第2章硬盘物理和逻辑结构
★ 电存储技术介质，如内存、闪存等；
★ 磁存储技术介质，如磁带、磁盘等；
★ 光存储技术介质，如光盘、DVD等。
图2-9 磁头组件
② 磁头驱动机构。磁头驱动机构由电磁线圈电机、
磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型 磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位， 并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁 道。
③ 磁盘片。盘片是硬盘存储数据的载体，现在硬
盘盘片大多采用金属薄膜材料，这种金属薄膜与 高矫顽力等优点。
电机调速、磁头驱动和伺服定位等，由于磁头读取的信号 微弱，将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰， 提高操作指令的准确性。
目前，微机上安装的硬盘几乎都是采用温彻斯特 （Winchester）技术制造的硬盘，这种硬盘也被 称为温盘。这种结构的特点为：
（1）磁头、盘片及运动机构密封在盘体内； （2）磁头在启动、停止时与盘片接触，而在工
电存储技术主要是指半导体存储器SCM （Semiconductor Memory）。早期的SCM采
用典型的晶体管触发器作为存储位元，加上选择、 读写等电路构成存储器。现代的SCM采用超大
规模集成电路工艺制成存储芯片，每个芯片中包 含相当数量的存储位元，再由若干芯片构成存储 器。
磁存储，主要指磁表面存储器MSM （Magnetic Surface Memory）。
图2-3硬盘背面
大多数的控制电路板，包括主轴调速电路、磁头驱动与伺 服定位电路、读写电路、高速缓存、控制与接口电路等。 在电路板上还有一块ROM芯片，里面固化的程序可以对
硬盘进行初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻 道、定位以及故障检测等。在电路板上还安装有容量不等 的高速数据缓存芯片。读写电路的作用就是控制磁头进行 读写操作。磁头驱动电路直接控制寻道电机，使磁头定位。 主轴调速电路是控制主轴电机带动盘体以恒定速率转动的 电路。缓存（Cache）对磁盘性能所带来的作用是毋庸置
图2-7揭开硬盘面板
图2-8内部结构
① 磁头组件。这个组件是硬盘中最精密的部位之一，
它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。磁 头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集 成工艺制成的多个磁头的组合，采用非接触式头、 盘结构，加电后在高速旋转的磁盘表面移动，与盘 片之间的间隙只有0.1～0.3μm，这样可以获得很 好的数据传输率，如图2-9所示。
光盘存储器ODM（Optical Disk Memory）和 MSM类似，也是将用于记录的薄层涂敷在基体上构
成记录介质。不同的是基体的圆形薄片由热传导率 很小，耐热性很强的有机玻璃制成。在记录薄层的 表面再涂敷或沉积保护薄层，以保护记录面。记录 薄层有非磁性材料和磁性材料两种，前者构成光盘 介质，后者构成磁光盘介质。采用光存储技术的介 质有CD、DVD光盘等。
图2-2 硬盘产品标签
图2-2所示的是WD200BB的产品标签。从型号上 可以判断，它是一款容量为20GB的7200RPM高速 硬盘，产品序列号为WMA9L1203351，产地为马 来西亚，出厂日期是2001年8月15日。
在硬盘的背面则是控制电路板，如图2-3所示。从 图2-3中可以清楚地看出各部件的位置。总得来说， 硬盘外部结构可以分成控制电路板和外壳两个部份。
图2-4 硬盘EIDE接口
图2-5 硬盘SCSI接口 （68针）
图2-6 硬盘SATA接口
S-ATA采用点对点连接方式，因此每个S-ATA线缆
（或通道）只能连接一块硬盘，相应的也就不必像 并行硬盘那样设置主、从跳线。
硬盘内部结构由固定面板、控制电路和板、磁头、 盘片、主轴、电机、接口及其它附件组成，其中磁 头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净 化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、 盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部 份。
磁表面存储器是用非磁性金属或塑料作基体， 在其表面涂敷、电镀、沉积或溅射一层很薄的 高导磁率、硬矩磁材料的磁面，用磁层的两种 剩磁状态记录信息“0”和“1”。基体和磁层合 称为磁记录介质。依记录介质的形状可分别称 为磁卡存储器、磁带存储器、磁鼓存储器和磁 盘存储器。计算机中目前广泛使用的MSM是磁 盘和磁带存储器。
疑的，在读取零碎文件数据时，大缓存能带来非常大的优 势。
在硬盘的一端有电源接口插座、主从设置跳线器和数据线
接口插座，电源插口与主机电源相联，为硬盘工作提供电
力保证。数据接口则是硬盘数据和主板控制器之间进行传 输交换的纽带，根据联接方式的差异，分为EIDE接口、 SCSI接口和SATA串口。EIDE接口多用在桌面硬盘，经常 听说的40针、80芯的接口电缆指的就是这类数据线，如 图2-4所示。SCSI接口则多用在网络服务器和高档图形工 作站中，如图2-5所示。SATA串口数据传输目前最高达 到150MB/S，是当前的主流产品，如图2-6所示。
硬盘是一个集机、电、磁于一体的高精系统。其内
部是密封的，对用户而言既是黑匣子，也是透明的，
用户根本不用关心其内部的运行，只需把标准接口 接上即可正常使用，其正面如图2-1所示。
图2-1 硬盘正面
在硬盘的正面贴有产品标签，主要有厂家的信息和
产品信息，如商标、型号、序列号、生产日期、容
量、参数、主从设置方法等，这些信息是正确使用 硬盘的基本依据，如图2-2所示。
④ 主轴组件。主轴组件包括主轴部件如轴承和驱动电机
等。随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机的速度 也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承 电机技术（FDB）。采用FDB电机不仅可以使硬盘的工作 噪音降低许多，而且还可以增加硬盘的工作稳定性。
⑤ 前置控制电路。前置电路控制磁头感应的信号、主轴
硬盘物理结构
硬盘物理结构先看下硬盘物理结构1 硬盘物理结构硬盘物理上主要是盘片、机械手臂、磁头、和主轴等组成. 在盘片逻辑划分上又分为磁道、扇区, 例如下图:2 盘片磁道、扇区磁道:当硬盘盘片旋转时, 磁头若保持在一个位置上, 则磁头会在盘片表面划出一个圆形轨迹, 这些圆形轨迹就叫做磁道. 以盘片中心为圆心, 由此可以划分出很多磁道来, 这些磁道用肉眼是根本看不到的, 因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区, 硬盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的, 盘片上的磁道由外向内依次从“0”开始进行编号.柱面:由于硬盘可以由很多盘片组成, 不同盘片的相同磁道就组成了柱面(cylinder), 如图1所示.磁头:假设有N个盘片组成的硬盘, 那么有2N个盘面(一个盘片有2面), 那么磁头也就有2N个, 即每个盘面有一个磁头.扇区:早期的硬盘盘片的盘面以圆心开始向外放射状将磁道分割成等分的弧段, 这些弧段便是硬盘的扇区(如图2). 每个扇区一般规定大小为512byte, 这里大家应该比较疑惑, 外圈周长很明显比内圈要长, 怎么可能每个扇区都是512byte?其实答案早期硬盘外圈存储比内圈存储密度低一些, 所以外圈很长但是仍然只能存储512byte, 因此如果我们知道了柱面数(磁道数) Cylinders、磁头数Heads、扇区数Sectors, 基本上硬盘的容量我们能够计算出来硬盘总容量= Cylinders * Heads * Sectors * 512byte. 但是由于早期硬盘外圈密度低, 导致盘片利用率不高, 现在的硬盘盘片则采用内外存储密度一致的方式, 每个磁道都划分成以512byte大小的弧段, 这样也造成了内外磁道上扇区数量会不一样, 外圈上的扇区数要多于内圈扇区数.硬盘寻址方式硬盘存取、读取数据, 首先要做的就是寻址, 即定位到数据所在的物理地址, 在硬盘上就要找到对应的柱面、磁头以及对应的扇区, 那么怎么寻址呢？有两种方式: CHS和LBACHS模式:CHS（Cylinder/Head/Sector）寻址模式也称为3D模式, 是硬盘最早采用的寻址模式, 它是在硬盘容量较小的前提下产生的.硬盘的C/H/S 3D参数既可以计算出硬盘的容量, 也可以确定数据所在的具体位置. 这是因为扇区的三维物理地址与硬盘上的物理扇区一一对应, 即三维物理地址可完全确定硬盘上的物理扇区. 三维物理地址通常以C/H/S的次序来书写, 如C/H/S为0/1/1, 则第一个数字0指0柱面, 第二个数字1指1磁头（盘面）, 第三个数字1指1扇区, 表示该数据位于硬盘1盘面上的0磁道1扇区. 现在定位已完成, 硬盘内部的参数和主板BIOS之间进行协议, 正确发出寻址信号, 从而正确定位数据位置.早期硬盘一个磁道上分63个扇区, 物理磁头最多16个（8个盘片, 盘片多了硬盘那就真要加厚了）. 采用8位寻址方式, 8位二进制位的最大值是256（0-255）, 可以表示磁头数, 而扇区只有63个（1-63）, 只需要其中6个二进制位即可表示, 剩下2位拿去表示柱面, 柱面数用10(8+2)位来表达, 达到1024个柱面（0-1023）, 因此总扇区数（1024×16×63）. 前面说一个扇区大小为512byte, 这也就是说, 如果以C/H/S寻址模式寻址, 则IDE硬盘的最大容量只能为1024×16×63×512B= 500MB左右.可以思考下, 在8位寻址模式下, 其实可以寻址的硬盘最大容量为1024×256×63×512B =8G,那为啥CHS模式硬盘只支持到500MB呢？原因很简单, 我们的硬盘盘片不可能让128片盘片重叠起来吧, 那会是多厚？？如果采用28位寻址方式, 那么可以寻址137G, 盘片也不可能一直堆叠下去.LBA(Logical Block Addressing)经常去买硬盘的人都知道, 目前硬盘经常都说单碟、双碟, 其实意思就是说硬盘盘片只有1个或者2个, 而且都只是用一面, 单碟一个磁头而已, 但是硬盘容量确是几百G, 而且硬盘柱面往往都大于1024个柱面, CHS是无法寻址利用完这些硬盘容量的.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:①MBR(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.②DPT(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.系统启动:之前提到MBR中安装的引导加载程序, 他的作用是什么？①提供开机菜单选项: 可以供用户选择启动哪个操作系统, 这是多重引导功能.②加载操作系统内核: 每个操作系统都有自己的内核, 需要引导程序来加载③转交给其他引导程序: 可以将工作移交给其他引导程序来进行上述操作.其实引导加载程序除了可以安装在MBR中, 还可以直接安装在每个分区的引导扇区(DBR)中, 注意下, 每个分区(主分区、逻辑分区)都有一个自己的启动扇区, 专门用来安装引导加载程序, 如上图标3结构图.系统启动过程:①首先,BIOS启动后, 读取硬盘第一个扇区MBR中的引导加载程序(可能是windows或者linux 的grub)②MBR中的引导程序提供开机菜单, 你可以选择1)直接加载windows 内核2)将工作转交给windows 分区内的引导扇区中的加载程序, 让他自己去加载内核3)转交给linux分区内引导扇区, 让他去加载linux.③根据用户选择的选项和引导加载程序中记录的分区, 到分区表找对应的分区柱面号等分区信息, 启动内核或者分区加载程序.Window安装时默认会自动将MBR和windows所在分区的引导扇区都装上引导程序, 而不会提供任何选项给用户选择, 因此如果之前装过其他操作系统, 然后再另外装一个windows时, 会把公用的MBR覆盖掉, 如此, 原来的操作系统就无法启动了. 如果先装windows, 然后装linux, linux会覆盖MBR, 然后让用户选择是否将windows等其他操作系统的启动项添加进来, 如果你选择了添加进来, 那么你在开机时就会有两个选项让用户进行选择了.后记l 这里讨论的全部是硬盘相关的东西, 光盘不在此列, 而且光盘的磁道并不是从外圈到内圈编号, 而是从内圈开始编号, 这点注意.l 硬盘第一个扇区是由MBR和分区表占据, 因此0柱面0磁头上剩下的62个扇区一般会空出来保留（这部分保留称为隐藏扇区, 因为操作系统读取不到这部分扇区, 这部分扇区是提供给BIOS读取的）, 而系统分区则从0柱面1磁头1扇区开始, 折算成LBA=255 ×63 ×0 + 63 ×1 + 1 –1= 63, 即从LBA 63号扇区开始分区. 不过查阅有的资料提及到另外一种说法, 那就是有的硬盘可能0柱面全部空下来, 如果真是这样, 那浪费可就真的大了.l 对于扩展分区的分区表我们知道也是由扩展分区的第一个扇区开始写, 而且是写到每个逻辑驱动器的第一个扇区, 同样, 扩展分区内的第一个扇区所在的磁道剩余的扇区也会全部空余出来, 这些保留的扇区操作系统也是无法读取的, 注意在扩展分区的第一个扇区里面是没有引导加载记录的. 引导加载记录都是放在隐藏扇区后面的. 可以看图3, 图4。
硬盘的结构
硬盘的结构1、硬盘的外部物理结构硬盘主要由盘体、控制电路板和接口部件组成。
盘体是一个密封的腔体。
(后续将介绍硬盘的内部物理结构即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（Cache）和主控制芯片等单元。
硬盘接口包括插座、数据接口和主、从跳线等。
2、硬盘的内部物理结构硬盘盘体是完全密封的，里面主要有磁头、盘片等部件。
硬盘的盘片材料硬度和耐磨性要求很高，所以一般采用合金材料，多数为铝合金。
(早期有塑料，陶瓷的，现在也出现了玻璃材料的)。
盘基上涂上磁性材料。
硬盘盘片厚一般在0.5mm左右，盘片的转速与盘片大小有关，考虑到惯性及盘片稳定性，盘片越大转速越低。
有些硬盘只装一张盘片，有此则有多张。
硬盘盘片安装在主轴电机的转轴上，在主轴电机的带动下作高速旋转。
每张盘片的容量称为单碟容量，而一块硬盘的总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。
现代的硬盘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，否则控制部分就太复杂了。
盘片上的记录密度很大，而且盘片工作时会高速旋转，为保证其工作的稳定，数据保存的长久，所以硬片都是密封在硬盘内部的，内部并非真空。
不可自行拆卸硬盘，在普通环境下空气中的灰尘，都会对硬盘造成永久损害。
以上介绍的是盘片，一张单面的盘片需要一个磁头，双面的盘片则需要两个磁头。
硬盘采用高精度、轻型磁头驱动和定位系统。
这种系统能使磁头在盘面上快速移动，读写硬盘时，磁头依靠磁盘的高速旋转引起的空气动力效应悬浮在盘面上，与盘面的距离不到1微米(约为头发直径的百分之一)，可以在极短的时间内精确定位到计算机指令指定的磁道上。
注意：由于磁盘是旋转的，则连续写入的数据是排列在一个圆周上的。
我们称这样的圆周为一个磁道(Track)。
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。
硬盘物理地址与逻辑地址的转换方法
硬盘物理地址与逻辑地址的转换方法【摘要】硬盘组织和存储结构这部分内容对于了解硬盘中数据的组织与存储,对于硬盘中数据的维护与修复,都很重要。
本文对此问题进行讨论,希望对感兴趣的读者有所帮助,能更好地了解和应用这一知识。
【关键词】硬盘存储结构物理地址逻辑地址转换1 前言从1957年ibm公司研制成功出第一台真正意义上的硬盘存储器到现在已将近半个世纪,在这短短的几十年时间里,硬盘逐渐成为电脑不可缺少的外部存储设备,被广泛应用。
硬盘的容量成千上万倍地增长,从当初的数十mb发展到现在的数百b,甚至达tb量级。
硬盘容量的大幅度增加,其寻址模式也随之不断变化。
最早采用的是c/h/s(cylinder/head/sector)寻址模式,它依据磁头数(heads)、柱面数(cylinders)和扇区数(sectors)构成的绝对地址来寻址的,也称为物理磁盘地址。
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”——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。
在早期的硬盘中,由于每个磁道的扇区数相等,外磁道的记录密度远低于内磁道,因此造成很多磁盘空间的浪费。
为了解决这一问题,人们改用等密度结构,即外圈磁道的扇区比内圈磁道多。
此种结构的硬盘不再具有实际的3d参数,寻址方式也改为以扇区为单位的线性寻址,这种寻址模式便是lba(loic block address, 逻辑块地址)。
在这种模式下,硬盘的物理地址与逻辑地址的转换问题有一定必要性和复杂性,本文对此进行讨论,希望对感兴趣的读者有所帮助。
2 转换过程所谓逻辑扇区是物理扇区的一组连续数字的编号,操作系统采用的一种扇区编号方式,其编号是从0开始到某个最大值方式排列,并连成一条线。
使用逻辑扇区主要有以下两个优点:第一,逻辑扇区的概念使硬盘的读写操作脱离了柱面、磁头和扇区的硬件参数;第二,在硬盘中每一定数目的扇区组成了数据文件的最小单位—— 簇,在对一个具体的簇进行读写操作时,操作系统划分一个一维的逻辑扇区号要比使用三维物理扇区号简单的多,如果一个簇的扇区跨越在两个盘片,则使用“柱面、磁头和扇区”的表示方法就更加复杂了。
第2章第2部分硬盘的逻辑结构
四、硬盘性能指标
（１）硬盘的主轴转速 硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决 定因素之一，它在很大程度上决定了硬盘的速度， 同时也是区别硬盘档次的重要标志
四、硬盘性能指标
(2)寻道时间 该指标是指硬盘磁头移动到数据所在磁道而所用 的时间，单位为毫秒(ms)
四、硬盘性能指标
（３）硬盘表面温度 该指标表示硬盘工作时产生的温度使硬盘密封壳 温度上升的情况
IDE的本意实际上是指把控制器与盘体集成在一起 的硬盘驱动器。 ATA ATA-1 ATA-2 ATA-3 SCSI（小型计算机系统接口）
三、硬盘接口
三、硬盘接口
SAS接口
SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI，是新一代的 SCSI技术，和现在流行的Serial ATA(SATA)硬盘相同，都 是采用串行技术以获得更高的传输速度，并通过缩短连结 线改善内部空间等。SAS是并行SCSI接口之后开发出的全 新接口。此接口的设计是为了改善存储系统的效能、可用 性和扩充性，并且提供与SATA硬盘的兼容性。
二、相关知识点–硬盘逻辑结构
LBA
在LBA方式下，系统把所有的物理扇区都按照某种方式或 规则看作是一个线性编号的扇区，即从0开始到某个最大 值排列，把LBA作为一个整体看待，而不是具体的C/H/S值 现在的硬盘控制器内部都有一个地址译码器，由它负责将 C/H/S参数转换成LBA地址。
三、硬盘接口
第2章
硬盘的物理和逻辑结构
第2部分
硬盘逻辑结构
一、本讲主要内容
1.掌握硬盘的逻辑结构 2.了解硬盘的接口类型 3.了解硬盘性能指标 4.掌握硬盘寻址方式
【教学重点】 掌握硬盘的逻辑结构, 掌握硬盘寻址方式
硬盘基本知识：物理构造和逻辑单元
硬盘基本知识：物理构造和逻辑单元硬盘基本知识：物理构造和逻辑单元首先简单认识一下硬盘的物理结构，硬盘内部的物理结构很复杂，只能从大的颗粒度去看内部的结构。
下面是店铺为大家搜集整理出来的有关于硬盘基本知识：物理构造和逻辑单元，希望可以帮助到大家！总体来说，硬盘结构包括：盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份。
所有的盘片（一般硬盘里有多个盘片，盘片之间平行）都固定在一个主轴上。
在每个盘片的存储面上都有一个磁头，磁头与盘片之间的距离很小（所以剧烈震动容易损坏），磁头连在一个磁头控制器上，统一控制各个磁头的运动。
磁头沿盘片的半径方向动作，而盘片则按照指定方向高速旋转，这样磁头就可以到达盘片上的任意位置了。
先上几张美图：基本的结构就是这样子的，至于硬盘是如何进行读写的，必须要知道磁盘盘片是如何划分的？否则你只知道磁头在盘片上动来动去。
盘片上涉及的基本概念整个硬盘上一般有很多的盘片组成，每个盘片如同切西瓜一样被“切”成一块一块的扇面，同时沿着半径的方向被划分成了很多同心圆，就是传说中的磁道，每条磁道被扇面切成很多的扇形区域叫做扇区（扇区是从磁盘读出和写入信息的最小单位，通常大小为512字节），不同盘片上的'同半径磁道组成了柱面，这些都是磁盘物理上的概念，知道便可。
有了这些概念，我帮便可以计算磁盘的容量：磁头数× 磁道(柱面)数× 每道扇区数× 每扇区字节数l 磁头（head）数：每个盘片一般有上下两面，分别对应1个磁头，共2个磁头；l 磁道（track）数：磁道是从盘片外圈往内圈编号0磁道，1磁道...，靠近主轴的同心圆用于停靠磁头，不存储数据；l 柱面（cylinder）数：同磁道数量；l 扇区（sector）数：每个磁道都别切分成很多扇形区域，每道的扇区数量相同；l 圆盘（platter）数：就是盘片的数量。
硬盘上的数据定位每个扇区可存储128×2的N次方（N＝0.1.2.3）字节的数据（一般为512B），扇区为数据存储的最小单元，从上图可知，外圈的扇区面积比内圈大，为何存储的数据量相同，这是因为内外圈使用的磁物质密度不同，但现在的硬盘已经采用内外圈同密度物质来存储数据了，以减少类似“大面积小数据”的浪费情况。
第二讲：硬盘逻辑结构
容量
容量分为两种，一种是总容量，还有一种叫做单 碟容量，这两者是相互依存又相互制约的。因为 硬盘的总容量是有一定数目的容量相同的盘片组 合而成的，盘片的单碟容量越大，硬盘的总容量 也越大。现在一般的电脑都配有几十GB至上百 GB的容量的硬盘。 硬盘的容量往往是我们购买硬盘时首先需要考虑 的问题，提高硬盘的容量可以通过提高硬盘的单 碟数据密度或增加硬盘碟片数目来达到。
硬盘逻辑结构
盘片
硬盘的盘片一般用铝合金作基片，高速旋转的硬 盘也有用玻璃作基片的。玻璃基片更容易达到其 要求的平面度和光洁度，并且有很高的硬度。磁 头传动装置是使磁头部件做径向移动的部件，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作径向移动，用以变换磁 道。
1、测试硬盘介质； 2、为硬盘划分磁道； 3、为硬盘的每一个磁道按指定的交叉因子间隔 安排扇区； 4、将扇区ID放置在每个磁道上，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。
硬盘分区
Fdisk命令使用 1、建立 2、激活 3、删除 4、显示 5、在另一个硬盘上使用FDISK 注意：不支持NTFS分区
格式化
Format
从各个逻辑盘指定的柱面开始，对扇区进行逻辑 编号（分区内的编号） 在基本分区上建立DOS引导记录（DBR）,若命 令中带有参数“/S”则装入DOS的三个系统文件。 IO.SYS MSDOS.SYS 在各个逻辑盘建立文件分配表（FAT） 建立根目录对应的文件目标表（FDT）及数据区。
第2章 预备知识-硬盘结构
偏移字节 0x01BE 0x01BF 0x01C0 0x01C1 0x01C2
字段长度 BYTE BYTE WORD 6位 10位 BYTE
值 0x80 0x01 0x01 0x00 0x07
字段名和定义 引导指示符号(Boot Indicator) 起始磁头号(Start Head) 起始扇区号(Start Sector) 起始柱面号(Start Cylinder) 系统ID(System ID)，定义了分区的类型
值 0x80 0x01 0x01 0x00 0x07 0xFE 0xBF 0xFC 0x0000003F 0x00BB867E
字段名和定义 引导指示符号(Boot Indicator) 起始磁头号(Start Head) 起始扇区号(Start Sector) 起始柱面号(Start Cylinder) 系统ID(System ID)，定义了分区的类型 结束磁头号(End Head) 结束扇区号(End Sector) 结束柱面号(End Cylinder) 相对扇区数(Relative Sectors) 总扇区数(Total Sectors)，该分区中扇区总数
偏移字节 0x01BE 0x01BF 0x01C0 0x01C1 0x01C2
字段长度 BYTE BYTE WORD 6位 10位 BYTE
值 0x80 0x01 0x01 0x00 0x07
字段名和定义 引导指示符号(Boot Indicator) 起始磁头号(Start Head) 起始扇区号(Start Sector) 起始柱面号(Start Cylinder) 系统ID(System ID)，定义了分区的类型
0x01C3 0x01C4 0x01C5
0x01C6 0x01CA
硬盘物理结构和逻辑结构
硬盘内部结构
硬盘磁道(Track)
硬盘内部结构
硬盘磁头(Head) 磁头是硬盘中最昂贵的部件，是硬盘技术中最重要
和最关键的一环，是硬盘中对盘片进行读写工作 的工具。
磁头解剖图
硬盘内部结构
数据恢复开盘环境
硬盘内部结构
硬盘扇区(Sector)
磁道、柱面、扇区
硬盘内部结构
硬盘固件(Firmware) 固件(Firmware)是固化在硬件中的软件.
硬盘内部结构
硬盘的SMART 硬盘的SMART是S.M.A.R.T.的缩写，全称是
“Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology”，中表面介质材料等进行 监测，力求及时分析出硬盘可能发出的问题， 并发出警告，从而保护数据不受损失。
硬盘物理结构和逻辑结构
硬盘的发展史 硬盘基本参数 硬盘内部结构 硬盘外部结构 硬盘寻址方式
硬盘内部结构
硬盘盘片(Platter) 多数为铝合金
硬盘内部结构
硬盘内部结构图
硬盘内部结构
硬盘柱面(Cylinder) 上下一串盘片中，相同半径的磁道所组成的一个圆柱
型的环壁，就称为柱面。
现代硬盘三大生产厂商
希捷(seagate)
现代硬盘三大生产厂商
西部数据（Western Digital）
现代硬盘三大生产厂商 日立
硬盘物理结构和逻辑结构
➢硬盘的发展史 ➢硬盘基本参数 ➢硬盘内部结构 ➢硬盘外部结构 ➢硬盘寻址方式
硬盘基本参数
➢容 目前硬盘的容量有36GB、40GB、 量 45GB、60GB、75GB、80GB、
ATA/IDE接口 SATA接口 SAS接口
硬盘物理结构和逻辑结构
4.5万字透视FAT32系统
4.5万字透视FAT32系统一、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在无尘的金属壳中。
硬盘工作时，盘片以设计转速高速旋转，设置在盘片表面的磁头则在电路控制下径向移动到指定位置然后将数据存储或读取出来。
当系统向硬盘写入数据时，磁头中“写数据”电流产生磁场使盘片表面磁性物质状态发生改变，并在写电流磁场消失后仍能保持，这样数据就存储下来了；当系统从硬盘中读数据时，磁头经过盘片指定区域，盘片表面磁场使磁头产生感应电流或线圈阻抗产生变化，经相关电路处理后还原成数据。
因此只要能将盘片表面处理得更平滑、磁头设计得更精密以及尽量提高盘片旋转速度，就能造出容量更大、读写数据速度更快的硬盘。
这是因为盘片表面处理越平、转速越快就能越使磁头离盘片表面越近，提高读、写灵敏度和速度；磁头设计越小越精密就能使磁头在盘片上占用空间越小，使磁头在一张盘片上建立更多的磁道以存储更多的数据。
二、硬盘的逻辑结构。
硬盘由很多盘片(platter)组成，每个盘片的每个面都有一个读写磁头。
如果有N个盘片。
就有2N个面，对应2N个磁头(Heads)，从0、1、2开始编号。
每个盘片被划分成若干个同心圆磁道(逻辑上的，是不可见的。
)每个盘片的划分规则通常是一样的。
这样每个盘片的半径均为固定值R的同心圆再逻辑上形成了一个以电机主轴为轴的柱面(Cylinders)，从外至里编号为0、1、2……每个盘片上的每个磁道又被划分为几十个扇区(Sector)，通常的容量是512byte，并按照一定规则编号为1、2、3……形成Cylinders×Heads×Sector个扇区。
这三个参数即是硬盘的物理参数。
我们下面的很多实践需要深刻理解这三个参数的意义。
三、磁盘引导原理。
3.1 MBR(master boot record)扇区：计算机在按下power键以后，开始执行主板bios程序。
FAT文件结构
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在无尘的金属壳中。
硬盘工作时，盘片以设计转速高速旋转，设置在盘片表面的磁头则在电路控制下径向移动到指定位置然后将数据存储或读取出来。
当系统向硬盘写入数据时，磁头中“写数据”电流产生磁场使盘片表面磁性物质状态发生改变，并在写电流磁场消失后仍能保持，这样数据就存储下来了；当系统从硬盘中读数据时，磁头经过盘片指定区域，盘片表面磁场使磁头产生感应电流或线圈阻抗产生变化，经相关电路处理后还原成数据。
因此只要能将盘片表面处理得更平滑、磁头设计得更精密以及尽量提高盘片旋转速度，就能造出容量更大、读写数据速度更快的硬盘。
这是因为盘片表面处理越平、转速越快就能越使磁头离盘片表面越近，提高读、写灵敏度和速度；磁头设计越小越精密就能使磁头在盘片上占用空间越小，使磁头在一张盘片上建立更多的磁道以存储更多的数据。
二、硬盘的逻辑结构。
硬盘由很多盘片(platter)组成，每个盘片的每个面都有一个读写磁头。
如果有N个盘片。
就有2N个面，对应2N个磁头(Heads)，从0、1、2开始编号。
每个盘片被划分成若干个同心圆磁道(逻辑上的，是不可见的。
)每个盘片的划分规则通常是一样的。
这样每个盘片的半径均为固定值R的同心圆再逻辑上形成了一个以电机主轴为轴的柱面(Cylinders)，从外至里编号为0、1、2……每个盘片上的每个磁道又被划分为几十个扇区(Sector)，通常的容量是512byte，并按照一定规则编号为1、2、3……形成Cylinde rs×Heads×Sector个扇区。
这三个参数即是硬盘的物理参数。
我们下面的很多实践需要深刻理解这三个参数的意义。
三、磁盘引导原理。
3.1 MBR(master boot record)扇区：计算机在按下power键以后，开始执行主板bios程序。