，2.5寸硬盤只需5V電壓。
硬盤廠商
主要的硬盤廠商有：
- 西部數(shù)據(jù)（Western Digital蜕企，簡稱西數(shù)或WD）和其子公司昱科環(huán)球存儲（HGST）咬荷；
- 希捷（Seagate）；
- 東芝（Toshiba）轻掩。
各大廠商針對不同的消費群體推出了一系列硬盤產(chǎn)品幸乒，差異較大。
西部數(shù)據(jù)的硬盤產(chǎn)品檔次從低到高依次有：
- 藍蝶：用于個人日常家用唇牧，可以用來存儲個人照片罕扎、音樂、視頻和辦公文件丐重；
- 紫蝶：用于7x24小時視頻安防監(jiān)控腔召，專為DVR和NVR系統(tǒng)設(shè)計 ；
- 紅蝶和紅蝶Pro：有2.5英寸和3.5英寸兩種尺寸扮惦，適合在7x24小時全天候工作的網(wǎng)絡(luò)存儲環(huán)境臀蛛。紅蝶適合家庭和小型辦公的NAS系統(tǒng)要求，而紅蝶Pro適合中小企業(yè)大量使用NAS的需求。
- 黑蝶：存儲速度快浊仆，適合游戲玩家和快速加載大型應(yīng)用軟件客峭；
- 企業(yè)蝶：用于企業(yè)搭建數(shù)據(jù)中心，如磁蝶陣列抡柿、服務(wù)器啟動蝶舔琅、直接附加存儲（DAS）、網(wǎng)絡(luò)附加存儲（NAS）等沙绝。
希捷的硬盤產(chǎn)品檔次從低到高依次有：
- 酷魚：辦公家用搏明；
- 酷狼：NAS存儲鼠锈，專為DVR和NVR系統(tǒng)設(shè)計闪檬；
- 酷鷹：視頻安防監(jiān)控；
- 銀河：企業(yè)存儲购笆。
硬盤的保養(yǎng)
由于硬盤機械手臂上的磁頭和蝶片之間的空間很小粗悯，且蝶片轉(zhuǎn)速極快，如果有大的抖動或污物附著在磁頭與蝶片之間就可能造成數(shù)據(jù)的損壞或整個磁蝶的損壞同欠。
硬盤內(nèi)部是無塵狀態(tài)样傍，老式硬盤使用過濾器來過濾進入硬盤的空氣，填充介質(zhì)為空氣铺遂，不過容易受到空氣影響衫哥，因此碟片之間距離要夠才行。2010年后氦氣封裝技術(shù)量產(chǎn)襟锐，氦氣的密度比起空氣小上許多撤逢，且氦氣特色就是穩(wěn)定，使用他來當(dāng)介質(zhì)粮坞，阻力和震動相對小蚊荣，因此碟片之間的距離就能縮小，所以同樣的空間下能夠裝下更多的碟片莫杈，采用氦氣封裝的好處除了容量變大外互例，溫度和耗電能夠再降低，因此耐用度和穩(wěn)定性能夠再提升 筝闹。
另外媳叨，為了避免震動導(dǎo)致磁頭碰撞碟片，硬盤廠商設(shè)計出了各種保護方法关顷。目前硬盤對于地震有很好的防護力糊秆，防摔能力也大幅進步，電源關(guān)閉及遇到較大震動時磁頭會立刻移到安全區(qū)（近期的硬盤也開始防范突然斷電的情況）解寝。但硬盤在通電時耐摔度會降低（旋轉(zhuǎn)逆動性）扩然、也只能溫和的移動，正確的方式是通電后盡量不要振動主機聋伦，使用操作系統(tǒng)的關(guān)機功能來正常開關(guān)機（軟關(guān)機）夫偶，而不是長按主機上的開機按鈕或按下強制重啟按鈕界睁、甚至拔掉插頭來關(guān)機，因為機械手臂需要回歸原位兵拢。如果非要移動主機翻斟，盡量在完全關(guān)機硬盤主軸馬達停止轉(zhuǎn)動后再進行。良好的使用習(xí)慣说铃，可以使硬盤蝶片的壽命達到數(shù)十年之久访惜，但還其他硬盤原件的壽命往往達不到這個標準。所以腻扇，如果硬盤出現(xiàn)故障了债热，只要蝶片不損壞，就有辦法恢復(fù)數(shù)據(jù)幼苛。
