硬盤(pán)邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

一. 硬盤(pán)邏輯結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

1. 硬盤(pán)參數(shù)釋疑
到目前為止, 人們常說(shuō)的硬盤(pán)參數(shù)還是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)參數(shù). 那么為什么要使用這些參數(shù),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(jié)構(gòu)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(qū)數(shù).由此產(chǎn)生了所謂的3D 參數(shù) (Disk Geometry). 既磁頭數(shù)(Heads), 柱面數(shù)(Cylinders),扇區(qū)數(shù)(Sectors),以及相應(yīng)的尋址方式.
其中:磁頭數(shù)(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(chǔ));柱面數(shù)(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(chǔ));扇區(qū)數(shù)(Sectors) 表示每一條磁道上有幾個(gè)扇區(qū), 最大為 63(用 6 個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)).每個(gè)扇區(qū)一般是 512 個(gè)字節(jié), 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(qū)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(diào)用簡(jiǎn)介
BIOS Int 13H 調(diào)用是 BIOS 提供的磁盤(pán)基本輸入輸出中斷調(diào)用, 它可以完成磁盤(pán)(包括硬盤(pán)和軟盤(pán))的復(fù)位, 讀寫(xiě), 校驗(yàn), 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(shí)能訪問(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(jié)為單位).

3. 現(xiàn)代硬盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
在老式硬盤(pán)中, 由于每個(gè)磁道的扇區(qū)數(shù)相等,所以外道的記錄密度要遠(yuǎn)低于內(nèi)道, 因此會(huì)浪費(fèi)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(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤(pán). 也就是說(shuō),外圈磁道的扇區(qū)比內(nèi)圈磁道多. 采用這種結(jié)構(gòu)后, 硬盤(pán)不再具有實(shí)際的3D 參數(shù),尋址方式也改為線性尋址, 即以扇區(qū)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(nèi)部安裝了一個(gè)地址翻譯器,由它負(fù)責(zé)將老式3D 參數(shù)翻譯成新的線性參數(shù). 這也是為什么現(xiàn)在硬盤(pán)的3D 參數(shù)可以有多種選擇的原因(不同的工作模式, 對(duì)應(yīng)不同的3D 參數(shù), 如 LBA, LARGE, NORMAL).

4. 擴(kuò)展 Int 13H 簡(jiǎn)介
雖然現(xiàn)代硬盤(pán)都已經(jīng)采用了線性尋址, 但是由于基本 Int13H 的制約, 使用 BIOS Int 13H 接口的程序, 如 DOS 等還只能訪問(wèn) 8 G 以?xún)?nèi)的硬盤(pán)空間.為了打破這一限制, Microsoft 等幾家公司制定了擴(kuò)展Int 13H 標(biāo)準(zhǔn)(Extended Int13H), 采用線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(duì)可拆卸介質(zhì) (如活動(dòng)硬盤(pán)) 的支持.

二. Boot Sector 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
1. Boot Sector 的組成
Boot Sector 也就是硬盤(pán)的第一個(gè)扇區(qū), 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(dǎo)記錄占用 Boot Sector 的前 446 個(gè)字節(jié)( 0 to 0x1BD ),存放系統(tǒng)主引導(dǎo)程序 (它負(fù)責(zé)從活動(dòng)分區(qū)中裝載并運(yùn)行系統(tǒng)引導(dǎo)程序).DPT 即主分區(qū)表占用 64 個(gè)字節(jié) (0x1BE to 0x1FD),記錄了磁盤(pán)的基本分區(qū)信息. 主分區(qū)表分為四個(gè)分區(qū)項(xiàng), 每項(xiàng) 16 字節(jié),分別記錄了每個(gè)主分區(qū)的信息(因此最多可以有四個(gè)主分區(qū)).Boot Record ID 即引導(dǎo)區(qū)標(biāo)記占用兩個(gè)字節(jié) (0x1FE and0x1FF), 對(duì)于合法引導(dǎo)區(qū), 它等于 0xAA55,這是判別引導(dǎo)區(qū)是否合法的標(biāo)志.
Boot Sector 的具體結(jié)構(gòu)如下圖所示:

2. 分區(qū)表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
分區(qū)表由四個(gè)分區(qū)項(xiàng)構(gòu)成, 每一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)如下:
BYTE State : 分區(qū)狀態(tài), 0 =未激活, 0x80 = 激活 (注意此項(xiàng))
BYTE StartHead : 分區(qū)起始磁頭號(hào)
WORD StartSC : 分區(qū)起始扇區(qū)和柱面號(hào),底字節(jié)的低6 位為扇區(qū)號(hào),
高2 位為柱面號(hào)的第 9,10 位, 高字節(jié)為柱面號(hào)的低 8 位
BYTE Type : 分區(qū)類(lèi)型, 如0x0B = FAT32, 0x83 = Linux 等,
00 表示此項(xiàng)未用,07 = NTFS
BYTE EndHead : 分區(qū)結(jié)束磁頭號(hào)
WORD EndSC :分區(qū)結(jié)束扇區(qū)和柱面號(hào), 定義同前
DWORD Relative :在線性尋址方式下的分區(qū)相對(duì)扇區(qū)地址
(對(duì)于基本分區(qū)即為絕對(duì)地址)
DWORD Sectors : 分區(qū)大小 (總扇區(qū)數(shù))
注意: 在 DOS / Windows 系統(tǒng)下,基本分區(qū)必須以柱面為單位劃分( Sectors * Heads 個(gè)扇區(qū)), 如對(duì)于 CHS 為 764/255/63 的硬盤(pán),分區(qū)的最小尺寸為 255 * 63 * 512 / 1048576 = 7.844 MB.

3. 擴(kuò)展分區(qū)簡(jiǎn)介
由于主分區(qū)表中只能分四個(gè)分區(qū), 無(wú)法滿(mǎn)足需求,因此設(shè)計(jì)了一種擴(kuò)展分區(qū)格式. 基本上說(shuō), 擴(kuò)展分區(qū)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(qū)表中要有一個(gè)基本擴(kuò)展分區(qū)項(xiàng),所有擴(kuò)展分區(qū)都隸屬于它,也就是說(shuō)其他所有擴(kuò)展分區(qū)的空間都必須包括在這個(gè)基本擴(kuò)展分區(qū)中.對(duì)于DOS /Windows 來(lái)說(shuō), 擴(kuò)展分區(qū)的類(lèi)型為 0x05. 除基本擴(kuò)展分區(qū)以外的其他所有擴(kuò)展分區(qū)則以鏈表的形式級(jí)聯(lián)存放, 后一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的數(shù)據(jù)項(xiàng)記錄在前一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的分區(qū)表中,但兩個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的空間并不重疊.擴(kuò)展分區(qū)類(lèi)似于一個(gè)完整的硬盤(pán), 必須進(jìn)一步分區(qū)才能使用.但每個(gè)擴(kuò)展分區(qū)中只能存在一個(gè)其他分區(qū). 此分區(qū)在 DOS/Windows 環(huán)境中即為邏輯盤(pán).因此每一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的分區(qū)表(同樣存儲(chǔ)在擴(kuò)展分區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)中)中最多只能有兩個(gè)分區(qū)數(shù)據(jù)項(xiàng)(包括下一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的數(shù)據(jù)項(xiàng)).