1、硬盤的存儲原理你新買來的硬盤是不能直接使用的，必須對它進行分區并進行格式化的才能儲存數據。 硬盤分區是操作系統安裝過程中經常談到的話題。對于一些簡單的應用，硬盤分區并不成為一種障礙，但對于一些復雜的應用，就不能不深入理解硬盤分區機制的某些細節。 硬盤的崩潰經常會遇見，特別是病毒肆虐的時代，關于引導分區的恢復與備份的技巧，你一定要掌握。 在使用電腦時，你往往會使用幾個操作系統。如何在硬盤中安裝多個操作系統？ 如果你需要了解這方面的知識或是要解決上述問題，這期的“硬盤分區”專題會告訴你答案！ 硬盤是現在計算機上最常用的存儲器之一。我們都知道，計算機之所以神奇，是因為它具有高速分析處理數據的能力。而

2、這些數據都以文件的形式存儲在硬盤里。不過，計算機可不像人那么聰明。在讀取相應的文件時，你必須要給出相應的規則。這就是分區概念。分區從實質上說就是對硬盤的一種格式化。當我們創建分區時，就已經設置好了硬盤的各項物理參數，指定了硬盤主引導記錄(即Master Boot Record，一般簡稱為MBR)和引導記錄備份的存放位置。而對于文件系統以及其他操作系統管理硬盤所需要的信息則是通過以后的高級格式化，即Format命令來實現。 一面、磁道和扇區 硬盤分區后，將會被劃分為面(Side)、磁道(Track)和扇區(Sector)。需要注意的是，這些只是個虛擬的概念，并不是真正在硬盤上劃軌道。先從面說起，

3、硬盤一般是由一片或幾片圓形薄膜疊加而成。我們所說，每個圓形薄膜都有兩個“面”，這兩個面都是用來存儲數據的。按照面的多少，依次稱為0面、1面、2面由于每個面都專有一個讀寫磁頭，也常用0頭(head)、1頭稱之。按照硬盤容量和規格的不同，硬盤面數(或頭數)也不一定相同，少的只有2面，多的可達數十面。各面上磁道號相同的磁道合起來，稱為一個柱面(Cylinder)(如圖1)。(圖) 上面我們提到了磁道的概念。那么究竟何為磁道呢？由于磁盤是旋轉的，則連續寫入的數據是排列在一個圓周上的。我們稱這樣的圓周為一個磁道。(如圖2)如果讀寫磁頭沿著圓形薄膜的半徑方向移動一段距離，以后寫入的數據又排列在另外一個磁道

4、上。根據硬盤規格的不同，磁道數可以從幾百到數千不等；一個磁道上可以容納數KB的數據，而主機讀寫時往往并不需要一次讀寫那么多，于是，磁道又被劃分成若干段，每段稱為一個扇區。一個扇區一般存放512字節的數據。扇區也需要編號，同一磁道中的扇區，分別稱為1扇區，2扇區 計算機對硬盤的讀寫，處于效率的考慮，是以扇區為基本單位的。即使計算機只需要硬盤上存儲的某個字節，也必須一次把這個字節所在的扇區中的512字節全部讀入內存，再使用所需的那個字節。不過，在上文中我們也提到，硬盤上面、磁道、扇區的劃分表面上是看不到任何痕跡的，雖然磁頭可以根據某個磁道的應有半徑來對準這個磁道，但怎樣才能在首尾相連的一圈扇區中找

5、出所需要的某一扇區呢？原來，每個扇區并不僅僅由512個字節組成的，在這些由計算機存取的數據的前、后兩端，都另有一些特定的數據，這些數據構成了扇區的界限標志，標志中含有扇區的編號和其他信息。計算機就憑借著這些標志來識別扇區 二硬盤的數據結構 在上文中，我們談了數據在硬盤中的存儲的一般原理。為了能更深入地了解硬盤，我們還必須對硬盤的數據結構有個簡單的了解。硬盤上的數據按照其不同的特點和作用大致可分為5部分：MBR區、DBR區、FAT區、DIR區和DATA區。我們來分別介紹一下： 1MBR區 MBR(Main Boot Record 主引導記錄區)位于整個硬盤的0磁道0柱面1扇區。不過，在總共512

6、字節的主引導扇區中，MBR只占用了其中的446個字節，另外的64個字節交給了DPT(Disk Partition Table硬盤分區表)(見表)，最后兩個字節“55，AA”是分區的結束標志。這個整體構成了硬盤的主引導扇區。(圖) 主引導記錄中包含了硬盤的一系列參數和一段引導程序。其中的硬盤引導程序的主要作用是檢查分區表是否正確并且在系統硬件完成自檢以后引導具有激活標志的分區上的操作系統，并將控制權交給啟動程序。MBR是由分區程序(如Fdiskexe)所產生的，它不依賴任何操作系統，而且硬盤引導程序也是可以改變的，從而實現多系統共存。 下面，我們以一個實例讓大家更直觀地來了解主引導記錄： 例：8

7、0 01 01 00 0B FE BF FC 3F 00 00 00 7E 86 BB 00 在這里我們可以看到，最前面的“80”是一個分區的激活標志，表示系統可引導；“01 01 00”表示分區開始的磁頭號為01，開始的扇區號為01，開始的柱面號為00；“0B”表示分區的系統類型是FAT32，其他比較常用的有04(FAT16)、07(NTFS)；“FE BF FC”表示分區結束的磁頭號為254，分區結束的扇區號為63、分區結束的柱面號為764；“3F 00 00 00”表示首扇區的相對扇區號為63；“7E 86 BB 00”表示總扇區數為12289622。 2DBR區 DBR(Dos Boo

8、t Record)是操作系統引導記錄區的意思。它通常位于硬盤的0磁道1柱面1扇區，是操作系統可以直接訪問的第一個扇區，它包括一個引導程序和一個被稱為BPB(Bios Parameter Block)的本分區參數記錄表。引導程序的主要任務是當MBR將系統控制權交給它時，判斷本分區跟目錄前兩個文件是不是操作系統的引導文件(以DOS為例，即是Iosys和Msdossys)。如果確定存在，就把它讀入內存，并把控制權 交給該文件。BPB參數塊記錄著本分區的起始扇區、結束扇區、文件存儲格式、硬盤介質描述符、根目錄大小、FAT個數，分配單元的大小等重要參數。DBR是由高級格式化程序(即Formatcom等程

9、序)所產生的。 3FAT區 在DBR之后的是我們比較熟悉的FAT(File Allocation Table文件分配表)區。在解釋文件分配表的概念之前，我們先來談談簇(Cluster)的概念。文件占用磁盤空間時，基本單位不是字節而是簇。一般情況下，軟盤每簇是1個扇區，硬盤每簇的扇區數與硬盤的總容量大小有關，可能是4、8、16、32、64 同一個文件的數據并不一定完整地存放在磁盤的一個連續的區域內，而往往會分成若干段，像一條鏈子一樣存放。這種存儲方式稱為文件的鏈式存儲。由于硬盤上保存著段與段之間的連接信息(即FAT)，操作系統在讀取文件時，總是能夠準確地找到各段的位置并正確讀出。 為了實現文件的

10、鏈式存儲，硬盤上必須準確地記錄哪些簇已經被文件占用，還必須為每個已經占用的簇指明存儲后繼內容的下一個簇的簇號。對一個文件的最后一簇，則要指明本簇無后繼簇。這些都是由FAT表來保存的，表中有很多表項，每項記錄一個簇的信息。由于FAT對于文件管理的重要性，所以FAT有一個備份，即在原FAT的后面再建一個同樣的FAT。初形成的FAT中所有項都標明為“未占用”，但如果磁盤有局部損壞，那么格式化程序會檢測出損壞的簇，在相應的項中標為“壞簇”，以后存文件時就不會再使用這個簇了。FAT的項數與硬盤上的總簇數相當，每一項占用的字節數也要與總簇數相適應，因為其中需要存放簇號。FAT的格式有多種，最為常見的是FA

11、T16和FAT32。 4DIR區 DIR(Directory)是根目錄區，緊接著第二FAT表(即備份的FAT表)之后，記錄著根目錄下每個文件(目錄)的起始單元，文件的屬性等。定位文件位置時，操作系統根據DIR中的起始單元，結合FAT表就可以知道文件在硬盤中的具體位置和大小了。 5數據(DATA)區 數據區是真正意義上的數據存儲的地方，位于DIR區之后，占據硬盤上的大部分數據空間。 磁盤的文件系統 經常聽高手們說到FAT16、FAT32、NTFS等名詞，朋友們可能隱約知道這是文件系統的意思。可是，究竟這么多文件系統分別代表什么含義呢？今天，我們就一起來學習學習： 1.什么是文件系統？ 所謂文件系

12、統，它是操作系統中藉以組織、存儲和命名文件的結構。磁盤或分區和它所包括的文件系統的不同是很重要的，大部分應用程序都基于文件系統進行操作，在不同種文件系統上是不能工作的。 2.文件系統大家族 常用的文件系統有很多，MS-DOS和Windows 3.x使用FAT16文件系統，默認情況下Windows 98也使用FAT16，Windows 98和Me可以同時支持FAT16、FAT32兩種文件系統，Windows NT則支持FAT16、NTFS兩種文件系統，Windows 2000可以支持FAT16、FAT32、NTFS三種文件系統，Linux則可以支持多種文件系統，如FAT16、FAT32、NTFS

13、、Minix、ext、ext2、xiafs、HPFS、VFAT等，不過Linux一般都使用ext2文件系統。下面，筆者就簡要介紹這些文件系統的有關情況： (1)FAT16 FAT的全稱是“File Allocation Table(文件分配表系統)”，最早于1982年開始應用于MS-DOS中。FAT文件系統主要的優點就是它可以允許多種操作系統訪問，如MS-DOS、Windows 3.x、Windows 9x、Windows NT和OS/2等。這一文件系統在使用時遵循8.3命名規則(即文件名最多為8個字符，擴展名為3個字符)。 (2)VFAT VFAT是“擴展文件分配表系統”的意思，主要應用于在

14、Windows 95中。它對FAT16文件系統進行擴展，并提供支持長文件名，文件名可長達255個字符，VFAT仍保留有擴展名，而且支持文件日期和時間屬性，為每個文件保留了文件創建日期/時間、文件最近被修改的日期/時間和文件最近被打開的日期/時間這三個日期/時間。 (3)FAT32 FAT32主要應用于Windows 98系統，它可以增強磁盤性能并增加可用磁盤空間。因為與FAT16相比，它的一個簇的大小要比FAT16小很多，所以可以節省磁盤空間。而且它支持2G以上的分區大小。朋友們從附表中可以看出FAT16與FAT32的一不同。 (4)HPFS 高性能文件系統。OS/2的高性能文件系統(HPFS

15、)主要克服了FAT文件系統不適合于高檔操作系統這一缺點，HPFS支持長文件名，比FAT文件系統有更強的糾錯能力。Windows NT也支持HPFS，使得從OS/2到Windows NT的過渡更為容易。HPFS和NTFS有包括長文件名在內的許多相同特性，但使用可靠性較差。 (5)NTFS NTFS是專用于Windows NT/2000操作系統的高級文件系統，它支持文件系統故障恢復，尤其是大存儲媒體、長文件名。NTFS的主要弱點是它只能被Windows NT/2000所識別，雖然它可以讀取FAT文件系統和HPFS文件系統的文件，但其文件卻不能被FAT文件系統和HPFS文件系統所存取，因此兼容性方面

16、比較成問題。 ext2 這是Linux中使用最多的一種文件系統，因為它是專門為Linux設計，擁有最快的速度和最小的CPU占用率。ext2既可以用于標準的塊設備(如硬盤)，也被應用在軟盤等移動存儲設備上。現在已經有新一代的Linux文件系統如SGI公司的XFS、ReiserFS、ext3文件系統等出現。 小結：雖然上面筆者介紹了6種文件系統，但占統治地位的卻是FAT16/32、NTFS等少數幾種，使用最多的當然就是FAT32啦。只要在“我的電腦”中右擊某個驅動器的屬性，就可以在“常規”選項中(圖)看到所使用的文件系統。 明明白白識別硬盤編號目前，電子市場上硬盤品牌最讓大家熟悉的無非是IBM、昆

17、騰(Quantum)、希捷(Seagate),邁拓(Maxtor)等“老字號”。而這些硬盤型號的編號則各不相同，令人眼花繚亂。其實，這些編號均有一定的規律，表示一些特定?的含義。一般來說，我們可以從其編號來了解硬盤的性能指標，包括接口?類型、轉速、容量等。作為DIY朋友來說，只有自己真正掌握正確識別硬盤編號，在選購硬盤時，就方便得多(以致不被“黑”)，至少不會被賣的人說啥是啥。以下舉例說明，供朋友們參考。 一、IBM IBM是硬盤業的巨頭，其產品幾乎涵蓋了所有硬盤領域。而且IBM還是去年硬盤容量、價格戰的始作蛹者。我們今天能夠用得上經濟上既便宜，而且容量又大的硬盤可都得感謝IBM。 IBM的每

18、一個產品又分為多個系列，它的命名方式為：產品名系列代號接口類型盤片尺寸轉速容量。以Deskstar 22GXP的13.5GB硬盤為例，該硬盤的型號為：DJNA371350，字母D代表Deskstar產品，JN代表Deskstar25GP與22GP系列，A代表ATA接口，3代表3寸盤片，7是7200轉產品，最后四位數字為硬盤容量13.5GB。IBM系列代號(IDE)含義如下： TT=Deskstar 16GP或14GXP JN=Deskstar 25GP或22GXP RV=Ultrastar 18LZX或36ZX 接口類型含義如下：AATA S與UUltra SCSI、Ultra SCSI Wi

19、de、Ultra SCSI SCA、增強型SCSI、 增強擴展型SCSI（SCA） CSerial Storage Architecture連續存儲體系SCSI L光纖通道SCSI 二、MAXTOR(邁拓) MAXTOR是韓國現代電子美國公司的一個獨立子公司，以前該公司的產品也覆蓋了IDE與SCSI兩個方面，但由于SCSI方面的產品缺乏竟爭力而最終放棄了這個高端市場從而主攻IDE硬盤，所以MAXTOR公司應該是如今硬盤廠商中最專一的了。 MAXTOR硬盤編號規則如下：首位容量接口類型磁頭數，MAXTOR?從鉆石四代開始，其首位數字就為9，一直延續到現在，所以大家如今能在電子市場上見到的MAXT

20、OR硬盤首位基本上都為9。另外比較特殊的是MAXTOR編號中有磁頭數這一概念，因為MAXTOR硬盤是大打單碟容量的發起人，所以其硬盤的型號中要將單碟容量從磁頭數中體現出來。單碟容量2*硬盤總容量/磁頭數。 現以金鉆三代(DiamondMax Plus6800)10.2GB的硬盤為例說明：該硬盤?型號為91024U3，9是首位，1024是容量，U是接口類型UDMA66，3代表該硬盤有3個磁頭，也就是說其中的一個盤片是單面有數據。這個單碟容量就為2*10.2/3=6.8GB。MAXTOR硬盤接口類型字母含義如： APIO模式 DUDMA33模式 UUDMA66模式 三、SEAGATE(希捷) 希捷

21、科技公司(Seagate Technology)是世界上最大的磁盤驅動器、磁?盤和讀寫磁頭生產廠家，該公司是一直是IBM、COMPAQ、SONY等業界大戶的硬盤供應商。希捷還保持著業界第一款10000轉硬盤的記錄(捷豹Cheetah系列SCSI)與最大容量(捷豹三代73GB)的記錄，公司的實力由此可見一斑。但?由于希捷一直是以高端應用為主(例如SCSI硬盤)，而并不是特別重視低端家用產品的開發，從而導致在DIY一族心目中的地位不如昆騰等硬盤供應商?。好在希捷公司及時注意到了這個問題，不久前投入市場的酷魚(Barracuda)系列就一掃希捷硬盤以往在單碟容量、轉速、噪音、非正常外頻下工作穩?定性

22、、綜合性能上的劣勢。 希捷的硬盤系列從低端到高端的產品名稱分別為：U4系列、Medalist(金牌)系列、U8系列、Medalist Pro(金牌Pro)系列、Barracuda(酷魚)系列。其中Medalist Pro與Barracuda系列是7200轉的產品，其他的是5400轉的產品。硬盤的型號均以ST開頭，現以酷魚10.2GB硬盤為例來說明。該硬盤的型號是：ST310220A，在ST后第一位數字是代表硬盤的尺寸，3就是該硬盤采用3寸盤片，如今其他規格的硬盤已基本上沒有了，所以大家能夠見到?的絕大多數硬盤該位數字均不3，3后面的1022代表的是該硬盤的格式化容量是10.22GB，最后一位數

23、字0是代表7200轉產品。這一點不要混淆與希捷以前的入門級產品Medalist ST38420A混淆。多數希捷的Medalist Pro系列開始，以結尾的產品均代表7200轉硬盤，其它數字結尾(包括1、2)代表5400轉的產品。位于型號最后的字母是硬盤的接口類型。希捷硬盤的接口類型字母含義如下： A=ATA UDMA33或UDMA66 IDE接口 AG為筆記本電腦專用的ATA接口硬盤。 W為ULTRA Wide SCSI， 其數據傳輸率為40MB每秒 N為ULTRA Narrow SCSI，其數據傳輸率為20MB每秒。 而ST34501W/FC和ST19101N/FC中的FC(Fibre Ch

24、annel)表示光纖通道，可提供高達每秒100MB的數據傳輸率，并且支持熱插拔。 硬盤及接口標準的發展歷史一、硬盤的歷史 說起硬盤的歷史，我們不能不首先提到藍色巨人IBM所發揮的重要作用，正是IBM發明了硬盤，并且為硬盤的發展做出了一系列重大貢獻。在發明磁盤系統之前，計算機使用穿孔紙帶、磁帶等來存儲程序與數據，這些存儲方式不僅容量低、速度慢，而且有個大缺陷：它們都是順序存儲，為了讀取后面的數據，必須從頭開始讀，無法實現隨機存取數據。 在1956年9月，IBM向世界展示了第一臺商用硬盤IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Con

25、trol），這套系統的總容量只有5MB，卻是使用了50個直徑為24英寸的磁盤組成的龐然大物。而在1968年IBM公司又首次提出了“溫徹斯特”Winchester技術。“溫徹斯特”技術的精髓是：“使用密封、固定并高速旋轉的鍍磁盤片，磁頭沿盤片徑向移動，磁頭磁頭懸浮在高速轉動的盤片上方，而不與盤片直接接觸”，這便是現代硬盤的原型。在1973年IBM公司制造出第一臺采用“溫徹期特”技術制造的硬盤，從此硬盤技術的發展有了正確的結構基礎。1979年，IBM再次發明了薄膜磁頭，為進一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度提供了可能。70年代末與80年代初是微型計算機的萌芽時期，包括希捷、昆騰、邁拓在內的許

26、多著名硬盤廠商都誕生于這一段時間。1979年，IBM的兩位員工Alan Shugart和Finis Conner決定要開發像5.25英寸軟驅那樣大小的硬盤驅動器，他們離開IBM后組建了希捷公司，次年，希捷發布了第一款適合于微型計算機使用的硬盤，容量為5MB，體積與軟驅相仿。 PC時代之前的硬盤系統都具有體積大、容量小、速度慢和價格昂貴的特點，這是因為當時計算機的應用范圍還太小，技術與市場之間是一種相互制約的關系，使得包括存儲業在內的整個計算機產業的發展都受到了限制。 80年代末期IBM對硬盤發展的又一項重大貢獻，即發明了MR（Magneto Resistive)磁頭，這種磁頭在讀取數據時對信號

27、變化相當敏感，使得盤片的存儲密度能夠比以往20MB每英寸提高了數十倍。1991年IBM生產的3.5英寸的硬盤使用了MR磁頭，使硬盤的容量首次達到了1GB，從此硬盤容量開始進入了GB數量級的時代 。1999年9月7日，邁拓公司(Maxtor)_宣布了首塊單碟容量高達10.2GB的ATA硬盤，從而把硬盤的容量引入了一個新里程碑。 二、接口標準的發展 （1）IDE和EIDE的由來 最早的IBM PC并不帶有硬盤，它的BIOS及DOS 1.0操作系統也不支持任何硬盤，因為系統的內存只有16KB，就連軟驅和DOS都是可選件。后來DOS 2引入了子目錄系統，并添加了對“大容量”存儲設備的支持，于是一些公司

28、開始出售供IBM PC使用的硬盤系統，這些硬盤與一塊控制卡、一個獨立的電源被一起裝在一個外置的盒子里，并通過一條電纜與插在擴展槽中的一塊適配器相連，為了使用這樣的硬盤，必須從軟驅啟動，并加載一個專用設備驅動程序。 1983年IBM公司推出了PC/XT，雖然XT仍然使用8088 CPU，但配置卻要高得多，加上了一個10MB的內置硬盤，IBM把控制卡的功能集成到一塊接口控制卡上，構成了我們常說的硬盤控制器。其接口控制卡上有一塊ROM芯片，其中存有硬盤讀寫程序，直到基于80286處理器的PC/AT的推出，硬盤接口控制程序才被加入到了主板的BIOS中。 PC/XT和PC/AT機器使用的硬盤被稱為MFM

29、硬盤或ST506/412硬盤，MFM（Modified Frequency Modulation）是指一種編碼方案，而ST506/412則是希捷開發的一種硬盤接口，ST506接口不需要任何特殊的電纜及接頭，但是它支持的傳輸速度很低，因此到了1987年左右這種接口就基本上被淘汰了。 邁拓于1983年開發了ESDI（Enhanced Small Drive Interface）接口。這種接口把編解碼器放在了硬盤本身之中，它的理論傳輸速度是ST506的24倍。但由于成本比較高，九十年代后就逐步被淘汰掉了。 IDE（Integrated Drive Electronics）實際上是指把控制器與盤體集成

30、在一起的硬盤驅動器，這樣減少了硬盤接口的電纜數目與長度，數據傳輸的可靠性得到了增強，硬盤制造起來變得更容易，對用戶而言，硬盤安裝起來也更為方便。IDE接口也叫ATA（Advanced Technology Attachment）接口。 ATA接口最初是在1986年由CDC、康柏和西部數據共同開發的，他們決定使用40芯的電纜，最早的IDE硬盤大小為5英寸，容量為40MB。ATA接口從80年代末期開始逐漸取代了其它老式接口。 80年代末期IBM發明了MR（Magneto Resistive）磁阻磁頭，這種磁頭在讀取數據時對信號變化相當敏感，使得盤片的存儲密度能夠比以往的20MB/in2提高數十上百

31、倍。1991年，IBM生產的3.5英寸硬盤0663E12使用了MR磁頭，容量首次達到了1GB，從此硬盤容量開始進入了GB數量級，直到今天，大多數硬盤仍然采用MR磁頭。 人們在談論硬盤時經常講到PIO模式和DMA模式，它們是什么呢？目前硬盤與主機進行數據交換的方式有兩種，一種是通過CPU執行I/O端口指令來進行數據的讀寫；另外，一種是不經過CPU的DMA方式。 PIO模式即Programming Input/Output Model。這種模式使用PC I/O端口指令來傳送所有的命令、狀態和數據。由于驅動器中有多個緩沖區，對硬盤的讀寫一般采用I/O串操作指令，這種指令只需一次取指令就可以重復多次地完成I/O操作，因此，達到高的數據傳輸率是可能的。 DMA即Direct Memory Access。它表示數據不經過CPU，而直接在硬盤和內存之間傳送。在多任務操作系統內，如OS/2、Linux、Windows NT等，當磁盤傳輸數據時，CPU可騰出時間來做其它事情，而在DOS/Windows3.X環境里，CPU不得不等待數據傳輸完畢，所以在這種情況下，DMA方式的意義并不大。 DMA方式有兩種類型：第三方DMA（thirdparty DMA）和第一方DMA（firstparty DMA）(或稱總線主控DMA，Busmastering DMA)。第三方DMA通過系統主板