硬盤(pán)邏輯結構簡(jiǎn)介

一. 硬盤(pán)邏輯結構簡(jiǎn)介

1. 硬盤(pán)參數釋疑
到目前為止, 人們常說(shuō)的硬盤(pán)參數還是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)參數. 那么為什么要使用這些參數,它們的意義是什么?它們的取值范圍是什么?很久以前, 硬盤(pán)的容量還非常小的時(shí)候,人們采用與軟盤(pán)類(lèi)似的結構生產(chǎn)硬盤(pán). 也就是硬盤(pán)盤(pán)片的每一條磁道都具有相同的扇區數.由此產(chǎn)生了所謂的3D 參數 (Disk Geometry). 既磁頭數(Heads), 柱面數(Cylinders),扇區數(Sectors),以及相應的尋址方式.
其中:磁頭數(Heads)表示硬盤(pán)總共有幾個(gè)磁頭,也就是有幾面盤(pán)片, 最大為 255 (用 8 個(gè)二進(jìn)制位存儲);柱面數(Cylinders) 表示硬盤(pán)每一面盤(pán)片上有幾條磁道,最大為 1023(用 10 個(gè)二進(jìn)制位存儲);扇區數(Sectors) 表示每一條磁道上有幾個(gè)扇區, 最大為 63(用 6 個(gè)二進(jìn)制位存儲).每個(gè)扇區一般是 512 個(gè)字節, 理論上講這不是必須的,但好象沒(méi)有取別的值的.所以磁盤(pán)最大容量為:
255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 8024 GB ( 1M =1048576 Bytes )或硬盤(pán)廠(chǎng)商常用的單位:
255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8414 GB ( 1M =1000000 Bytes )在 CHS 尋址方式中, 磁頭, 柱面, 扇區的取值范圍分別為 0 到 Heads - 1,0 到 Cylinders - 1, 1 到Sectors (注意是從 1 開(kāi)始).

2. 基本 Int 13H 調用簡(jiǎn)介
BIOS Int 13H 調用是 BIOS 提供的磁盤(pán)基本輸入輸出中斷調用, 它可以完成磁盤(pán)(包括硬盤(pán)和軟盤(pán))的復位, 讀寫(xiě), 校驗, 定位, 診斷,格式化等功能.它使用的就是 CHS 尋址方式, 因此最大識能訪(fǎng)問(wèn) 8 GB左右的硬盤(pán) (本文中如不作特殊說(shuō)明, 均以 1M = 1048576 字節為單位).

3. 現代硬盤(pán)結構簡(jiǎn)介
在老式硬盤(pán)中, 由于每個(gè)磁道的扇區數相等,所以外道的記錄密度要遠低于內道, 因此會(huì )浪費很多磁盤(pán)空間 (與軟盤(pán)一樣). 為了解決這一問(wèn)題,進(jìn)一步提高硬盤(pán)容量, 人們改用等密度結構生產(chǎn)硬盤(pán). 也就是說(shuō),外圈磁道的扇區比內圈磁道多. 采用這種結構后, 硬盤(pán)不再具有實(shí)際的3D 參數,尋址方式也改為線(xiàn)性尋址, 即以扇區為單位進(jìn)行尋址.為了與使用3D 尋址的老軟件兼容 (如使用BIOSInt13H 接口的軟件), 在硬盤(pán)控制器內部安裝了一個(gè)地址翻譯器,由它負責將老式3D 參數翻譯成新的線(xiàn)性參數. 這也是為什么現在硬盤(pán)的3D 參數可以有多種選擇的原因(不同的工作模式, 對應不同的3D 參數, 如 LBA, LARGE, NORMAL).

4. 擴展 Int 13H 簡(jiǎn)介
雖然現代硬盤(pán)都已經(jīng)采用了線(xiàn)性尋址, 但是由于基本 Int13H 的制約, 使用 BIOS Int 13H 接口的程序, 如 DOS 等還只能訪(fǎng)問(wèn) 8 G 以?xún)鹊挠脖P(pán)空間.為了打破這一限制, Microsoft 等幾家公司制定了擴展Int 13H 標準(Extended Int13H), 采用線(xiàn)性尋址方式存取硬盤(pán), 所以突破了 8 G 的限制,而且還加入了對可拆卸介質(zhì) (如活動(dòng)硬盤(pán)) 的支持.

二. Boot Sector 結構簡(jiǎn)介
1. Boot Sector 的組成
Boot Sector 也就是硬盤(pán)的第一個(gè)扇區, 它由 MBR (MasterBoot Record),DPT (Disk Partition Table)和 Boot Record ID 三部分組成.MBR 又稱(chēng)作主引導記錄占用 Boot Sector 的前 446 個(gè)字節( 0 to 0x1BD ),存放系統主引導程序 (它負責從活動(dòng)分區中裝載并運行系統引導程序).DPT 即主分區表占用 64 個(gè)字節 (0x1BE to 0x1FD),記錄了磁盤(pán)的基本分區信息. 主分區表分為四個(gè)分區項, 每項 16 字節,分別記錄了每個(gè)主分區的信息(因此最多可以有四個(gè)主分區).Boot Record ID 即引導區標記占用兩個(gè)字節 (0x1FE and0x1FF), 對于合法引導區, 它等于 0xAA55,這是判別引導區是否合法的標志.
Boot Sector 的具體結構如下圖所示:

2. 分區表結構簡(jiǎn)介
分區表由四個(gè)分區項構成, 每一項的結構如下:
BYTE State : 分區狀態(tài), 0 =未激活, 0x80 = 激活 (注意此項)
BYTE StartHead : 分區起始磁頭號
WORD StartSC : 分區起始扇區和柱面號,底字節的低6 位為扇區號,
高2 位為柱面號的第 9,10 位, 高字節為柱面號的低 8 位
BYTE Type : 分區類(lèi)型, 如0x0B = FAT32, 0x83 = Linux 等,
00 表示此項未用,07 = NTFS
BYTE EndHead : 分區結束磁頭號
WORD EndSC :分區結束扇區和柱面號, 定義同前
DWORD Relative :在線(xiàn)性尋址方式下的分區相對扇區地址
(對于基本分區即為絕對地址)
DWORD Sectors : 分區大小 (總扇區數)
注意: 在 DOS / Windows 系統下,基本分區必須以柱面為單位劃分( Sectors * Heads 個(gè)扇區), 如對于 CHS 為 764/255/63 的硬盤(pán),分區的最小尺寸為 255 * 63 * 512 / 1048576 = 7.844 MB.

3. 擴展分區簡(jiǎn)介
由于主分區表中只能分四個(gè)分區, 無(wú)法滿(mǎn)足需求,因此設計了一種擴展分區格式. 基本上說(shuō), 擴展分區的信息是以鏈表形式存放的,但也有一些特別的地方.首先, 主分區表中要有一個(gè)基本擴展分區項,所有擴展分區都隸屬于它,也就是說(shuō)其他所有擴展分區的空間都必須包括在這個(gè)基本擴展分區中.對于DOS /Windows 來(lái)說(shuō), 擴展分區的類(lèi)型為 0x05. 除基本擴展分區以外的其他所有擴展分區則以鏈表的形式級聯(lián)存放, 后一個(gè)擴展分區的數據項記錄在前一個(gè)擴展分區的分區表中,但兩個(gè)擴展分區的空間并不重疊.擴展分區類(lèi)似于一個(gè)完整的硬盤(pán), 必須進(jìn)一步分區才能使用.但每個(gè)擴展分區中只能存在一個(gè)其他分區. 此分區在 DOS/Windows 環(huán)境中即為邏輯盤(pán).因此每一個(gè)擴展分區的分區表(同樣存儲在擴展分區的第一個(gè)扇區中)中最多只能有兩個(gè)分區數據項(包括下一個(gè)擴展分區的數據項).