一.硬盤的組成
二、硬盤的工作原理
磁頭靠近主軸接觸的表面，即線速度最小的地方，是一個特殊的區域，它不存放任何數據，稱為啟停區或着陸區（Landing Zone），啟停區外就是數據區。在最外圈，離主軸最遠的地放是“0”磁道，硬盤數據的存放就是從最外圈開始的。
三、盤面、磁道、柱面和扇區
硬盤的讀寫是和扇區有着緊密關系的。在說扇區和讀寫原理之前先說一下和扇區相關的”盤面”、“磁道”、和“柱面”。
1.盤面
硬盤的盤片一般用鋁合金材料做基片，高速硬盤也可能用玻璃做基片。
盤面上分布着許許多多我們肉眼不可見的“磁性粒子”，而這些粒子正是數據的真實載體。由物理知識可知，”磁性粒子“的方向受磁場影響。在強磁場中，“磁性粒子”的指向與磁場方向有關。因此，我們可以通過改變磁場方向來改變“磁性粒子”的方向。由電磁感應原理，我們知道，我們可以通過控制電流方向來改變磁場方向。我們知道計算機是只認識0和1的，剛好電流的方向也只能有兩個方向，電流的方向間接決定了”磁性粒子“的方向。“磁性粒子”的兩種指向分別代表0和1。這也就解釋了磁性粒子可以成為數據的載體。
2.磁道
磁盤在格式化時被划分成許多同心圓，這些同心圓軌跡叫做磁道（Track）。磁道從外向內從0開始順序編號。硬盤的每一個盤面有300～1 024個磁道，新式大容量硬盤每面的磁道數更多。
3.柱面
所有盤面上的同一磁道構成一個圓柱，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。數據的讀/寫按柱面進行，即磁 頭讀/寫數據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/寫完畢后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。
4.扇區
操作系統以扇區（Sector）形式將信息存儲在硬盤上，每個扇區包括512個字節的數據和一些其他信息。一個扇區有兩個主要部分：存儲數據地點的標識符和存儲數據的數據段。
扇區的第一個主要部分是標識符。包括組成扇區三維地址的三個數字：扇區所在的磁頭（或盤面）、磁道（或柱面號）以及扇區在磁 道上的位置即扇區號。
扇區的第二個主要部分是存儲數據的數據段。
四、硬盤的讀寫原理
系統將文件存儲到磁盤上時，按柱面、磁頭、扇區的方式進行，即最先是第1磁道的第一磁頭下（也就是第1盤面的第一磁道）的所有扇區，然后，是同一柱面的下一磁頭，……，一個柱面存儲滿后就推進到下一個柱面，直到把文件內容全部寫入磁盤。
系統也以相同的順序讀出數據。讀出數據時通過告訴磁盤控制器要讀出扇區所在的柱面號、磁頭號和扇區號（物理地址的三個組成部分）進行。
扇區到來時，磁盤控制器讀出每個扇區的頭標，把這些頭標中的地址信息與 期待檢出的磁頭和柱面號做比較（即尋道），然后，尋找要求的扇區號。待磁盤控制器找到該扇區頭標時，根據其任務是寫扇區還是讀扇區，來決定是轉換寫電路， 還是讀出數據和尾部記錄。
五、硬盤文件的刪除與恢復
當我們需要從硬盤里面刪除某一個文件時，硬盤並不會把數據真正的刪除，也就是說當我們刪除文件時，並不會把那些存儲數據的“磁性粒子”初始化，而只是在文件頭作一個標記，表明該文件已經刪除，但其實文件的數據還保存在硬盤中，也就意味着我們可以有機會通過數據恢復軟件將數據恢復成原來的樣子。當然有機會的前提是沒有新的數據將原來的數據所在位置給覆蓋。
六、磁盤碎片的產生
1、磁盤碎片產生的典型過程（例一）
系統正在向硬盤中寫入一個文件，名為“椰子”，該文件體積較大，需要占用5個扇區的空間，因此要完全寫入到硬盤當中需要較長的時間。磁頭從1號扇區開始順時針方向寫入文件，當2號扇區中的數據寫入完時，硬盤接到了一條新的命令—寫入文件“葡萄”，文件“葡萄”體積較小，只需占用1個扇區的空間，它被寫入到了扇區3當中。
這樣一來，由於3號扇區已經被占用，文件“椰子”剩下的數據就要從4號扇區開始寫入，最后，剩下的數據被寫入到了4至6號扇區。由於“葡萄”的插隊，文件椰子無法儲存在連續的扇區當中，被分割開的這兩段數據就被稱為磁盤碎片。
2、磁盤碎片產生的典型過程（例二）
例一中的硬盤經過一段時間的使用之后，內部儲存的文件發生了一些變化：一個新文件“西瓜”被寫入到了硬盤當中，之后文件“葡萄”被刪除了。
這時，硬盤接到了寫入文件“桔子”的命令，“桔子”需要占用3個扇區的儲存空間。現在硬盤中共有兩段不連續的可用空間，但任何一段單獨的可用空間都不足以容納整個“桔子”文件，不得已，“桔子”被拆分為兩部分寫入硬盤剩余的可用空間中，從而產生了磁盤碎片。
例一中的情況在下載大文件時十分常見，因為下載文件的過程不需要人為干預，所以一般人在下載文件的過程中都會做一些其它的事情。如：瀏覽網頁、玩游戲等等。瀏覽網頁的過程中瀏覽器會產生大量的“Internet 臨時文件”，玩游戲的過程中游戲程序也可能會產生臨時文件，或因內存不足導致操作系統改變了頁面文件的大小，這些情況都可能如例一般影響下載中的文件，產生磁盤碎片。實際使用中往往一部電影文件被下載到硬盤中之后會有數千個磁盤碎片。
例二中的情況是在刪除了舊文件、添加新文件時發生的。通常情況下，系統會在對文件來說足夠大的第一個連續可用空間上存儲文件。如果沒有足夠大的可用空間，系統會將盡可能多的文件保存在最大的可用空間上，然后將剩余數據保存在下一個可用空間上。因此，除非擁有容量無限大的硬盤，否則，在有限的硬盤空間中進行添加和刪除文件的操作就必然會有例二這種產生磁盤碎片的情況發生。當然，較實際需求大的硬盤空間可以減少這種情況的發生。
磁盤碎片對硬盤的危害：
其實我們的文件大多數的時候都是破碎的，在文件沒有破碎的時候,搖臂只需要尋找1次磁道並由磁頭進行讀取,只需要1次就可以成功讀取;但是如果文件破碎成11處,那么搖臂要來回尋找11次磁道磁頭進行11次讀取才能完整的讀取這個文件,讀取時間相對沒有破碎的時候就變得冗長。
七.硬盤的呵護：
當電腦意外宕機或者強制關機時，高速轉動的盤面會驟然停止，磁頭仍在盤面上讀取數據，還未來得及回到啟停區，當再次開機時，磁頭快速回到啟停區，磁頭會在盤面上造成划痕，對硬盤造成難以修復的物理傷害。當正常關機時，磁頭會慢慢回到起停區，不會對硬盤造成傷害，這也就是為什么我們需要避免強制關機。
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