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硬盘的物理结构

2020-06-28 15:11:00
admin668
原创
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硬盘的硬件组成主要有两大部分:
(1)磁头盘片组件HAD(HEAD DISK ASSEMBLY),其中包括读写磁头、磁头驱动机构、磁盘片、盘片驱动电动机等
(2)印制电路板组件PCBA(PRINTED CIRCUIT BOARD ASSEMBLY),其中包括电阻、电容、半导体集成电路等元器件,负责对各种信号进行处理。
因本书是以讲编程及其应用为主的,所以硬盘的硬件组成不是本书的重点内容,读者若想了解更详细的硬件知识,请参阅其他书籍
硬盘是依靠磁盘片上的磁性介质记录信息的,对盘片表面的磁介质必须进行某些有序的磁化处理,使这些磁介质能够符合进行数据存取的要求。对磁介质的处理分三个过程,就是通常所说的低级格式化(也称物理格式化以下简称低格)、分区和高级格式化(也称逻辑格式化)。
1.1低级格式化
对于一块新硬盘,这个过程已经由生产厂家在产品出厂前完成了。低级格式化对磁介质的读写功能有一定影响,所以使用者一般不要进行该项操作。除非你的硬盘出现了坏道,不得不进行低格操作。
低级格式化的目的,是将盘面划分成磁道、扇区和柱面

XIAMIANFENBIEJIESHAOCIPANDEGEZUCHENGBUFEN。

1.磁道
硬盘加电正常工作以后,磁盘片由主轴电动机带动高速旋转,磁头在驱动机构的作用下沿盘片径向移动。当磁头停在一个位置时,盘片旋转一周,磁头就在盘片表面画出一个圆形轨迹,这个圆形轨迹称为磁道。随着磁头的径向移动,磁盘就被画出许多封闭的同心圆形磁道。磁道从盘片外缘开始编号,起始号为0。
2.扇区
磁盘上的每个磁道被划分成许多弧段,弧段之间有间隔,这些弧段称为扇区。扇区也进行编号,起始号为1。每个磁道分成63个扇区,每个扇区可存储的数据是512个字节。实际上现在的大容量硬盘,为了提高磁介质的存储利用率,使用了等密度的存储方式,也就是说外圈磁道的扇区数比内圈磁道多。为了与老的制式兼容,由硬盘控制器的驱动程序将参数进行转换
3.柱面
硬盘一般由多张重叠的盘片组成,每个盘面都被划分成数目相等的磁道。具有相同编号的磁道形成一个圆柱,这就是硬盘的柱面。每个盘面上有多少个磁道,也就有多少个柱面柱面的编号和磁道编号相同。
磁头
张磁盘有两个盘面,每个盘面都有一个读写磁头。将盘面进行编号,起始号为0,磁头的编号和盘面的编号相同。
目前对扇区寻址有两种称呼,为了今后分析程序时不至于混淆,需要预先对这两种称呼明确一下。以硬盘主引导记录存储的扇区为例,一种叫法称作“0面0头1扇区”,这里的
“0面”指的是柱面,“0头”指的是磁头。另一种叫法称作“0道0面1扇区”,这里的“0道”指的是磁道,“0面”指的是盘面。这两种叫法在使用时很容易产生混淆,混淆的根本原因是“面”的含义不一样。前者的“面”与后者的“道”编号相同,而后者的“面”与前者的“头”编号相同。
在本书中统一使用前一种叫法,因为在对扇区编号进行计算的过程中,是沿着“柱面磁头一扇区”进行的,这就是物理扇区的CHS(柱面数、磁头数、每磁道扇区数)寻址方式。
有了CHS参数,很容易计算硬盘的容量。只要将这三个数相乘,就可得到总的扇区数再乘上512,就是硬盘的容量。
1.2分区
硬盘在使用时,是按照不同的区域存储数据的,硬盘分区就是划分区域的过程。划分好的每一个区域都称作一个分区,最多可划分为四个分区。这项工作由分区程序来完成,通常使用 FDISK。
有时也可以将硬盘只分成一个分区C,但这和没有分区的硬盘是不一样的。因为只有经过分区,才能使硬盘的管理系统知道这块硬盘有哪些区域可以使用。一般情况下是将硬盘分成一个主分区C和一个扩展分区,激活主分区准备安装操作系统。然后再将扩展分区分成若干个逻辑驱动器,符号依次为D、E、F…。通常说的盘符如E,指的就是逻辑驱动器E主分区C也是一个逻辑驱动器
在分区的过程中,分区程序向0柱面0磁头1扇区写入主引导记录MBR(MASTER BOOTRECORD)和分区表记录DPT(DISK PARTITION TABLE),并建立一个分区表链,向所有逻辑驱动器写入链表记录
硬盘的分区格式有很多种,选用什么样的分区格式是由选用哪一种操作系统所决定的。
以目前流行的操作系统来说,常用的分区格式有四种,分别是FAT16,FAT32,NIFS和 Linux。
在这四种分区格式中,使用最多的是FAT16和FAT32。特别是FAT16,因为它能被目前所有的操作系统所识别,因此用的最多
本书讨论的“硬盘物理扇区读写编程技术”,是以FAT16和FAT32这两种分区格式作为操作对象来进行分析的。
1.3高级格式化
硬盘分区以后还不能直接使用,要在每个分区内建立起完整的存储系统才能正常使用。
建立存储系统的工作由 FORMAT程序来完成,这个过程称作高级格式化。高级格式化的目的是在分区内建立分区引导记录DBR(DOS BOOT RECORD)、文件分配表FAT(FLE ALLOCATION TABLE)、文件目录表FDT(FILE DIRECTORY TABLE)和数据区DATA