硬盤基礎知識詳解

硬盤的開展歷史硬盤的分類硬盤主要技術參數拆塊硬盤來看看硬盤分區(qū)硬盤格式1整理ppt硬盤的開展歷史硬盤的分類硬盤主要技術參數拆塊硬盤來看看硬盤分區(qū)硬盤格式2整理ppt硬盤容量開展表3整理ppt硬盤容量開展表時間容量標志事件1956年9月5MIBM350RAMAC70年代5M-10M80年代初10M1991年達1GIBM編號0663-E12的硬盤的出現2001年具備80G2007年跨入1TB大關2008年2TB4整理ppt硬盤的開展歷史1956-1966世界上的第一款硬盤是由IBM于1956年設計并制造的。這款名為IBM350RAMAC〔RandomAccessMethodofAccountingandControl〕的硬盤產品體積十分龐大，但容量僅為5MB5整理ppt總共使用了50張24英寸的碟片,只有一個磁頭,存儲密度=2000bit/平方英寸，數據處理能力為1.1KB/sIBM350RAMAC6整理ppt硬盤的開展歷史1967-19761968年，硬盤開展史中的第一個歷史性突破由IBM公司完成—IBM研發(fā)成功了“溫盤〞技術，即Winchester技術。Winchester技術主要針對硬盤的物理結構提出了更多的改進。簡單概括為：密封、固定并高速旋轉的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，磁頭懸浮在高速轉動的盤片上方，而不與盤片直接接觸7整理ppt十公斤重,容量是60M,存儲密度=1.7MB/每平方英寸現代硬盤之父——IBM3340硬盤(1973年)8整理ppt硬盤的開展歷史1977-1986首先是1979年，IBM創(chuàng)造了薄膜磁頭，該技術為進一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度提供了可能,幾年后IBM公司創(chuàng)造了MR磁阻，這種磁頭在讀取數據時對信號變化相當敏感，使得盤片的存儲密度能夠比以往20MB/每英寸提高數十倍。9整理ppt1977-1986

薄膜磁頭硬盤10整理ppt硬盤的開展歷史1987-1996首先是1987年，當時的一家硬盤設計生產商PrairieTek推出了第一款2.5英寸的硬盤產品，該產品的容量為10MB1991年，IBM推出了第一款容量為1GB的3.5英寸硬盤。這款編號為0663-E12的硬盤的出現，標志著硬盤存儲進入GB時代,硬盤使用了MR磁頭，使得普通電腦用戶使用的硬盤容量首次到達了1GB。磁頭技術進一步開展出現了GMR〔GaintMagnetoResistive，巨磁阻〕磁頭技術，使存儲密度更上一層樓。1999年9月7日，Maxtor宣布了首塊單碟容量高達10.2GB的ATA硬盤，從而把硬盤的容量引入了一個新里程碑。11整理ppt硬盤的開展歷史1997-2007IDE走了，SATA來了12整理ppt硬盤的開展歷史硬盤的分類硬盤主要技術參數拆塊硬盤來看看硬盤分區(qū)硬盤格式13整理ppt1、盤徑： 5.25in、3.5in、2.5in和1.8in。2、安裝位置： 內置式與外置式。3、接口類型： 〔1〕

IDE硬盤 采用UltraATA設計標準。如UltraATA/100、UltraATA/133。 〔2〕SATA硬盤 優(yōu)點：支持熱插拔、傳輸速度快、執(zhí)行效率高、布線簡潔與更 長的信號 傳輸距離〔1m\45cm〕等。 〔3〕SCSI硬盤 優(yōu)點：應用面廣、多任務、寬帶寬以及少CPU占用率。 〔4〕其它接口盤：SAS；光纖盤。。。硬盤的分類14整理ppt不同盤徑硬盤1.8英寸盤2.5英寸盤3.5英寸盤15整理pptIDE外部接口不同的硬盤接口--IDE不同的硬盤接口--SATA16整理ppt硬盤的開展歷史硬盤的分類硬盤主要技術參數拆塊硬盤來看看硬盤分區(qū)硬盤格式17整理ppt硬盤主要技術參數單碟容量單碟容量〔storageperdisk〕，是硬盤相當重要的參數之一，一定程度上決定著硬盤的檔次上下提高硬盤工作的穩(wěn)定性在相同轉速的情況下，硬盤單碟容量越大其內部數據傳輸速率就越快18整理ppt硬盤主要技術參數硬盤的轉速硬盤的主軸轉速指的是硬盤的碟片每分鐘的轉數，用rpm來表示〔RoundPerMinute，轉/分鐘〕，一般硬盤的主軸轉速為3600rpm～7200rom，高級硬盤轉速更高。高轉速可縮短硬盤的平均尋道時間和實際讀寫時間〔硬盤在相同的時間內可以讀寫更多的內容〕，從而提高硬盤的運行速度和性能19整理ppt硬盤主要技術參數硬盤的平均尋道時間平均尋道時間〔AverageSeekTime〕是指硬盤的磁頭移到盤面指定磁道所需的時間。平均尋道時間越小，硬盤的運行速度也就越快20整理ppt硬盤主要技術參數硬盤的平均等待平均等待時間〔AverageLatencyTime〕是指磁頭已處于要訪問的磁道，等待所要訪問的扇區(qū)旋轉至磁頭下方的時間平均等待時間通常為盤片旋轉一周所需的時間的一半21整理ppt硬盤主要技術參數硬盤的平均訪問時間平均訪問時間＝平均尋道時間＋平均等待時間22整理ppt硬盤主要技術參數硬盤的外部數據傳輸率外部傳輸率〔ExternalTransferRate〕也稱為突發(fā)數據傳輸率〔BurstDataTransferRate〕或接口傳輸率它指的是系統(tǒng)總線與硬盤緩沖區(qū)之間的數據傳輸率，外部數據傳輸率與硬盤接口類型和硬盤緩存的大小有關23整理ppt硬盤主要技術參數硬盤的內部數據傳輸率內部傳輸率〔InternalTransferRate〕也稱為持續(xù)傳輸率，它硬盤磁頭從緩存中讀寫數據的速度它反映了硬盤緩沖區(qū)未使用時的性能。內部傳輸率主要依賴于硬盤的旋轉速度24整理ppt硬盤主要技術參數硬盤的緩存由于硬盤磁頭和盤片之間的讀寫是機械動作，速度相對較慢，因此硬盤通過將數據暫存在一個比磁盤速度快得多的緩沖區(qū)，即硬盤上的緩存直接從緩存中讀取數據比從磁盤中直接讀取要快得多，所以緩存對大幅度提高硬盤的速度有著重要的意義。理論上，緩存的容量越大越好25整理ppt硬盤的開展歷史硬盤的分類硬盤主要技術參數拆塊硬盤來看看硬盤分區(qū)硬盤格式26整理ppt27整理ppt28整理ppt硬盤正面的9個安裝螺絲拆卸下來。

外圍的7個螺絲

標簽下面隱藏有2個螺絲29整理ppt成功拆開硬盤30整理ppt將電路板別離出來電路板和硬盤體之間還有一層軟墊，以減免兩者間發(fā)生短路的幾率31整理ppt此圖可以看到，硬盤的主控芯片型號，緩存和電機控制芯片。32整理ppt硬盤內部結構由固定面板、控制電路板、磁頭、盤片、主軸、電機、接口及其它附件組成，其中磁頭盤片組件是構成硬盤的核心，它封裝在硬盤的凈化腔體內，包括有浮動磁頭組件、磁頭驅動機構、盤片、主軸驅動裝置及前置讀寫控制電路這幾個部份。

33整理ppt磁盤片是數據的載體，盤片大多采用鋁金屬薄膜材料，有更高的存儲密度、高剩磁及高矯頑力等優(yōu)點。硬盤盤片是完全平整的，簡直可以當鏡子使用。

34整理ppt一般硬盤的盤片是由多個重疊在一起并由墊圈隔開的盤片組成，也就是我們常說的該硬盤是幾碟裝35整理ppt36整理ppt硬盤的主軸組件包括主軸部件如軸承和驅動電機等。隨著硬盤容量的擴大和速度的提高，主軸電機馬達的速度也在不斷提升，軸承也從滾珠軸承進化到油浸軸承再到液態(tài)軸承，處于不斷的改進當中，目前液態(tài)軸承已經成為絕對的主流市場。37整理ppt38整理ppt39整理ppt電磁線圈電機包永久磁鐵，是磁頭驅動的關鍵。當硬盤受動強裂震動時，對磁頭及盤片起保護使用，以防止磁頭將盤片刮傷40整理ppt硬盤的開展歷史硬盤的分類硬盤主要技術參數拆塊硬盤來看看硬盤分區(qū)硬盤格式41整理ppt什么是分區(qū)計算機中存放信息的主要的存儲設備就是硬盤，但是硬盤不能直接使用，必須對硬盤進行分割，分割成的一塊一塊的硬盤區(qū)域就是磁盤分區(qū)。打個比方：給定一個全空的倉庫區(qū)，庫管員需要進行功能劃區(qū)再使用:卸貨區(qū)、記錄區(qū)、消防區(qū)、叉車停放區(qū)、A類貨架區(qū)、B類貨架區(qū)

為什么要對磁盤進行分區(qū)

工廠生產的硬盤必須經過低級格式化、分區(qū)和高級格式化〔簡稱為格式化〕三個處理步驟后，電腦才能利用它們存儲數據。其中磁盤的低級格式化通常由生產廠家完成，目的是劃定磁盤可供使用的扇區(qū)和磁道并標記有問題的扇區(qū)。42整理ppt磁盤分區(qū)的類型在傳統(tǒng)的磁盤管理中，將一個硬盤分為兩大類分區(qū)：主分區(qū)和擴展分區(qū)主分區(qū)是能夠安裝操作系統(tǒng)，能夠進行計算機啟動的分區(qū)，可以直接格式化，然后安裝系統(tǒng)，存放文件?！惨粋€硬盤中最多只能存在4個主分區(qū)?！骋粋€硬盤上如果超過4個以上的磁盤分區(qū)的話，那么就需要使用擴展分區(qū)了。｛如果使用擴展分區(qū)，那么一個物理硬盤上最多只能分3個主分區(qū)和1個擴展分區(qū)。｝擴展分區(qū)不能直接使用，它必須經過第二次分割成為一個一個的邏輯分區(qū)，然后才可以使用。一個擴展分區(qū)中的邏輯分區(qū)可以分多個。注：擴展分區(qū)理論上還可以再分下一級擴展分區(qū)43整理ppt磁盤分區(qū)的格式常見硬盤的格式有：

FAT(FAT16)軟盤使用,目前已被淘汰

FAT32NTFS具有磁盤配額,設置權限等功能

ext2ext3注：磁盤分區(qū)之后，必須經過格式化才能夠正式使用。是Linux系統(tǒng)中標準的文件系統(tǒng)44整理ppt硬盤的內部結構—抽象移動頭磁盤示意圖扇區(qū)磁頭柱面磁道各盤片上同一位置的磁道構成一個柱面。盤面磁道扇區(qū)柱面45整理ppt磁盤尋址相關概念1.盤面：盤片的上下兩個面，又名磁頭號，按上到下的順序從0依次編號，盤片在2~14不等，通常只有2~3個盤片；2.磁道：磁盤在低級格式化的時候被劃分成的同心圓軌跡，按外到里的順序從0依次編號；3.扇區(qū)：每段圓弧為一個扇區(qū)，從1開始編號，每個扇區(qū)中的數據作為一個單元同時讀出或寫入,最小的讀寫單位扇區(qū)內部的數據時連續(xù)流式記錄的；46整理ppt柱面：同一磁道，豎直方向構成的圓柱面，從0開始編號；數據讀寫是按照柱面進行，即磁頭讀寫數據時首先在同一柱面內從0磁道開始操作，依次向下在同一柱面的不同盤面進行操作；磁盤尋址相關概念47整理ppt48整理ppt每個扇區(qū)可以存放512個字節(jié)和一些其他信息：即數據存儲的數據段和數據存儲地點的標示符eg扇區(qū)頭標：標示柱面、磁頭、扇區(qū)號<地址>以及是否為壞區(qū)、校驗碼等伺服信息49整理ppt硬盤的尋址模式硬盤最主要的功能就是存取數據，這些數據都是按一定的規(guī)那么存儲在盤片上的。當需要存儲或讀取某些數據時，就要知道其所在的具體位置，而尋址具有這個作用，它實際上就是磁頭在盤片上定位數據的一個過程。進行數據恢復時尋址尤為重要，是因為數據喪失后，在“我的電腦〞等位置中將無法找到文件，甚至無法找到文件夾或分區(qū)。假設要恢復這些喪失的數據，就需要使用底層的尋址技術來查找，從而將其恢復。50整理pptC/H/S尋址柱面(Cylinder),磁頭(Header)和扇區(qū)(Sector)，即C/H/S地址磁頭讀取扇區(qū)頭標中的CHS可獲得當前位置；磁頭最多255〔8位二進制〕柱面最多1023(10個二進制位)扇區(qū)最多63〔6個二進制〕LBA尋址LBA編址方式：直線性，扇區(qū)為等長，0編號實際磁頭、磁道、扇區(qū)信息都保存在硬盤控制電路的ROM芯片中〔有更多的磁道、扇區(qū)〕，在訪問磁盤的時候硬盤控制器將這種邏輯地址轉化為物理地址51整理ppt1．C/H/S尋址模式C/H/S〔Cylinder/Head/Sector〕尋址模式也稱為三維地址模式，是硬盤最早采用的尋址模式，它是在硬盤容量較小的前提下產生的。硬盤的C/H/S3D參數既可以計算出硬盤的容量，也可以確定數據所在的具體位置。這是因為扇區(qū)的三維物理地址與硬盤上的物理扇區(qū)一一對應，即三維物理地址可完全確定硬盤上的物理扇區(qū)。三維物理地址通常以C/H/S的次序來書寫，如C/H/S為0/1/1，那么第一個數字0指0柱面，第二個數字1指1磁頭〔盤面〕，第三個數字1指1扇區(qū)，表示該數據位于硬盤1盤面上的0磁道1扇區(qū)。現在定位已完成，硬盤內部的參數和主板BIOS之間進行協議，正確發(fā)出尋址信號，從而正確定位數據位置。早期硬盤柱面的最大數為1024，磁頭的最大數為16，扇區(qū)的最大數為63，因此，能尋址的扇區(qū)數是1032192〔1024×16×63〕。而一個扇區(qū)規(guī)定為512B，這也就是說，如果以C/H/S尋址模式尋址，那么IDE硬盤的最大容量只能為小于或等于528.4MB52整理ppt2．LBA尋址模式早期硬盤設計上的不合理使得盤片沒有得到很好的利用，為了解決這一問題以進一步提高硬盤容量，生產廠商以等密度結構生產硬盤，從而使盤片上外圈磁道的扇區(qū)比內圈磁道多。采用這種結構后，硬盤不再具有實際的3D參數，因此也不能直接使用C/H/S尋址方式，此時就要用到線性尋址方式即LBA尋址。

LBA尋址模式以扇區(qū)為單位進行尋址，在該模式中，盤片上的所有物理扇區(qū)都是一個連續(xù)的、線性編號的存儲空間，即由0開始一直排列到某個最大值，并且連成一條線，這樣只用一個序數就確定了一個唯一的物理扇區(qū)。此時，要定位到硬盤上的某個位置，只需要給出其LBA數即可。這種尋址模式所表示的數據位置已不是它在盤片上的物理地址，而是邏輯地址。53整理pptC/H/S與LBA的轉換關系C/H/S地址 LBA編號柱面磁頭扇區(qū)00100021003-632-6201163012-6364-125021-63126-188031-63189-251101252102-63253-314111315…………LBA=〔C–CS〕×PH×PS+〔H–HS〕×PS+〔S–SS〕CS:柱面號 C初始柱面號HS:磁頭號 H初始磁頭號SS:扇區(qū)號 S初始扇區(qū)號PS表示每磁道扇區(qū)數，PH表示每柱面總的磁道數。54整理ppt硬盤的內部結構—抽象移動頭磁盤示意圖扇區(qū)磁頭柱面磁道各盤片上同一位置的磁道構成一個柱面。盤面磁道扇區(qū)柱面55整理pptMasterbootrecordMBR定義：全稱為MasterBootRecord，即硬盤的主引導記錄MBR位置：硬盤0磁頭0柱面1扇區(qū)(共512BIT)，主引導程序占446Bytes，DPT占64Bytes，硬盤有效標志占2BytesMBR包含內容：主引導程序、硬盤分區(qū)表DPT(DISKPartitiontable)、硬盤有效標志〔55AA〕作用： 主引導程序：在操作系統(tǒng)安裝時寫入，是一段引導程序，用于引導操作系統(tǒng) 硬盤分區(qū)表：確定磁盤的分區(qū) 硬盤有效標志：一個標志位，用于檢查MBR有的效性

56整理pptMasterbootrecord57整理pptMasterbootrecord58整理ppt硬盤分區(qū)表結構59整理ppt硬盤分區(qū)表結構偏移長度(字節(jié))作用00H1分區(qū)狀態(tài)：00-->非活動分區(qū)；80-->活動分區(qū)；其它數值沒有意義01H1分區(qū)起始磁頭號(HEAD)，用到全部8位02H2分區(qū)起始扇區(qū)號(SECTOR)，占據02H的位0－5；分區(qū)的起始柱面占據02H的位6－7和03H的全部8位04H1文件系統(tǒng)標志位:00H--分區(qū)未用；06H--FAT16基本分區(qū)；0BH--FAT32基本分區(qū)；05H--擴展分區(qū)；07H--NTFS分區(qū)；05H-07H3分區(qū)的結束柱面號、磁頭號、扇區(qū)號和起始一樣08H4分區(qū)起始相對的扇區(qū)號，低位字節(jié)在前0CH4本分區(qū)的總扇區(qū)數，低位字節(jié)在前60整理ppt在MBR分區(qū)表中最多4個主分區(qū)或者3個主分區(qū)＋1個擴展分區(qū)，也就是說擴展分區(qū)只能有一個，然后可以再細分為多個邏輯分區(qū)擴展引導記錄EBR和MBR結構相同，記錄相應的邏輯分區(qū)在MBR分區(qū)表中，一個分區(qū)最大的容量為2T，且每個分區(qū)的起始柱面必須在這個disk的前2T內相關推論61整理ppt第一個扇區(qū)中的只預留了4個分區(qū)表項，我們的要想使用更多的分區(qū)，需要借助擴展分區(qū)。擴展分區(qū)不能直接使用，需要繼續(xù)劃分邏輯分區(qū)，邏輯分區(qū)數量不限，數量受制于操作系統(tǒng)的設計相關推論00FEFFFF0FFEFFFF0088A9030008B7170F系統(tǒng)標志代表擴展分區(qū)62整理ppt由此可見邏輯分區(qū)鏈表是單向的，一旦斷開，系統(tǒng)后面的分區(qū)就會喪失，當然實際上數據還在63整理ppt硬盤首扇區(qū)信息64整理pptMBR分區(qū)的缺陷盡管目前MBR分區(qū)類型占了絕大多數，但是他有很多缺陷：MBR磁盤只支持4個分區(qū)表項；每個分區(qū)長度至少占用一個柱面；最大支持2TB硬盤；……65整理pptGUID分區(qū)表格式

〔GloballyUniqueIdentifierPartitionTableFormat〕GUID分區(qū)表(簡稱GPT。使用GUID分區(qū)表的磁盤稱為GPT磁盤)是源自EFI標準的一種較新的磁盤分區(qū)表結構的標準。與目前普遍使用的主引導記錄(MBR)分區(qū)方案相比，GPT提供了更加靈活的磁盤分區(qū)機制。它具有如下優(yōu)點：

1、支持2TB以上的大硬盤。

2、每個磁盤的分區(qū)個數幾乎沒有限制。為什么說“幾乎〞呢？是因為 Windows系統(tǒng)最多只允許劃分128個分區(qū)。不過也完全夠用了。

3、分區(qū)大小幾乎沒有限制。又是一個“幾乎〞。因為它用64位的整數表 示扇區(qū)號?？鋸堃稽c說，一個64位整數能代表的分區(qū)大小已經是個“天 文數字〞了，假設干年內你都無法見到這樣大小的硬盤，更不用說分區(qū)了。

4、分區(qū)表自帶備份。在磁盤的首尾局部分別保存了一份相同的分區(qū)表。 其中一份被破壞后，可以通過另一份恢復。

5、每個分區(qū)可以有一個名稱(不同于卷標)。66整理ppt操作系統(tǒng)對GUID分區(qū)表支持既然GUID分區(qū)方案具有如此多的優(yōu)點，在分區(qū)時是不是可以全部采用這種方案呢？不是的。并不是所有的Windows系統(tǒng)都支持這種分區(qū)方案。請看下表：67整理pptMBR引導全過程68整理ppt硬盤的開展歷史硬盤的分類硬盤主要技術參數拆塊硬盤來看看硬盤分區(qū)硬盤格式69整理ppt常用的分區(qū)格式FAT16FAT32NTFSext2ext3XFS不同的分區(qū)格式有不同的特點，各有優(yōu)點，技術側重也不一樣。我們將以最簡單的FAT32的模型來做為講解70整理ppt分區(qū)格式要實現那些功能實現文件目錄管理存放文件讀取文件刪除文件存儲區(qū)域回收和優(yōu)化文件日志文件統(tǒng)計信息71整理pptSector1234567891011121314151617181920…一個個扇區(qū)如何使用呢，我怎么來存儲我的文件？？？72整理pptBootloader(446BIT)Partitiontable1Partitiontable2Partitiontable3Partitiontable455AA先分個區(qū)吧！分出個不同功能區(qū)來!73整理pptBootloader(446BIT)Partitiontable1Partitiontable2Partitiontable3Partitiontable455AA怎么來管理一個分區(qū)?怎么存放目錄?怎么存放文件?怎么刪除文件?74整理pptBootloader(446BIT)Partitiontable1Partitiontable2Partitiontable3Partitiontable455AAFAT1FAT2FAT3FAT4。。。。。。FAT1—簇1FAT2—簇2FAT3—簇3FAT4—簇4。。。。。。。。。。。。。。。。。。給所有分區(qū)建立一個狀態(tài)表如何？一個狀態(tài)表項來記錄一個簇〔多個連續(xù)的扇區(qū)〕的狀態(tài)取個名吧： FAT表(FileAllocationTable)文件配置表一個狀態(tài)表項記錄一個簇，什么不記錄一個扇區(qū)呢？有了FAT表的分區(qū)是不是相當于一本書有了目錄？75整理pptBootloader(446BIT)Partitiontable1Partitiontable2Partitiontable3Partitiontable455AAFAT1FAT2FAT3FAT4。。。。。。FAT1—簇1FAT2—簇2FAT3—簇3FAT4—簇4。。。。。。。。。。。。。。。。。。一個分區(qū)上的文件，從那里開始讀呢？76整理pptBootloader(446BIT)Partitiontable1Partitiontable2Partitiontable3Partitiontable455AAFAT1FAT2FAT3FAT4。。。。。。FDT：文件目錄表FAT1—簇1FAT2—簇2FAT3—簇3FAT4—簇4。。。。。。。。。。。。。。。。。。文件一般是按樹形目錄管理從根目錄的位置開始讀吧固定根目錄位置

根目錄固定區(qū)域位置是有限的，所以只存

儲目錄文件開始的簇號)77整理pptBootloader(446BIT)Partitiontable1Partitiontable2Partitiontable3Partitiontable455AAFAT1FAT2FAT3FAT4。。。。。。FDT：文件目錄表FAT1—簇1FAT2—簇2FAT3—簇3FAT4—簇4。。。。。。。。。。。。。。。。。。目錄或者文件如何表示和存儲呢？78整理pptBootloader(446BIT)Partitiontable1Partitiontable2Partitiontable3Partitiontable455AAFAT1FAT2FAT3FAT4。。。。。。FDT：文件目錄表FAT1—簇1FAT2—簇2FAT3—簇3FAT4—簇4。。。。。。。。。。。。。。。。。。目錄里存儲目錄項數據：每個目錄項數據由32字節(jié)表示〔記錄了文件的名稱、屬性、創(chuàng)立時間、修改時間信息、還記錄了文件的起始簇號，文件的實際大小等信息〕79整理ppt