《硬盤結(jié)構(gòu)原理》word版

1、一般硬盤正面貼有產(chǎn)品標(biāo)簽，主要包括廠家信息和產(chǎn)品信息，如商標(biāo)、型號、序列號、生產(chǎn)日期、容量、參數(shù)和主從設(shè)置方法等。這些信息是正確使用硬盤的基本依據(jù)，下面將逐步介紹它們的含義。硬盤主要由盤體、控制電路板和接口部件等組成，如圖1-1所示。盤體是一個(gè)密封的腔體。硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常是指盤體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；控制電路板上主要有硬盤BIOS、硬盤緩存（即CACHE）和主控制芯片等單元，如圖1-2所示；硬盤接口包括電源插座、數(shù)據(jù)接口和主、從跳線，如圖1-3所示。圖1-1 硬盤的外觀圖1-2 控制電路板圖1-3 硬盤接口電源插座連接電源，為硬盤工作提供電力保證。數(shù)據(jù)接口是硬盤與主板、內(nèi)存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道，使用

2、一根40針40線（早期）或40針80線（當(dāng)前）的IDE接口電纜進(jìn)行連接。新增加的40線是信號屏蔽線，用于屏蔽高速高頻數(shù)據(jù)傳輸過程中的串?dāng)_。中間的主、從盤跳線插座，用以設(shè)置主、從硬盤，即設(shè)置硬盤驅(qū)動(dòng)器的訪問順序。其設(shè)置方法一般標(biāo)注在盤體外的標(biāo)簽上，也有一些標(biāo)注在接口處，早期的硬盤還可能印在電路板上。此外，在硬盤表面有一個(gè)透氣孔（見圖1-1），它的作用是使硬盤內(nèi)部氣壓與外部大氣壓保持一致。由于盤體是密封的，所以，這個(gè)透氣孔不直接和內(nèi)部相通，而是經(jīng)由一個(gè)高效過濾器和盤體相通，用以保證盤體內(nèi)部的潔凈無塵，使用中注意不要將它蓋住。1.2 硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常專指盤體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。盤體是一個(gè)密封

3、的腔體，里面密封著磁頭、盤片（磁片、碟片）等部件，如圖1-4所示。圖1-4 硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬盤的盤片是硬質(zhì)磁性合金盤片，片厚一般在0.5mm左右，直徑主要有1.8in（1in=25.4mm）、2.5in、3.5in和5.25in 4種，其中2.5in和3.5in盤片應(yīng)用最廣。盤片的轉(zhuǎn)速與盤片大小有關(guān)，考慮到慣性及盤片的穩(wěn)定性，盤片越大轉(zhuǎn)速越低。一般來講，2.5in硬盤的轉(zhuǎn)速在5 400 r/min7 200 r/ min之間；3.5in硬盤的轉(zhuǎn)速在4 500 r/min5 400 r/min之間；而5.25in硬盤轉(zhuǎn)速則在3 600 r/min4 500 r/min之間。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在2.

4、5in硬盤的轉(zhuǎn)速最高已達(dá)15 000 r/min，3.5in硬盤的轉(zhuǎn)速最高已達(dá)12 000 r/min。有的硬盤只裝一張盤片，有的硬盤則有多張盤片。這些盤片安裝在主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，在主軸電機(jī)的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)。每張盤片的容量稱為單碟容量，而硬盤的容量就是所有盤片容量的總和。早期硬盤由于單碟容量低，所以，盤片較多，有的甚至多達(dá)10余片，現(xiàn)代硬盤的盤片一般只有少數(shù)幾片。一塊硬盤內(nèi)的所有盤片都是完全一樣的，不然控制部分就太復(fù)雜了。一個(gè)牌子的一個(gè)系列一般都用同一種盤片，使用不同數(shù)量的盤片，就出現(xiàn)了一個(gè)系列不同容量的硬盤產(chǎn)品。盤體的完整構(gòu)造如圖1-5所示。圖1-5 盤體的完整結(jié)構(gòu)硬盤驅(qū)動(dòng)器采用高精度、輕型

5、磁頭驅(qū)動(dòng)/定位系統(tǒng)。這種系統(tǒng)能使磁頭在盤面上快速移動(dòng)，可在極短的時(shí)間內(nèi)精確地定位在由計(jì)算機(jī)指令指定的磁道上。目前，磁道密度已高達(dá)5 400Tpi（每英寸磁道數(shù)）或更高；人們還在研究各種新方法，如在盤上擠壓（或刻蝕）圖形、凹槽和斑點(diǎn)等作為定位和跟蹤標(biāo)記，以提高到和光盤相等的道密度，從而在保持磁盤機(jī)高速度、高位密度和高可靠性的優(yōu)勢下，大幅度提高存儲容量。硬盤驅(qū)動(dòng)器內(nèi)的電機(jī)都是無刷電機(jī)，在高速軸承支持下機(jī)械磨損很小，可以長時(shí)間連續(xù)工作。高速旋轉(zhuǎn)的盤體產(chǎn)生明顯的陀螺效應(yīng)，所以，在硬盤工作時(shí)不宜搬動(dòng)，否則，將增加軸承的工作負(fù)荷。為了高速存儲和讀取信息，硬盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭質(zhì)量小，慣性也小，所以，硬盤驅(qū)動(dòng)器的

6、尋道速度明顯快于軟驅(qū)和光驅(qū)。硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭與磁頭臂及伺服定位系統(tǒng)是一個(gè)整體。伺服定位系統(tǒng)由磁頭臂后的線圈和固定在底板上的電磁控制系統(tǒng)組成。由于定位系統(tǒng)限制，磁頭臂只能在盤片的內(nèi)外磁道之間移動(dòng)。因此，不管開機(jī)還是關(guān)機(jī)，磁頭總在盤片上；所不同的是，關(guān)機(jī)時(shí)磁頭停留在盤片啟停區(qū)，開機(jī)時(shí)磁頭“飛行”在磁盤片上方。1.3 硬盤的邏輯結(jié)構(gòu)(1)硬盤上的數(shù)據(jù)是如何組織與管理的呢？硬盤首先在邏輯上被劃分為磁道、柱面以及扇區(qū)，其結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖1-6所示。圖1-6 磁頭、柱面和扇區(qū)每個(gè)盤片的每個(gè)面都有一個(gè)讀寫磁頭，磁盤盤面區(qū)域的劃分如圖1-7所示。磁頭靠近主軸接觸的表面，即線速度最小的地方，是一個(gè)特殊的區(qū)域，它不存放

7、任何數(shù)據(jù)，稱為啟停區(qū)或著陸區(qū)（Landing Zone），啟停區(qū)外就是數(shù)據(jù)區(qū)。在最外圈，離主軸最遠(yuǎn)的地方是“0”磁道，硬盤數(shù)據(jù)的存放就是從最外圈開始的。那么，磁頭是如何找到“0”磁道的位置的呢？從圖1-5中可以看到，有一個(gè)“0”磁道檢測器，由它來完成硬盤的初始定位。“0”磁道是如此的重要，以致很多硬盤僅僅因?yàn)椤?”磁道損壞就報(bào)廢，這是非常可惜的。這種故障的修復(fù)技術(shù)在后面的章節(jié)中有詳細(xì)的介紹。圖1-7 硬盤盤片的啟停區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)早期的硬盤在每次關(guān)機(jī)之前需要運(yùn)行一個(gè)被稱為Parking的程序，其作用是讓磁頭回到啟停區(qū)?，F(xiàn)代硬盤在設(shè)計(jì)上已摒棄了這個(gè)雖不復(fù)雜卻很讓人不愉快的小缺陷。硬盤不工作時(shí)，磁頭停留

8、在啟停區(qū)，當(dāng)需要從硬盤讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，磁盤開始旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到額定的高速時(shí)，磁頭就會因盤片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流而抬起，這時(shí)磁頭才向盤片存放數(shù)據(jù)的區(qū)域移動(dòng)。盤片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流相當(dāng)強(qiáng)，足以使磁頭托起，并與盤面保持一個(gè)微小的距離。這個(gè)距離越小，磁頭讀寫數(shù)據(jù)的靈敏度就越高，當(dāng)然對硬盤各部件的要求也越高。早期設(shè)計(jì)的磁盤驅(qū)動(dòng)器使磁頭保持在盤面上方幾微米處飛行。稍后一些設(shè)計(jì)使磁頭在盤面上的飛行高度降到約0.1m0.5m，現(xiàn)在的水平已經(jīng)達(dá)到0.005m0.01m，這只是人類頭發(fā)直徑的千分之一。氣流既能使磁頭脫離開盤面，又能使它保持在離盤面足夠近的地方，非常緊密地跟隨著磁盤表面呈起伏運(yùn)動(dòng)，使磁頭飛行處于嚴(yán)格受控狀態(tài)。磁

9、頭必須飛行在盤面上方，而不是接觸盤面，這種位置可避免擦傷磁性涂層，而更重要的是不讓磁性涂層損傷磁頭。但是，磁頭也不能離盤面太遠(yuǎn)，否則，就不能使盤面達(dá)到足夠強(qiáng)的磁化，難以讀出盤上的磁化翻轉(zhuǎn)（磁極轉(zhuǎn)換形式，是磁盤上實(shí)際記錄數(shù)據(jù)的方式）。硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭的飛行懸浮高度低、速度快，一旦有小的塵埃進(jìn)入硬盤密封腔內(nèi)，或者一旦磁頭與盤體發(fā)生碰撞，就可能造成數(shù)據(jù)丟失，形成壞塊，甚至造成磁頭和盤體的損壞。所以，硬盤系統(tǒng)的密封一定要可靠，在非專業(yè)條件下絕對不能開啟硬盤密封腔，否則，灰塵進(jìn)入后會加速硬盤的損壞。另外，硬盤驅(qū)動(dòng)器磁頭的尋道伺服電機(jī)多采用音圈式旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，在伺服跟蹤的調(diào)節(jié)下精確地跟蹤盤片的磁道

10、，所以，硬盤工作時(shí)不要有沖擊碰撞，搬動(dòng)時(shí)要小心輕放。這種硬盤就是采用溫徹斯特（Winchester）技術(shù)制造的硬盤，所以也被稱為溫盤。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。磁頭、盤片及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)密封在盤體內(nèi)。磁頭在啟動(dòng)、停止時(shí)與盤片接觸，在工作時(shí)因盤片高速旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)磁頭“懸浮”在盤片上面呈飛行狀態(tài)（空氣動(dòng)力學(xué)原理），“懸浮”的高度約為0.1m0.3m，這個(gè)高度非常小，圖1-8標(biāo)出了這個(gè)高度與頭發(fā)、煙塵和手指印的大小比較關(guān)系，從這里可以直觀地“看”出這個(gè)高度有多“高”。下面對“盤面”、“磁道”、“柱面”和“扇區(qū)”的含義逐一進(jìn)行介紹。1. 盤面號硬盤的盤片一般用鋁合金材料做基片，高速硬盤也可能用玻璃做基片。玻璃基片更容易

11、達(dá)到所需的平面度和光潔度，且有很高的硬度。磁頭傳動(dòng)裝置是使磁頭部件作徑向移動(dòng)的部件，通常有兩種類型的傳動(dòng)裝置。一種是齒條傳動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)裝置；另一種是音圈電機(jī)傳動(dòng)裝置。前者是固定推算的傳動(dòng)定位器，而后者則采用伺服反饋返回到正確的位置上。磁頭傳動(dòng)裝置以很小的等距離使磁頭部件做徑向移動(dòng)，用以變換磁道。硬盤的每一個(gè)盤片都有兩個(gè)盤面（Side），即上、下盤面，一般每個(gè)盤面都會利用，都可以存儲數(shù)據(jù)，成為有效盤片，也有極個(gè)別的硬盤盤面數(shù)為單數(shù)。每一個(gè)這樣的有效盤面都有一個(gè)盤面號，按順序從上至下從“0”開始依次編號。在硬盤系統(tǒng)中，盤面號又叫磁頭號，因?yàn)槊恳粋€(gè)有效盤面都有一個(gè)對應(yīng)的讀寫磁頭。硬盤的盤片組在2

12、14片不等，通常有23個(gè)盤片，故盤面號（磁頭號）為03或05。2. 磁道磁盤在格式化時(shí)被劃分成許多同心圓，這些同心圓軌跡叫做磁道（Track）。磁道從外向內(nèi)從0開始順序編號。硬盤的每一個(gè)盤面有3001 024個(gè)磁道，新式大容量硬盤每面的磁道數(shù)更多。信息以脈沖串的形式記錄在這些軌跡中，這些同心圓不是連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，而是被劃分成一段段的圓弧，這些圓弧的角速度一樣。由于徑向長度不一樣，所以，線速度也不一樣，外圈的線速度較內(nèi)圈的線速度大，即同樣的轉(zhuǎn)速下，外圈在同樣時(shí)間段里，劃過的圓弧長度要比內(nèi)圈劃過的圓弧長度大。每段圓弧叫做一個(gè)扇區(qū)，扇區(qū)從“1”開始編號，每個(gè)扇區(qū)中的數(shù)據(jù)作為一個(gè)單元同時(shí)讀出或?qū)懭?。一個(gè)

13、標(biāo)準(zhǔn)的3.5in硬盤盤面通常有幾百到幾千條磁道。磁道是“看”不見的，只是盤面上以特殊形式磁化了的一些磁化區(qū)，在磁盤格式化時(shí)就已規(guī)劃完畢。1.3 硬盤的邏輯結(jié)構(gòu)(2)3. 柱面所有盤面上的同一磁道構(gòu)成一個(gè)圓柱，通常稱做柱面（Cylinder），每個(gè)圓柱上的磁頭由上而下從“0”開始編號。數(shù)據(jù)的讀/寫按柱面進(jìn)行，即磁頭讀/寫數(shù)據(jù)時(shí)首先在同一柱面內(nèi)從“0”磁頭開始進(jìn)行操作，依次向下在同一柱面的不同盤面即磁頭上進(jìn)行操作，只在同一柱面所有的磁頭全部讀/寫完畢后磁頭才轉(zhuǎn)移到下一柱面，因?yàn)檫x取磁頭只需通過電子切換即可，而選取柱面則必須通過機(jī)械切換。電子切換相當(dāng)快，比在機(jī)械上磁頭向鄰近磁道移動(dòng)快得多，所以，數(shù)據(jù)

14、的讀/寫按柱面進(jìn)行，而不按盤面進(jìn)行。也就是說，一個(gè)磁道寫滿數(shù)據(jù)后，就在同一柱面的下一個(gè)盤面來寫，一個(gè)柱面寫滿后，才移到下一個(gè)扇區(qū)開始寫數(shù)據(jù)。讀數(shù)據(jù)也按照這種方式進(jìn)行，這樣就提高了硬盤的讀/寫效率。一塊硬盤驅(qū)動(dòng)器的圓柱數(shù)（或每個(gè)盤面的磁道數(shù)）既取決于每條磁道的寬窄（同樣，也與磁頭的大小有關(guān)），也取決于定位機(jī)構(gòu)所決定的磁道間步距的大小。更深層的內(nèi)容請參考其他書籍，限于篇幅，這里不再深入介紹。4. 扇區(qū)操作系統(tǒng)以扇區(qū)（Sector）形式將信息存儲在硬盤上，每個(gè)扇區(qū)包括512個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)和一些其他信息。一個(gè)扇區(qū)有兩個(gè)主要部分：存儲數(shù)據(jù)地點(diǎn)的標(biāo)識符和存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，如圖1-9所示。圖1-9 硬盤扇區(qū)的

15、構(gòu)成標(biāo)識符就是扇區(qū)頭標(biāo)，包括組成扇區(qū)三維地址的三個(gè)數(shù)字：扇區(qū)所在的磁頭（或盤面）、磁道（或柱面號）以及扇區(qū)在磁道上的位置即扇區(qū)號。頭標(biāo)中還包括一個(gè)字段，其中有顯示扇區(qū)是否能可靠存儲數(shù)據(jù)，或者是否已發(fā)現(xiàn)某個(gè)故障因而不宜使用的標(biāo)記。有些硬盤控制器在扇區(qū)頭標(biāo)中還記錄有指示字，可在原扇區(qū)出錯(cuò)時(shí)指引磁盤轉(zhuǎn)到替換扇區(qū)或磁道。最后，扇區(qū)頭標(biāo)以循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）值作為結(jié)束，以供控制器檢驗(yàn)扇區(qū)頭標(biāo)的讀出情況，確保準(zhǔn)確無誤。扇區(qū)的第二個(gè)主要部分是存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，可分為數(shù)據(jù)和保護(hù)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)碼（ECC）。在初始準(zhǔn)備期間，計(jì)算機(jī)用512個(gè)虛擬信息字節(jié)（實(shí)際數(shù)據(jù)的存放地）和與這些虛擬信息字節(jié)相應(yīng)的ECC數(shù)字填入這個(gè)

16、部分。扇區(qū)頭標(biāo)包含一個(gè)可識別磁道上該扇區(qū)的扇區(qū)號。有趣的是，這些扇區(qū)號物理上并不連續(xù)編號，它們不必用任何特定的順序指定。扇區(qū)頭標(biāo)的設(shè)計(jì)允許扇區(qū)號可以從1到某個(gè)最大值，某些情況下可達(dá)255。磁盤控制器并不關(guān)心上述范圍中什么編號安排在哪一個(gè)扇區(qū)頭標(biāo)中。在很特殊的情況下，扇區(qū)還可以共用相同的編號。磁盤控制器甚至根本就不管數(shù)據(jù)區(qū)有多大，只管讀出它所找到的數(shù)據(jù)，或者寫入要求它寫的數(shù)據(jù)。給扇區(qū)編號的最簡單方法是l，2，3，4，5，6等順序編號。如果扇區(qū)按順序繞著磁道依次編號，那么，控制器在處理一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)期間，磁盤旋轉(zhuǎn)太遠(yuǎn)，超過扇區(qū)間的間隔（這個(gè)間隔很?。刂破饕x出或?qū)懭氲南乱簧葏^(qū)已經(jīng)通過磁頭，也許

17、是相當(dāng)大的一段距離。在這種情況下，磁盤控制器就只能等待磁盤再次旋轉(zhuǎn)幾乎一周，才能使得需要的扇區(qū)到達(dá)磁頭下面。顯然，要解決這個(gè)問題，靠加大扇區(qū)間的間隔是不現(xiàn)實(shí)的，那會浪費(fèi)許多磁盤空間。許多年前，IBM的一位杰出工程師想出了一個(gè)絕妙的辦法，即對扇區(qū)不使用順序編號，而是使用一個(gè)交叉因子（interleave）進(jìn)行編號。交叉因子用比值的方法來表示，如31表示磁道上的第1個(gè)扇區(qū)為1號扇區(qū)，跳過兩個(gè)扇區(qū)即第4個(gè)扇區(qū)為2號扇區(qū)，這個(gè)過程持續(xù)下去直到給每個(gè)物理扇區(qū)編上邏輯號為止。例如，每磁道有17個(gè)扇區(qū)的磁盤按21的交叉因子編號就是：l，10，2，11，3，12，4，13，5，14，6，15，7，16，8，1

18、7，9，而按31的交叉因子編號就是：l，7，13，2，8，14，3，9，15，4，10，16，5，11，17，6，12。當(dāng)設(shè)置1l的交叉因子時(shí)，如果硬盤控制器處理信息足夠快，那么，讀出磁道上的全部扇區(qū)只需要旋轉(zhuǎn)一周；但如果硬盤控制器的后處理動(dòng)作沒有這么快，磁盤所轉(zhuǎn)的圈數(shù)就等于一個(gè)磁道上的扇區(qū)數(shù)，才能讀出每個(gè)磁道上的全部數(shù)據(jù)。將交叉因子設(shè)定為21時(shí)，磁頭要讀出磁道上的全部數(shù)據(jù)，磁盤只需轉(zhuǎn)兩周。如果21的交叉因子仍不夠慢，磁盤旋轉(zhuǎn)的周數(shù)約為磁道的扇區(qū)數(shù)，這時(shí)，可將交叉因子調(diào)整為31，如圖1-10所示。圖1-10 不同交叉因子的效果示例圖1-10所示的是典型的MFM（Modified Frequen

19、cy Modulation，改進(jìn)型調(diào)頻制編碼）硬盤，每磁道有17個(gè)扇區(qū)，畫出了用三種不同的扇區(qū)交叉因子編號的情況。最外圈的磁道（0號柱面）上的扇區(qū)用簡單的順序連續(xù)編號，相當(dāng)于扇區(qū)交叉因子是11。1號磁道（柱面）的扇區(qū)按21的交叉因子編號，而2號磁道按31的扇區(qū)交叉因子編號。早期的硬盤管理工作中，設(shè)置交叉因子需要用戶自己完成。用BIOS中的低級格式化程序?qū)τ脖P進(jìn)行低級格式化時(shí)，就需要指定交叉因子，有時(shí)還需要設(shè)置幾種不同的值來比較其性能，而后確定一個(gè)比較好的值，以期硬盤的性能較好。現(xiàn)在的硬盤BIOS已經(jīng)自己解決這個(gè)問題，所以，一般低級格式化程序不再提供這一選項(xiàng)設(shè)置。系統(tǒng)將文件存儲到磁盤上時(shí)，按柱面

20、、磁頭、扇區(qū)的方式進(jìn)行，即最先是第1磁道的第一磁頭下（也就是第1盤面的第一磁道）的所有扇區(qū)，然后，是同一柱面的下一磁頭，一個(gè)柱面存儲滿后就推進(jìn)到下一個(gè)柱面，直到把文件內(nèi)容全部寫入磁盤。系統(tǒng)也以相同的順序讀出數(shù)據(jù)。讀出數(shù)據(jù)時(shí)通過告訴磁盤控制器要讀出扇區(qū)所在的柱面號、磁頭號和扇區(qū)號（物理地址的三個(gè)組成部分）進(jìn)行。磁盤控制器則直接使磁頭部件步進(jìn)到相應(yīng)的柱面，選通相應(yīng)的磁頭，等待要求的扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下。在扇區(qū)到來時(shí)，磁盤控制器讀出每個(gè)扇區(qū)的頭標(biāo)，把這些頭標(biāo)中的地址信息與期待檢出的磁頭和柱面號做比較（即尋道），然后，尋找要求的扇區(qū)號。待磁盤控制器找到該扇區(qū)頭標(biāo)時(shí)，根據(jù)其任務(wù)是寫扇區(qū)還是讀扇區(qū)，來決定是轉(zhuǎn)

21、換寫電路，還是讀出數(shù)據(jù)和尾部記錄。找到扇區(qū)后，磁盤控制器必須在繼續(xù)尋找下一個(gè)扇區(qū)之前對該扇區(qū)的信息進(jìn)行后處理。如果是讀數(shù)據(jù)，控制器計(jì)算此數(shù)據(jù)的ECC碼，然后，把ECC碼與已記錄的ECC碼相比較。如果是寫數(shù)據(jù)，控制器計(jì)算出此數(shù)據(jù)的ECC碼，與數(shù)據(jù)一起存儲。在控制器對此扇區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理期間，磁盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由于對信息的后處理需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，磁盤已轉(zhuǎn)了相當(dāng)?shù)慕嵌?。交叉因子的確定是一個(gè)系統(tǒng)級的問題。一個(gè)特定硬盤驅(qū)動(dòng)器的交叉因子取決于：磁盤控制器的速度、主板的時(shí)鐘速度、與控制器相連的輸出總線的操作速度等。如果磁盤的交叉因子值太高，就需多花一些時(shí)間等待數(shù)據(jù)在磁盤上存入和讀出。如果交

22、叉因子值太低，就會大大降低磁盤性能。前面已經(jīng)述及，系統(tǒng)在磁盤上寫入信息時(shí)，寫滿一個(gè)磁道后轉(zhuǎn)到同一柱面的下一個(gè)磁頭，當(dāng)柱面寫滿時(shí)，再轉(zhuǎn)向下一柱面。從同一柱面的一個(gè)磁道到另一個(gè)磁道，從一個(gè)柱面轉(zhuǎn)到下一個(gè)柱面，每一個(gè)轉(zhuǎn)換都需要時(shí)間，在此期間磁盤始終保持旋轉(zhuǎn)，這就會帶來一個(gè)問題：假定系統(tǒng)剛剛結(jié)束對一個(gè)磁道前一個(gè)扇區(qū)的寫入，并且已經(jīng)設(shè)置了最佳交叉因子比值，現(xiàn)在準(zhǔn)備在下一磁道的第一扇區(qū)寫入，這時(shí)，必須等到磁頭轉(zhuǎn)換好，讓磁頭部件重新準(zhǔn)備定位在下一道上。如果這種操作占用的時(shí)間超過了一點(diǎn)，盡管是交叉存取，磁頭仍會延遲到達(dá)。這個(gè)問題的解決辦法是以原先磁道所在位置為基準(zhǔn)，把新的磁道上全部扇區(qū)號移動(dòng)約一個(gè)或幾個(gè)扇區(qū)位

23、置，這就是磁頭扭斜。磁頭扭斜可以理解為柱面與柱面之間的交叉因子，已由生產(chǎn)廠設(shè)置好，用戶一般不用去改變它。磁頭扭斜的更改比較困難，但是，它們只在文件很長、超過磁道結(jié)尾進(jìn)行讀出和寫入時(shí)才發(fā)揮作用，所以，扭斜設(shè)置不正確所帶來的時(shí)間損失比采用不正確的扇區(qū)交叉因子值帶來的損失要小得多。交叉因子和磁頭扭斜可用專用工具軟件來測試和更改。更具體的內(nèi)容這里就不再詳述，畢竟現(xiàn)在很多用戶都沒有見過這些參數(shù)。扇區(qū)號存儲在扇區(qū)頭標(biāo)中，扇區(qū)交叉因子和磁頭扭斜的信息也存放在這里。最初，硬盤低級格式化程序只是行使有關(guān)磁盤控制器的專門職能來完成設(shè)置任務(wù)。由于這個(gè)過程可能破壞低級格式化的磁道上的全部數(shù)據(jù)，也極少采用。扇區(qū)交叉因子

24、由寫入到扇區(qū)頭標(biāo)中的數(shù)字設(shè)定，所以，每個(gè)磁道可以有自己的交叉因子。在大多數(shù)驅(qū)動(dòng)器中，所有磁道都有相同的交叉因子。但有時(shí)因?yàn)椴僮魃系脑?，也可能?dǎo)致各磁道有不同的扇區(qū)交叉因子。如在交叉因子重置程序工作時(shí)，由于斷電或人為中斷，就會造成一些磁道的交叉因子發(fā)生了改變，而另一些磁道的交叉因子沒有改變。這種不一致性對計(jì)算機(jī)不會產(chǎn)生不利影響，只是有最佳交叉因子的磁道要比其他磁道的工作速度更快。1.3 硬盤的邏輯結(jié)構(gòu)(3) 1.4 硬盤的容量硬盤的容量由盤面數(shù)（磁頭數(shù)）、柱面數(shù)和扇區(qū)數(shù)決定，其計(jì)算公式為：硬盤容量盤面數(shù)柱面數(shù)扇區(qū)數(shù)512字節(jié)關(guān)于硬盤容量的大小，經(jīng)常有人感到迷惑，為什么同一塊硬盤，有時(shí)顯示40G

25、B，有時(shí)卻只有37GB，這主要是表示方法不標(biāo)準(zhǔn)造成的，如1MB到底代表1 000 000字節(jié)還是代表1 048 576字節(jié)。有些軟件把1 000 000字節(jié)作為1MB，如DM等，硬盤上標(biāo)稱容量一般也按1MB1000000字節(jié)計(jì)算；而在另一些軟件中，1MB是1 048 576字節(jié)，如Fdisk等。一些書籍或報(bào)刊雜志上發(fā)表的論文，硬盤容量的單位也不統(tǒng)一，有以1 000 000字節(jié)為1MB的，也有把1 048 576字節(jié)作為1MB的。依據(jù)計(jì)算機(jī)表示數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、數(shù)制的表示方式及計(jì)算機(jī)本身的發(fā)展，硬盤容量單位應(yīng)該以2的多少次方表示比較符合實(shí)際情況，即以KB（Kilobyte），MB（Megabyte），

26、GB（Gigabyte），TB（Terabyte），PB（Petabyte），EB（Exabyte）為單位，各種單位之間的換算關(guān)系如下：1KB210 B1024 Byte1MB210 KB 220 B1048576 Byte 1GB210 MB220 KB230 B =1073741824 Byte 846976 Byte 1.5 數(shù)制與碼制用數(shù)字量表示物理量的大小時(shí)，一位數(shù)碼往往不夠用。因而，必須用進(jìn)位計(jì)數(shù)的方法組成多位數(shù)碼使用。通常把多位數(shù)碼中每一位的構(gòu)成方法以及從低位到高位的進(jìn)位規(guī)則稱為數(shù)制。常用的數(shù)制有以下4種。1. 十進(jìn)制十進(jìn)制是日常生活和工作中最常使用的進(jìn)位計(jì)數(shù)制。在這種進(jìn)位計(jì)數(shù)制

27、中，每一位有09十個(gè)數(shù)碼，所以，計(jì)數(shù)的基數(shù)是10。超過9的數(shù)必須用多位數(shù)表示，其中低位數(shù)和相鄰高位數(shù)之間的關(guān)系是“逢十進(jìn)一”，故稱為十進(jìn)制。例如：143.75=1102+4101+3100+7101+5102所以，任意一個(gè)正的十進(jìn)制數(shù)D均可展開為：其中ki是第i位的系數(shù)，它可能是09十個(gè)數(shù)碼中的任何一個(gè)。若整數(shù)部分的位數(shù)是n，小數(shù)部分的位數(shù)是m，則i包含從n1到0的所有正整數(shù)和從1到m的所有負(fù)整數(shù)。若以N取代式（1-1）中的10，即可得到任意進(jìn)制（N進(jìn)制）數(shù)展開式的普遍形式：式中i的取值范圍與式（1-1）中的規(guī)定相同，N稱為計(jì)數(shù)的基數(shù)，ki為第i位的系數(shù)，N i稱為第i位的權(quán)。2. 二進(jìn)制在數(shù)

28、字電路中應(yīng)用最廣的是二進(jìn)制。在二進(jìn)制數(shù)中，每一位僅有0和1兩個(gè)可能的數(shù)碼，所以，計(jì)數(shù)基數(shù)為2。低位和相鄰高位之間的進(jìn)位關(guān)系是“逢二進(jìn)一”，故得名二進(jìn)制。根據(jù)式（1-2），任何一個(gè)二進(jìn)制數(shù)均可展開為：例如：101.11=122+021+120+121+1223. 八進(jìn)制在八進(jìn)制數(shù)中，每一位用07這八個(gè)數(shù)碼表示，所以，計(jì)數(shù)基數(shù)為8。低位與相鄰高位之間的進(jìn)位關(guān)系是“逢八進(jìn)一”。任何一個(gè)八進(jìn)制數(shù)都可以按式（1-2）展開為：例如：37.41=381+780+481+182由于同一個(gè)數(shù)用八進(jìn)制寫出來的結(jié)果要比用二進(jìn)制寫出來的結(jié)果簡單得多，而且二進(jìn)制與八進(jìn)制之間的互相轉(zhuǎn)換又極為方便，所以，有時(shí)在書寫計(jì)算機(jī)程

29、序時(shí)使用八進(jìn)制。4. 十六進(jìn)制十六進(jìn)制數(shù)的每一位有十六種可能的狀態(tài)，分別用09，A（10），B（11），C（12），D（13），E（14）和F（15）表示。因此，任意一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)均可展開為：例如：2A.7F=2161+A160+7161+F162=2161+10160+7161+15162由于目前在微型計(jì)算機(jī)中普遍采用八位和十六位二進(jìn)制并行運(yùn)算，而八位和十六位二進(jìn)制數(shù)可以用兩位和四位十六進(jìn)制數(shù)表示，因而用十六進(jìn)制符號書寫程序十分方便。同時(shí)，十六進(jìn)制數(shù)和二進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換又非常簡單，這就使得十六進(jìn)制數(shù)的應(yīng)用比八進(jìn)制數(shù)更加廣泛。有關(guān)各種數(shù)制間互相轉(zhuǎn)換的方法在計(jì)算機(jī)原理課程中都有詳細(xì)介紹，讀者若有

30、興趣，請自行閱讀有關(guān)書籍。對于數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)，數(shù)制是最基礎(chǔ)的知識，所以，這里簡要地介紹了一下。尤其是十六進(jìn)制，因?yàn)楹芏嗖僮鞫纪ㄟ^十六進(jìn)制來完成。不同的數(shù)碼不僅可以用來表示數(shù)量的不同，而且還能用來表示不同的事物。在后一種情況下，這些數(shù)碼將不再表示數(shù)量大小的差別，而只是不同事物的代號，稱為代碼。為便于記憶和查找，在編制代碼時(shí)總要遵循一定的規(guī)則，這些規(guī)則稱為碼制。例如，在用四位二進(jìn)制數(shù)碼表示一位十進(jìn)制數(shù)的09這十個(gè)狀態(tài)時(shí)，經(jīng)常采用表1-1所示的編碼規(guī)則。不難看出，如果把每一個(gè)代碼都看做一個(gè)四位二進(jìn)制數(shù)，各位的權(quán)依次為8，4，2，1，那么，每個(gè)代碼的數(shù)值恰好等于它所表示的十進(jìn)制數(shù)的大小。因此，又將這種碼

31、制稱做8421編碼。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，提到的各種編號都是一種碼制，這時(shí)的數(shù)字是序數(shù)，而不是基數(shù)，基數(shù)表示大小，序數(shù)只是一個(gè)代號，如主板有兩個(gè)IDE接口，可接四個(gè)IDE設(shè)備，這里“兩個(gè)”和“四個(gè)”是基數(shù)，表示的是事物的多少或大小，而兩個(gè)IDE接口標(biāo)注為IDE 1和IDE 2，所接的四個(gè)IDE設(shè)備分別稱為Device 0，1，2和3，這里的IDE 1和IDE 2，Device 0，1，2和3就是序數(shù)，只是用數(shù)字來對事物進(jìn)行區(qū)分，而不是用來表示事物的大小或多少。需要記住的是柱面和磁頭從“0”開始編號，從柱面“0”到柱面“6”，共7個(gè)柱面，從磁頭“0”到磁頭“5”，共6個(gè)磁頭，而扇區(qū)從“1”開始編號，從

32、扇區(qū)“1”到扇區(qū)“63”，共63個(gè)扇區(qū)。表1-1 8421代碼的編碼表十 進(jìn) 制 數(shù)代碼十 六 進(jìn) 制DCBA012345678910111213141500000000111111110000111100001111001100110011001101010101010101010123456789ABCDEF權(quán)8421硬盤知識詳解(一)作者：ljd2683904 日期：2006-09-08 02:03:13責(zé)任編輯：sysop本文出自網(wǎng)易社區(qū)（），如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系原作者或網(wǎng)易 硬盤基本知識 硬盤的DOS管理結(jié)構(gòu) 1.磁道，扇區(qū)，柱面和磁頭數(shù) 硬盤最基本的組成部分是由堅(jiān)硬金屬材料制成的涂以磁

33、性介質(zhì)的盤片，不同容量硬盤的盤片數(shù)不等。每個(gè)盤片有兩面，都可 記錄信息。盤片被分成許多扇形的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域叫一個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可存儲1282的N次方（N.3）字節(jié)信息。在DOS 中每扇區(qū)是1282的2次方512字節(jié)，盤片表面上以盤片中心為圓心，不同半徑的同心圓稱為磁道。硬盤中，不同盤片相同半徑 的磁道所組成的圓柱稱為柱面。磁道與柱面都是表示不同半徑的圓，在許多場合，磁道和柱面可以互換使用，我們知道，每個(gè)磁 盤有兩個(gè)面，每個(gè)面都有一個(gè)磁頭，習(xí)慣用磁頭號來區(qū)分。扇區(qū)，磁道（或柱面）和磁頭數(shù)構(gòu)成了硬盤結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，幫這些 參數(shù)可以得到硬盤的容量，基計(jì)算公式為： 存儲容量磁頭數(shù)磁道（柱面）數(shù)每道扇區(qū)

34、數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 要點(diǎn)：（1）硬盤有數(shù)個(gè)盤片，每盤片兩個(gè)面，每個(gè)面一個(gè)磁頭 （2）盤片被劃分為多個(gè)扇形區(qū)域即扇區(qū) （3）同一盤片不同半徑的同心圓為磁道 （4）不同盤片相同半徑構(gòu)成的圓柱面即柱面 （5）公式：存儲容量磁頭數(shù)磁道（柱面）數(shù)每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù) （6）信息記錄可表示為：磁道（柱面），磁頭，扇區(qū) 2.簇 “簇”是DOS進(jìn)行分配的最小單位。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)很小的文件時(shí)，如是一個(gè)字節(jié)，則它在磁盤上并不是只占一個(gè)字節(jié)的空間， 而是占有整個(gè)一簇。DOS視不同的存儲介質(zhì)（如軟盤，硬盤），不同容量的硬盤，簇的大小也不一樣。簇的大小可在稱為磁盤 參數(shù)塊（BPB）中獲取。簇的概念僅適用于數(shù)據(jù)區(qū)。 本點(diǎn)：（1

35、）“簇”是DOS進(jìn)行分配的最小單位。 （2）不同的存儲介質(zhì)，不同容量的硬盤，不同的DOS版本，簇的大小也不一樣。 （3）簇的概念僅適用于數(shù)據(jù)區(qū)。 3.扇區(qū)編號定義：絕對扇區(qū)與DOS扇區(qū) 由前面介紹可知，我們可以用柱面/磁頭/扇區(qū)來唯一定位磁盤上每一個(gè)區(qū)域，或是說柱面/磁頭/扇區(qū)與磁盤上每一個(gè)扇區(qū)有 一一對應(yīng)關(guān)系，通常DOS將“柱面/磁頭/扇區(qū)”這樣表示法稱為“絕對扇區(qū)”表示法。但DOS不能直接使用絕對扇區(qū)進(jìn)行磁盤上的 信息管理，而是用所謂“相對扇區(qū)”或“DOS扇區(qū)”?！跋鄬ι葏^(qū)”只是一個(gè)數(shù)字，如柱面140，磁頭3，扇區(qū)4對應(yīng)的相對扇區(qū)號 為2757。該數(shù)字與絕對扇區(qū)“柱面/磁頭/扇區(qū)”具有一一

36、對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)使用相對扇區(qū)編號時(shí)，DOS是從柱面0，磁頭1，扇區(qū)1開始 （注：柱面0，磁頭0，扇區(qū)1沒有DOS扇區(qū)編號，DOS下不能訪問，只能調(diào)用BIOS訪問），第一個(gè)DOS扇區(qū)編號為0，該磁道上剩余 的扇區(qū)編號為1到16（設(shè)每磁道17個(gè)扇區(qū)），然后是磁頭號為2，柱面為0的17個(gè)扇區(qū)，形成的DOS扇區(qū)號從17到33。直到該柱面的 所有磁頭。然后再移到柱面1，磁頭1，扇區(qū)1繼續(xù)進(jìn)行DOS扇區(qū)的編號，即按扇區(qū)號，磁頭號，柱面號（磁道號）增長的順序連續(xù) 地分配DOS扇區(qū)號。 公式：記DH第一個(gè)DOS扇區(qū)的磁頭號 DC第一個(gè)DOS扇區(qū)的柱面號 DS第一個(gè)DOS扇區(qū)的扇區(qū)號 NS每磁道扇區(qū)數(shù) NH磁盤總的

37、磁頭數(shù) 則某扇區(qū)（柱面C，磁頭H，扇區(qū)S）的相對扇區(qū)號RS為： RSNHNS（CDC）NS（HDH）（SDS） 若已知RS，DC，DH，DS，NS和NH則 S（RSMODNS）DS H（RSDIVNS）MODNH）DH C（RSDIVNS）DIVNH）DC 要點(diǎn)：（1）以柱面/磁頭/扇區(qū)表示的為絕對扇區(qū)又稱物理磁盤地址 （2）單一數(shù)字表示的為相對扇區(qū)或DOS扇區(qū)，又稱邏輯扇區(qū)號 （3）相對扇區(qū)與絕對扇區(qū)的轉(zhuǎn)換公式 4.DOS磁盤區(qū)域的劃分 格式化好的硬盤，整個(gè)磁盤按所記錄數(shù)據(jù)的作用不同可分為主引導(dǎo)記錄（MBR:Main Boot Record），Dos引導(dǎo)記錄（DBRos文件分配表（FAT:F

38、ile Assign Table），根目錄（BD:Boot Directory）和數(shù)據(jù)區(qū)。前5個(gè)重要信息在磁盤的外磁道上，原因是外圈周長總大于內(nèi)圈周長，也即外圈存儲密度要小些，可傷心性高些。 要點(diǎn)：（1）整個(gè)硬盤可分為MBR，DBR，F(xiàn)AT，BD和數(shù)據(jù)區(qū)。 （2）MBR，DBR，F(xiàn)AT，和BD位于磁盤外道。 5.MBR MBR位于硬盤第一個(gè)物理扇區(qū)（絕對扇區(qū)）柱面0，磁頭0，扇區(qū)1處。由于DOS是由柱面0，磁頭1，扇區(qū)1開始，故MBR不屬于 DOS扇區(qū)，DOS不能直接訪問。MBR中包含硬盤的主引導(dǎo)程序和硬盤分區(qū)表。分區(qū)表有4個(gè)分區(qū)記錄區(qū)。記錄區(qū)就是記錄有關(guān)分區(qū)信 息的一張表。它從主引導(dǎo)記錄偏移

39、地址01BEH處連續(xù)存放，每個(gè)分區(qū)記錄區(qū)占16個(gè)字節(jié)。 分區(qū)表的格式 分區(qū)表項(xiàng)的偏移 意義 占用字節(jié)數(shù) 00 引導(dǎo)指示符 1B 01 分區(qū)引導(dǎo)記錄的磁頭號 1B 02 分區(qū)引導(dǎo)記錄的扇區(qū)和柱面號 2B 04 系統(tǒng)指示符 1B 05 分區(qū)結(jié)束磁頭號 1B 06 分區(qū)結(jié)束扇區(qū)和柱面號 2B 08 分區(qū)前面的扇區(qū)數(shù) 4B 0C 分區(qū)中總的扇區(qū)數(shù) 4B 4個(gè)分區(qū)中只能有1個(gè)活躍分區(qū)，即C盤。標(biāo)志符是80H在分區(qū)表的第一個(gè)字節(jié)處。若是00H則表示非活躍分區(qū)。例如： 800101000B FE 3F 81 3F 00 00 00 C3 DD 1F 00 00 00 01 82 05 FE BF 0C 02

40、 DE 1F 00 0E 90 61 00 00000000000000000000000000000000 00000000000000000000000000000000 要點(diǎn)：（1）MBR位于硬盤第一個(gè)物理扇區(qū)柱面0，磁頭0，扇區(qū)1處。不屬于DOS扇區(qū)， （2）主引導(dǎo)記錄分為硬盤的主引導(dǎo)程序和硬盤分區(qū)表。 6.DBR DBR位于柱面0，磁頭1，扇區(qū)1，即邏輯扇區(qū)0。DBR分為兩部分：DOS引導(dǎo)程序和BPB（BIOS參數(shù)塊）。其中DOS引導(dǎo)程序完成 DOS系統(tǒng)文件（IO.SYS，MSDOS.SYS）的定位與裝載，而BPB用來描述本DOS分區(qū)的磁盤信息，BPB位于DBR偏移0BH處，共13字

41、節(jié)。 它包含邏輯格式化時(shí)使用的參數(shù)，可供DOS計(jì)算磁盤上的文件分配表，目錄區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址，BPB之后三個(gè)字提供物理格 式化（低格）時(shí)采用的一些參數(shù)。引導(dǎo)程序或設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)這些信息將磁盤邏輯地址（DOS扇區(qū)號）轉(zhuǎn)換成物理地址（絕對 扇區(qū)號）。BPB格式 序號 偏移地址 意義 1 03H0AH OEM號 2 0BH0CH 每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 3 0DH 每簇扇區(qū)數(shù) 4 0EH0FH 保留扇區(qū)數(shù) 5 10H FAT備份數(shù) 6 11H12H 根目錄項(xiàng)數(shù) 7 13H14H 磁盤總扇區(qū)數(shù) 8 15H 描述介質(zhì) 9 16H17H 每FAT扇區(qū)數(shù) 10 18H19H 每磁道扇區(qū)數(shù) 11 1AH1BH 磁頭

42、數(shù) 12 1CH1FH 特殊隱含扇區(qū)數(shù) 13 20H23H 總扇區(qū)數(shù) 14 24H25H 物理驅(qū)動(dòng)器數(shù) 15 26H 擴(kuò)展引導(dǎo)簽證 16 27H2AH 卷系列號 17 2BH35H 卷標(biāo)號 18 36H3DH 文件系統(tǒng)號 DOS引導(dǎo)記錄公式： 文件分配表保留扇區(qū)數(shù) 根目錄保留扇區(qū)數(shù)FAT的個(gè)數(shù)每個(gè)FAT的扇區(qū)數(shù) 數(shù)據(jù)區(qū)根目錄邏輯扇區(qū)號（32根目錄中目錄項(xiàng)數(shù)（每扇區(qū)字節(jié)數(shù)1）DIV每扇區(qū)字節(jié)數(shù) 絕對扇區(qū)號邏輯扇區(qū)號隱含扇區(qū)數(shù) 扇區(qū)號（絕對扇區(qū)號MOD每磁道扇區(qū)數(shù)）1 磁頭號（絕對扇區(qū)號DIV每磁道扇區(qū)數(shù)）MOD磁頭數(shù) 磁道號（絕對扇區(qū)號DIV每磁道扇區(qū)數(shù)）DIV磁頭數(shù) 要點(diǎn)：（1）DBR位于柱面

43、0，磁頭1，扇區(qū)1，其邏輯扇區(qū)號為0 （2）DBR包含DOS引導(dǎo)程序和BPB。 （3）BPB十分重要，由此可算出邏輯地址與物理地址。 7.文件分配表 文件分配表是DOS文件組織結(jié)構(gòu)的主要組成部分。我們知道DOS進(jìn)行分配的最基本單位是簇。文件分配表是反映硬盤上所 有簇的使用情況，通過查文件分配表可以得知任一簇的使用情況。DOS在給一個(gè)文件分配空間時(shí)總先掃描FAT，找到第一個(gè)可 用簇，將該空間分配給文件，并將該簇的簇號填到目錄的相應(yīng)段內(nèi)。即形成了“簇號鏈”。FAT就是記錄文件簇號的一張表。硬盤主引導(dǎo)記錄(MBR)及其結(jié)構(gòu)詳解 收藏 硬盤的0柱面、0磁頭、1扇區(qū)稱為主引導(dǎo)扇區(qū)，F(xiàn)DISK程序?qū)懙皆撋?/p>

44、區(qū)的內(nèi)容稱為主引導(dǎo)記錄（MBR）。該記錄占用512個(gè)字節(jié)，它用于硬盤啟動(dòng)時(shí)將系統(tǒng)控制權(quán)交給用戶指定的，并在分區(qū)表中登記了的某個(gè)操作系統(tǒng)區(qū)。 1.MBR的讀取 硬盤的引導(dǎo)記錄（MBR）是不屬于任何一個(gè)操作系統(tǒng)，也不能用操作系統(tǒng)提供的磁盤操作命令來讀取它。但我們可以用ROM-BIOS中提供的INT13H的2號功能來讀出該扇區(qū)的內(nèi)容，也可用軟件工具Norton8.0中的DISKEDIT.EXE來讀取。用INT13H的讀磁盤扇區(qū)功能的調(diào)用參數(shù)如下：入口參數(shù)：AH=2 （指定功能號）AL=要讀取的扇區(qū)數(shù)DL=磁盤號（0、1-軟盤；80、81-硬盤）DH=磁頭號CL高2位+CH=柱面號CL低6位=扇區(qū)號C

45、S:BX=存放讀取數(shù)據(jù)的內(nèi)存緩沖地址出口參數(shù)：CS:BX=讀取數(shù)據(jù)存放地址錯(cuò)誤信息：如果出錯(cuò)CF=1 AH=錯(cuò)誤代碼用DEBUG讀取位于硬盤0柱面、0磁頭、1扇區(qū)的操作如下：ADEBUG-A 100XXXX:XXXX MOV AX,0201 （用功能號2讀1個(gè)扇區(qū)）XXXX:XXXX MOV BX,1000 （把讀出的數(shù)據(jù)放入緩沖區(qū)的地址為CS:1000）XXXX:XXXX MOV CX,0001 （讀0柱面，1扇區(qū)）XXXX:XXXX MOV DX,0080 （指定第一物理盤的0磁頭）XXXX:XXXX INT 13XXXX:XXXX INT 3XXXX:XXXX （按回車鍵）-G=100

46、（執(zhí)行以上程序段）-D 1000 11FF （顯示512字節(jié)的MBR內(nèi)容） 2.MBR的組成一個(gè)扇區(qū)的硬盤主引導(dǎo)記錄MBR由4個(gè)部分組成。主引導(dǎo)程序（偏移地址0000H-0088H），它負(fù)責(zé)從活動(dòng)分區(qū)中裝載，并運(yùn)行系統(tǒng)引導(dǎo)程序。出錯(cuò)信息數(shù)據(jù)區(qū)，偏移地址0089H-00E1H為出錯(cuò)信息，00E2H-01BDH全為0字節(jié)。分區(qū)表（DPT,Disk Partition Table）含4個(gè)分區(qū)項(xiàng)，偏移地址01BEH-01FDH,每個(gè)分區(qū)表項(xiàng)長16個(gè)字節(jié)，共64字節(jié)為分區(qū)項(xiàng)1、分區(qū)項(xiàng)2、分區(qū)項(xiàng)3、分區(qū)項(xiàng)4。結(jié)束標(biāo)志字，偏移地址01FE-01FF的2個(gè)字節(jié)值為結(jié)束標(biāo)志55AA,如果該標(biāo)志錯(cuò)誤系統(tǒng)就不能啟動(dòng)

47、。0000-0088 Master Boot Record 主引導(dǎo)程序 主引導(dǎo)程序 0089-01BD 出錯(cuò)信息數(shù)據(jù)區(qū) 數(shù)據(jù)區(qū) 01BE-01CD 分區(qū)項(xiàng)1（16字節(jié)） 分區(qū)表 01CE-01DD 分區(qū)項(xiàng)2（16字節(jié)） 01DE-01ED 分區(qū)項(xiàng)3（16字節(jié)） 01EE-01FD 分區(qū)項(xiàng)4（16字節(jié)） 01FE 55 結(jié)束標(biāo)志 01FF AA 3.MBR中的分區(qū)信息結(jié)構(gòu) 占用512個(gè)字節(jié)的MBR中，偏移地址01BEH-01FDH的64個(gè)字節(jié)，為4個(gè)分區(qū)項(xiàng)內(nèi)容（分區(qū)信息表）。它是由磁盤介質(zhì)類型及用戶在使用 FDISK定義分區(qū)時(shí)確定的。在實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)DISK對一個(gè)磁盤劃分的主分區(qū)可少于4個(gè)，但最

48、多不超過4個(gè)。每個(gè)分區(qū)表的項(xiàng)目是16個(gè)字節(jié)，其內(nèi)容含義如下表所示。存貯字節(jié)位 內(nèi)容及含義 第1字節(jié) 引導(dǎo)標(biāo)志。若值為80H表示活動(dòng)分區(qū)，若值為00H表示非活動(dòng)分區(qū)。 第2、3、4字節(jié) 本分區(qū)的起始磁頭號、扇區(qū)號、柱面號。其中： 磁頭號第2字節(jié)； 扇區(qū)號第3字節(jié)的低6位； 柱面號為第3字節(jié)高2位+第4字節(jié)8位。 第5字節(jié) 分區(qū)類型符。 00H表示該分區(qū)未用（即沒有指定）； 06HFAT16基本分區(qū)； 0BHFAT32基本分區(qū)； 05H擴(kuò)展分區(qū)； 07HNTFS分區(qū)； 0FH（LBA模式）擴(kuò)展分區(qū)（83H為Linux分區(qū)等）。 第6、7、8字節(jié) 本分區(qū)的結(jié)束磁頭號、扇區(qū)號、柱面號。其中： 磁頭號第

49、6字節(jié)； 扇區(qū)號第7字節(jié)的低6位； 柱面號第7字節(jié)的高2位+第8字節(jié)。 第9、10、11、12字節(jié) 本分區(qū)已用的扇區(qū)數(shù)。 第13、14、15、16字節(jié) 本分區(qū)的總扇區(qū)數(shù)。 4.MBR的主要功能及工作流程在CPU上電之后，若由硬盤啟動(dòng)，則BIOS將硬盤的主引導(dǎo)記錄（位于0柱面、0磁道、1扇區(qū)）讀入7C00處，然后將控制權(quán)交給主引導(dǎo)代碼。主引導(dǎo)代碼的任務(wù)包括：掃描分區(qū)表，找到一個(gè)激活(可引導(dǎo))分區(qū)；找到激活分區(qū)的起始扇區(qū)；將激活分區(qū)的引導(dǎo)扇區(qū)裝載到內(nèi)存7C00處；將控制權(quán)交給引導(dǎo)扇區(qū)代碼； 如果主引導(dǎo)代碼無法完成上述任務(wù)，它將顯示以下錯(cuò)誤信息之一：No active partition.Inval

50、id partition table.Error loading operating system.Missing operating system. 機(jī)器加電或按reset鍵后都要進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，復(fù)位后CS=FFFFH，IP=0000H，那么自然就從FFFF:0000H處開始執(zhí)行指令，這個(gè)地方只有一條JMP指令跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)自檢程序處，系統(tǒng)自檢完成后把軟盤的第一個(gè)扇區(qū)（如果由軟盤啟動(dòng)）或者硬盤的第一個(gè)扇區(qū)，即MBR扇區(qū)（如果由硬盤啟動(dòng)）讀入到0:7C00H處，然后把控制權(quán)交出，從0:7C00H處繼續(xù)執(zhí)行。 下面就是硬盤的MBR代碼分析： 其中的引導(dǎo)扇區(qū)是指硬盤相應(yīng)分區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)，是和操作系統(tǒng)有關(guān)

51、的。操作系統(tǒng)的引導(dǎo)是由它來完成的，而MBR并不負(fù)責(zé)，MBR和操作系統(tǒng)無關(guān)。引導(dǎo)扇區(qū)的任務(wù)是把控制權(quán)轉(zhuǎn)交給操作系統(tǒng)的引導(dǎo)程序。 程序流程： 1 將程序代碼由0:7C00H移動(dòng)到0:0600H（注，BIOS把MBR放在0:7C00H處） 2 搜索可引導(dǎo)分區(qū)，即80H標(biāo)志 成功：goto 3 失?。禾隦OM BASIC 無效分區(qū)表：goto 5 3 讀引導(dǎo)扇區(qū) 失?。篻oto 5 成功：goto 4 4 驗(yàn)證引導(dǎo)扇區(qū)最后是否為55AAH 失敗：goto 5 成功：goto 6 5 打印錯(cuò)誤進(jìn)入無窮循環(huán) 6 跳到0:7C00H進(jìn)行下一步啟動(dòng)工作 5、硬盤邏輯驅(qū)動(dòng)器的分區(qū)表鏈結(jié)構(gòu) 硬盤是由很多個(gè)512

52、字節(jié)的扇區(qū)組成，而這些扇區(qū)會被組織成一個(gè)個(gè)的“分區(qū)”。硬盤的分區(qū)規(guī)則是：一個(gè)分區(qū)的所有扇區(qū)必須連續(xù)，硬盤可以有最多4個(gè)物理上的分區(qū)，這4個(gè)物理分區(qū)可以時(shí)個(gè)主分區(qū)或者3個(gè)主分區(qū)加一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)。在DOS/Windows管理下的擴(kuò)展分區(qū)里，可以而且必須再繼續(xù)劃分邏輯分區(qū)（邏輯盤）。擴(kuò)展分區(qū)的信息位于硬盤分區(qū)表（DPT）中, 而邏輯驅(qū)動(dòng)器的信息則位于擴(kuò)展分區(qū)的起始扇區(qū), 即該分區(qū)的起始地址（面/扇區(qū)/磁道）所對應(yīng)的扇區(qū), 該扇區(qū)中的信息與硬盤主引導(dǎo)扇區(qū)的區(qū)別是不包含MBR, 而16字節(jié)的分區(qū)信息則表示的是邏輯驅(qū)動(dòng)器的起始和結(jié)束地址等。MBR( Master Boot Record )主引導(dǎo)記錄包含兩部

53、分的內(nèi)容，前446字節(jié)為啟動(dòng)代碼及數(shù)據(jù)，而從446(0 x1BE)開始則是分區(qū)表，分區(qū)表由四個(gè)分區(qū)項(xiàng)組成，每個(gè)分區(qū)項(xiàng)數(shù)據(jù)為16字節(jié)，記錄了啟動(dòng)時(shí)需要的分區(qū)參數(shù)。本文來自CSDN博客，轉(zhuǎn)載請標(biāo)明出處：圖1-8 盤片結(jié)構(gòu)及磁頭高度示意圖磁頭工作時(shí)與盤片不直接接觸，所以，磁頭的加載較小，磁頭可以做得很精致，檢測磁道的能力很強(qiáng)，可大大提高位密度。磁盤表面非常平整光滑，可以做鏡面使用。硬盤結(jié)構(gòu)詳解時(shí)間:2009-04-13 22:30來源: 作者:glisten 點(diǎn)擊: 197次硬盤結(jié)構(gòu)詳解 FAT 結(jié)構(gòu)是所有按照FAT 文件系統(tǒng)來組織存儲單元的介質(zhì)都必須遵守的一種文件系統(tǒng)格式，而對于不同的介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)

54、又有些差異，下面介紹一下文件系統(tǒng)格式為FAT 的硬盤 的結(jié)構(gòu)。 硬盤上的數(shù)據(jù)按照其不同的特點(diǎn)和作用大致可分為5 部分：MBR 區(qū)、DBR 硬盤結(jié)構(gòu)詳解FAT 結(jié)構(gòu)是所有按照FAT 文件系統(tǒng)來組織存儲單元的介質(zhì)都必須遵守的一種文件系統(tǒng)格式，而對于不同的介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)又有些差異，下面介紹一下文件系統(tǒng)格式為FAT 的硬盤的結(jié)構(gòu)。硬盤上的數(shù)據(jù)按照其不同的特點(diǎn)和作用大致可分為5 部分：MBR 區(qū)、DBR 區(qū)、FAT 區(qū)、DIR 區(qū)和DATA 區(qū)。下列分別介紹：0 磁道0 柱面1扇區(qū)MBR 區(qū)（主引導(dǎo)記錄區(qū)）0 磁道1 柱面1扇區(qū)DBR 區(qū)（操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄區(qū)）0 磁道1 柱面2扇區(qū)0 磁道1 柱面2+i-

55、1 扇區(qū)FAT 區(qū)（文件分配表區(qū)）視磁盤容量而定，其占用的扇區(qū)數(shù)為i,磁盤總空間/32K總簇?cái)?shù)，對于FAT16，則所占扇區(qū)數(shù)i=（總簇?cái)?shù)2512），每扇區(qū)字節(jié)數(shù)為512 字節(jié)0 磁道1 柱面2+i 扇區(qū)0 磁道1 柱面2+2i-1 扇區(qū)第二個(gè)FAT 區(qū)，內(nèi)容與第一個(gè)FAT 區(qū)一樣0 磁道1 柱面2+2i 扇區(qū)0 磁道1 柱面2+2i+j-1 扇區(qū)DIR 區(qū)（根目錄區(qū)）視磁盤根目錄項(xiàng)而定，其占用扇區(qū)數(shù)為j0 磁道1 柱面2+2i+j 扇區(qū)DATA 區(qū)（數(shù)據(jù)區(qū)）文件數(shù)據(jù)真正開始存放的地方磁盤上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）MBR（Main Boot Record）區(qū)按其字面上的理解即為主引導(dǎo)記錄區(qū)，位于整個(gè)硬盤

56、的0 磁道0 柱面1 扇區(qū)。不過，在總共512 字節(jié)的主引導(dǎo)扇區(qū)中，MBR 只占用了其中的446 個(gè)字節(jié)（偏移0偏移1BDH），另外的64 個(gè)字節(jié)（偏移1BEH偏移1FDH）交給了DPT(Disk Partition Table 硬盤分區(qū)表)（見下表）,最后兩個(gè)字節(jié)55，AA（偏移1FEH偏移1FFH）是分區(qū)的結(jié)束標(biāo)志。這個(gè)整體構(gòu)成了硬盤的主引導(dǎo)扇區(qū)。大致的結(jié)構(gòu)如下：000001BDMBR主引導(dǎo)記錄（446 字節(jié)）01BE01FD四個(gè)分區(qū)信息表，每個(gè)分區(qū)信息表占16 字節(jié)，總共64 字節(jié)01FE01FF55AAMBR 區(qū)的結(jié)構(gòu)主引導(dǎo)記錄中包含了硬盤的一系列參數(shù)和一段引導(dǎo)程序。其中的硬盤引導(dǎo)程序

57、的主要作用是檢查分區(qū)表是否正確并且在系統(tǒng)硬件完成自檢以后引導(dǎo)具有激活標(biāo)志的分區(qū)上的操作系統(tǒng)，并將控制權(quán)交給啟動(dòng)程序。MBR 是由分區(qū)程序（如F）所產(chǎn)生的，它不依賴任何操作系統(tǒng)，而且硬盤引導(dǎo)程序也是可以改變的，從而實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)共存。MBR 中可以定義四個(gè)分區(qū)信息表，每個(gè)分區(qū)信息表的16 個(gè)字節(jié)定義如下：圖片1圖 分區(qū)信息表結(jié)構(gòu)比如，以一個(gè)實(shí)例來直觀地介紹分區(qū)信息表中的內(nèi)容：例：80 01 01 00 0B FE BF FC 3F 00 00 00 7E 86 BB 00 最前面的80是一個(gè)分區(qū)的激活標(biāo)志，表示系統(tǒng)可引導(dǎo)；01 01 00表示分區(qū)開始的磁頭號為01，開始的扇區(qū)號為01，開始的柱面號為

58、00；0B表示分區(qū)的系統(tǒng)類型是FAT32，其他比較常用的有04（FAT16）、07（NTFS）；FE BF FC表示分區(qū)結(jié)束的磁頭號為254，分區(qū)結(jié)束的扇區(qū)號為63、分區(qū)結(jié)束的柱面號為764；3F 00 00 00表示首扇區(qū)的相對扇區(qū)號為63；7E 86 BB 00表示總扇區(qū)數(shù)為12289622。（2）DBR 區(qū) DBR（Dos Boot Record）是操作系統(tǒng)引導(dǎo)記錄區(qū)的意思。它通常位于硬盤的0 磁道1 柱面1 扇區(qū)，是操作系統(tǒng)可以直接訪問的第一個(gè)扇區(qū)，它包括一個(gè)引導(dǎo)程序和一個(gè)被稱為 BPB（Bios Parameter Block）的本分區(qū)的參數(shù)記錄表。引導(dǎo)程序的主要任務(wù)是當(dāng)MBR 將系

59、統(tǒng)控制權(quán)交給它時(shí)，判斷本分區(qū)根目錄前兩個(gè)文件是不是操作系統(tǒng)的引導(dǎo)文件（以DOS 為例，即是Io.sys 和Msdos.sys）。如果確定存在，就把其讀入內(nèi)存，并把控制權(quán)交給該文件。 BPB 參數(shù)塊記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結(jié)束扇區(qū)、文件存儲格式、硬盤介質(zhì)描述符、根目錄大小、FAT 個(gè)數(shù)，分配單元的大小等重要參數(shù)，如在FAT 結(jié)構(gòu)中所介紹的那樣。（3）FAT 區(qū)在DBR 之后的即是FAT（File Allocation Table 文件分配表）區(qū)。文件分配表負(fù)責(zé)給文件分配空間，故稱之為文件分配表。以簇為單位的存儲方法存在著必然的缺陷，即總是無法占滿整簇的空間，存在著空閑的空間。簇的大小與磁盤的規(guī)格

60、有關(guān)，一般情況下，軟盤每簇是1 個(gè)扇區(qū)，硬盤每簇的扇區(qū)數(shù)與硬盤的總?cè)萘看笮∮嘘P(guān)，可能是4、8、16、32、64 （4）DIR 區(qū) DIR（Directory）是根目錄區(qū)，緊接著第二FAT 表（即備份的FAT 表）之后，記錄著根目錄下每個(gè)文件（目錄）的起始單元，文件的屬性等。定位文件位置時(shí)，操作系統(tǒng)根據(jù)DIR 中的起始單元，結(jié)合FAT 表就可以知道文件在硬盤中的具體位置和大小了。（5）數(shù)據(jù)（DATA）區(qū)數(shù)據(jù)區(qū)是真正意義上的數(shù)據(jù)存儲的地方，位于DIR 區(qū)之后，占據(jù)硬盤上的大部分?jǐn)?shù)據(jù)空間。硬盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)詳解主引導(dǎo)扇區(qū) 主引導(dǎo)區(qū)是硬盤的自留地（0柱0面1扇區(qū)63扇區(qū)）。第一個(gè)就是主引導(dǎo)扇區(qū)，剩下62個(gè)是