5.5磁盘的物理结构

磁盘的物理结构是指磁盘存储数据的形式。

磁盘是通过把其物理表面划分成多个空间来使用的。划分的方式有扇区方式和可变长方式两种，前者是指将磁盘划分为固定长度的空间，后者则是指把磁盘划分为长度可变的空间。一般的Windows计算机所使用的硬盘和软盘，采用的都是扇区方式。扇区方式中，把磁盘表面分成若干个同心圆的空间就是磁道，把磁道按照固定大小(能存储的数据长度相同)划分而成的空间就是扇区(如下图)。

 扇区是对磁盘进行物理读写的最小单位。Windows中使用的磁盘，一般1个扇区是512字节。不过，Windows在逻辑方面(软件方面)对磁盘进行读写的单位是扇区整数倍簇。根据磁盘容量的不同，1簇可以是512字节(1簇=1扇区)、1KB(1簇=2扇区)、2KB、4KB、8KB、16KB、32KB(1簇=64扇区)。磁盘的容量越大，簇的容量也越大。不过，在软盘中，1簇=512字节=1扇区，簇和扇区的大小是相等的。

不管是硬盘还是软盘，不同的文件是不能存储在同一个簇中的，否则就会导致只有一方的文件不能被删除。因此，不管是多么小的文件，都会占用1簇的空间。这样一来，所有的文件都会占用1簇的整数倍的磁盘空间。

由于在硬盘上做试验比较麻烦，所以我们选择在软盘上进行。首先，把软盘按照“1.44MB，512字节/扇区”进行格式化。软盘中，1扇区=1簇。格式化完成后，我们可以看一下磁盘的属性，这时的已用空间应该是0字节，因为没有存储任何文件，如下图：

 接下来，让我们用记事本等文本编辑工具（文本编辑工具指的是像简易的文字处理机那样可以输入文字的应用。标准的Windows 中都带有记事本(notepad.exe)这一文字编辑工具）。做成一个只有1个半角文字的文件，并将其保存到软盘中，然后再来看一下磁盘的属性。这时我们就会发现，虽然文件的大小只有1字节，但使用空间却变成了512字节。

再次打开上述文件，并增加一些文字，然后覆盖保存。如下图：

 这时再查看一下磁盘的属性就会发现，当文件大小未达到512个半角文字(=512字节)时，已用空间一直是512字节。一旦达到513个文字，已用空间就会一下子变成1024字节(=2簇)。通过这个实验，想必大家都应该明白磁盘的数据保存是以簇为单位来进行了吧。

以簇为单位进行读写时，1簇中没有填满的区域会保持不被使用的状态。虽然这看起来是有点浪费，不过该机制就是如此规定的，所以我们也没有什么好办法。另外，如果减少簇的容量，磁盘访问次数就会增加，就会导致读写文件的时间变长。由于在磁盘表面上，表示扇区区分的领域是必要的，因此，如果簇的容量过小，磁盘的整体容量也会减少。扇区和簇的大小，是由处理速度和存储容量的平衡来决定的。