硬盤基本知識
2020-07-21 19:33:36
供稿：網(wǎng)友
硬盤的DOS管理結(jié)構(gòu)
1.磁道，扇區(qū)，柱面和磁頭數(shù)
硬盤最基本的組成部分是由堅硬金屬材料制成的涂以磁性介質(zhì)的盤片，不同容量硬盤的盤片數(shù)不等。每個盤片有兩面，都可
記錄信息。盤片被分成許多扇形的區(qū)域，每個區(qū)域叫一個扇區(qū)，每個扇區(qū)可存儲128×2的N次方（N＝0.1.2.3）字節(jié)信息。在DOS
中每扇區(qū)是128×2的2次方＝512字節(jié)，盤片表面上以盤片中心為圓心，不同半徑的同心圓稱為磁道。硬盤中，不同盤片相同半徑
的磁道所組成的圓柱稱為柱面。磁道與柱面都是表示不同半徑的圓，在許多場合，磁道和柱面可以互換使用，我們知道，每個磁
盤有兩個面，每個面都有一個磁頭，習(xí)慣用磁頭號來區(qū)分。扇區(qū)，磁道（或柱面）和磁頭數(shù)構(gòu)成了硬盤結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，幫這些
參數(shù)可以得到硬盤的容量，基計算公式為：
存儲容量＝磁頭數(shù)×磁道（柱面）數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
要點：（1）硬盤有數(shù)個盤片，每盤片兩個面，每個面一個磁頭
（2）盤片被劃分為多個扇形區(qū)域即扇區(qū)
（3）同一盤片不同半徑的同心圓為磁道
（4）不同盤片相同半徑構(gòu)成的圓柱面即柱面
（5）公式： 存儲容量＝磁頭數(shù)×磁道（柱面）數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
（6）信息記錄可表示為：××磁道（柱面），××磁頭，××扇區(qū)
2.簇
“簇”是DOS進(jìn)行分配的最小單位。當(dāng)創(chuàng)建一個很小的文件時，如是一個字節(jié)，則它在磁盤上并不是只占一個字節(jié)的空間，
而是占有整個一簇。DOS視不同的存儲介質(zhì)（如軟盤，硬盤），不同容量的硬盤，簇的大小也不一樣。簇的大小可在稱為磁盤
參數(shù)塊（BPB）中獲取。簇的概念僅適用于數(shù)據(jù)區(qū)。
本點：（1）“簇”是DOS進(jìn)行分配的最小單位。
（2）不同的存儲介質(zhì)，不同容量的硬盤，不同的DOS版本，簇的大小也不一樣。
（3）簇的概念僅適用于數(shù)據(jù)區(qū)。
3.扇區(qū)編號定義：絕對扇區(qū)與DOS扇區(qū)
由前面介紹可知，我們可以用柱面/磁頭/扇區(qū)來唯一定位磁盤上每一個區(qū)域，或是說柱面/磁頭/扇區(qū)與磁盤上每一個扇區(qū)有
一一對應(yīng)關(guān)系，通常DOS將“柱面/磁頭/扇區(qū)”這樣表示法稱為“絕對扇區(qū)”表示法。但DOS不能直接使用絕對扇區(qū)進(jìn)行磁盤上的
信息管理，而是用所謂“相對扇區(qū)”或“DOS扇區(qū)”。“相對扇區(qū)”只是一個數(shù)字，如柱面140，磁頭3，扇區(qū)4對應(yīng)的相對扇區(qū)號
為2757。該數(shù)字與絕對扇區(qū)“柱面/磁頭/扇區(qū)”具有一一對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)使用相對扇區(qū)編號時，DOS是從柱面0，磁頭1，扇區(qū)1開始
（注：柱面0，磁頭0，扇區(qū)1沒有DOS扇區(qū)編號，DOS下不能訪問，只能調(diào)用BIOS訪問），第一個DOS扇區(qū)編號為0，該磁道上剩余
的扇區(qū)編號為1到16（設(shè)每磁道17個扇區(qū)），然后是磁頭號為2，柱面為0的17個扇區(qū)，形成的DOS扇區(qū)號從17到33。直到該柱面的
所有磁頭。然后再移到柱面1，磁頭1，扇區(qū)1繼續(xù)進(jìn)行DOS扇區(qū)的編號，即按扇區(qū)號，磁頭號，柱面號（磁道號）增長的順序連續(xù)
地分配DOS扇區(qū)號。
公式：記DH－－第一個DOS扇區(qū)的磁頭號
DC－－第一個DOS扇區(qū)的柱面號
DS－－第一個DOS扇區(qū)的扇區(qū)號
NS－－每磁道扇區(qū)數(shù)
NH－－磁盤總的磁頭數(shù)
則某扇區(qū)（柱面C，磁頭H，扇區(qū)S）的相對扇區(qū)號RS為：
RS＝NH×NS×（C－DC）＋NS×（H－DH）＋（S－DS）
若已知RS，DC，DH，DS，NS和NH則
S＝（RS MOD NS）＋DS
H＝（（RS DIV NS）MOD NH）＋DH
C＝（（RS DIV NS）DIV NH）＋DC
要點：（1）以柱面/磁頭/扇區(qū)表示的為絕對扇區(qū)又稱物理磁盤地址
（2）單一數(shù)字表示的為相對扇區(qū)或DOS扇區(qū)，又稱邏輯扇區(qū)號
（3）相對扇區(qū)與絕對扇區(qū)的轉(zhuǎn)換公式
4.DOS磁盤區(qū)域的劃分
格式化好的硬盤，整個磁盤按所記錄數(shù)據(jù)的作用不同可分為主引導(dǎo)記錄（MBR:Main Boot Record），Dos引導(dǎo)記錄（DBRos
Boot Record），文件分配表（FAT:File Assign Table），根目錄（BD:Boot Directory）和數(shù)據(jù)區(qū)。前5個重要信息在磁盤的外
磁道上，原因是外圈周長總大于內(nèi)圈周長，也即外圈存儲密度要小些，可傷心性高些。
要點：（1）整個硬盤可分為MBR，DBR，F(xiàn)AT，BD和數(shù)據(jù)區(qū)。
（2）MBR，DBR，F(xiàn)AT，和BD位于磁盤外道。
5.MBR
MBR位于硬盤第一個物理扇區(qū)（絕對扇區(qū)）柱面0，磁頭0，扇區(qū)1處。由于DOS是由柱面0，磁頭1，扇區(qū)1開始，故MBR不屬于
DOS扇區(qū)，DOS不能直接訪問。MBR中包含硬盤的主引導(dǎo)程序和硬盤分區(qū)表。分區(qū)表有4個分區(qū)記錄區(qū)。記錄區(qū)就是記錄有關(guān)分區(qū)信
息的一張表。它從主引導(dǎo)記錄偏移地址01BEH處連續(xù)存放，每個分區(qū)記錄區(qū)占16個字節(jié)。
分區(qū)表的格式
分區(qū)表項的偏移 意義 占用字節(jié)數(shù)
00 引導(dǎo)指示符 1B
01 分區(qū)引導(dǎo)記錄的磁頭號 1B
02 分區(qū)引導(dǎo)記錄的扇區(qū)和柱面號 2B
04 系統(tǒng)指示符 1B
05 分區(qū)結(jié)束磁頭號 1B
06 分區(qū)結(jié)束扇區(qū)和柱面號 2B
08 分區(qū)前面的扇區(qū)數(shù) 4B
0C 分區(qū)中總的扇區(qū)數(shù) 4B
4個分區(qū)中只能有1個活躍分區(qū)，即C盤。標(biāo)志符是80H在分區(qū)表的第一個字節(jié)處。若是00H則表示非活躍分區(qū)。例如：
80 01 01 00 0B FE 3F 81 3F 00 00 00 C3 DD 1F 00
00 00 01 82 05 FE BF 0C 02 DE 1F 00 0E 90 61 00
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
要點：（1）MBR位于硬盤第一個物理扇區(qū)柱面0，磁頭0，扇區(qū)1處。不屬于DOS扇區(qū)，
（2）主引導(dǎo)記錄分為硬盤的主引導(dǎo)程序和硬盤分區(qū)表。
6.DBR
DBR位于柱面0，磁頭1，扇區(qū)1，即邏輯扇區(qū)0。DBR分為兩部分：DOS引導(dǎo)程序和BPB（BIOS參數(shù)塊）。其中DOS引導(dǎo)程序完成
DOS系統(tǒng)文件（IO.SYS，MSDOS.SYS）的定位與裝載，而BPB用來描述本DOS分區(qū)的磁盤信息，BPB位于DBR偏移0BH處，共13字節(jié)。
它包含邏輯格式化時使用的參數(shù)，可供DOS計算磁盤上的文件分配表，目錄區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址，BPB之后三個字提供物理格
式化（低格）時采用的一些參數(shù)。引導(dǎo)程序或設(shè)備驅(qū)動程序根據(jù)這些信息將磁盤邏輯地址（DOS扇區(qū)號）轉(zhuǎn)換成物理地址（絕對
扇區(qū)號）。BPB格式
序號 偏移地址 意義
1 03H－0AH OEM號
2 0BH－0CH 每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
3 0DH 每簇扇區(qū)數(shù)
4 0EH－0FH 保留扇區(qū)數(shù)
5 10H FAT備份數(shù)
6 11H－12H 根目錄項數(shù)
7 13H－14H 磁盤總扇區(qū)數(shù)
8 15H 描述介質(zhì)
9 16H－17H 每FAT扇區(qū)數(shù)
10 18H－19H 每磁道扇區(qū)數(shù)
11 1AH－1BH 磁頭數(shù)
12 1CH－1FH 特殊隱含扇區(qū)數(shù)
13 20H－23H 總扇區(qū)數(shù)
14 24H－25H 物理驅(qū)動器數(shù)
15 26H 擴展引導(dǎo)簽證
16 27H－2AH 卷系列號
17 2BH－35H 卷標(biāo)號
18 36H－3DH 文件系統(tǒng)號
DOS引導(dǎo)記錄公式：
文件分配表≡保留扇區(qū)數(shù)
根目錄≡保留扇區(qū)數(shù)＋FAT的個數(shù)×每個FAT的扇區(qū)數(shù)
數(shù)據(jù)區(qū)≡根目錄邏輯扇區(qū)號＋（32×根目錄中目錄項數(shù)＋（每扇區(qū)字節(jié)數(shù)－1））DIV每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
絕對扇區(qū)號≡邏輯扇區(qū)號＋隱含扇區(qū)數(shù)
扇區(qū)號≡（絕對扇區(qū)號MOD每磁道扇區(qū)數(shù)）＋1
磁頭號≡（絕對扇區(qū)號DIV每磁道扇區(qū)數(shù)）MOD磁頭數(shù)
磁道號≡（絕對扇區(qū)號DIV每磁道扇區(qū)數(shù)）DIV磁頭數(shù)
要點：（1）DBR位于柱面0，磁頭1，扇區(qū)1，其邏輯扇區(qū)號為0
（2）DBR包含DOS引導(dǎo)程序和BPB。
（3）BPB十分重要，由此可算出邏輯地址與物理地址。
7.文件分配表
文件分配表是DOS文件組織結(jié)構(gòu)的主要組成部分。我們知道DOS進(jìn)行分配的最基本單位是簇。文件分配表是反映硬盤上所
有簇的使用情況，通過查文件分配表可以得知任一簇的使用情況。DOS在給一個文件分配空間時總先掃描FAT，找到第一個可
用簇，將該空間分配給文件，并將該簇的簇號填到目錄的相應(yīng)段內(nèi)。即形成了“簇號鏈”。FAT就是記錄文件簇號的一張表。
FAT的頭兩個域為保留域，對FAT12來說是3個字節(jié)，F(xiàn)AT來說是4個字節(jié)。其中頭一個字節(jié)是用來描述介質(zhì)的，其余字節(jié)為FFH
。介質(zhì)格式與BPB相同。
第一個字節(jié)的8位意義：
7 6 5 4 3 ２ １ ０
└─────-┘ │ │ │┌0非雙面
置1 │ │ └┤
│ │ └1雙面
│ │┌0不是8扇區(qū)
│ └┤
│ └1是8扇區(qū)
│┌0不是可換的
└┤
└1是可換的
FAT結(jié)構(gòu)含義
FAT12 FAT16 意義
000H 0000H 可用
FF0H－FF6H FFF0H－FFF6H 保留
FF7H FFF7H 壞
FF8H－FFFH FFF8H－FFFFH 文件最后一個簇
×××H ××××H 文件下一個簇
對于FAT16，簇號×2作偏移地址，從FAT中取出一字即為FAT中的域。
邏輯扇區(qū)號＝數(shù)據(jù)區(qū)起始邏輯扇區(qū)號＋（簇號－2）×每簇扇區(qū)數(shù)
簇號＝（邏輯扇區(qū)號－數(shù)據(jù)區(qū)起始邏輯扇區(qū)號）DIV每簇扇區(qū)數(shù)＋2
要點：（1）FAT反映硬盤上所有簇的使用情況，它記錄了文件在硬盤中具體位置（簇）。
（2）文件第一個簇號（在目錄表中）和FAT的該文件的簇號串起來形成文件的“簇號鏈”，恢復(fù)被破壞的文件就是根
據(jù)這條鏈。
（3）由簇號可算邏輯扇區(qū)號，反之，由邏輯扇區(qū)號也可以算出簇號，公式如上。
（4）FAT位于DBR之后，其DOS扇區(qū)號從1開始。
8.文件目錄
文件目錄是DOS文件組織結(jié)構(gòu)的又一重要組成部分。文件目錄分為兩類：根目錄，子目錄。根目錄有一個，子目錄可以有
多個。子目錄下還可以有子目錄，從而形成“樹狀”的文件目錄結(jié)構(gòu)。子目錄其實是一種特殊的文件，DOS為目錄項分配32字
節(jié)。目錄項分為三類：文件，子目錄（其內(nèi)容是許多目錄項），卷標(biāo)（只能在根目錄，只有一個。目錄項中有文件（或子目
錄，或卷標(biāo)）的名字，擴展名，屬性，生成或最后修改日期，時間，開始簇號，及文件大小。
目錄項的格式
字節(jié)偏移 意義 占字節(jié)數(shù)
00H 文件名 8B
08H 擴展名 3B
0BH 文件屬性 1B
0CH 保留 10B
16H 時間 2B
18H 日期 2B
1AH 開始簇號 2B
1CH 文件長度 4B
目錄項文件名區(qū)域中第一個字節(jié)還有特殊的意義：00H代表未使用
05H代表實際名為E5H
EBH代表此文件已被刪除
目錄項屬性區(qū)域的這個字節(jié)各個位的意義如下： ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ０
未 修 修 子 卷 系 隱 只
用 改 改 目 標(biāo) 統(tǒng) 藏 讀
標(biāo) 標(biāo) 錄 屬 屬 屬
志 志 性 性 性
注意：WINDOWS的長文件名使用了上表中所說的“保留”這片區(qū)域。
要點：（1）文件目錄是記錄所有文件，子目錄名，擴展名屬性，建立或刪除最后修改日期。文件開始簇號及文件長度的一張
登記表.
（2）DOS中DIR列出的內(nèi)容訓(xùn)是根據(jù)文件目錄表得到的。
（3）文件起始簇號填在文件目錄中，其余簇都填在FAT中上一簇的位置上。
9.物理驅(qū)動器與邏輯驅(qū)動器
物理驅(qū)動器指實際安裝的驅(qū)動器。
邏輯驅(qū)動器是對物理驅(qū)動器格式化后產(chǎn)生的。
要點：同上。
