Логическая структура

Намагниченность покрытия диска является фактическим носителем информации. Он генерируется головкой чтения/записи на круговых концентрических дорожках при вращении диска. Диск обычно содержит несколько тысяч таких дорожек, как правило, с обеих сторон. Совокупность всех одинаковых, т.е. наложенных друг на друга, дорожек отдельных дисков (поверхностей) называется цилиндром. Каждая дорожка разделена на небольшие логические единицы, называемые блоками. Блок традиционно содержит 512 байт пользовательских данных. Каждый блок содержит контрольную информацию (контрольные суммы), гарантирующую, что информация была записана или прочитана правильно. Совокупность всех блоков, имеющих одинаковые угловые координаты на дисках, называлась сектором (в MFM). Структура жесткого диска определенного типа, то есть количество цилиндров (дорожек на поверхности), головок (поверхностей) и секторов, называется геометрией жесткого диска backup.
При разделении на сектора для их внутренних блоков доступна лишь небольшая площадь магнитного слоя, но этого достаточно для хранения блока данных. Однако внешние блоки намного больше и занимают гораздо больше места в магнитном слое, чем необходимо. Начиная с RLL, это пространство больше не тратится впустую во внешней области, данные записываются там так же плотно, как и во внутренней области - дорожка во внешней области теперь содержит больше блоков, чем во внутренней области, поэтому разделение на сектора больше невозможно. При постоянной скорости вращения электроника жесткого диска может и должна считывать и записывать данные во внешней области быстрее, чем во внутренней. В связи с таким развитием событий термин "сектор" потерял свое первоначальное значение и теперь часто используется как синоним термина "блок" (вопреки его реальному значению).
Поскольку с увеличением емкости жесткого диска нумерация блоков превысила предел слова (16 бит), некоторые операционные системы слишком быстро достигли своего предела, были введены кластеры. Это группы из фиксированного количества блоков (например, 32), которые разумно физически соседствуют друг с другом. После этого операционная система больше не обращается к отдельным блокам, а использует эти кластеры в качестве наименьшей единицы распределения на своем (более высоком) уровне. Только на уровне аппаратного драйвера эта связь нарушается.
В современных жестких дисках истинная геометрия, то есть количество секторов, головок и цилиндров, управляемых контроллером жесткого диска, обычно не видна снаружи (то есть компьютеру или драйверу жесткого диска). В прошлом, чтобы преодолеть ограничения PC-совместимого оборудования, компьютеру представлялся виртуальный жесткий диск с совершенно другими геометрическими данными. Например, жесткий диск, имеющий в реальности только четыре головки, может восприниматься компьютером как 255 головок. Сегодня жесткий диск обычно просто сообщает количество своих блоков в режиме LBA.
Современные жесткие диски делят цилиндры по радиусу на зоны, при этом количество блоков на дорожке одинаково в пределах зоны, но увеличивается при переходе от внутренней зоны к внешней (зонная битовая запись). Самая внутренняя зона имеет меньше всего блоков на дорожку, самая внешняя - больше, поэтому скорость непрерывной передачи уменьшается при смене зон с внешней на внутреннюю.
Контроллер жесткого диска может вытеснять дефектные блоки в так называемую область горячего исправления, а затем вытеснять блок из резервной области. Для компьютера это выглядит так, как будто все блоки без дефектов и пригодны для использования. Однако этот процесс можно отследить с помощью S.M.A.R.T., используя параметр Reallocated Sector Count. Жесткий диск, значение RSC которого заметно увеличивается за короткий промежуток времени, вскоре выйдет из строя.

Расширенный формат
С 2010 года в моделях жестких дисков все чаще используется схема секторизации с более крупными секторами размером почти исключительно 4096 байт ("4K"). Большие блоки данных обеспечивают большую избыточность и, следовательно, более низкий коэффициент ошибок блока (BER) и/или меньшие общие накладные расходы по отношению к объему полезных данных.  Чтобы избежать проблем совместимости после десятилетий (почти) исключительного использования 512-байтовых блоков, большинство накопителей эмулируют размер блока 512 байт ("512e") на своем интерфейсе. Физический блок размером 4096 байт эмулируется как восемь логических блоков по 512 байт - после этого микропрограмма диска самостоятельно выполняет дополнительные необходимые операции записи и чтения. Это в основном гарантирует использование с существующими операционными системами и драйверами.
Эмуляция 512e обеспечивает совместимость дисков Advanced Format с существующими операционными системами - возможны потери производительности, если физические блоки могут быть записаны только частично (микропрограмма должна затем прочитать, изменить и восстановить физический блок).