硬盘 结构 原理 磁道,扇区和柱面图示.doc

硬盘 结构 原理 磁道,扇区和柱面图示 文章分类:大众硬件 们知道硬盘中是由一片片的磁盘组成的,大家可能没有打开过硬盘,没见过它具体是什么样.不过这不要紧.我们只要理解了什么是磁道,扇区和柱面就够了.在下图中,我们可以看到一圈圈被分成 18(假设)等分的同心圆,这些同心圆就是磁道(见图).不过真打开硬盘你可看不到.它实际上是被磁头磁化的同心圆.如图可以说是被放大了的磁盘片.那么扇区就是每一个磁道中被分成若干等分的区域.相邻磁道是有间隔的,这是因为磁化单元太近会产生干扰.一个小软盘有 80 个磁道,硬盘嘛要远远大于此值,有成千上万的磁道.每个柱面包括 512 个字节那么什么是柱面呢?看下图,我们假设它只有 3 片.每一片中的磁道数是相等的.从外圈开始,磁道被分成 0 磁道,1 磁道,2 磁道......具有相同磁道编号的同心圆组成柱面,那么这柱面就像一个没了底的铁桶.哈哈,这么一说,你也知道了,柱面数就是磁盘上的磁道数.每个磁面都有自己的磁头.也就是说,磁面数等于磁头数.硬盘的容量=柱面数(CYLINDER)*磁头数(HEAD)*扇区数(SECTOR)*512B. 这下你也可以计算硬盘的一些参数了.什么是簇？ 文件系统是操作系统与驱动器之间的接口，当操作系统请求从硬盘里读取一个文件时，会请求相应的文件系统（FAT 16/32/NTFS）打开文件。

扇区是磁盘最小的物理存储单元，但由于操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个簇，然后再对簇进行管理每个簇可以包括 2、4、8、16、32 或 64 个扇区显然，簇是操作系统所使用的逻辑概念，而非磁盘的物理特性 为了更好地管理磁盘空间和更高效地从硬盘读取数据，操作系统规定一个簇中只能放置一个文件的内容，因此文件所占用的空间，只能是簇的整数倍；而如果文件实际大小小于一簇，它也要占一簇的空间所以，一般情况下文件所占空间要略大于文件的实际大小，只有在少数情况下，即文件的实际大小恰好是簇的整数倍时，文件的实际大小才会与所占空间完全一致硬盘的 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，每个区域叫一个扇区，每个扇区可存储 128×2 的 N 次方（N＝0.1.2.3）字节信息在 DOS 中每扇区是 128×2 的 2 次方＝512 字节，盘片表面上以盘片中心为圆心，不同半径的同心圆称为磁道硬盘中，不同盘片相同半径的磁道所组成的圆柱称为柱面。

磁道与柱面都是表示不同半径的圆，在许多场合，磁道和柱面可以互换使用，我们知道，每个磁盘有两个面，每个面都有一个磁头，习惯用磁头号来区分扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本参数，帮这些参数可以得到硬盘的容量，基计算公式为： 存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数 要点：（1）硬盘有数个盘片，每盘片两个面，每个面一个磁头 （2）盘片被划分为多个扇形区域即扇区 （3）同一盘片不同半径的同心圆为磁道 （4）不同盘片相同半径构成的圆柱面即柱面 （5）公式：　存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数 （6）信息记录可表示为：××磁道（柱面），××磁头，××扇区 2.簇 “簇”是 DOS 进行分配的最小单位当创建一个很小的文件时，如是一个字节，则它在磁盘上并不是只占一个字节的空间，而是占有整个一簇DOS 视不同的存储介质（如软盘，硬盘），不同容量的硬盘，簇的大小也不一样簇的大小可在称为磁盘参数块（BPB）中获取簇的概念仅适用于数据区 本点：（1）“簇”是 DOS 进行分配的最小单位 （2）不同的存储介质，不同容量的硬盘，不同的 DOS 版本，簇的大小也不一样。

（3）簇的概念仅适用于数据区 3.扇区编号定义：绝对扇区与 DOS 扇区 由前面介绍可知，我们可以用柱面/磁头/扇区来唯一定位磁盘上每一个区域，或是说柱面/磁头/扇区与磁盘上每一个扇区有一一对应关系，通常 DOS 将“柱面/磁头/扇区”这样表示法称为“绝对扇区”表示法但 DOS 不能直接使用绝对扇区进行磁盘上的信息管理，而是用所谓“相对扇区”或“DOS 扇区”相对扇区”只是一个数字，如柱面 140，磁头 3，扇区 4 对应的相对扇区号为2757该数字与绝对扇区“柱面/磁头/扇区”具有一一对应关系当使用相对扇区编号时，DOS 是从柱面 0，磁头 1，扇区 1 开始（注：柱面 0，磁头 0，扇区 1 没有 DOS 扇区编号，DOS 下不能访问，只能调用 BIOS 访问），第一个 DOS扇区编号为 0，该磁道上剩余的扇区编号为 1 到 16（设每磁道 17 个扇区），然后是磁头号为 2，柱面为 0 的 17 个扇区，形成的 DOS 扇区号从 17 到 33直到该柱面的所有磁头然后再移到柱面 1，磁头 1，扇区 1 继续进行 DOS 扇区的编号，即按扇区号，磁头号，柱面号（磁道号）增长的顺序连续地分配 DOS 扇区号。

公式：记 DH－－第一个 DOS 扇区的磁头号 DC－－第一个 DOS 扇区的柱面号 DS－－第一个 DOS 扇区的扇区号 NS－－每磁道扇区数 NH－－磁盘总的磁头数 则某扇区（柱面 C，磁头 H，扇区 S）的相对扇区号 RS 为： RS＝NH×NS×（C－DC）＋NS×（H－DH）＋（S－DS） 若已知 RS，DC，DH，DS，NS 和 NH 则 S＝（RS　MOD　NS）＋DS H＝（（RS　DIV　NS）MOD　NH）＋DH C＝（（RS　DIV　NS）DIV　NH）＋DC 要点：（1）以柱面/磁头/扇区表示的为绝对扇区又称物理磁盘地址 （2）单一数字表示的为相对扇区或 DOS 扇区，又称逻辑扇区号 （3）相对扇区与绝对扇区的转换公式 4.DOS 磁盘区域的划分 格式化好的硬盘，整个磁盘按所记录数据的作用不同可分为主引导记录（MBR:Main Boot Record），Dos 引导记录（DBR:Dos Boot Record），文件分配表（FAT:File Assign Table），根目录（BD:Boot Directory）和数据区前 5 个重要信息在磁盘的外磁道上，原因是外圈周长总大于内圈周长，也即外圈存储密度要小些，可靠性高些。

要点：（1）整个硬盘可分为 MBR，DBR，FAT，BD 和数据区 （2）MBR，DBR，FAT，和 BD 位于磁盘外道 5.MBR MBR 位于硬盘第一个物理扇区（绝对扇区）柱面 0，磁头 0，扇区 1 处由于 DOS 是由柱面 0，磁头 1，扇区 1 开始，故 MBR 不属于 DOS 扇区，DOS 不能直接访问MBR 中包含硬盘的主引导程序和硬盘分区表分区表有 4 个分区记录区记录区就是记录有关分区信息的一张表它从主引导记录偏移地址 01BEH处连续存放，每个分区记录区占 16 个字节 分区表的格式 分区表项的偏移 意义 　　占用字节数 00 引导指示符 1B 01 分区引导记录的磁头号 1B 02 分区引导记录的扇区和柱面号 2B 04 系统指示符 1B 05 分区结束磁头号 1B 06 分区结束扇区和柱面号 2B 08 分区前面的扇区数 4B 0C 分区中总的扇区数 4B 4 个分区中只能有 1 个活跃分区，即 C 盘标志符是 80H 在分区表的第一个字节处若是 00H 则表示非活跃分区例如： 80　01　01　00　0B FE 3F 81 3F 00 00 00 C3 DD 1F 00 00 00 01 82 05 FE BF 0C 02 DE 1F 00 0E 90 61 00 00　00　00　00　00　00　00　 00　00　00　00　00　00　00　00　00 00　00　00　00　00　00　00　00　00　00　00　00　00　00 　00　00 要点：（1）MBR 位于硬盘第一个物理扇区柱面 0，磁头 0，扇区 1 处。

不属于DOS 扇区， （2）主引导记录分为硬盘的主引导程序和硬盘分区表 6.DBR DBR 位于柱面 0，磁头 1，扇区 1，即逻辑扇区 0DBR 分为两部分：DOS 引导程序和 BPB（BIOS 参数块）其中 DOS 引导程序完成 DOS 系统文件（IO.SYS，MSDOS.SYS）的定位与装载，而 BPB 用来描述本 DOS 分区的磁盘信息，BPB 位于 DBR 偏移 0BH 处，共 13 字节它包含逻辑格式化时使用的参数，可供 DOS 计算磁盘上的文件分配表，目录区和数据区的起始地址，BPB 之后三个字提供物理格式化（低格）时采用的一些参数引导程序或设备驱动程序根据这些信息将磁盘逻辑地址（DOS 扇区号）转换成物理地址（绝对扇区号）BPB 格式 序号 偏移地址 意义 1 03H－0AH OEM 号 2 0BH－0CH 每扇区字节数 3 0DH 每簇扇区数 4 0EH－0FH 保留扇区数 5 10H FAT 备份数 6 11H－12H 根目录项数 7 13H－14H 磁盘总扇区数 8 15H 描述介质 9 16H－17H 每 FAT 扇区数 10 18H－19H 每磁道扇区数 11 1AH－1BH 磁头数 12 1CH－1FH 特殊隐含扇区数 13 20H－23H 总扇区数 14 24H－25H 物理驱动器数 15 26H 扩展引导签证 16 27H－2AH 卷系列号 17 2BH－35H 卷标号 18 36H－3DH 文件系统号 DOS 引导记录公式： 文件分配表≡保留扇区数 根目录≡保留扇区数＋FAT 的个数×每个 FAT 的扇区数 数据区≡根目录逻辑扇区号＋（32×根目录中目录项数＋（每扇区字节数－1））DIV 每扇区字节数 绝对扇区号 ≡逻辑扇区号＋隐含扇区数 扇区号≡（绝对扇区号 MOD 每磁道扇区数）＋1 磁头号≡（绝对扇区号 DIV 每磁道扇区数）MOD 磁头数 磁道号≡（绝对扇区号 DIV 每磁道扇区数）DIV 磁头数 要点：（1）DBR 位于柱面 0，磁头 1，扇区 1，其逻辑扇区号为 0 （2）DBR 包含 DOS 引导程序和 BPB。

（3）BPB 十分重要，由此可算出逻辑地址与物理地址 7.文件分配表 文件分配表是 DOS 文件组织结构的主要组成部分我们知道 DOS 进行分配的最基本单位是簇文件分配表是反映硬盘上所有簇的使用情况，通过查文件分配表可以得知任一簇的使用情况DOS 在给一个文件分配空间时总先扫描FAT，找到第一个可用簇，将该空间分配给文件，并将该簇的簇号填到目录的相应段内即形成了“簇号链”FAT 就是记录文件簇号的一张表FAT 的头两个域为保留域，对 FAT12 来说是 3 个字节，FAT 来说是 4 个字节其中头一个字节是用来描述介质的，其余字节为 FFH 介质格式与 BPB 相同 第一个字节的 8 位意义： 7　6　5　4　3　２　１ ０ └─────-┘ │ │ │┌0 非双面 置 1 │ │ └┤ │ │ └1 双面 │ │┌0 不是 8 扇区 │ └┤ │ └1 是 8 扇区 │┌0 不是可换的 └┤ └1 是可换的 FAT 结构含义 FAT12 FAT16 意义 000H 0000H 可用 FF0H－FF6H FFF0H－FFF6H 保留 FF7H FFF7H 坏 FF8H－FFFH FFF8H－FFFFH 文件最后一个簇 ×××H ××××H 文件下一个簇 对于 FAT16，簇号×2 作偏移地址，从 FAT 中取出一字即为 FAT 中的域。

逻辑扇区号＝数据区起始逻辑扇区号＋（簇号－2）×每簇扇区数 簇号＝（逻辑扇区号－数据区起始逻辑扇区号）DIV 每簇扇区数＋2 要点：（1）FAT 反映硬盘上所有簇的使用情况，它记录了文件在硬盘中具体位置（簇） （2）文件第一。