Estrutura lógica

A magnetização do revestimento do disco é o verdadeiro portador de informação. É gerado pela cabeça de leitura/escrita em faixas circulares e concêntricas à medida que o disco gira. Um disco contém tipicamente vários milhares de faixas deste tipo, geralmente de ambos os lados. A totalidade das pistas iguais, isto é, sobrepostas, do disco (superfícies) individual é chamada de cilindro. Cada faixa é dividida em pequenas unidades lógicas chamadas blocos. Um bloco contém tradicionalmente 512 bytes de dados de utilizador. Cada bloco tem informação de controlo (checksums) para garantir que a informação foi escrita ou lida correctamente. A totalidade de todos os blocos que têm as mesmas coordenadas angulares nos discos foi denominada sector (em MFM). A estrutura de um tipo específico de disco rígido, ou seja, o número de cilindros (pistas por superfície), cabeças (superfícies) e sectores, é chamada geometria do disco rígido.
Quando dividido em sectores, apenas uma pequena área de camada magnética está disponível para os seus blocos internos, mas isto é suficiente para armazenar um bloco de dados. Os blocos exteriores, contudo, são muito maiores e consomem muito mais espaço de camada magnética do que o necessário. Uma vez que RLL, este espaço já não é desperdiçado na área exterior, os dados são escritos lá tão densamente como na área interior - uma via na área exterior contém agora mais blocos do que na área interior, uma divisão sectorial já não é, portanto, possível. Com velocidade de rotação constante, a electrónica do disco duro pode e deve ler e escrever mais rapidamente na área exterior do que na área interior. Devido a esta evolução, o termo sector perdeu a sua importância original e é agora frequentemente utilizado como sinónimo de bloco (ao contrário do seu significado real).
Uma vez que - como a numeração dos blocos excedeu o limite de palavras (16 bits) com capacidades crescentes do disco rígido - alguns sistemas operacionais atingiram os seus limites demasiado cedo, foram introduzidos clusters. Estes são grupos de um número fixo de blocos cada um (por exemplo 32), que são sensivelmente adjacentes fisicamente. O sistema operativo já não se dirige então a blocos individuais, mas utiliza estes clusters como a menor unidade de alocação ao seu nível (mais alto). Só ao nível do driver de hardware é que esta ligação está quebrada.
Com os discos rígidos modernos, a verdadeira geometria, ou seja, o número de sectores, cabeças e cilindros geridos pelo controlador do disco rígido, não é normalmente visível para o exterior (ou seja, para o computador ou para o controlador do disco rígido). No passado, um disco rígido virtual era então apresentado ao computador com dados de geometria completamente diferente, a fim de ultrapassar as limitações do hardware compatível com o PC. Por exemplo, um disco rígido com apenas quatro cabeças na realidade podia ser visto pelo computador com 255 cabeças. Hoje em dia, um disco rígido geralmente relata simplesmente o número dos seus blocos no modo LBA.
Os discos rígidos actuais internamente dividem os cilindros radialmente em zonas, em que o número de blocos por pista é o mesmo dentro de uma zona, mas aumenta quando a zona muda de dentro para fora (gravação de bits de zona). A zona mais interna tem menos blocos por pista, a zona mais externa tem mais blocos, razão pela qual a taxa de transferência contínua diminui quando se muda de zona externa para zona interna.
O controlador do disco rígido pode desbotar blocos defeituosos na chamada área de hot-fix e depois desbotar num bloco de uma área de reserva. Para o computador, então aparece sempre como se todos os blocos estivessem livres de defeitos e utilizáveis. Contudo, este processo pode ser rastreado via S.M.A.R.T. usando o parâmetro de Contagem de Sector Reatribuído. Um disco rígido cujo valor RSC aumenta visivelmente dentro de um curto período de tempo irá falhar em breve.

Formato Avançado
Desde 2010, os modelos de disco rígido têm utilizado cada vez mais um esquema de sectorização com sectores maiores de quase exclusivamente 4096 bytes ("4K"). Os blocos de dados maiores permitem uma maior redundância e, portanto, uma menor taxa de erro de bloco (RIC) e/ou uma menor sobrecarga total em relação à quantidade de dados úteis.  Para evitar problemas de compatibilidade após décadas de (quase) utilização exclusiva de blocos de 512 bytes, a maioria das unidades emula um bloco de 512 bytes ("512e") na sua interface. Um bloco físico de 4096 bytes é emulado como oito blocos lógicos de 512 bytes - o firmware da unidade executa então as operações adicionais necessárias de escrita e leitura de forma independente. Isto assegura basicamente a utilização com sistemas operativos e controladores existentes.
backup A emulação 512e assegura que as unidades de formato avançado são compatíveis com os sistemas operativos existentes - pode haver perdas de desempenho se os blocos físicos tiverem de ser apenas parcialmente escritos (o firmware deve então ler, modificar e restaurar o bloco físico).