硬盘数据组织结构

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硬盘主引导记录(MBR)及其结构详解

硬盘主引导记录(MBR)及其结构详解硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区，FDISK程序写到该扇区的内容称为主引导记录（MBR）。

该记录占用512个字节，它用语硬盘启动时将系统控制权交给用户指定的，并在分区表中登记了的某个操作系统区。

1.MBR的读取硬盘的引导记录（MBR）是不属于任何一个操作系统，也不能用操作系统提供的磁盘操作命令来读取它。

但我们可以用ROM-BIOS中提供的INT13H的2号功能来读出该扇区的内容，也可用软件工具Norton8.0中的DISKEDIT.EXE来读取。

用INT13H的读磁盘扇区功能的调用参数如下：入口参数：AH=2 （指定功能号）AL=要读取的扇区数DL=磁盘号（0、1-软盘；80、81-硬盘）DH=磁头号CL高2位+CH=柱面号CL低6位=扇区号CS:BX=存放读取数据的内存缓冲地址出口参数：CS:BX=读取数据存放地址错误信息：如果出错CF=1 AH=错误代码用DEBUG读取位于硬盘0柱面、0磁头、1扇区的操作如下：A>DEBUG-A 100XXXX:XXXX MOV AX,0201 （用功能号2读1个扇区）XXXX:XXXX MOV BX,1000 （把读出的数据放入缓冲区的地址为CS:1000）XXXX:XXXX MOV CX,0001 （读0柱面，1扇区）XXXX:XXXX MOV DX,0080 （指定第一物理盘的0磁头）XXXX:XXXX INT 13XXXX:XXXX INT 3XXXX:XXXX （按回车键）-G=100 （执行以上程序段）-D 1000 11FF （显示512字节的MBR 内容）2.MBR 的组成一个扇区的硬盘主引导记录MBR 由如图6-15所示的4个部分组成。

·主引导程序（偏移地址0000H--0088H ），它负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序。

·出错信息数据区，偏移地址0089H--00E1H 为出错信息，00E2H--01BDH 全为0字节。

外存储器

基于DRAM的固态硬盘：采用DRAM作为存储介质，它仿效传统硬盘的设计，它是一种高性能的存储器，而且使用寿命很长，美中不足的是需要独立电源来保护数据安全。DRAM固态硬盘属于比较非主流的设备，主要用于服务器中。
第五章外存储器
5.1.5 固态硬盘（SSD）
优点：读写速度快：采用闪存作为存储介质，读取速度相对机械硬盘更快。固态硬盘不用磁头，寻道时间几乎为0。固态硬盘的快绝不仅仅体现在持续读写上，随机读写速度快才是固态硬盘的终极特色，这最直接体现在绝大部分的日常操作中。最常见的 7200转机械硬盘的寻道时间一般为12-14毫秒，而SSD可达到0.1 毫秒甚至更低。
第五章外存储器
5.2.4
1．保持光驱、光盘清洁；
2．定期清洁保养激光头； 3．保持光驱水平放置；
光驱的维护
4．养成关机前及时取盘的习惯； 5．减少光驱的工作时间； 6．少用盗版光盘，多用正版光盘； 7．正确开关盘盒； 8．利用程序进行开关盘盒；
9．谨慎小心维修；
10．尽量少放影碟；
第五章外存储器
固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（FLASH芯片）作为存储介质，另外一种是采用DRAM 作为存储介质。
第五章外存储器
5.1.5 固态硬盘（SSD）
基于闪存类基于闪存的固态硬盘：采用FLASH芯片作为存储介质，这也是通常所说的SSD。它的外观可以被制作成多种模样，例如：笔记本硬盘、微硬盘、存储卡、U盘等样式。这种SSD固态硬盘最大的优点就是可以移动，而且数据保护不受电源控制，能适应于各种环境，但是使用年限不高，适合于个人用户使用。基于DRAM类
第五章外存储器
5.4.2 软盘驱动器
1976年世界上第一台5.25英寸软盘驱动器由Shugart Assaciates公司为IBM的大型机研发成功，1980年索尼公司推出了3.5英寸软驱，1.44MB、125KB/s传输速度、300rpm转速、容易损坏。

FAT16磁盘数据结构分析

节，所以 FAT16 最大可以管理 2GB 字节的空间。FAT16 系统有从 10000H 时，该值为 0。
0002H 到 FFEFH 个可用簇号(FFF0H 到 FFFFH 另有定义,用来表示
每个 FAT 分区所占扇区数：FATSz16=242。对 FAT32 此值为0；
坏簇，文件结束簇等)，允许每一逻辑盘的数据区最多不超过 FFEDH
Block)，此扇区包含有磁盘的重要信息，是掌握 FAT 结构的关键。这
目录项所占的扇区数与有多少个目录项有关，它将占有（目录项
个扇区又叫做保留扇区、或 0 扇区。
*32/ 每扇区字节数 +1）个扇区。
保留扇区中引导记录占据 512byte ，其中 MBR （Mas ter Boot
0x0~ 0x7 字节记录文件的主文件名，0x8~ 0xA 记录文件的扩展
的，第二个 FAT 表是第一个
节），总共占据512 个字节的空间，另外还有一部分没有用的空间。根
FAT 表的备份。FAT 如此重
据主引导记录，某磁盘的具体数据如下：
要，保存两个以便第一个损坏
每扇区字节数（Bytes per s ector）：Byts PerSec=0200H=512 字
时，还有第二个可用。文件系
信息技术
FAT16 磁盘数据结构分析
司新生（鹤壁职业技术学院）
摘要：本文以某一 FAT 格式的电子盘数据为依据，对 FAT16 文件系统放。FAT 表对应项中记录着它所代表的簇的信息：如本簇是否被占
的四个区的组织结构、偏移地址及各字段的含义进行了分析。根据根目录项内容与 FAT 表项中的数据就可精确定位文件（或文件夹）在磁盘中的具体位置，从而找到该文件的内容。

常见硬盘数据恢复的思想与方法

的。格式化操作可以使用ＦＯＲＭＡＴ命令，或其他的分区、格式除，只是在其它地方做了标记，改变了状态。每个分区的０扇区
化工具等。也可以在Ｗｉｎｄｏｗｓ系统的安装或磁盘管理中完成。记录了这个分区的文件系统信息。当数据丢失确定活动分区号，并读出相应操作可以对ＺＩＰ文件及微软的Ｏｆｉｆｃｅ系列文档进行修复，其界面如
系统的引导记录：第四，检查操作系统引导记录的正确性，ＤＯＳ
引导扇区末尾存在着一爪‘ ‘ ５５ＡＡ’ ，Ｈ标志，供引导程序识别；第五，把操作系统的引导记录调入内存加以执行，操作系统就此
致，主要完成的任务是：第一，存放硬盘分区表，这是硬盘正确据，被破坏的硬盘中像丢失的引导记录、Ｂ１０Ｓ参数数据块、分读写的关键数据；第二，检查硬盘分区的正确性，要求只能且必区表、ＦＡＴ表、引导区都可以由它来恢复。另外，应用该软件还
开始启动。（２）分区表。传统的分区方案是将分区信息保存到磁
盘的第一个扇区中的６４个字节中，每个分区项占用ｌ６个字
节，这ｌ６个字节中存有活动状态标志、文件系统标识、起止柱面号、磁头号、扇区号、隐含扇区数目、分区总扇区数目等内容。

浅析硬盘故障完全处理

中图分类号：Ｐ０ ห้องสมุดไป่ตู้ ；Ｐ３．５文献标识码：文章编号：０９—３４（０２００５ — ６Ｔ３６３Ｔ３３３Ｂ１０８２２１）４— ０１０
ＤｉｃｓｏｏｓｕｓｉｎｎＨＤＤｉｅＣｏｐｅｅｙＰｒｃｓｉＦａｌｍｌｔｌｏｅｓｎｇｕｒ
ｔｎ，ｔｅｈｒｉｌａｐａａｅｙｏｕｔ，ｕｈａｈｍｅｇｎｅｏａｅｔｒ，ｔｅｍａｔｒｂｏｅｏｄｄｍａｅａｇｅｉｓｈａｄｄｓｗｉｐｅｒａｖｒｔｆａｌｓｃｓｔｅｅｒｅｃｆｂｄｓｃｏｓｈｓｏｔｃｒａｇ，ｄｍａｅｔｔｏｋｌｉｆｓｅｒｏｈｐｒｉｏａｌ．Ｔｅｈｒｉｋｆｉｒｌｙａｓｓｔｅｓｓｅｔｌｌｗｌ，ｆｅｕｎｒｓｅｒｄｔｏｓｖｎｃｕｅｈｏｕｅａｔｎｔｂｅｈａｄｄｓａｌｅａｗａｓｃｕｅｈｙｔｍ１ｎｓｔｉｕｏｘｏｙｒｑｅｔｃａｈｓｏａａｌｓ，ｅｅａｓｓｔｅｃｍｐｔｒｄｅｏｔｒ．ｈｒｆｒ，ｗｅｎｅｐｒｐａｅｐｏｅｓｎｔｏｏｓｌｅｔｅｖｒｕａｄｄｓａｌｒ．ｏｓｎｔｓａｔＴｅｅｏｅｅｄａｐｏｒｔｒｃｓｉｇｍｅｈｄｔｏｖａｉｓｈｒｉｋｆｉｅｉｈｏｕ
引导扇区、作系统引导记录（Ｂ、件分配表操ＤＲ）文（Ａ）文件目录表（Ｄ）ＦＴ、ＦＴ和用户数据区（ＡＡ）ＤＴ。

低级格式化..

数据恢复技术
二、对硬盘进行低级格式化 1、低级格式化的主要功能硬盘低级格式化（low level format）简称低格，也称硬盘物理格式化（ physical format）。它的作用是检测硬盘磁介质，划分磁道，为每个磁道划分扇区，并根据用户选定的交叉因子（Interleave）安排扇区在磁道中的排列顺序等。概括地说，硬盘低级格式化主要完成以下几项功能： ① 测试硬盘介质； ② 为硬盘划分磁道； ③ 为硬盘的每个磁道按指定的交叉因子间隔安排扇区； ④ 将扇区 ID 放置到每个磁道上，完成对扇区的设置； ⑤ 对磁盘表面进行测试，对已损坏的磁道和扇区做“坏”标记； ⑥ 给硬盘中的每个扇区写入某一 ASCII码字符。
一块硬盘，就是所有容量都划分给一个分区，也要显式地进行这个操作来指定。所以，对硬盘做完低级格式化后，必须进行分区操作，通过分区来完成主引导记录的写入。也正是这个原因，很多独立发行的低级格式化软件，也同时是一个分区软件，可以完成硬盘分区功能，如DM软件等。
数据恢复技术
三、对硬盘进行分区
硬盘分区：针对微软的操作系统（主要是DOS/WINDOWS）在进行硬盘分区时，首要考虑的问题是分几个区，各分区的容量及扩展分区中的逻辑盘的大小如何确定，以及各分区或逻辑盘采用什么格式等问题。 1）分区格式的选择针对微软的操作系统（DOS或WINDOWS），常见的分区格式主要包括：FAT 16、FAT 32、NTFS以及exFAT（Extended File Allocation Table, 扩展的FAT，又被称为FAT64）等等。 FAT 16采用16位的空间分配表，最大可以支持2GB的磁盘分区，而且此时簇大小为32KB。该分区格式主要用于DOS操作系统，绝大多数的操作系统能使用（兼容）这种分区。目前，容量小于2GB的Flash盘（包括SD卡等）都在使用，但是，对于大容量的硬盘基本不再使用了。

FAT文件系统的组织结构

ＦＡＴ文件系统的组织结构１．　软盘数据的逻辑存储　软盘无须低级格式化和分区操作，只需用ＦＯＲＭＡＴ命令做高级格式化即可。

经过格式化操作之　后，系统将在软磁盘上建立以下的数据结构：　（１）　引导记录（ＤＢＲ）：位于０面０道１扇区，说明磁盘结构信息。

　（２）　文件分配表（ＦＡＴ）：用于记录磁盘空间的分配情况，指示硬盘数据信息存　放的柱面及扇区的信息指针。

其表项可以是以下四种表示方式之一：　Ａ．一个数字，代表指向另一个簇的指针。

　Ｂ．数字０，表示一个未使用的簇　Ｃ．一个坏扇区标记　Ｄ．文件结束标记符ＥＯＦ　（３）　文件根目录表ＦＤＴ：一个指示以存入数据信息的索引。

记录磁盘上存储文　件的大小，位置，日期和时间等数据。

　（４）　数据区：存放数据信息。

　２．　硬盘中的数据组织　刚刚从厂商处购来的新硬盘既无任何数据，也不能写入任何数据，必须先进行低级格　式化，ＦＤＩＳＫ分区，ＦＯＲＭＡＴ高级格式化后方可使用。

对硬盘的这一系列初始化工作，称之为　硬盘准备。

过程如下：　低级格式化－－－－－－－－－－－－－－－ＦＤＩＳＫ分区－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ＦＯＲＭＡＴ高级格式化　（１）低级格式化：对硬盘划分磁道和扇区，在扇区的地址域上标注地址信息，并剔出坏磁　道。

　（２）ＦＤＩＳＫ：允许整个物理硬盘在逻辑上划分成多个分区（最多４个），以实现多个操作系　统共享硬盘空间。

如果将整个物理盘全部划归ＤＯＳ／ＷＩＮＤＯＷＳ管理，则ＦＤＩＳＫ分区的作用是将一　个物理盘划分一个主分区和一个扩展分区，然后再将扩展分区划分成一个或多个逻辑盘。

在　硬盘上建立分区表的同时，ＦＤＩＳＫ把主引导记录ＭＢＲ写到硬盘的主引导记录（柱面０，磁头０，　扇区１），并激活一个用户指定的分区。

　（３）ＦＯＲＭＡＴ：在ＤＯＳ分区空间划分逻辑扇区，生成ＤＯＳ引导扇区（即逻辑０扇区）ＤＢＲ，文件　分配表ＦＡＴ和根文件目录表ＦＤＴ。

　硬盘在ＤＯＳ／ＷＩＮＤＯＷＳ的管理下，数据信息由ＭＢＲ，ＤＢＲ，ＦＡＴ，ＦＤＴ和数据区５　个部分组成。

数据的物理存储结构和逻辑存储结构

数据的物理存储结构和逻辑存储结构数据的存储结构是指数据在计算机内部存储的方式，通常包括物理存储结构和逻辑存储结构。

其中，物理存储结构指的是数据在物理介质上的存储方式，而逻辑存储结构则指的是数据在逻辑层面上的存储方式。

一、物理存储结构1. 磁盘存储结构磁盘作为计算机存储数据最常用的介质，其物理存储结构包括派生区、分区和磁道。

分区可以被进一步分为多个扇区，每个扇区包含了特定大小的数据块。

数据在磁盘上的存储方式取决于操作系统如何管理磁盘的分区和扇区。

2. 光盘存储结构光盘存储结构通常被分为引导区、文件区和根目录区。

引导区包含操作系统程序的启动代码。

文件区可包含多个不同类型的数据文件，每个文件都被分配了一个特定的文件头和文件尾，文件头包含文件的元数据，如文件名、大小和创建时间等，文件尾部包含空数据块。

3. 固态硬盘存储结构固态硬盘存储结构与传统机械硬盘有所不同，它采用了一种称为闪存的非易失性存储技术。

固态硬盘没有物理的磁盘或了磁头，取而代之的是闪存芯片和控制器芯片。

数据存储在闪存中，其存储方式更加简单，容易实现高速访问。

二、逻辑存储结构逻辑存储结构是计算机中按照逻辑结构划分的数据存储方式。

常见的逻辑存储结构包括：1. 文件类型结构文件是计算机系统中最基本的数据单位，文件类型结构把文件存储组织成一种层次结构。

在这种结构中，每个文件都是一个独立的单元，它们之间使用树形结构进行组织。

每个文件都包含了文件头、数据和文件尾。

文件头包含文件名、文件长度、文件创建时间和修改时间等元数据，文件尾记录着文件的结束符。

2. 关系型数据库结构关系型数据库是一种经典的逻辑存储结构，它把数据存储组织成一个或多个表格。

每个表格都包含若干行数据，每一行数据称为一条记录。

表格中的每一列都包含了特定的数据元素，称为字段。

表格之间可以通过外键进行关联。

3. 对象型数据库结构对象型数据库是一种基于面向对象编程思想的逻辑存储结构。

它把数据存储组织成一种对象，并通过对象之间的继承、组合和关联等方式相互关联。

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MBR，即主引导纪录，位于整个硬盘的0柱面0磁道1扇区，
EBR，叫做扩展MBR（Extended MBR），位于硬盘的某柱面0磁道1扇区
1.簇（cluster）
是DOS给文件系统分配磁盘空间的最小单位。

由若干连续的逻辑扇区组成，不同的盘，簇的大小不同，簇是从2开始编号，见表6-1。

逻辑扇区号=（簇号-2）×扇区数/簇+数据区首扇区号
2.BOOT记录：
第一部分：0～2字节为跳转指令，转向启动码区。

第二部分：3～10字节为厂商标识字段，如MSDOS5.0。

第三部分：11～61字节为磁盘参数表（51字节）。

第四部分：62～509字节为启动程序（438字节）。

最后：55,AA字节。

51字节BPB表（BIOS Parameter Block）
OB－OC：每扇区字节数(512)
OD：扇区数/簇
0E－0F：保留扇区（指Boot区）
10：FAT个数
11－12：根目录最大登记项数
13－14：本分区扇区总数（小于32M的分区，大于32MB时,为0）15：介质描述符
16－17：每个FAT扇区数
18－19：每道扇区数
1A－1B：磁头数
1C－1F：本分区前的扇区数（隐含扇区，即从0（X）柱0头1
扇到0（X）柱1头1扇之间的扇区，由于不能为DOS访问，故称为隐含扇区）。

20－23：大容量盘总扇区数。

24：BIOS设备号（hex：HD=8x）
25：未使用
26：扩展引导标记（29H）
27-2A：卷序列号（随机）
2B-35：卷标，分区标识，如：WIN98
36-3D：文件系统格式（FAT16）
3.FAT（文件配置表）
FAT有两个，当第一个损坏时，为人工修复提供方便，DOS不会自动用第二个去修复第一个FAT，而DOS实际上没有用尽2个FAT占用的扇区，因为可作为他用。

FAT登记盘上簇的使用情况，登记项有12位、16位和32位之分，下面以16位为例说明FAT的格式。

16位FAT格式：
簇号（表项） 0000H 0001H 0002H … NNNNH
类型保留簇使用簇
含义介质标志记录文件簇号链
保留簇的第一字节为磁盘介质标志，后为填充位，全为FFH。

使
用簇可以是；
0000:自由
FFF6:备用
FFF7:坏簇
FFF8-FFFF:文件结束
其它：文件的下一簇
4.文件目录表（根目录表FDT）
记录文件名、属性、建立时间、日期、首簇及长度的一个表。

每个文件占用表32字节，
O0-O7：文件主名（文件被删除后，00字节为E5H）
O8-0A：文件扩展名
0B：文件属性
27H：
↑↑
X:未用，填0 档案子目录卷标系统隐含只读0C-15：保留（全0）
16-17：建立文件的时间
18-19：建立文件的日期
1A-1B：文件首簇
1C-1F：文件长度
LFN entry :长文件名项，属性字节为0F表示LFN entry
Cr.time refinement in 10ms units :以10ms为计时精度
5.主引导记录（MBR）
见P247图6-7和图6－8。

0柱0头1扇区（DOS系统）：
000H～0EFH：主引导程序（446字节）
0F0H～1BDH：全0 DOS系统有206个0字节，NTFS系统有58个0字节。

到此共计446字节）
1BEH～1CDH：第一个分区表（16字节）
1CEH～1DDH：第二个分区表（16字节）
1DEH～1EDH：第三个分区表（16字节）
1EEH～1FDH：第四个分区表（16字节）
1FEH～1FFH：55H，AAH（2个字节，有效标志）
分区表：
CYL-CYLinder Rel-Relative sector
关于SYS ind，（01：fat12；05：extended；06：fat16；07：hpfs/ntfs；0b，0d：win95 fat32；0e：win95 fat16；82：linux swap；83：linux；85：linux extended）
例子，1BEH：
80 01 01 00 04 07 21 F7 21 00 00 00 9F FF 00 00
①②③④⑤⑥
①可自举分区
②分区从0柱1头1扇区开始
③DOS分区
④分区终止于7头33扇区F7（247）柱
⑤分区相对扇区号为33
⑥分区实用扇区数65339个
10MB硬盘（305柱，4头，17扇/道，8扇/簇）数据组织结构：绝对扇区相对扇区簇描述
柱面C，磁头H，扇区S
0 0 1 无无 MBR
0 0 2～17 无无未用
0 1 1 0 无 DBR
0 1 2～9 1～8 无 FAT1（8扇区）
0 1 10～17 9～16 无 FAT2
0 2 1～17 17～33 无 FDT
0 3 1～15 34～48 无 FDT（共32扇区）
0 3 16 49 2 数据区首扇区
0 3 17 50 2 数据区
1 0 1～6 51～56
2 数据区
1 0 7～14 57～64 3 数据区
. . . .
. . . .
. . . .
EBR：结构和MBR类似，但没有代码部分，即两个表和 55、AA。

FAT16的文件系统
0号扇区 2簇
6.FAT32的文件系统
在FAT32卷上，一般存在两个Boot扇区，即工作Boot(0号逻扇)和备份Boot(一般在6号逻扇)。

⑴数据结构的变化：
隐藏扇区↑保留扇区↑0号扇区（每个逻辑盘从此处开始编号） 2簇
注：在LBA（全称是Logic Block Address，即扇区的逻辑块地址) 寻址方式下，系统把所有的物理扇区都统一编号，按照从零到某个最大值排列，这样只用一个序数就确定了一个唯一的物理扇区。

用WinHex 读物理硬盘时看到的扇区编号就是这种。

即物理盘从0柱0头1扇开始逻辑编号，逻辑盘从Boot区开始逻辑编号，编号均从0起。

读FAT表的（若FAT为1DBAH）前两扇：
－l 0 2 20 2 （回车）
－D 0
F8 FF FF 0F FF FF FF 0F…
读目录表：
－l 0 2 3B94 20 （回车）
⑵磁盘参数表（03H－59H字节）：
03H（占8字节）：系统版本号
0BH （2字节）：每扇字节数
0D（1字节）：每簇扇区数
0EH（2字节）：保留（32字节）
10H（1字节）：FAT个数
11H（2字节）：表示是否为FAT32文件系统，为0000H表示是。

13H（2字节）：位为00H
15H（1字节）：介质标志
16H（2字节）：未用值为00H
18H（2）：每道扇区数
1AH（2）：磁头数。