Информация в винчестер записывается и хранится на магнитных дисках. Винчестер содержит обычно от 2 до 11 и более дисков. Все магнитные диски имеют две рабочие поверхности, которые размечены на дорожки и секторы (sector)(см.рис.ниже). Предварительная разметка дисков винчестера выполняется предприятием изготовителем методом форматирования низким уровнем.

Одноименные дорожки обеих поверхностей всех дисков условно обьединяются в цилиндры (cylinder)(см.рис.ниже).
Цилиндр жесткого диска -  это несколько равноудаленных от центра вращения магнитного диска дорожек, расположенных на разных дисковых поверхностях друг над другом.
Головки, записывающие и считывающие информацию, всегда читают информацию с одного из цилиндров - несколько головок читают или пишут информацию на равноудаленных от центра секторах пластин т.к. они насажены на общую ось.
Поэтому такая зона называется цилиндром - ведь круговые одновременно используемые дорожки лежат на поверхности воображаемого цилиндра. Обнулить цилиндры нельзя, т.к. они воображаемые. Можно только полностью очистить жесткий диск путем полного форматирования.

  Дорожка — это одно "кольцо" данных на одной поверхности диска. Длина дорожки увеличивается от центра к наружному краю диска, однако она слишком велика, чтобы использовать ее в качестве единицы хранения информации. Во многих накопителях ее емкость превышает 100кБ и хранить небольшие файлы на таком пространстве неразумно. Поэтому дорожки на диске разбивают на фиксированные отрезки, называемые секторами(sector).

Количество секторов в зависимости от плотности дорожек и типа накопителя может быть разным. Так, дорожка гибких дисков может содержать от 8 до 36 секторов, а дорожка жесткого диска — от 380 до 700. Обычно емкость сектора равна 512 байт. В начале каждого сектора записывается его заголовок (префикс-prefix portion), по которому определяется начало и номер сектора. В конце каждого сектора записывается заключение ( суффикс-suffix portion) содержащее контрольную сумму(checksum) для проверки целостности данных. Префикс и суффикс-это необходимая служебная информация, которая записывается при форматировании, данные располагаются между ними.

Жесткий диск как  любое блочное устройство хранит информацию фиксированными порциями, называемыми блоками (кластерами).
Сектор - это минимальная физическая единица диска, а кластер - минимальная логическая единица диска. Кластер является наименьшей порцией данных и имеет свой уникальный адрес состоящий из трех цифр:  первая - это цилиндр, вторая - это головка, третья - это сектор (cylinder, head, sector). Нумерация секторов начинается с единицы, а нумерация цилиндров (дорожек) и головок с нуля.

Обмен информацией жестким диском с другими устройствами происходит указанием адреса кластера информации в качестве параметра команды, выдаваемой контроллеру. Такой способ адресации обозначается аббревиатурой CHS (Cylinder, Head, Sector), но в связи с ограниченными возможностями  BIOS появился другой способ адресации LBA (logical block addressing ). Блок на магнитном диске стали описывать одним параметром - линейным адресом блока, который однозначно связан с его CHS адресом и транслируется в BIOS по формуле lba = (cyl*HEADS + head)*SECTORS + (sector-1). Дальнейшее увеличение объемов жестких дисков привело к разработчике совершенно новый расширенного интерфейса BIOS , несовместимого со старыми операционными системами (например DOS, который не поддерживает диски обьемом более 8 GB). Современные системы вообще не пользуются BIOS, а используют собственные драйвера для работы с диском.  

Подготовка винчестера к логически рабочему состоянию выполняется в три этапа:
1.Форматирование низкого уровня (физическое).
2.Создание разделов на диске.
3.Форматирование высокого уровня.

В процессе форматирования низкого уровня дорожки диска разбиваются на секторы. При этом записываются заголовки и заключения секторов (префиксы и суффиксы), а также формируются интервалы между секторами и дорожками. Область данных каждого сектора заполняется специальными тестовыми наборами данных.
Количество секторов на дорожке жесткого диска зависит от интерфейса накопителя и контроллера. Практически все винчестеры  IDE и SCSI используют так называемую зонную запись с переменным количеством секторов на дорожке. Внешние дорожки дисков более длинные и содержат большее число секторов, чем близкие к центру.
Использование зонной записи приводит к  разбиению внешних цилиндров на большее количество секторов по сравнению с внутренними цилиндрами, а следовательно и к увеличению полезной емкости дисков на 20-50%.
При зонной записи цилиндры разбиваются на группы, которые называются зонами, причем по мере продвижения к внешнему краю диска дорожки разбиваются на все большее число секторов. Во всех цилиндрах, относящихся к одной зоне, количество секторов на дорожках одинаковое. Возможное количество зон зависит от типа накопителя; в большинстве устройств их бывает 10 и более (см. рис. ниже)

Метод зонной записи был принят производителями жестких дисков, что позволило повысить емкость устройств на 20-50% по сравнению с накопителями, в которых число секторов на дорожке является фиксированным. Сегодня зонная запись используется почти во всех накопителях IDE и SCSI.

На следующем этапе выполняется разбивка диска или создание логических разделов (partitions) в каждой из которых можно создать любую файловую систему соответствующую определенной операционной системе.

На практике применяются три основные файловые системы:  

- FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов). Это стандартная файловая система для DOS, Windows 9х и Windows NT. В разделах FAT под DOS допустимая длина имен файлов — 11 символов (8 символов собственно имени и 3 символа расширения), а объем тома (логического диска) — до 2 Гбайт. Под Windows 9х и Windows NT 4.0 и выше допустимая длина имен файлов — 255 символов.

- FAT32 (File Allocation Table, 32-bit — 32-разрядная таблица размещения файлов). Используется с Windows 95 OSR2 (OEM Service Release 2), Windows 98 и Windows 2000. В таблицах FAT 32 ячейкам размещения соответствуют 32-разрядные числа. При такой файловой структуре объем тома (логического диска) может достигать 2 Тбайт (2 048 Гбайт).

- NTFS (Windows NT File System — файловая система Windows NT). Доступна только в операционной системе Windows NT/2000/XP. Длина имен файлов может достигать 256 символов, а размер раздела (теоретически) — 16 Эбайт (16?1018 байт).
NTFS обеспечивает дополнительные возможности, не предоставляемые другими файловыми системами, такие как администрирование, средства безопасности и др.  

До появления Windows XP наиболее распространенной файловой системой была FAT32. В современных системах более широко используется NTFS, которая появилась с файловой системой XP.
Система FAT  поддерживается практически каждой операционной системой, что делает ее универсальной для использования в смешанных операционных средах.
FAT32 и NTFS предоставляют дополнительные возможности, но не являются универсально совместимыми с другими операционными системами.

После создания разделов необходимо выполнить форматирование высокого уровня с помощью средств операционной системы.
При форматировании высокого уровня операционная система создает структуры для работы с файлами и данными. В каждый раздел (логический диск) заносится загрузочный сектор тома (Volume Boot Sector — VBS), две копии таблицы размещения файлов (FAT) и корневой каталог (Root Directory).
С помощью этих структур данных операционная система распределяет дисковое пространство, отслеживает расположение файлов и игнорирует дефектные участки диска.

В сущности, форматирование высокого уровня — это не столько форматирование, сколько создание оглавления диска и таблицы размещения файлов.