硬盤容量

硬盤的基本結構主要包括：盤片、磁頭、主軸電機、磁頭定位機構、盤腔、空氣淨化器、接口電路和電源。盤片一般用鋁合金或玻璃作為盤基，盤面塗有一層很薄的磁性材料。盤片安裝在一個以恆定高速旋轉的主軸上，轉速通常為3600r/min，在每個盤面的上、下兩面均配有一個讀寫磁頭，這些磁頭裝在一個磁頭定位機構上，載着磁頭內向主軸或外向盤片的邊緣移動。

硬盤是計算機內可以以磁的形式存儲數十億字節數據的一個重要器件。其內部實際上是一些由一根金屬桿穿起來的圓形磁片，磁片可以在兩面記錄數據，每個磁片都可以被劃分為半徑不同的圓，這些同心圓被稱為磁道。像錄音機一樣，讀取磁片上的數據時也需要磁頭，每個磁片都對應兩個磁頭，在磁片的兩面，一上一下讀寫數據。磁片在一個真空的狀態下高速轉動，每分鐘4500或7200轉，磁頭在需要讀取數據的時候接近（注意，是接近而不是接觸）磁片在磁道上讀取數據。磁頭尋找到磁道的時間稱之為尋道時間。在讀取和寫入數據時， 一般需要知道要在哪個磁片上進行，在這個磁片的哪個磁道上進行，在這個磁道的哪個位置進行，知道了這三個量就可以精確地找到數據所在的位置了。

非常大的存儲量，其容量已可達千萬兆以上；採用隨機存取方式，平均存取時間極短，實現了快速存取；由於記錄密度高和磁盤轉速快，硬盤的傳輸率很高；硬盤的結構設計保證了它有高的可靠性和工作穩定性，一般無故障時間可達8000～12000h，誤碼率低於磁帶和軟磁盤一個數量級。

在PC發展的過程中，我們所需要的存儲空間越來越多，硬盤也在發生着巨大的變化，硬盤的容量也是越來越大。硬盤的容量通常以MB（兆）和GB（千兆）為單位的，早期的硬盤容量低下，大多以MB（兆）為單位，1956年9月IBM公司製造的世界上第一台磁盤存儲系統只有區區的5MB，而隨着硬盤技術飛速的發展，數百GB容量的硬盤也已進入到普通家庭用户的手中。

常見的硬盤的容量有8GB、16GB、32GB、40GB、60GB、64GB、80GB、100GB、120GB、160GB、200GB、240GB、250GB、300GB、320GB、400GB、480GB、500GB、512GB、640GB、750GB、800GB、880GB、960GB、1TB、1.5TB、2TB、3TB、4TB、5TB、6TB、8TB、10TB、12TB等。硬盤技術還在繼續向前發展，更大容量的硬盤還將不斷推出。 ^[1] 

在購買硬盤之後，細心的人會發現，在操作系統當中硬盤的容量與官方標稱的容量不符，都要少於標稱容量，容量越大則這個差異越大。標稱8GB的硬盤，在操作系統中顯示只有7.4GB；16GB的硬盤只有14.8GB；32GB的硬盤只有29.8GB；40GB的硬盤只有37.2GB；64GB的硬盤只有59GB；80GB的硬盤只有74.5GB；100GB的硬盤只有93.1GB；120GB的硬盤只有112GB；128GB的硬盤只有119GB；160GB的硬盤只有149GB；256GB的硬盤只有238GB；320GB的硬盤只有298GB；480GB的硬盤只有GB；500GB的硬盤只有465GB；512GB的硬盤只有476GB；750GB的硬盤只有699GB；960GB的硬盤只有894GB；1TB的硬盤只有931GB；1.5TB的硬盤只有1.3TB（1397GB）；2TB的硬盤只有1.8TB（1862GB）；3TB的硬盤只有2.7TB（2793GB）；4TB的硬盤只有3.6TB（3724GB）；5TB的硬盤只有4.6TB（4657GB）；6TB的硬盤只有5.5TB（5586GB）；8TB的硬盤只有7.4TB（7448GB）；10TB（GB）的硬盤只有9.3TB（9300GB）；而12TB的硬盤則只有10.9TB（11176GB）。

這並不是廠商或經銷商以次充好欺騙消費者，而是硬盤廠商對容量的計算方法和操作系統的計算方法有不同而造成的，不同的單位轉換關係造成的。

眾所周知，在計算機中是採用二進制，在電腦世界裏，以2的次方數為“批量”處理Byte會方便一些，整齊一些。每1024Byte為1KB，每1024KB為1MB，每1024MB為1GB，每1024GB為1TB，而在國際單位制中TB、GB、MB、KB是“1000進制”的計數單位，為此國際電工協會（IEC）擬定了"KiB"、“MiB”、“GiB"的二進制單位，專用來標示“1024進位”的數據大小；而硬盤廠商在計算容量方面是以每1000為一進制的，每1000字節為1KB，每1000KB為1MB，每1000MB為1GB，每1000GB為1TB，在操作系統中對容量的計算是以1024為進位的，並且並未改為"KiB"、“MiB”、“GiB"的二進制單位，這差異造成了硬盤容量“縮水”。

以120GB的硬盤為例：

廠商容量計算方法：120GB=120,000MB=120,000,000KB=120,000,000,000字節；換算成操作系統計算方法：120,000,000,000字節/1024=117,187,500KB/1024=114,440.9MB/1024=111.8GB。

簡單算法：硬盤容量 /（1024*1024*1024）

80,000,000,000/(1024*1024*1024)=74.5GB

40,000,000,000/(1024*1024*1024)=37.25GB

硬盤需要分區和格式化，操作系統之間存在着差異，再加上安裝操作系統時的複製文件的行為，硬盤會被佔用更多空間，所以在操作系統中顯示的硬盤容量和標稱容量會存在差異，而硬盤的兩類容量差值在5%-10%左右應該是正常的。

作為計算機系統的數據存儲器，容量是硬盤最主要的參數。硬盤容量 = 柱面數(表示每面盤面上有幾條磁道，一般總數是1024) × 磁頭數(表示盤面數) × 扇區數（表示每條磁道有幾個扇區，一般總數是64）× 扇區(存儲基本單元，大小一般為512B/4KB)。 ^[2] 

（單碟1TB硬盤的扇區數可能是4K） 高級格式是一項界定4K扇區硬盤格式的全新標準，傳統的硬盤在格式化後，每一個扇區的大小都是512B字節，而4K扇區硬盤的高級格式就是將其扇區劃分為4KB。這也是今後所有硬盤廠商都將採用的標準，IDEMA（國際磁盤驅動器設備與材料協會）的各主要硬盤製造商已經達成一致：2011年1月1日起，出貨的所有台式機和筆記本新產品硬盤都將採用這種高級格式標準。

在CHS規範中，磁頭的最大數就是16，扇區數是63。硬盤為了突破528.4M的尋址限制，都是使用模擬方式表示磁頭數、扇區數。常用的 LBA 尋址就是將磁頭與扇區都假設為CHS的最大值來進行轉換並計算出總的扇區數。

LBA(Logical Block Addressing)邏輯塊尋址。在 LBA 模式下，我們知道硬盤上的一個數據區域由它所在的磁頭、柱面（也就是磁道）和扇區共同確定。早期系統就是直接使用磁頭柱面和扇區來對硬盤進行尋址（這稱為CHS尋址），這需要分別存儲每個區域的三個參數（這稱為3D參數），使用時再分別讀取三個參數，然後再送到磁盤控制器去執行。由於系統用8b來存儲磁頭地址，用10b來存儲柱面地址，用6b來存儲扇區地址，而一個扇區共有512B，這樣使用CHS尋址一塊硬盤最大容量為256 * 1024 * 63 * 512B = 8064 MB(1MB = 1048576B)（若按1MB=1000000B來算就是8.4GB）。隨着硬盤技術的進步，硬盤容量越來越大，CHS模式無法管理超過8064 MB的硬盤，因此工程師們發明了更加簡便的LBA尋址方式。在LBA地址中，地址不再表示實際硬盤的實際物理地址（柱面、磁頭和扇區）。LBA編址方式將CHS這種三維尋址方式轉變為一維的線性尋址，它把硬盤所有的物理扇區的C/H/S編號通過一定的規則轉變為一線性的編號，系統效率得到大大提高，避免了煩瑣的磁頭/柱面/扇區的尋址方式。在訪問硬盤時，由硬盤控制器再將這種邏輯地址轉換為實際硬盤的物理地址。在這三種硬盤模式中，LBA 模式使用最多。

LBA與C/H/S 之間的轉換: 設NS為每磁道扇區數，NH為磁頭數，C、H、S分別表示磁盤的柱面、磁頭和扇區編號，LBA表示邏輯扇區號，div為整除計算，mod為求餘計算，則： 　LBA=NH×NS×C+NS×H+S-1； 　C=(LBA div NS)div NH； 　H=(LBA div NS)mod NH； 　S=(LBA mod NS)+1 　例如 LBA = 0 則 CHS = 0/0/1 　從C/H/S到LBA的計算公式： 　LBA=（C-CS）*PH*PS+（H-HS）*PS+(S-SS)

廠家計算公式：

320G硬盤：320,000,000,000 /1024/1024/1024 = 298G 實際只有298G

300G硬盤：300,000,000,000 /1024/1024/1024 = 279G 實際只有279G

計算機硬盤存儲容量通常使用字節（B，Byte）、千字節（KB，KiloByte）、兆字節（MB，MegaByte）、吉字節（GB，Gigabyte）、太字節（TB，TeraByte）、拍字節(PB，PetaByte)、艾字節(EB，ExaByte)、澤字節(ZB，ZettaByte)、堯字節 (YB，YottaByte)和BB（BrontoByte）、NB（NonaByte）、 DB(DoggaByte)等來衡量。

計算方式：

1DB=1024NB；

1NB=1024BB，

1BB=1024YB；

1YB=1024ZB；

1ZB=1024EB；

1EB=1024PB；

1PB=1024TB；

1TB=1024GB；

1GB=1024MB；

1MB=1024KB；

1KB=1024B

在數據量不斷增長的前提下，硬盤存儲容量已經發展到了最高12TB的階段，而且，其還會繼續增長下去。對於此，我們完全可以將其比喻成一場“永不休止的戰爭”。不過，恰恰就在此時，在容量擴充上的技術侷限也越來越多的被突顯了出來。儘管我們已經能夠見到很多不同的存儲介質，最為成熟的技術依然是常見的機械磁盤。因此，在對最高容量的超越方面，其也就被寄予了更多期望。不過，在不斷增長的容量擴充下，機械旋轉磁盤也在這方面遭遇了瓶頸。

其實，增加磁盤容量的方法説起來非常簡單，這無外乎提升碟片密度和增加碟片數量兩種方式。增加碟片密度的方式很好理解。比如説，3TB希捷外置式硬盤產品FreeAgent GoFlex Desk drive就採取了五碟片的設計。在此之前，日立也曾經推出過五碟片的產品。實際上，五碟片也是我們能夠見到的單盤碟數最多的設計。