硬盘基本知识（磁头、磁道、扇区、柱面），格式化容量计算

末蓝、 2021-07-26 20:44 2550阅读 1赞

## 计算差： ##

在购买硬盘之后，细心的人会发现，在操作系统当中硬盘的容量与官方标称的容量不符，都要少于标称容量，容量越大则这个差异越大。标称40GB的硬盘，在操作系统中显示只有38GB；80GB的硬盘只有75GB；而120GB的硬盘则只有114GB。这并不是厂商或经销商以次充好欺骗消费者，而是硬盘厂商对容量的计算方法和操作系统的计算方法有不同而造成的，不同的单位转换关系造成的。

众所周知，在计算机中是采用二进制，在电脑世界里，以2的次方数为“批量”处理Byte会方便一些，整齐一些。每1024Byte为1KB，每1024KB为1MB，每1024MB为1GB，每1024GB为1TB，而在国际单位制中TB、GB、MB、KB是“1000进制”的数，为此国际电工协会（IEC）拟定了"KiB"、“MiB”、“GiB"的二进制单位，专用来标示“1024进位”的数据大小；而硬盘厂商在计算容量方面是以每1000为一进制的，每1000字节为1KB，每1000KB为1MB，每1000MB为1GB，每1000GB为1TB，在操作系统中对容量的计算是以1024为进位的，并且并未改为"KiB"、“MiB”、“GiB"的二进制单位，这差异造成了硬盘容量“缩水”。

容量关系

计算机硬盘存储容量通常使用字节（B，Byte）、千字节（KB，KiloByte）、兆字节（MB，MegaByte）、吉字节（GB，Gigabyte）、太字节（TB，TeraByte）、拍字节(PB，PetaByte)、艾字节(EB，ExaByte)、泽字节(ZB，ZettaByte)、尧字节 (YB，YottaByte)和BB（BrontoByte）、NB(NonaByte）、 DB(DoggaByte)等来衡量。

1 KB=2^10 B=1024 B;

1 MB=2^10 KB=1024 KB=2^20 B；

1 GB=2^10 MB=1024 MB=2^30 B；

1 TB=2^10 GB=1024 GB=2^40 B；

1 PB=2^10 TB=1024 TB=2^50 B；

1 EB=2^10 PB=1024 PB=2^60 B；

1 ZB=2^10 EB=1024 EB=2^70 B；

1 YB=2^10 ZB=1024 ZB=2^80 B；

1 BB=2^10 YB=1024 YB=2^90 B；

1 NB=2^10 BB=1024 BB=2^100 B；

1 DB=2^10 NB=1024 NB=2^110 B。

# #

## 概述 ##

1.  盘片（platter）
2.  磁头（head）
3.  磁道（track）
4.  扇区（sector）
5.  柱面（cylinder）

盘片 片面 和 磁头

硬盘中一般会有多个盘片组成，每个盘片包含两个面，每个盘面都对应地有一个读/写磁头。受到硬盘整体体积和生产成本的限制，盘片数量都受到限制，一般都在5片以内。盘片的编号自下向上从0开始，如最下边的盘片有0面和1面，再上一个盘片就编号为2面和3面。  
如下图：

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图1

扇区 和 磁道

下图显示的是一个盘面，盘面中一圈圈灰色同心圆为一条条磁道，从圆心向外画直线，可以将磁道划分为若干个弧段，每个磁道上一个弧段被称之为一个扇区（图践绿色部分）。扇区是磁盘的最小组成单元，通常是512字节。（由于不断提高磁盘的大小，部分厂商设定每个扇区的大小是4096字节）

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图2

磁头 和 柱面

硬盘通常由重叠的一组盘片构成，每个盘面都被划分为数目相等的磁道，并从外缘的“0”开始编号，具有相同编号的磁道形成一个圆柱，称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。由于每个盘面都有自己的磁头，因此，盘面数等于总的磁头数。 如下图

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图3

## 磁盘容量计算 ##

**（格式化容量）存储容量 ＝ 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数**

图3中磁盘是一个 3个圆盘6个磁头，7个柱面（每个盘片7个磁道） 的磁盘，图3中每条磁道有12个扇区，所以此磁盘的容量为：

存储容量 6 \* 7 \* 12 \* 512 = 258048

> 每个磁道的扇区数一样是说的老的硬盘，外圈的密度小，内圈的密度大，每圈可存储的数据量是一样的。新的硬盘数据的密度都一致，这样磁道的周长越长，扇区就越多，存储的数据量就越大。

**非格式化容量： 非格式化容量=记录面数\*（每面的磁道数\*内圆周长\*最大位密度）**

## 磁盘读取响应时间 ##

1.  寻道时间：磁头从开始移动到数据所在磁道所需要的时间，寻道时间越短，I/O操作越快，目前磁盘的平均寻道时间一般在3－15ms，一般都在10ms左右。
2.  旋转延迟：盘片旋转将请求数据所在扇区移至读写磁头下方所需要的时间，旋转延迟取决于磁盘转速。普通硬盘一般都是7200rpm，慢的5400rpm。
3.  数据传输时间：完成传输所请求的数据所需要的时间。  
    小结一下：从上面的指标来看、其实最重要的、或者说、我们最关心的应该只有两个：寻道时间；旋转延迟。

> 读写一次磁盘信息所需的时间可分解为：寻道时间、延迟时间、传输时间。为提高磁盘传输效率，软件应着重考虑减少寻道时间和延迟时间。

## 块/簇 ##

概述

磁盘块/簇（虚拟出来的）。 块是操作系统中最小的逻辑存储单位。操作系统与磁盘打交道的最小单位是磁盘块。  
通俗的来讲，在Windows下如NTFS等文件系统中叫做簇；在Linux下如Ext4等文件系统中叫做块（block）。每个簇或者块可以包括2、4、8、16、32、64…2的n次方个扇区。

为什么存在磁盘块？

读取方便：由于扇区的数量比较小，数目众多在寻址时比较困难，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个块，再对块进行整体的操作。

分离对底层的依赖：操作系统忽略对底层物理存储结构的设计。通过虚拟出来磁盘块的概念，在系统中认为块是最小的单位。

## page ##

操作系统经常与内存和硬盘这两种存储设备进行通信，类似于“块”的概念，都需要一种虚拟的基本单位。所以，与内存操作，是虚拟一个页的概念来作为最小单位。与硬盘打交道，就是以块为最小单位。

## 扇区、块/簇、page的关系 ##

1.  扇区： 硬盘的最小读写单元
2.  块/簇： 是操作系统针对硬盘读写的最小单元
3.  page： 是内存与操作系统之间操作的最小单元。

扇区 <= 块/簇 <= page

作者：jijs  
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来源：简书  
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