磁盤是廣為應用的保存大量數據的存儲設備，存儲數據的數量級可達幾百到幾千千兆字節，而基于RAM的存儲器只能有幾百或幾千兆字節。不過從磁盤上讀信息的時間為毫秒級，比從DRAM讀慢了10萬倍，比從SRAM讀慢了100萬倍。
1、磁盤構造
磁盤由盤片構成，每個盤片有兩面，稱為表面，表面覆蓋著磁性記錄材料。盤片中央有一個可以旋轉的主軸，它使得盤片以固定的旋轉速率旋轉，通常是5400~15000轉每分鐘（Revolution Per Minute，RPM）。
下圖是一個典型的磁盤表面的結構，每個表面由一組稱為磁道（track）的同心圓組成。每個磁道被劃分為一組扇區（sector），每個扇區包含相等數量的數據位（通常是512字節），這些數據編碼在扇區上的磁性材料中。扇區之間由一些間隙（gap）分隔開，這些間隙中不存儲數據位。間隙存儲用來標識扇區的格式化位。
磁盤通常包含一個或多個這樣的盤片，封裝在一個密封的容器內，如下圖所示。整個裝置通常被稱為磁盤驅動器（disk drive），簡稱為磁盤（disk）。
磁盤制造商通常用柱面（cylinder）來描述多個盤片驅動器的構造，這里柱面是所有盤片表面上到主軸中心的距離相等的磁道的集合。如一個驅動器有三個盤片和六個面，每個表面上的磁道的編號都是一致的，那么柱面k就是6個磁道k的的集合。
2、磁盤容量
一個磁盤上可以記錄的最大位數稱為它的最大容量，或簡稱為容量。磁盤容量由以下因素決定：
- 記錄密度（位/英寸）：磁道一英寸的段中可以放入的位數；
- 磁道密度（道/英寸）：從盤片中心出發半徑上一英寸的段內可以有的磁道數；
- 面密度（位/平方英寸）：記錄密度 與 磁道密度 的乘積。
下面是一個磁盤容量的計算公式：
假如有一個磁盤，有5個盤片，每個盤片2個面，每個面20000條磁道，每個磁道平均300個扇區，每個扇區512個字節，則這個磁盤的容量是：
3、磁盤操作
磁盤用讀/寫頭（read/write head）來讀寫存儲在磁性表面的位，而讀寫頭連接到一個傳動臂一端，如下圖所示。
通過沿著半徑軸前后移動這個傳動臂，驅動器可以將讀/寫頭定位在盤面的任何磁道上。這樣的機械運動成為尋道。多個盤片的磁盤針對每個盤面都有一個獨立的讀/寫頭，如下圖所示。讀/寫頭垂直排列，一致行動。在任何時刻，所有的讀/寫頭都位于同一個柱面上。
在傳動臂末端的讀/寫頭在磁盤表面高度大約0.1微米處的一層氣墊上飛翔，速度大約80km/h。這樣小的間隙，盤面上一?；覊m都像一塊巨石，如果讀/寫頭碰到這樣一塊巨石，就會停下來撞到盤面。
磁盤以扇區大小的塊來讀寫數據，對扇區的訪問時間主要有三部分：
- 尋道時間：移動傳動臂到目標磁道上所需的時間。平均尋道時間通常為3~9ms，最長可到20ms；
- 旋轉時間：讀/寫頭到目標磁道后，目標扇區旋轉到讀/寫頭下所需的時間。最壞情況下，需等磁盤旋轉一圈；
- 傳送時間：當目標扇區的第一個位到讀/寫頭下時，驅動器就可以開始讀或寫該扇區的內容，一個扇區的傳送時間依賴于旋轉速度和每條磁道的扇區數目。
4、邏輯磁盤塊
現代磁盤構造復雜，有多個盤面，這些盤面上有不同的記錄區。為了對操作系統隱藏這樣的復雜性，現代磁盤將它們的構造呈現為一個簡單的視圖：一個B個扇區大小的邏輯塊的序列，編號為0，1，2，...，B-1。磁盤封裝中有一個小的硬件/固件設備，稱為磁盤控制器，維護著邏輯塊號和實際磁盤扇區之間的映射關系。
當操作系統想要執行一個I/O操作時，如讀一個磁盤扇區的數據到主存，操作系統會發送一個命令到磁盤控制面，讓它讀某個邏輯塊號。控制器上的固件執行一個快速表查找，將一個邏輯塊號翻譯成一個三元組（盤面，磁道，扇區），這個三元組唯一地標識了對應的物理扇區?？刂破魃系挠布忉屵@個三元組，將讀/寫頭移到適當的柱面，等待扇區移動到讀/寫頭下，將讀/寫頭感知到的位放到控制器上的一個緩沖區中，然后將它們復制到主存中。
