Ответ, который вы ищете, состоит из двух частей:
1) Аппаратный контроллер
2) Файловая система
Как вы сказали, на жестком диске (в отличие от других технологий, таких как твердотельные накопители) фактические данные записываются на круглые металлические пластины в виде концентрических круглых колец, удерживающих узорное магнитное поле. Над пластинами, которые содержат эти данные, находится головка записи, которая перемещается для чтения и записи данных, очень похоже на проигрыватель виниловых дисков. Пластины, по которым он движется, прикреплены к электродвигателю, который контролирует их вращение.
Аппаратный контроллер действует как интерфейс между операционной системой и жестким диском. Контроллер может считывать положение пишущей головки, а также вращение пластин и использует эту информацию, чтобы решить, как расположить головку и пластины для чтения и записи. Он преобразует запросы на чтение и запись от операционной системы в сигналы управления, которые перемещают головку записи и вращают пластины, а также преобразует параллельные данные, поступающие из операционной системы, в одну последовательную строку данных. Он также разделяет эту последовательную линию и решает, в какое физическое местоположение или сектор поместить каждый фрагмент, и записывает эту информацию способом, заданным файловой системой.
Файловая система - это спецификация того, как и где хранить данные. Операционная система компьютера знает, как интерпретировать эту файловую систему, и использует эти знания для адекватной связи с аппаратным контроллером, в этом случае разбивая круговые кольца данных на пригодные для использования сегменты, называемые секторами, и сообщая файловой системе, где эти сектора физически расположены. Файловая система дает каждому сектору адрес, который является просто уникальным числом, и этот адрес переводится аппаратным контроллером в конкретное вращение диска и положение считывающей головки, чтобы начать чтение или запись.
Для получения дополнительной информации следующие разделы в этих статьях Википедии весьма полезны:
См. Введение и раздел 3.1 «Управление пространством» здесь:
https://en.wikipedia.org/wiki/File_system
Смотрите раздел 2.1 «Магнитная запись» здесь:
https://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive#Magnetic_recording