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  • 详细讲解了硬盘的基础知识和结构 这是个不错的资料 很有帮助
  • 硬盘逻辑结构

    2010-05-17 15:35:00
    零磁道,MBR和分区表DPT:零磁道处于硬盘上一个非常重要的位置,硬盘的主引导记录区(MBR)就在这个位置上。零磁道一旦受损,将使硬盘的主引导程序和分区表信息遭到严重破坏,从而导致硬盘无法自举。MBR:当通过...

    零磁道,MBR和分区表DPT:
    零磁道处于硬盘上一个非常重要的位置,硬盘的主引导记录区(MBR)就在这个位置上。零磁道一旦受损,将使硬盘的主引导程序和分区表信息遭到严重破坏,从而导致硬盘无法自举。
    MBR:
    当通过Fdisk或其他分区工具对硬盘进行分区时,分区软件会在硬盘0柱面0磁头1扇区建立MBR(Main Boot Record),即为主引导记录区,位于整个硬盘的第一个扇区,在总共512字节的主引导扇区中,主引导程序只占用了其中的446个字节,64个字节交给了DPT(Disk Partition Table硬盘分区表),最后两个字节(55 AA)属于分区结束标志。主引导程序的作用就是检查分区表是否正确以及确定哪个分区为引导分区,并在程序结束时把该分区的启动程序调入内存加以执行。
    DPT:
    分区表DPT(Disk Partition Table),把硬盘空间划分为几个独立的连续的存储空间,也就是分区。分区表DPT则以80H或00H为开始标志,以55AAH为结束标志。分区表决定了硬盘中的分区数量,每个分区的起始及终止扇区、大小以及是否为活动分区等。
    通过破坏DPT,即可轻易地损毁硬盘分区信息。分区表分为主分区表和扩展分区表。
    主分区表位于硬盘MBR的后部。从1BEH字节开始,共占用64个字节,包含四个分区表项,这也就是为什么一个磁盘的主分区和扩展分区之和总共只能有四个的原因。每个分区表项的长度为16个字节,它包含一个分区的引导标志、系统标志、起始和结尾的柱面号、扇区号、磁头号以及本分区前面的扇区数和本分区所占用的扇区数。其中”引导标志”表明此分区是否可引导,即是否活动分区。当引导标志为”80″时,此分区为活动分区;”系统标志”决定了该分区的类型,如”06″为DOS FAT16分区,”0b”为DOS FAT32分,”63″为UNIX分区等;起始和结尾的柱面号、扇区号、磁头号指明了该分区的起始和终止位置。
    分区表项的16个字节分配如下:
    第1字节: 引导标志
    第2字节: 起始磁头
    第3字节: 低6位为起始扇区, 高2位与第4字节为起始柱面
    第4字节: 起始柱面的低8位
    第5字节: 系统标志
    第6字节: 终止磁头
    第7字节: 低6位为终止扇区, 高2位与第8字节为终止柱面
    第8字节: 终止柱面的低8位
    第9-12字节: 该分区前的扇区数目
    第13-16字节: 该分区占用的扇区数目
    扩展分区作为一个主分区占用了主分区表的一个表项。在扩展分区起始位置所指示的扇区(即该分区的第一个扇区)中,包含有第一个逻辑分区表,同样从1BEH字节开始,每个分区表项占用16个字节。逻辑分区表一般包含两个分区表项,一个指向当前的逻辑分区,另一个则指向下一个扩展分区。下一个扩展分区的首扇区又包含了一个逻辑分区表,这样以此类推,扩展分区中就可以包含多个逻辑分区。为方便说明,我们把这一系列扩展分区和逻辑分区分别编号,主扩展分区为 1号扩展分区,第一个逻辑分区表所包含的两个分区分别标为 1号逻辑分区和 2号扩展分区,依次类推。
    主分区表中的分区是主分区,而扩展分区表中的是逻辑分区,并且只能存在一个扩展分区。
    FS即文件系统,位于分区之内,用于管理分区中文件的存储以及各种信息,包括文件名字,大小,时间,实际占用的磁盘空间等。windows 目前常用的文件系统包括FAT12,FAT16,FAT32和NTFS系统。
    DBR(Dos Boot Record)是*作系统引导记录区。它位于硬盘的每个分区的第一个扇区,是*作系统可以直接访问的第一个扇区,它一般包括一个位于该分区的*作系统的引导程序和相关的分区参数记录表。
    簇,是文件系统中最小的数据存储单元,由若干个连续的扇区组成,硬盘的扇区的大小是512字节(几乎是用于所有的硬盘),也就是既是一个字节的文件也要分配给它1个簇的空间,剩余的空间都被浪费了,簇越小,那么对小文件的存储的效率越高,簇越大,文件访问的效率高,但是浪费空间比较严重。
    FAT(file allocation table)即文件分配表,记录了分区中簇的的使用情况,FAT表的大小与硬盘的分区的大小有关,为了数据安全起见,FAT一般做两个, 二FAT为第一FAT的备份,用于FAT12,FAT16,和FAT32文件系统。
    DIR是DIRECTORY即根目录区的简写,根目录区存储了文件系统的根目录中的文件或者目录的信息(包括文件的名字,大小,所在的磁盘空间等等),FAT12,FAT16的DIR紧接在第二FAT表之后,而FAT32的根目录区可以在分区的任何一个簇。
    MFT(Master File Table)是NTFS中存储有关文件的各种信息的数据结构,包括文件的大小,时间,所占据的数据空间等等。
    以FAT32为例,FAT32分区的的0-2扇区为FAT32文件系统的DBR即引导扇区,3-5扇区为0-2扇区的备份。6-31扇区为空,32扇区开始为第一个FAT表,FAT表的大小与硬盘的分区的大小有关。随后是第2个FAT表,剩余的空间都是实际的文件所占用的,包括目录和文件。FAT32文件系统的根目录并不一定是数据区的第一个簇,它可以位于数据区的任何一个簇,这也是FAT32的根目录大小不在受255个文件限制的原因,这也是FAT32的文件名可以支持长文件名的原因之一。
    分区表丢失,表现为硬盘原先所有分区或者部分分区没了,在磁盘管理器(winxp win2000 win2003)看到未分区的硬盘或者未分区的空间。有多种可能:
    病毒,当年的cih病毒会用无效的数据填充分区表和第一个分区的数据,这种情况下,从前面介绍的分区的性质来看,c盘的数据很难恢复,而随后d盘和e盘等分区的实际数据并没有被破坏,而仅仅是分区表丢失而已,所以只要找到D盘和E盘等分区的正确的起始和结束位置,很容易恢复。
    重新分区,使用fdisk对磁盘重新划分空间分布,那么原来的分区表被新的分区表取代,这个时候,同样是原来分区的数据没有损坏,仅仅是分区表指向了不正确的位置。

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  • 硬盘逻辑结构简介

    2012-11-12 12:52:26
    硬盘逻辑结构简介  1. 硬盘参数释疑  到目前为止, 人们常说的硬盘参数还是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)参数. 那么为什么要使用这些参数,它们的意义是什么?它们的取值范围是什么?  很久以前, 硬盘的容量...

    一. 硬盘逻辑结构简介

     1. 硬盘参数释疑

      到目前为止, 人们常说的硬盘参数还是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)参数. 那么为什么要使用这些参数,它们的意义是什么?它们的取值范围是什么?
      很久以前, 硬盘的容量还非常小的时候,人们采用与软盘类似的结构生产硬盘. 也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数.由此产生了所谓的3D参数 (Disk Geometry). 既磁头数(Heads), 柱面数(Cylinders),扇区数(Sectors),以及相应的寻址方式.
      其中:
      磁头数(Heads)表示硬盘总共有几个磁头,也就是有几面盘片, 最大为 255 (用 8 个二进制位存储);
      柱面数(Cylinders) 表示硬盘每一面盘片上有几条磁道,最大为 1023(用 10 个二进制位存储);
      扇区数(Sectors) 表示每一条磁道上有几个扇区, 最大为 63(用 6个二进制位存储).
      每个扇区一般是 512个字节, 理论上讲这不是必须的,但好象没有取别的值的.
      所以磁盘最大容量为:
      255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 8024 GB ( 1M =1048576 Bytes )或硬盘厂商常用的单位:
      255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8414 GB ( 1M =1000000 Bytes )
    在 CHS 寻址方式中, 磁头, 柱面, 扇区的取值范围分别为 0到 Heads - 1,0 到 Cylinders - 1, 1 到 Sectors (注意是从 1 开始).

     2. 基本 Int 13H 调用简介
    BIOS Int 13H 调用是 BIOS提供的磁盘基本输入输出中断调用, 它可以完成磁盘(包括硬盘和软盘)的复位, 读写, 校验, 定位, 诊断,格式化等功能.它使用的就是 CHS 寻址方式, 因此最大识能访问 8 GB左右的硬盘 (本文中如不作特殊说明, 均以 1M = 1048576 字节为单位).

     3. 现代硬盘结构简介
      在老式硬盘中, 由于每个磁道的扇区数相等,所以外道的记录密度要远低于内道, 因此会浪费很多磁盘空间 (与软盘一样). 为了解决这一问题,进一步提高硬盘容量, 人们改用等密度结构生产硬盘. 也就是说,外圈磁道的扇区比内圈磁道多. 采用这种结构后, 硬盘不再具有实际的3D参数,寻址方式也改为线性寻址, 即以扇区为单位进行寻址.
    为了与使用3D寻址的老软件兼容 (如使用BIOSInt13H接口的软件), 在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器,由它负责将老式3D参数翻译成新的线性参数. 这也是为什么现在硬盘的3D参数可以有多种选择的原因(不同的工作模式, 对应不同的3D参数, 如 LBA, LARGE, NORMAL).

     4. 扩展 Int 13H 简介
    虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址, 但是由于基本 Int13H 的制约, 使用 BIOS Int 13H 接口的程序, 如 DOS 等还只能访问 8 G以内的硬盘空间.为了打破这一限制, Microsoft 等几家公司制定了扩展Int 13H 标准(Extended Int13H), 采用线性寻址方式存取硬盘, 所以突破了 8 G的限制,而且还加入了对可拆卸介质 (如活动硬盘) 的支持.


    二. Boot Sector 结构简介

    1. Boot Sector 的组成

      Boot Sector 也就是硬盘的第一个扇区, 它由 MBR (MasterBoot Record),DPT (Disk Partition Table) 和 Boot Record ID 三部分组成.
      MBR 又称作主引导记录占用 Boot Sector 的前 446 个字节( 0 to 0x1BD ),存放系统主引导程序 (它负责从活动分区中装载并运行系统引导程序).
      DPT 即主分区表占用 64 个字节 (0x1BE to 0x1FD),记录了磁盘的基本分区信息. 主分区表分为四个分区项, 每项 16 字节,分别记录了每个主分区的信息(因此最多可以有四个主分区).
      Boot Record ID 即引导区标记占用两个字节 (0x1FE and0x1FF), 对于合法引导区, 它等于 0xAA55, 这是判别引导区是否合法的标志.
      Boot Sector 的具体结构如下图所示:

       0000 |---------------------------------------------|
          |                        |
          |                        |
          |      Master Boot Record         |
          |                        |
          |                        |
          |      主引导记录(446字节)        |
          |                        |
          |                        |
          |                        |
       01BD |                        |
       01BE |---------------------------------------------|
          |                        |
       01CD |      分区信息 1(16字节)        |
       01CE |---------------------------------------------|
          |                        |
       01DD |      分区信息 2(16字节)        |
       01DE |---------------------------------------------|
          |                        |
       01ED |      分区信息 3(16字节)        |
       01EE |---------------------------------------------|
          |                        |
       01FD |      分区信息 4(16字节)        |
          |---------------------------------------------|
          | 01FE        |01FF          |
          |    55     |     AA      |
          |---------------------------------------------|

     

    2. 分区表结构简介

      分区表由四个分区项构成, 每一项的结构如下:
      BYTE State   : 分区状态, 0 =未激活, 0x80 = 激活 (注意此项)
      BYTE StartHead : 分区起始磁头号
      WORD StartSC  : 分区起始扇区和柱面号,底字节的低6位为扇区号,
               高2位为柱面号的第 9,10 位, 高字节为柱面号的低 8 位
      BYTE Type    : 分区类型, 如0x0B = FAT32, 0x83 = Linux 等,
               00 表示此项未用,07 = NTFS
      BYTE EndHead  : 分区结束磁头号
      WORD EndSC   :分区结束扇区和柱面号, 定义同前
      DWORD Relative :在线性寻址方式下的分区相对扇区地址
               (对于基本分区即为绝对地址)
      DWORD Sectors  : 分区大小 (总扇区数)

      注意: 在 DOS / Windows 系统下,基本分区必须以柱面为单位划分( Sectors * Heads 个扇区), 如对于 CHS 为 764/255/63 的硬盘,分区的最小尺寸为 255 * 63 * 512 / 1048576 = 7.844 MB.

     3. 扩展分区简介

      由于主分区表中只能分四个分区, 无法满足需求,因此设计了一种扩展分区格式. 基本上说, 扩展分区的信息是以链表形式存放的,但也有一些特别的地方.首先, 主分区表中要有一个基本扩展分区项,所有扩展分区都隶属于它,也就是说其他所有扩展分区的空间都必须包括在这个基本扩展分区中.对于DOS / Windows 来说, 扩展分区的类型为 0x05. 除基本扩展分区以外的其他所有扩展分区则以链表的形式级联存放, 后一个扩展分区的数据项记录在前一个扩展分区的分区表中,但两个扩展分区的空间并不重叠.
      扩展分区类似于一个完整的硬盘, 必须进一步分区才能使用.但每个扩展分区中只能存在一个其他分区. 此分区在 DOS/Windows环境中即为逻辑盘.因此每一个扩展分区的分区表(同样存储在扩展分区的第一个扇区中)中最多只能有两个分区数据项(包括下一个扩展分区的数据项).

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  • 磁盘的逻辑结构

    千次阅读 2019-03-09 00:16:01
    这里说说,前面说到硬盘从外圈(柱面0)到内圈扇区是依次编号,看似各个扇区没有什么区别,但是这里硬盘的柱面0的第一个扇区(逻辑扇区0,CHS表示应该是0/0/1)却是最重要的,因为硬盘的第一个扇区记录了整个硬盘的重要...

     

     

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    磁道:

    当磁盘旋转时,磁头若保持在一个位置上,则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆环轨迹,这些圆环轨迹就叫做磁道。也就是说磁道具有一定的宽度。磁道与磁道之间通常会有一定的间隔。

    扇区:

    磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段,这些弧段便是磁盘的扇区,每个扇区可以存放512个字节的信息(通常情况下是512字节),磁盘驱动器在向磁盘读取和写入数据时,要以扇区为单位。(图一中连续的黑线标示)。通常扇区与扇区之间也有一定间隔。

    柱面:

    硬盘通常由重叠的一组盘片构成,每个盘面都被划分为数目相等的磁道,并从外缘的"0"开始编号,从图2这张放大的硬盘结构图我们可以看出,具有相同编号的磁道形成一个圆柱,称之为磁盘的柱面。磁盘的柱面数与一个盘面上的磁道数是相等的。

    盘片:

    硬盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片,不同容量硬盘的盘片数不等。一个盘片有两个盘面,每个盘面有一个磁头。

    CHS:

    所谓硬盘的CHS,即Cylinder(柱面)、Head(磁头)、Sector(扇区),只要知道了硬盘的CHS的数目,即可确定硬盘的容量,硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512B。

    簇:

    簇是一个或多个扇区组成的单位。

    文件占用磁盘空间时,基本单位不是字节而是簇。簇的大小与磁盘的规格有关,一般情况下,软盘每簇是1个扇区,硬盘每簇的扇区数与硬盘的总容量大小有关,可能是4、8、16、32、64……

     

    通常在Windows平台下使用的3种文件系统是FAT(文件分区表),FAT32(32位文件分区表)和NTFS(NT文件系统)。在FAT文件系统下,每一个磁盘被分成固定大小的簇。簇最少为512个字节,其大小可以成倍增长,最大为32K。每个簇都是由唯一的索引号——一个16位二进制数来标识。因为16位二进制数最大为65536,所以FAT分区所拥有的簇的数量不可能超过65536个。簇的数量和大小的限制,就是FAT分区为什么不能超过2GB的原因。
    FAT中的入口连接着组成一个文件的各个簇,文件的目录入口包含其第一个簇的索引号,而该簇在FAT中的入口又包含着下一个簇的索引号,依此类推。一个文件的最后一簇对应的FAT入口则包含着一个特殊的文件终止符,未使用的簇和损坏的簇也会用特殊代码标识出来。FAT32文件的原理几乎与此相同,但它的簇更小,而且由于FAT32入口是32位,所以其容量理论上可以超过40亿个字节。
    NTFS是一个相当高级的文件系统。它的主文件表(MFT)是一个非常完整的数据库,它负责对磁盘上的每个文件进行索引。每个MFT的入口通常为1K大小,其中记录了大量的文件信息。NTFS可以在文件的MFT入口中存储非常小的文件的全部内容;对于大一些的文件,这些入口会标识出包含文件数据的簇。
    

    其中的编号方式是,磁道是从外到内,从0开始编号,即最外面的一圈为第0磁道 
               扇区的编号方式为固定标记某块为1号,然后顺时针编号(这个不太确定标记方式) 
               磁头则是决定读/写面号的结构,从0开始顺序编号 

    存储容量 = 磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每道扇区数 × 每扇区字节数

     下面讲一下现代磁盘,在老式磁盘中,尽管磁道周长不同,但每个磁道上的扇区数是相等的,越往圆心扇区弧段越短,但其存储密度越高。不过这种方式显然比较浪费空间,因此现代磁盘则改为等密度结构,这意味着外围磁道上的扇区数量要大于内圈的磁道,寻址方式也改为以扇区为单位的线性寻址。为了兼容老式的3D寻址方式,现代磁盘控制器中都有一个地址翻译器将 3D 寻址参数翻译为线性参数。

     

    下面主要讲述一下磁盘的寻址

    CHS是早期在IBM PC架构上面用来进行磁盘寻址的办法。CHS(Cylinder/Head/Sector----柱面/盘面/扇区)寻址模式也称为3D模式。

    CHS是一个三元组,组成如下:

    1.      一共24个 bit位。

    2.      其中前10位表示cylinder,中间8位表示head,后面6位表示sector。

    3.      最大寻址空间

    随着科技大发展,磁盘容量大幅提升。远远超过了8GB寻址范围,如何对8GB之外空间进行寻址?历史上曾经CHS从24位扩展到多28位,实现寻址128GB,但是面对现在磁盘2TB容量还是无能为力,下面我们请出最终解决方案LBA。

     

    什么是LBA(logical block addressing)

    正如上文所说,LBA是用来取代CHS。那么LBA是怎么实现磁盘寻址?

    1.       LBA是一个整数,通过转换成CHS格式完成磁盘具体寻址。

    2.      LBA采用48个bit位寻址,最大寻址空间128PB。

    LBA与CHS转换规则是怎么样的?

    另外由于老硬盘的扇区划分方式对硬盘利用率不高,因此出现了现在的等密度盘,外圈的扇区数要比内圈多,原来的3D寻址方式也就不能适应这种方式,因此也就出现了新的寻址方式LBA,这是以扇区为单位进行的线性寻址方式,即从最外圈柱面0开始,依次将扇区号编为0、1….等等,举个例子,假设硬盘有1024个柱面,由于是等密度硬盘,柱面0(最外圈)假设有128个扇区,依次编号为0-127,柱面1有120个扇区,则依次编号为127-246,…..依次最内圈柱面127只有扇区64个,则编号到最后。因此要定位到硬盘某个位置,只需要给出LBA数即可,这个就是逻辑数。

    在 LBA 模式下,为了保留原来CHS时的概念,也可以设置柱面、磁头、扇区等参数,但是他们并不是实际硬盘的物理参数,只是为了计算方便而出的一个概念,1023之前的柱面号都一一物理对应,而1023以后的所有柱面号都记录成1023磁头最大数可以设置为255,而扇区数一般是每磁道63个,硬盘控制器会把由柱面、磁头、扇区等参数确定的地址转换为LBA数。这里我们再此明确两个概念:

     物理扇区号:
    一般我们称CHS模式下的扇区号为物理扇区号,扇区编号开始位置是1

     逻辑扇区号:
    LBA下的编号,扇区编号是从0开始。

    CHS模式转换到逻辑扇区号LBA

    计算公式
    LBA(逻辑扇区号)=磁头数 × 每磁道扇区数 × 当前所在柱面号 + 每磁道扇区数 × 当前所在磁头号 + 当前所在扇区号 – 1

    例如:CHS=0/0/1,则根据公式LBA=255 × 63 × 0 + 63 × 0 + 1 – 1= 0

    也就是说物理0柱面0磁头1扇区,是逻辑0扇区。
     

    硬盘分区

    我们知道,一般使用硬盘,我们首先会对硬盘进行分区,然后对分区使用某个文件系统格式(NTFS、FAT、ext2/ext3)进行分区格式化,然后才能正常使用。那么分区是怎么回事呢?我们常见的windows中说到的c、d、e盘是怎么划分出来的呢?其实,在装windows系统过程中,一般我们只需要填写每个分区的大小,看不出来分区过程的实际工作情况,我们可以从linux系统分区过程反而能反应底层实际分区情况。

    柱面是分区的最小单位,即分区是以某个某个柱面号开始到某个柱面号结束的。

     

    如图,柱面1~200我们可以分为一个区,柱面201~500再划分为一个区,501~1000再划分为一个区,以此类推。大家可以看到,柱面0没有在任何分区里面,为何?这里说说,前面说到硬盘从外圈(柱面0)到内圈扇区是依次编号,看似各个扇区没有什么区别,但是这里硬盘的柱面0的第一个扇区(逻辑扇区0,CHS表示应该是0/0/1)却是最重要的,因为硬盘的第一个扇区记录了整个硬盘的重要信息,第一个扇区(512个字节)主要记录了两部分:

    ①    MBR(Master Boot Record):主引导程序就放在这里,主引导程序是引导操作系统的一个程序,但是这部分只占446字节。

    ②    DPT(Disk Partition table):硬盘分区表也在这里,分区表就是用来记录硬盘的分区情况的,例如c盘是1~200柱面,d盘是201~500柱面,分区表总共只占64字节,可以看出,分区其实很简单,就是在这个表里面修改一下记录就重新分区了,但是由于只有64字节,而一条记录就要占用16字节,这个分区表最多只能记录4个分区信息,为了继续分出更多分区来,引入了扩展分区的概念,也就是说,在这4个分区中,可以使用其中一条记录来记录扩展分区的信息,然后在扩展分区中再继续划分逻辑分区,而逻辑分区的分区记录则记录在扩展分区的第一个扇区中,如此则可以像链表一样划分出很多分区来。但是请注意,一个分区表中可以有1~4条主分区,但是最多只能有1个扩展分区。

    举例,主分区可以是P1:1~200,扩展分区P2: 2~1400,扩展分区开始的第一个扇区可以用来记录扩展分区中划分出来的逻辑分区。

     

    分区表链

           分区表之间是如何关联的,详细讲一下,分区表是一个单向链表,第一个分区表,也就是位于硬盘第一个扇区中的DPT,可以有一项记录扩展分区的起始位置柱面,类似于指针的概念,指向扩展分区(图3),根据这项记录我们可以找到扩展分区的某柱面0磁头1扇区(CHS),而这个扇区中又存放了第二个分区表,第二个分区表第一项记录一般表述了当前所在的逻辑分区的起始/终止柱面,第二项记录表述了下一个逻辑分区所在的0磁头1扇区(CHS),第三、第四项记录不存任何信息(图4)。

      请看下图,主引导记录/分区表所在的是硬盘第一个分区,基本分区1、基本分2、基本分区3都是主分区、扩展分区内有2个逻辑分区,每个逻辑分区的第一个扇区都是分区表,至于引导扇区(DBR),在系统启动一节中会提及。

     

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  • 磁盘逻辑结构

    千次阅读 2014-03-18 20:10:31
    1.1 硬盘的外部结构/1.2 硬盘的内部结构 一般硬盘正面贴有产品标签,主要包括厂家信息和产品信息,如商标、型号、序列号、生产日期、容量、参数和主从设置方法等。这些信息是正确使用硬盘的基本依据,下面将逐步...
    

    1.1 硬盘的外部结构/1.2 硬盘的内部结构

    一般硬盘正面贴有产品标签,主要包括厂家信息和产品信息,如商标、型号、序列号、生产日期、容量、参数和主从设置方法等。这些信息是正确使用硬盘的基本依据,下面将逐步介绍它们的含义。

    硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件等组成,如图1-1所示。盘体是一个密封的腔体。硬盘的内部结构通常是指盘体的内部结构;控制电路板上主要有硬盘BIOS、硬盘缓存(即CACHE)和主控制芯片等单元,如图1-2所示;硬盘接口包括电源插座、数据接口和主、从跳线,如图1-3所示。


    1-1 硬盘的外观


    1-2 控制电路板


    1-3 硬盘接口

    电源插座连接电源,为硬盘工作提供电力保证。数据接口是硬盘与主板、内存之间进行数据交换的通道,使用一根4040线(早期)或4080线(当前)的IDE接口电缆进行连接。新增加的40线是信号屏蔽线,用于屏蔽高速高频数据传输过程中的串扰。中间的主、从盘跳线插座,用以设置主、从硬盘,即设置硬盘驱动器的访问顺序。其设置方法一般标注在盘体外的标签上,也有一些标注在接口处,早期的硬盘还可能印在电路板上。

    此外,在硬盘表面有一个透气孔(见图1-1),它的作用是使硬盘内部气压与外部大气压保持一致。由于盘体是密封的,所以,这个透气孔不直接和内部相通,而是经由一个高效过滤器和盘体相通,用以保证盘体内部的洁净无尘,使用中注意不要将它盖住。

    1.2 硬盘的内部结构

    硬盘的内部结构通常专指盘体的内部结构。盘体是一个密封的腔体,里面密封着磁头、盘片(磁片、碟片)等部件,如图1-4所示。


    1-4 硬盘内部结构

    硬盘的盘片是硬质磁性合金盘片,片厚一般在0.5mm左右,直径主要有1.8in1in=25.4mm)、2.5in3.5in5.25in 4种,其中2.5in3.5in盘片应用最广。盘片的转速与盘片大小有关,考虑到惯性及盘片的稳定性,盘片越大转速越低。一般来讲,2.5in硬盘的转速在5 400 r/min7 200 r/ min之间;3.5in硬盘的转速在4 500 r/min5 400 r/min之间;而5.25in硬盘转速则在3 600 r/min4 500 r/min之间。随着技术的进步,现在2.5in硬盘的转速最高已达15 000 r/min3.5in硬盘的转速最高已达12 000 r/min

    有的硬盘只装一张盘片,有的硬盘则有多张盘片。这些盘片安装在主轴电机的转轴上,在主轴电机的带动下高速旋转。每张盘片的容量称为单碟容量,而硬盘的容量就是所有盘片容量的总和。早期硬盘由于单碟容量低,所以,盘片较多,有的甚至多达10余片,现代硬盘的盘片一般只有少数几片。一块硬盘内的所有盘片都是完全一样的,不然控制部分就太复杂了。一个牌子的一个系列一般都用同一种盘片,使用不同数量的盘片,就出现了一个系列不同容量的硬盘产品。

    盘体的完整构造如图1-5所示。


    1-5 盘体的完整结构

    硬盘驱动器采用高精度、轻型磁头驱动/定位系统。这种系统能使磁头在盘面上快速移动,可在极短的时间内精确地定位在由计算机指令指定的磁道上。目前,磁道密度已高达5 400Tpi(每英寸磁道数)或更高;人们还在研究各种新方法,如在盘上挤压(或刻蚀)图形、凹槽和斑点等作为定位和跟踪标记,以提高到和光盘相等的道密度,从而在保持磁盘机高速度、高位密度和高可靠性的优势下,大幅度提高存储容量。

    硬盘驱动器内的电机都是无刷电机,在高速轴承支持下机械磨损很小,可以长时间连续工作。高速旋转的盘体产生明显的陀螺效应,所以,在硬盘工作时不宜搬动,否则,将增加轴承的工作负荷。为了高速存储和读取信息,硬盘驱动器的磁头质量小,惯性也小,所以,硬盘驱动器的寻道速度明显快于软驱和光驱。

    硬盘驱动器磁头与磁头臂及伺服定位系统是一个整体。伺服定位系统由磁头臂后的线圈和固定在底板上的电磁控制系统组成。由于定位系统限制,磁头臂只能在盘片的内外磁道之间移动。因此,不管开机还是关机,磁头总在盘片上;所不同的是,关机时磁头停留在盘片启停区,开机时磁头飞行在磁盘片上方。

    1.3 硬盘的逻辑结构(1)

    硬盘上的数据是如何组织与管理的呢?硬盘首先在逻辑上被划分为磁道、柱面以及扇区,其结构关系如图1-6所示。


    1-6 磁头、柱面和扇区

    每个盘片的每个面都有一个读写磁头,磁盘盘面区域的划分如图1-7所示。磁头靠近主轴接触的表面,即线速度最小的地方,是一个特殊的区域,它不存放任何数据,称为启停区或着陆区(Landing Zone),启停区外就是数据区。在最外圈,离主轴最远的地方是“0”磁道,硬盘数据的存放就是从最外圈开始的。那么,磁头是如何找到“0”磁道的位置的呢?从图1-5中可以看到,有一个“0”磁道检测器,由它来完成硬盘的初始定位。“0”磁道是如此的重要,以致很多硬盘仅仅因为“0”磁道损坏就报废,这是非常可惜的。这种故障的修复技术在后面的章节中有详细的介绍。


    1-7 硬盘盘片的启停区和数据区

    早期的硬盘在每次关机之前需要运行一个被称为Parking的程序,其作用是让磁头回到启停区。现代硬盘在设计上已摒弃了这个虽不复杂却很让人不愉快的小缺陷。硬盘不工作时,磁头停留在启停区,当需要从硬盘读写数据时,磁盘开始旋转。旋转速度达到额定的高速时,磁头就会因盘片旋转产生的气流而抬起,这时磁头才向盘片存放数据的区域移动。盘片旋转产生的气流相当强,足以使磁头托起,并与盘面保持一个微小的距离。这个距离越小,磁头读写数据的灵敏度就越高,当然对硬盘各部件的要求也越高。早期设计的磁盘驱动器使磁头保持在盘面上方几微米处飞行。稍后一些设计使磁头在盘面上的飞行高度降到约0.1μm0.5μm,现在的水平已经达到0.005μm0.01μm,这只是人类头发直径的千分之一。气流既能使磁头脱离开盘面,又能使它保持在离盘面足够近的地方,非常紧密地跟随着磁盘表面呈起伏运动,使磁头飞行处于严格受控状态。磁头必须飞行在盘面上方,而不是接触盘面,这种位置可避免擦伤磁性涂层,而更重要的是不让磁性涂层损伤磁头。但是,磁头也不能离盘面太远,否则,就不能使盘面达到足够强的磁化,难以读出盘上的磁化翻转(磁极转换形式,是磁盘上实际记录数据的方式)。

    硬盘驱动器磁头的飞行悬浮高度低、速度快,一旦有小的尘埃进入硬盘密封腔内,或者一旦磁头与盘体发生碰撞,就可能造成数据丢失,形成坏块,甚至造成磁头和盘体的损坏。所以,硬盘系统的密封一定要可靠,在非专业条件下绝对不能开启硬盘密封腔,否则,灰尘进入后会加速硬盘的损坏。另外,硬盘驱动器磁头的寻道伺服电机多采用音圈式旋转或直线运动步进电机,在伺服跟踪的调节下精确地跟踪盘片的磁道,所以,硬盘工作时不要有冲击碰撞,搬动时要小心轻放。

    这种硬盘就是采用温彻斯特(Winchester)技术制造的硬盘,所以也被称为温盘。其结构特点如下。

    磁头、盘片及运动机构密封在盘体内。

    磁头在启动、停止时与盘片接触,在工作时因盘片高速旋转,带动磁头悬浮在盘片上面呈飞行状态(空气动力学原理),悬浮的高度约为0.1μm0.3μm,这个高度非常小,图1-8标出了这个高度与头发、烟尘和手指印的大小比较关系,从这里可以直观地出这个高度有多


    1-8 盘片结构及磁头高度示意图

    磁头工作时与盘片不直接接触,所以,磁头的加载较小,磁头可以做得很精致,检测磁道的能力很强,可大大提高位密度。

    磁盘表面非常平整光滑,可以做镜面使用。

    下面对盘面磁道柱面扇区的含义逐一进行介绍。

    1. 盘面号

    硬盘的盘片一般用铝合金材料做基片,高速硬盘也可能用玻璃做基片。玻璃基片更容易达到所需的平面度和光洁度,且有很高的硬度。磁头传动装置是使磁头部件作径向移动的部件,通常有两种类型的传动装置。一种是齿条传动的步进电机传动装置;另一种是音圈电机传动装置。前者是固定推算的传动定位器,而后者则采用伺服反馈返回到正确的位置上。磁头传动装置以很小的等距离使磁头部件做径向移动,用以变换磁道。

    硬盘的每一个盘片都有两个盘面(Side),即上、下盘面,一般每个盘面都会利用,都可以存储数据,成为有效盘片,也有极个别的硬盘盘面数为单数。每一个这样的有效盘面都有一个盘面号,按顺序从上至下从“0”开始依次编号。在硬盘系统中,盘面号又叫磁头号,因为每一个有效盘面都有一个对应的读写磁头。硬盘的盘片组在214片不等,通常有23个盘片,故盘面号(磁头号)为0305

    2. 磁道

    磁盘在格式化时被划分成许多同心圆,这些同心圆轨迹叫做磁道(Track)。磁道从外向内从0开始顺序编号。硬盘的每一个盘面有3001 024个磁道,新式大容量硬盘每面的磁道数更多。信息以脉冲串的形式记录在这些轨迹中,这些同心圆不是连续记录数据,而是被划分成一段段的圆弧,这些圆弧的角速度一样。由于径向长度不一样,所以,线速度也不一样,外圈的线速度较内圈的线速度大,即同样的转速下,外圈在同样时间段里,划过的圆弧长度要比内圈划过的圆弧长度大。每段圆弧叫做一个扇区,扇区从“1”开始编号,每个扇区中的数据作为一个单元同时读出或写入。一个标准的3.5in硬盘盘面通常有几百到几千条磁道。磁道是不见的,只是盘面上以特殊形式磁化了的一些磁化区,在磁盘格式化时就已规划完毕。

    1.3 硬盘的逻辑结构(2)

    3. 柱面

    所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱,通常称做柱面(Cylinder),每个圆柱上的磁头由上而下从“0”开始编号。数据的读/写按柱面进行,即磁头读/写数据时首先在同一柱面内从“0”磁头开始进行操作,依次向下在同一柱面的不同盘面即磁头上进行操作,只在同一柱面所有的磁头全部读/写完毕后磁头才转移到下一柱面,因为选取磁头只需通过电子切换即可,而选取柱面则必须通过机械切换。电子切换相当快,比在机械上磁头向邻近磁道移动快得多,所以,数据的读/写按柱面进行,而不按盘面进行。也就是说,一个磁道写满数据后,就在同一柱面的下一个盘面来写,一个柱面写满后,才移到下一个扇区开始写数据。读数据也按照这种方式进行,这样就提高了硬盘的读/写效率。

    一块硬盘驱动器的圆柱数(或每个盘面的磁道数)既取决于每条磁道的宽窄(同样,也与磁头的大小有关),也取决于定位机构所决定的磁道间步距的大小。更深层的内容请参考其他书籍,限于篇幅,这里不再深入介绍。

    4. 扇区

    操作系统以扇区(Sector)形式将信息存储在硬盘上,每个扇区包括512个字节的数据和一些其他信息。一个扇区有两个主要部分:存储数据地点的标识符和存储数据的数据段,如图1-9所示。


    1-9 硬盘扇区的构成

    标识符就是扇区头标,包括组成扇区三维地址的三个数字:扇区所在的磁头(或盘面)、磁道(或柱面号)以及扇区在磁道上的位置即扇区号。头标中还包括一个字段,其中有显示扇区是否能可靠存储数据,或者是否已发现某个故障因而不宜使用的标记。有些硬盘控制器在扇区头标中还记录有指示字,可在原扇区出错时指引磁盘转到替换扇区或磁道。最后,扇区头标以循环冗余校验(CRC)值作为结束,以供控制器检验扇区头标的读出情况,确保准确无误。

    扇区的第二个主要部分是存储数据的数据段,可分为数据和保护数据的纠错码(ECC)。在初始准备期间,计算机用512个虚拟信息字节(实际数据的存放地)和与这些虚拟信息字节相应的ECC数字填入这个部分。

    扇区头标包含一个可识别磁道上该扇区的扇区号。有趣的是,这些扇区号物理上并不连续编号,它们不必用任何特定的顺序指定。扇区头标的设计允许扇区号可以从1到某个最大值,某些情况下可达255。磁盘控制器并不关心上述范围中什么编号安排在哪一个扇区头标中。在很特殊的情况下,扇区还可以共用相同的编号。磁盘控制器甚至根本就不管数据区有多大,只管读出它所找到的数据,或者写入要求它写的数据。

    给扇区编号的最简单方法是l23456等顺序编号。如果扇区按顺序绕着磁道依次编号,那么,控制器在处理一个扇区的数据期间,磁盘旋转太远,超过扇区间的间隔(这个间隔很小),控制器要读出或写入的下一扇区已经通过磁头,也许是相当大的一段距离。在这种情况下,磁盘控制器就只能等待磁盘再次旋转几乎一周,才能使得需要的扇区到达磁头下面。

    显然,要解决这个问题,靠加大扇区间的间隔是不现实的,那会浪费许多磁盘空间。许多年前,IBM的一位杰出工程师想出了一个绝妙的办法,即对扇区不使用顺序编号,而是使用一个交叉因子(interleave)进行编号。交叉因子用比值的方法来表示,如31表示磁道上的第1个扇区为1号扇区,跳过两个扇区即第4个扇区为2号扇区,这个过程持续下去直到给每个物理扇区编上逻辑号为止。例如,每磁道有17个扇区的磁盘按21的交叉因子编号就是:l102113124135146157168179,而按31的交叉因子编号就是:l713281439154101651117612。当设置1l的交叉因子时,如果硬盘控制器处理信息足够快,那么,读出磁道上的全部扇区只需要旋转一周;但如果硬盘控制器的后处理动作没有这么快,磁盘所转的圈数就等于一个磁道上的扇区数,才能读出每个磁道上的全部数据。将交叉因子设定为21时,磁头要读出磁道上的全部数据,磁盘只需转两周。如果21的交叉因子仍不够慢,磁盘旋转的周数约为磁道的扇区数,这时,可将交叉因子调整为31,如图1-10所示。


    1-10 不同交叉因子的效果示例

    1-10所示的是典型的MFMModified Frequency Modulation,改进型调频制编码)硬盘,每磁道有17个扇区,画出了用三种不同的扇区交叉因子编号的情况。最外圈的磁道(0号柱面)上的扇区用简单的顺序连续编号,相当于扇区交叉因子是111号磁道(柱面)的扇区按21的交叉因子编号,而2号磁道按31的扇区交叉因子编号。

    早期的硬盘管理工作中,设置交叉因子需要用户自己完成。用BIOS中的低级格式化程序对硬盘进行低级格式化时,就需要指定交叉因子,有时还需要设置几种不同的值来比较其性能,而后确定一个比较好的值,以期硬盘的性能较好。现在的硬盘BIOS已经自己解决这个问题,所以,一般低级格式化程序不再提供这一选项设置。

    系统将文件存储到磁盘上时,按柱面、磁头、扇区的方式进行,即最先是第1磁道的第一磁头下(也就是第1盘面的第一磁道)的所有扇区,然后,是同一柱面的下一磁头,……,一个柱面存储满后就推进到下一个柱面,直到把文件内容全部写入磁盘。系统也以相同的顺序读出数据。读出数据时通过告诉磁盘控制器要读出扇区所在的柱面号、磁头号和扇区号(物理地址的三个组成部分)进行。磁盘控制器则直接使磁头部件步进到相应的柱面,选通相应的磁头,等待要求的扇区移动到磁头下。在扇区到来时,磁盘控制器读出每个扇区的头标,把这些头标中的地址信息与期待检出的磁头和柱面号做比较(即寻道),然后,寻找要求的扇区号。待磁盘控制器找到该扇区头标时,根据其任务是写扇区还是读扇区,来决定是转换写电路,还是读出数据和尾部记录。找到扇区后,磁盘控制器必须在继续寻找下一个扇区之前对该扇区的信息进行后处理。如果是读数据,控制器计算此数据的ECC码,然后,把ECC码与已记录的ECC码相比较。如果是写数据,控制器计算出此数据的ECC码,与数据一起存储。在控制器对此扇区中的数据进行必要处理期间,磁盘继续旋转。由于对信息的后处理需要耗费一定的时间,在这段时间内,磁盘已转了相当的角度。

    交叉因子的确定是一个系统级的问题。一个特定硬盘驱动器的交叉因子取决于:磁盘控制器的速度、主板的时钟速度、与控制器相连的输出总线的操作速度等。如果磁盘的交叉因子值太高,就需多花一些时间等待数据在磁盘上存入和读出。如果交叉因子值太低,就会大大降低磁盘性能。

    前面已经述及,系统在磁盘上写入信息时,写满一个磁道后转到同一柱面的下一个磁头,当柱面写满时,再转向下一柱面。从同一柱面的一个磁道到另一个磁道,从一个柱面转到下一个柱面,每一个转换都需要时间,在此期间磁盘始终保持旋转,这就会带来一个问题:假定系统刚刚结束对一个磁道前一个扇区的写入,并且已经设置了最佳交叉因子比值,现在准备在下一磁道的第一扇区写入,这时,必须等到磁头转换好,让磁头部件重新准备定位在下一道上。如果这种操作占用的时间超过了一点,尽管是交叉存取,磁头仍会延迟到达。这个问题的解决办法是以原先磁道所在位置为基准,把新的磁道上全部扇区号移动约一个或几个扇区位置,这就是磁头扭斜。磁头扭斜可以理解为柱面与柱面之间的交叉因子,已由生产厂设置好,用户一般不用去改变它。磁头扭斜的更改比较困难,但是,它们只在文件很长、超过磁道结尾进行读出和写入时才发挥作用,所以,扭斜设置不正确所带来的时间损失比采用不正确的扇区交叉因子值带来的损失要小得多。交叉因子和磁头扭斜可用专用工具软件来测试和更改。更具体的内容这里就不再详述,毕竟现在很多用户都没有见过这些参数。

    扇区号存储在扇区头标中,扇区交叉因子和磁头扭斜的信息也存放在这里。最初,硬盘低级格式化程序只是行使有关磁盘控制器的专门职能来完成设置任务。由于这个过程可能破坏低级格式化的磁道上的全部数据,也极少采用。

    扇区交叉因子由写入到扇区头标中的数字设定,所以,每个磁道可以有自己的交叉因子。在大多数驱动器中,所有磁道都有相同的交叉因子。但有时因为操作上的原因,也可能导致各磁道有不同的扇区交叉因子。如在交叉因子重置程序工作时,由于断电或人为中断,就会造成一些磁道的交叉因子发生了改变,而另一些磁道的交叉因子没有改变。这种不一致性对计算机不会产生不利影响,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 硬盘的逻辑结构(3)

    1.4 硬盘的容量

    硬盘的容量由盘面数(磁头数)、柱面数和扇区数决定,其计算公式为:

    硬盘容量=盘面数×柱面数×扇区数×512字节

    关于硬盘容量的大小,经常有人感到迷惑,为什么同一块硬盘,有时显示40GB,有时却只有37GB,这主要是表示方法不标准造成的,如1MB到底代表1 000 000字节还是代表1 048 576字节。有些软件把1 000 000字节作为1MB,如DM等,硬盘上标称容量一般也按1MB1000000字节计算;而在另一些软件中,1MB1 048 576字节,如Fdisk等。一些书籍或报刊杂志上发表的论文,硬盘容量的单位也不统一,有以1 000 000字节为1MB的,也有把1 048 576字节作为1MB的。依据计算机表示数据的特点、数制的表示方式及计算机本身的发展,硬盘容量单位应该以2的多少次方表示比较符合实际情况,即以KBKilobyte),MBMegabyte),GBGigabyte),TBTerabyte),PBPetabyte),EBExabyte)为单位,各种单位之间的换算关系如下:

    1KB210 B1024 Byte

    1MB210 KB 220 B1048576 Byte

    1GB210 MB220 KB230 B =1073741824 Byte

    1TB210 GB220 MB230 KB240 B =1099511627776 Byte

    1PB210 TB220 GB230 MB240 KB =250 B =1125899906842624 Byte

    1EB210 PB220 TB230 GB240 MB =250 KB =260 B =152921504606846976 Byte

    1.5 数制与码制

    用数字量表示物理量的大小时,一位数码往往不够用。因而,必须用进位计数的方法组成多位数码使用。通常把多位数码中每一位的构成方法以及从低位到高位的进位规则称为数制。常用的数制有以下4种。

    1. 十进制

    十进制是日常生活和工作中最常使用的进位计数制。在这种进位计数制中,每一位有09十个数码,所以,计数的基数是10。超过9的数必须用多位数表示,其中低位数和相邻高位数之间的关系是逢十进一,故称为十进制。例如:

    143.75=1×102+4×101+3×100+7×10–1+5×10–2

    所以,任意一个正的十进制数D均可展开为:


    其中ki是第i位的系数,它可能是09十个数码中的任何一个。若整数部分的位数是n,小数部分的位数是m,则i包含从n–10的所有正整数和从–1–m的所有负整数。

    若以N取代式(1-1)中的10,即可得到任意进制(N进制)数展开式的普遍形式:


    式中i的取值范围与式(1-1)中的规定相同,N称为计数的基数,ki为第i位的系数,N i称为第i位的权。

    2. 二进制

    在数字电路中应用最广的是二进制。在二进制数中,每一位仅有01两个可能的数码,所以,计数基数为2。低位和相邻高位之间的进位关系是逢二进一,故得名二进制。

    根据式(1-2),任何一个二进制数均可展开为:


    例如:

    101.11=1×22+0×21+1×20+1×2–1+1×2–2

    3. 八进制

    在八进制数中,每一位用07这八个数码表示,所以,计数基数为8。低位与相邻高位之间的进位关系是逢八进一

    任何一个八进制数都可以按式(1-2)展开为:


    例如:

    37.41=3×81+7×80+4×8–1+1×8–2

    由于同一个数用八进制写出来的结果要比用二进制写出来的结果简单得多,而且二进制与八进制之间的互相转换又极为方便,所以,有时在书写计算机程序时使用八进制。

    4. 十六进制

    十六进制数的每一位有十六种可能的状态,分别用09A10),B11),C12),D13),E14)和F15)表示。因此,任意一个十六进制数均可展开为:


    例如:

    2A.7F=2×161+A×160+7×16–1+F×16–2

    =2×161+10×160+7×16–1+15×16–2

    由于目前在微型计算机中普遍采用八位和十六位二进制并行运算,而八位和十六位二进制数可以用两位和四位十六进制数表示,因而用十六进制符号书写程序十分方便。同时,十六进制数和二进制数之间的转换又非常简单,这就使得十六进制数的应用比八进制数更加广泛。

    有关各种数制间互相转换的方法在计算机原理课程中都有详细介绍,读者若有兴趣,请自行阅读有关书籍。对于数据恢复技术,数制是最基础的知识,所以,这里简要地介绍了一下。尤其是十六进制,因为很多操作都通过十六进制来完成。

    不同的数码不仅可以用来表示数量的不同,而且还能用来表示不同的事物。在后一种情况下,这些数码将不再表示数量大小的差别,而只是不同事物的代号,称为代码。

    为便于记忆和查找,在编制代码时总要遵循一定的规则,这些规则称为码制。

    例如,在用四位二进制数码表示一位十进制数的09这十个状态时,经常采用表1-1所示的编码规则。不难看出,如果把每一个代码都看做一个四位二进制数,各位的权依次为8421,那么,每个代码的数值恰好等于它所表示的十进制数的大小。因此,又将这种码制称做8421编码。

    在计算机系统中,提到的各种编号都是一种码制,这时的数字是序数,而不是基数,基数表示大小,序数只是一个代号,如主板有两个IDE接口,可接四个IDE设备,这里两个四个是基数,表示的是事物的多少或大小,而两个IDE接口标注为IDE 1IDE 2,所接的四个IDE设备分别称为Device 0123,这里的IDE 1IDE 2Device 0123就是序数,只是用数字来对事物进行区分,而不是用来表示事物的大小或多少。需要记住的是柱面和磁头从“0”开始编号,从柱面“0”到柱面“6”,共7个柱面,从磁头“0”到磁头“5”,共6个磁头,而扇区从“1”开始编号,从扇区“1”到扇区“63”,共63个扇区。

    1-1 8421代码的编码表

    十 进 制 数

    代码

    十 六 进 制

    D

    C

    B

    A

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    11

    12

    13

    14

    15

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    0

    0

    1

    1

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    0

    1

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    A

    B

    C

    D

    E

    F

    8

    4

    2

    1

     

     

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  • 拆解固态硬盘结构

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    前面几篇文章,主要围绕的是机械硬盘来说的。目前ssd目前应用也越来越广了,值得我们花精力琢磨琢磨。SSD硬盘是地地道道电子技术下的产品,因为不像机械硬盘IO时依赖两个耗时的机械轴...SSD的组成结构 机械硬盘和ss...
  • 硬盘逻辑结构

    2008-01-27 16:25:00
    硬盘逻辑结构 一、硬盘的物理结构: 硬盘存储数据是根据电、磁转换原理实现的。硬盘由一个或几个表面镀有磁性物质的金属或玻璃等物质盘片以及盘片两面所安装的磁头和相应的控制电路组成(图1),其中盘片和磁头密封...
  • 硬盘固件维修及数据恢复实战》是一本专业的硬盘固件维修与数据恢复实战用书,详细介绍了硬盘的物理机制、逻辑结构、固件组成、故障排查和数据恢复的基础知识,以及希捷、迈拓、西部数据和日立等主流厂商硬盘产品的...
  • 硬盘的物理结构 硬盘读写过程 寻址方式 CHS寻址 LBA寻址 硬盘的分区结构 MBR分区结构 0号扇区内容 扩展分区 GPT分区结构 文件系统 文件系统的定义 文件系统的结构 raid磁盘阵列技术 raid -0 raid -1 raid -5...
  • 机械硬盘内部硬件结构和工作原理详解

    万次阅读 多人点赞 2014-12-28 17:44:58
    一般硬盘正面贴有产品标签,主要包括厂家信息和产品信息,如商标、型号、序列号、...硬盘的内部结构通常是指盘体的内部结构;控制电路板上主要有硬盘BIOS、硬盘缓存(即CACHE)和主控制芯片等单元,如图1-2所示;硬盘
  • 数据结构——逻辑结构&物理结构的区别用法

    千次阅读 多人点赞 2020-02-10 17:00:13
    一:逻辑结构 A:集合结构 B:线性结构 C:树形结构 D:图形结构 二:物理结构 A:什么是数据 B:什么是存储器 按照视点的不同,可以把数据结构分为逻辑结构和物理结构: 基本的目标就是将数据及其逻辑关系存储...
  • 硬盘内部硬件结构和工作原理详解

    万次阅读 多人点赞 2018-05-07 09:19:26
    硬盘的外部物理结构 一般硬盘正面贴有产品标签,主要包括厂家信息和产品信息,如商标、型号、序列号、生产日期、容量、参数和主从设置方法等。这些信息是正确使用硬盘的基本依据,下面将逐步介绍它们的含义。 硬盘...
  • 操作系统的逻辑结构

    千次阅读 2020-08-01 20:16:16
    2-1 操作系统的逻辑结构 逻辑结构 OS的设计和实现思路 逻辑结构的种类 1.整体结构 2.层次式结构 3.微内核结构(客户/服务器结构,Client/Server) 操作系统作为一个大型软件,它的设计逻辑实现的思路,我们叫做...
  • 硬盘结构介绍

    千次阅读 2017-02-06 11:54:30
    硬盘问世至今已经过了56个年头,不管是容量、体积还是生产工艺都较之前有了重大革新和改进,但一直都保持了“温氏”的架构(固态硬盘除外,它不是我们今天的主角)。经过封装后的硬盘,对我们一般呈现出如下的样子:...
  • Oracle数据库的体系结构包括四个方面:数据库的物理结构、逻辑结构、内存结构及进程。  1. 物理结构   物理数据库结构是由构成数据库的操作系统文件所决定,Oracle数据库文件包括:  1.1.数据文件(Data File) ...
  • 硬盘物理结构

    2013-11-23 10:09:45
    硬盘物理结构 物理扇区号: 一般我们称CHS模式下的扇区号为物理扇区号, 扇区编号开始位置是1 逻辑扇区号: LBA下的编号, 扇区编号是从0开始. CHS模式转换到逻辑扇区号LBA 计算公式 LBA(逻辑扇区号)=磁头数 × 每...
  • 冯诺依曼结构概述

    千次阅读 多人点赞 2019-10-10 17:08:40
    程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置,因此程序指令和数据的宽度相同,数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则,即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机...
  • 机械硬盘结构和工作原理

    千次阅读 2019-03-11 13:08:45
    硬盘的外部物理结构 一般硬盘正面贴有产品标签,主要包括厂家信息和产品信息,如商标、型号、序列号、生产日期、容量、参数和主从设置方法等。这些信息是正确使用硬盘的基本依据,下面将逐步介绍它们的含义。 硬盘...
  • 数据结构绪论-逻辑结构与物理结构

    千次阅读 2017-02-21 21:42:26
    , 我们把数据结构分为逻辑结构和物理结构。 1.5 . 1 逻辑结构 逻辑结构:是指数据对象中数据元素之间的相互关系。其实这也是我们今后最需要关注的问题。 逻辑结构分为以下四种 : 1. 集合结构 集合结构:集合结构中的...
  • 从机械硬盘和固态硬盘结构来看IO

    万次阅读 多人点赞 2021-11-16 08:54:14
    我们在优化某个业务逻辑的时候,经常需要用到缓存,尽量让热数据都从缓存里读取,因为我们知道磁盘是缓慢的,特别在高并发的场景下,我们要保证极少的请求走磁盘IO。不知道你有没有思考过以下问题: 机械硬盘为...
  • 硬盘物理结构详细说明

    千次阅读 2017-08-31 12:31:04
    硬盘的DOS管理结构  1.磁道,扇区,柱面和磁头数  硬盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片,不同容量硬盘的盘片数不等。每个盘片有两面,都可记录信息。盘片被分成许多扇形的区 域...
  • 数据结构面试题

    千次阅读 多人点赞 2018-01-22 10:21:28
    数据结构面试题 1.数据结构与算法常见笔试题    第一章 数据结构与算法 一.算法的基本概念 计算机解题的过程实际上是在实施某种算法,这种算法称为计算机算法。 1.算法的基本特征:可行...
  • Linux 硬盘结构

    千次阅读 2017-11-09 10:22:18
    机械硬盘逻辑结构 我们已经知道数据是写入磁盘盘片的,那么数据是按照什么结构写入的呢?机械硬盘逻辑结构主要分为磁道、扇区和拄面。我们来看看图 : 什么是磁道呢?每个盘片都在逻辑上有很多的同心圆,最外面...

空空如也

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硬盘的逻辑结构