单元11 磁盘分区与格式化

11.1.1 数据的记录格式
硬盘分区后，将会被划分为面（Side）、磁道（Track）和扇区（Se ctor）。需要注意的是，这些只是虚拟的概念，并不是真正在硬盘上划 轨道。
只要指定磁头、柱面、扇区这三个数据，就可以确定数据的位置。
（1）面（Side）。硬盘一般是由一片或几片圆形碟片叠加而成的， 每个碟片有两个面，按照面的多少，依次称为 0面、1面、2面……由于 每个面都有一个专门的读写磁头，依次称为0头（head）、1头……所 以我们一般以磁头号代表面。 （2）磁道（Track）。磁盘是旋转的，连续写入的数据是排列在一 个圆周上的，这样的圆周为一个磁道。磁道从碟片的最外侧开始，由外 向里排列。磁盘上的扇区如图11-2所示。
从表中我们可以看出，在分区大小相同的情况下，NTFS 格式的簇大小要比 FAT 格式的簇小得多， 特别是当分区容量达到 8GB 及以上时， NTFS 格式的簇大 小保持不变，始终为 4KB。因此，使用 NTFS 格式更能节省空间。
11.1.3 分区格式与簇的大小
3．轻松查看簇大小 （1）用Chkdsk查看簇大小。在Windows操作系统中，可以使用Ch kdsk命令查看硬盘分区的簇大小。例如在Windows XP下查看C盘的簇 大小，可以单击“开始”→“运行”，键入“CMD”后回车，再键入 “C:”后回车，输入“Chkdsk”后回车，稍候片刻，从它的分析结果 中就可以得到C盘的簇大小，不过在分析结果中，簇称为“分配单元” 或“Allocation unit”。用Chkdsk查看硬盘分区的簇大小如图11-3所示。 （2）用Partition Magic磁盘工具查看簇大小。很多磁盘工具都具备 磁盘信息显示功能。例如在Partition Magic中，选择要查看的磁盘分区， 然后单击右键选择“高级”→“调整簇大小”功能，即可从显示的对话 框中看到该磁盘当前设置的簇大小。用Partition Magic磁盘工具查看簇 大小如图4所示。 （3）手工查看。手动创建一个100字节以下的文本文档。然后将该 文件复制到欲查看簇大小的磁盘分区中，在Windows下显示该文件的属 性，其中“所占空间”处显示的数值就是簇大小。
11.1.2 磁盘分区格式
所谓磁盘分区格式指的是文件命名、存储和组织的总 体结构，即通常所说的文件系统格式。 不同的操作系统，其所支持的分区格式也不一样。例 如MS-DOS使用FAT16文件系统，默认情况下Windows 98也使用 FAT16，Windows 98和Me可以同时支持FAT1 6、FAT32两种文件系统，Windows NT则支持FAT16、 NTFS两种文件系统，Windows 2000可以支持FAT16、F AT32、NTFS三种文件系统，Linux则可以支持多种文件 系统。下面就Windows系统支持的三种文件系统进行介 绍。
11.1.1 数据的记录格式
（3）柱面（Cylinder）。各面磁道号相同的磁道合起来，构成一个柱 形，就称为一个柱面。 （4）扇区（Sector）。一个磁道上可以容纳千字节的数据，而主机往 往并不需要一次读写那么多，于是，磁道又被划分成若干段，每段称为一个 扇区。一个扇区一般存放512字节的数据。扇区也需要编号，同一磁道中的 扇区，分别称为1扇区、2扇区……磁盘上的扇区如图11-2所示。。 （5）簇（Cluster）。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1、2、4、8、16、 32或64个扇区。
11.1.3 分区格式与簇的大小
显然，在这两种情况中，文件的实际大小没有变化，但它在不同 分区上所占的空间却有变化。事实上，只要我们明白了文件在磁盘 上的存储机制后，就不难理解上述两种情况了。文件的大小就是文 件内容实际具有的字节数，它以Byte为单位，只要文件内容和格式 不发生变化，文件大小就不会发生变化。但文件在磁盘上所占的空 间却不是以Byte为衡量单位的，它最小的计量单位是簇。 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，因此文件占用的空间只能是簇的 整数倍。如果文件的实际大小小于1簇，它也要占1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——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。
11.1.3 分区格式与簇的大小
图 11-3
用 Chkdsk 查看硬盘分区的簇大小
图 11-4
查看磁盘的簇大小
11.2 磁盘存储的逻辑结构
一个完整硬盘的数据应该包括5部分：MBR、DBR、FAT、 DIR和DATA区。磁盘存储的逻辑结构如图11-5所示。
图 11-5 磁盘存储的逻辑结构
11.2 磁盘存储的逻辑结构
11.1.2 磁盘分区格式
1．FAT16 FAT16采用16位的文件分配表，支持的最大分区为2GB。 这种分区格式有一个最大的缺点，就是硬盘的实际利用 率低。因为在DOS和Windows系统中，磁盘文件的分配 是以簇为单位的，不管这个文件占用整个簇的容量是多 少，一个簇只分配给一个文件使用。每簇的大小由硬盘 分区的大小来决定，分区越大，簇就越大，造成的浪费 也越大。为了克服FAT16的这个弱点，微软公司在Win 9 5操作系统中推出了一种全新的磁盘分区格式——FAT32。
1．MBR（Main Boot Record）主引导记录区 MBR（Main Boot Record）即主引导记录区，如图11-6 所示，它位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区，包括硬盘引 导程序和分区表。 （1）主引导记录的主要作用。主引导记录的主要作用有 三个：一是检查分区表是否正确；二是在系统硬件完成 自检以后，引导具有激活标志的分区上的操作系统；三 是将控制权交给启动程序。 这里需要强调的是，在分好区后，必须激活系统分区， 否则系统加载之后还是无法启动操作系统。例如，使用 常见的FDISK分区工具分区后，系统分区需要用第2项— —激活分区。FDISK分区如图11-7所示。
11.2 磁盘存储的逻辑结构
图 11-6
主引导记录区
图 11-7
FDISK 分区
11.2 磁盘存储的逻辑结构
（2）产生扩展分区和逻辑分区的原因。DOS和FAT文 件系统最初都支持在一块硬盘上建立最多24个分区，分 别使用从C到Z共24个驱动器盘符。 磁盘的组织形式如图11-8所示，主引导记录中的分区 表最多只能包含4个分区信息，为了有效地解决这个问题， 系统允许用户创建一个扩展分区，并且在扩展分区内建 立最多23个逻辑分区，每个分区都获得一个盘符，可以 被计算机作为独立的物理设备使用。关于逻辑分区的信 息都被保存在扩展分区内，而主分区和扩展分区的信息 被保存在硬盘的MBR内。也就是说，无论硬盘有多少个 分区，其主启动记录中只包含主分区和扩展分区的信息。
11.1.3 分区格式与簇的大小
2．分区格式与簇大小
在上面的案例中，同一个文件在不同磁盘分区上所占的空间大小 不一样，这是因为不同分区簇的大小是不一样的。簇的大小主要由 磁盘的分区格式和容量大小决定。例如，软盘采用FAT分区，容量 为1.44MB，簇大小为512 Byte（一个扇区）；C盘采用FAT 32分区， 容量为4.87GB，簇大小为8KB；D盘采用FAT 32分区，容量为32.3 GB，簇大小为32KB。计算文件所占空间时，可以用如下公式： 簇数＝取整（文件大小/簇大小）+1 所占空间＝簇数×磁盘簇大小 簇的大小直接影响到空间的使用，所以从理论上来说，簇越小空 间的浪费就越小。但簇越小读取速度越慢，所以建议用Windows默 认值，NTFS用4K/簇，FAT32用8K/簇。当然也不能把非常大的分区 的簇设定太小，这样不仅影响读写速度，而且还容易产生文件碎片。 按照分区功能设定簇大小是分区的高级技巧了。分区大小、分区格 式与簇的大小的关系如表11-1所示。
11.2 磁盘存储的逻辑结构
图11-8 磁盘的组织形式
11.2 磁盘存储的逻辑结构
2．DBR（DOS Boot Record）操作系统引导记录区
计算机组装与维护
单元11 磁盘分区与格式化
教学目标 本单元将介绍磁盘存储数据的格式和磁盘存储的逻辑结构，重 点讨论与计算机硬盘管理和维护相关的知识，要求学生通过学 习能熟练使用几种常用分区工具，能够及时准确地处理在日常 工作和生活中遇到的硬盘分区问题。
11.1 磁盘存储数据的格式
在安装操作系统之前，首先需要对硬盘进行分区和格 式化，然后才能使用硬盘保存各种信息。从实质上说分 区就是对硬盘的一种格式化。创建分区前就设置好硬盘 的各项物理参数，指定硬盘主引导记录（Master Boot R ecord，MBR）及其备份的存放位置。而文件系统及其他 操作系统管理硬盘所需要的信息，则是通过以后的高级 格式化来实现。
图 11-1
磁盘上的磁道
图 11-2
磁盘上的扇区
11.1.1 数据的记录格式
簇是操作系统所使用的逻辑概念，而非磁盘的物理特 性。文件在磁盘上以簇为单位存放，簇是操作系统读写 文件的基本单位，一个文件至少占一个簇。 一个簇的大小，对于软盘来说是固定的，正好等于一 个扇区（512字节）；对于硬盘来说则是依硬盘的分区大 小和类型而定，一般来说分区越大这个分区的簇也越大。 如果把只有一个字节长度的文件保存到这样的分区中， 则这个文件也要占用一个簇的磁盘空间。也就是说簇大 的话，会浪费磁盘空间，但可以在一定程度上提高磁盘 读写性能。
11.1.3 分区格式与簇的大小
1．“文件大小”与“所占空间”的差别
为了便于理解，我们先来看两个例子。 （1）C盘的簇的大小为4KB，在C盘建立一个文本文 件“test.txt”，其内容仅有“test”四个字母。用鼠标右 键单击该文件，选择“属性”，打开“属性”对话框， 可以看到，该文件的实际大小为4 Byte（字节），但它所 占用的空间却为4K Byte，两者相差很大。 （2）同样是该文件，如果将它复制到另一个簇的大 小为2KB的分区中，会发现该文件的实际大小为4 B，但 它所占用的空间却为2KB。