Магнітний диск являє собою кільце з алюмінієвого сплаву (жорсткий диск) або з полімерного матеріалу (гнучкий диск), на поверхню якого нанесено магнітне покриття (рис.). За внутрішній отвір магнітний диск кріпиться на пристрої обертання.
Запис і зчитування інформації здійснює магнітна головка (head), яка може займати одне з фіксованих положень на радіусі диска або на кривій, близькій до радіусу. Ширина ходу головки складає приблизно 1 дюйм (2.54 см) для диска діаметром 3.5 дюйма. При обертанні диска і фіксованому положенні головки на поверхні диска залишається уявний слід руху головки, званий доріжкою (track).
Так як головка може займати безліч фіксованих положень, на диску існує безліч доріжок, що утворюють концентричні кола невеликої ширини. Так, для гнучкого диска 3.5 дюйма число доріжок становить 80-83, для жорсткого диска число доріжок має порядок 1000. Кожній доріжці присвоєно порядковий номер, починаючи від нульової доріжки, розташованої у зовнішнього краю диска. Для дискета 3.5 дюйма, наприклад, робочі доріжки мають номери від 0 до 79.
При відносному переміщенні головки і диска внаслідок намагніченості поверхні диска в голівці індукується електричний струм, який може бути посилений і використаний для зчитування інформації з доріжки. Навпаки, якщо по котушці головки пропустити електричний струм, то на поверхні диска, на доріжці, поверхня диска набуває деяку намагніченість, і інформація таким чином запам'ятовується.
За час одного повного обороту диска з доріжки може бути лічений (або записаний на неї) потік інформаційних елементів (бітів), який можна використовувати безпосередньо для зчитування / запису інформації, проте вся довжина доріжки ділиться на рівні частини (за винятком останньої, яка трохи довше ), звані секторами (sector).
Початок і кінець кожного сектора визначається кутом повороту диска щодо магнітної головки, так що все доріжки поділені на сектори однаковим чином (радіальні лінії на малюнку). Через те, що довжина сектора на внутрішніх доріжках менше, ніж на зовнішніх, щільність запису інформації на них вище, тому що всі сектори мають однакову кількість інформаційних елементів.
Для зменшення впливу номера доріжки на довжину сектора число секторів на доріжках може зменшуватися в міру наближення до центру диска. Для користувача диска (для файлової системи) це відбувається непомітно, так як внутрішній контролер диска виконує перерахунок секторів з тим, щоб зовні структура диска виглядала як рівномірна.
Крім того, сектори кожної наступної доріжки зрушують щодо попередньої для збільшення швидкості доступу. Так як при безперервному читанні секторів потрібно переходити з доріжки на доріжку, то після переходу, на яке потрібен якийсь час, під головкою виявляється не перший сектор наступної доріжки, а якийсь інший, через що потрібно зробити майже повний оборот диска для того , щоб продовжити безперервну передачу даних. В цілому структуру, показану на рис. 1, мають, мабуть, тільки дискети.
Сектором називають як сегмент кола, так і частина доріжки, що потрапляє в цей сегмент. На рис. синім кольором виділено сектор як частина доріжки.
Сектори також пронумеровані. Номер першого сектора дорівнює 1. На малюнку номера секторів проставлені у отвори для кріплення диска.
Сектор доріжки є найважливішою частиною структури диска, тому що читання і запис інформації проводиться секторами. Не можна прочитати або записати інформацію об'ємом менше сектора. Файлова система з цієї точки зору є секторно-орієнтованої, так як функції для читання і запису інформації на диск використовують звернення до секторів.
Для збільшення ємності дискового пристрою використовують обидві сторони диска, а в жорстких дисках часто використовують кілька дисків, насаджених на один пристрій обертання (шпиндель). У кожній робочій поверхні кожного диска є своя головка читання-запису, і все головки складають один блок. Тому переміщення головок відбувається одночасно, хоча зчитування або запис інформації в один момент часу виробляє тільки одна головка.
Для вибору тієї чи іншої головки вони пронумеровані від нуля. На жорсткому диску сама верхня головка нульова. На дискеті нульова головка нижня. Іноді замість терміна головка використовують термін поверхню.
На практиці замість номера доріжки використовують номер циліндра. Циліндр - це сукупність всіх доріжок (на всіх поверхнях всіх дисків) з однаковим номером (переміщення блоку головок в певну позицію вибирає безліч доріжок з однаковим радіусом).
Сектори, на які поділена вся поверхня магнітного диска, називають абсолютними фізичними секторами. Файлова система звертається до абсолютних фізичним секторам по їх порядковому (лінійному) номеру, який формується таким чином:
Всі сектори циліндра 0:
Всі сектори головки 0
Всі сектори головки 1
Всі сектори останньої головки
Всі сектори циліндра 1:
Всі сектори головки 0
Всі сектори головки 1