本人只是在看到數據庫從磁盤讀取數據相關知識時，對磁盤(硬盤)讀取這塊比較感興趣，並進行了一定的知識延申；如果本文講解有誤，還請多多包含並給予指教，促使大家共同進步~
硬盤的組成
基本概念
硬盤內部主要由磁盤盤片、磁頭控制器(傳動手臂)、磁頭和主軸組成，如下圖所示：
主軸負責帶動盤片的高速旋轉，由此會產生氣流將磁頭浮起，磁頭和盤面保持一定的距離，負責從盤面上讀寫數據；傳動手臂則控制磁頭沿着盤面半徑方向進行移動。稍微抽象的圖如下所示：
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盤片主軸
所有的盤片都是固定在一個旋轉軸上，即盤片主軸；
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磁盤盤片
盤片之間是互相平行的，每個磁盤盤片有兩個盤面，每個面都有一個對應的讀寫磁頭；
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磁頭
負責從盤面上讀寫數據，依賴盤片的旋轉氣流浮在盤面上方；
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磁頭控制器
所有的磁頭是連接在一個磁頭控制器上，由磁頭控制器負責各個磁頭的運動；因此所有磁頭在任何時候都是重疊的，不過目前已經能夠實現多磁頭獨立運動；
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磁道（邏輯組成）
盤面上，以主軸爲圓心，半徑不同的同心圓爲磁道；
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扇區（邏輯組成）
以主軸爲圓心，按照一定角度可以將磁道劃分爲若干個弧段，每個弧段則稱爲扇區；
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柱面（邏輯組成）
磁盤通常是由重疊的一組盤片組成，每個盤面劃分爲數目相等的磁道，不同盤面的相同半徑會形成一個圓柱，稱之爲磁盤的柱面；
可知，磁頭數=盤面數；柱面數=單個盤面的磁道數；
那麼磁道和扇區數的關係呢？
磁道和扇區關係
對於舊式的磁盤，是依照角度進行劃分扇區，因此不同磁道的扇區數是一樣的。每個扇區所能容納的數據量是相同的，都是512字節，那麼，512字節的數據量會平均分配在扇區內。但是，對於越靠外的磁道，半徑越大，周長越長，扇區面積也越大，則數據密度也會越低。這樣分配顯然是浪費了外圍扇區的大面積，因此新的分配方式出現了。
對於新式磁盤，則是按照扇區面積進行劃分，因此，外側的磁道擁有的扇區數也越多。
硬盤如何存儲信息
硬盤盤片的表面實際上是凹凸不平的，凸起的地方被磁化，代表數字1，凹下的地方是沒有被磁化的，代表數字0；因此，硬盤可以用二進制(0和1)來存儲信息。
硬盤讀取相關參數
- 尋道時間：磁頭移動到數據所在磁道需要的時間，需要時間越短，IO操作越快，一般在10ms左右；
- 旋轉延遲：主軸將數據所在的扇區旋轉至磁頭下方需要的時間，旋轉延遲取決於磁盤轉速；
- 數據傳輸時間：數據從磁盤傳輸到內存的時間；
爲提高磁盤傳輸效率，要儘量減少尋道時間和延遲時間。其中，尋道時間大於延遲時間。
磁盤工作
原理
當硬盤不工作時，磁頭會停留在線速度最小的區域，該區域不存儲任何數據，稱之爲啓停區，啓停區外就是數據區；距離主軸最遠的磁道就是0磁道，硬盤數據的存放也是從最外層開始的。硬盤中有0磁道檢測器，用來完成硬盤的初始化定位。
硬盤數據的讀寫是按照柱面進行的，即最先寫第一磁道的第一磁頭下的所有扇區，然後寫同個柱面的下一個磁道…只有當一個柱面寫滿後，纔會寫下個柱面；讀取也是按照相同的順序進行的，讀取數據時，會將邏輯地址轉換爲物理地址，通過移動磁頭到指定的柱面，等待要求的扇區移動到磁頭下面進行讀取。在等待扇區到來時，磁盤控制器讀取每個扇區的頭標，把這些頭標中的地址信息與期待檢出的磁頭和柱面做比較（尋道），從而找到對應的扇區。=====>之所是按照柱面的順序來讀寫而不是按照盤面順序，是因爲在柱面之間切換磁頭是電子切換，而盤面的磁頭移動是機械切換，電子切換的時間遠小於機械。
局部性原理 + 磁盤預讀
爲了提高磁盤讀取的效率，需要儘量減少磁盤IO。因此，系統在從磁盤中讀取數據時，並不是嚴格的按需讀取，而是每次都會預讀一部分數據，即，磁盤會讀取當前需要的數據以及順序向後一定長度的數據，將這部分數據放入內存中。爲什麼這樣做呢？理論依據就是計算機科學中著名的局部性原理：當一個數據被用到時，其附近的數據也經常馬上被使用。
磁盤順序讀取的效率很高，不需要尋道時間，只需要較少的旋轉時間；預讀的長度一般是頁的整數倍。頁是計算機管理存儲器的邏輯塊，操作系統將主存和磁盤存儲區分割爲連續的大小相等的塊，每個存儲塊分爲一頁（通常爲4k）。主存和磁盤以頁爲單爲交換數據。
預讀又分爲同步和異步預讀：如果第二次請求沒有命中cache，即不在前次的預讀頁中，則表明文件訪問不是順序的，則系統繼續採用同步預讀的方式；如果所讀的頁面在cache中，則表明前次預讀命中，那麼操作系統會把預讀頁擴大一倍，此時預讀是異步過程，應用程序不用等預讀完成就可返回，後臺會慢慢讀頁面，這就是異步預讀。
爲什麼越來越慢
磁盤優先將數據存在最外的磁道，即0磁道；當外層磁道寫滿後，只能存儲在內層的磁道。這個問題也就是演變爲爲什麼讀外層磁道的速度大於內層磁道？
盤片以固定的角速度旋轉，半徑越大，線速度越大，那麼磁頭在單位時間內掃描的扇區也就越多啦，因此讀取速度也就越快了。