面、軌道和扇區
硬盤分區後，會分為邊、道、扇區。需要註意的是，這些只是虛擬的概念，並不是真的在硬盤上。先說表面。硬盤壹般由壹片或幾片圓形薄膜組成。正如我們所說，每個圓形薄膜都有兩個“面”，都是用來存儲數據的。按照面的數量依次稱為0面，1面，2面...因為每個面都有讀寫頭，所以也俗稱0頭和1頭。根據硬盤容量和規格的不同，硬盤(或磁頭)的數量也不壹定相同，從2個到幾十個不等。每邊軌道號相同的軌道組合成壹個圓柱體(如圖1)。(圖)
上面我們提到了賽道的概念。那麽到底什麽是賽道呢？由於磁盤是旋轉的，連續寫入的數據排列在壹個圓上。我們稱這樣壹個圓為軌道。(圖2)如果讀寫頭沿著圓膜的半徑方向移動壹定距離，後面寫入的數據會被安排在另壹個磁道上。根據硬盤規格的不同，磁道數從幾百到幾千不等；壹個磁道可以容納幾千字節的數據，但主機往往不需要壹次讀寫這麽多，所以把磁道分成幾段，每段稱為壹個扇區。壹個扇區通常存儲512字節的數據。扇區也需要編號。同壹磁道中的扇區稱為扇區1，扇區2...
為了提高效率，計算機以扇區為單位讀寫硬盤。即使計算機只需要存儲在硬盤上的某個字節，也必須將該字節所在扇區的512字節壹次性全部讀入內存，然後使用所需的字節。但是，在上面，我們也提到過，硬盤上沒有痕跡，表面上沒有磁道和扇區的劃分。雖然磁頭可以按照合適的半徑瞄準壹個磁道，但是如何在壹圈首尾相連的扇區中找出所需的扇區呢？原來，每個扇區不僅由512個字節組成，而且由計算機訪問的這些數據的前端和後端的壹些特定數據構成扇區邊界標記，該標記包含扇區號等信息。計算機使用這些標誌來識別扇區。
硬盤的數據結構
在上面，我們談到了硬盤中數據存儲的壹般原理。為了更深入的了解硬盤，我們還必須對硬盤的數據結構有壹個簡單的了解。硬盤上的數據根據其不同的特性和功能大致可以分為五個部分:MBR區、DBR區、FAT區、DIR區和數據區。下面我們分別介紹壹下:
1.MBR區域
MBR(主引導記錄主引導記錄區)？0磁道，0柱面和1扇區位於整個硬盤。但主引導扇區總共***512字節中，MBR只占446字節，其他64字節交給DPT(磁盤分區表)(見表)。最後兩個字節“55，AA”是分區的結束標記。這整個構成了硬盤的主引導扇區。(圖)
主引導記錄包含硬盤的壹系列參數和壹個引導程序。硬盤引導程序的主要作用是在系統硬件完成自檢後，檢查分區表是否正確並在帶有激活標誌的分區上引導操作系統，並將控制權交給引導程序。MBR由分區程序(如Fdisk.exe)生成，不依賴於任何操作系統，硬盤引導程序也可以更改，實現多系統存儲。
下面，我們用壹個例子讓大家更直觀的了解主引導記錄:
示例:80 01 01 00b Fe BF FC 3f 00 000 007 e86bb 00
這裏我們可以看到前面的“80”是壹個分區的激活標誌，表示系統可以引導；“01 01 00”表示分區開頭的頭號為01，開頭的扇區號為01，開頭的柱面號為00；“0B”表示分區的系統類型為FAT32，其他常見的有04(FAT16)、07(NTFS)；“FE BF FC”表示分區末的頭號為254，分區末的扇區數為63，分區末的柱面數為764；“3F 00 00 00”表示第壹扇區的相對扇區號為63；“7E 86 BB 00”表示扇區總數為12289622。
2.DBR地區
DBR(Dos引導記錄)是指操作系統的引導記錄區。通常位於硬盤的0磁道1柱面1扇區，是操作系統可以直接訪問的第壹個扇區。它包括壹個引導程序和壹個被稱為BPB(Bios參數塊)的這個分區的參數記錄表。引導程序的主要任務是在MBR把系統控制權交給它的時候，判斷這個分區和目錄的前兩個文件是否是操作系統的引導文件(以DOS為例，就是Io.sys和Msdos.sys)。如果它存在，將它讀入內存，並將控制權交給文件。BPB參數塊記錄了該分區的重要參數，如起始扇區、結束扇區、文件存儲格式、硬盤媒體描述符、根目錄大小、fat數量、分配單元大小等。由高級格式程序(Format.com和其他程序)制作DBR。
3.脂肪區域
在DBR後面是我們熟悉的FAT(文件分配表)區域。在解釋文件分配表的概念之前，先說壹下集群的概念。當文件占用磁盤空間時，基本單位不是字節而是簇。壹般來說，每簇軟盤有1個扇區，每簇硬盤的扇區數量與硬盤總容量有關，可能是4，8，16，32，64...
同壹個文件的數據不壹定完全存儲在磁盤的壹個連續區域，而往往是分成若幹段，像鏈壹樣存儲。這種存儲方式稱為文件鏈式存儲。因為段與段之間的連接信息(也就是FAT)是存儲在硬盤上的，所以操作系統在讀取文件時總能找到每個段的位置並正確讀取。
為了實現文件的鏈式存儲，需要準確記錄硬盤上哪些簇已經被文件占用，同時也要為每個被占用的簇指明下壹個存儲後續內容的簇號。對於文件的最後壹個簇，有必要指示該簇中沒有後繼簇。這些都是FAT表保存的，表中有很多條目，每個條目都記錄了壹個集群的信息。由於FAT對於文件管理的重要性，FAT有壹個備份，即在原來的FAT後面構建壹個相同的FAT。新形成的FAT中的所有項都被標記為“未被占用”，但如果磁盤在本地損壞，格式化程序會檢測到損壞的簇，並在相應的項中將其標記為“壞簇”，因此將來保存文件時將不會使用該簇。FAT項的數量相當於硬盤上簇的總數，每壹項占用的字節數也要與簇的總數相適應，因為需要存儲簇號。FAT有多種格式，最常見的有FAT16和FAT32。
4.迪爾縣
DIR(目錄)是根目錄區，緊接著第二個FAT表(也就是備份FAT表)，記錄了根目錄下每個文件(目錄)的初始單位，文件的屬性等等。在定位文件位置時，操作系統可以根據DIR中的起始單元和FAT表知道文件在硬盤中的具體位置和大小。
5.數據區
數據區是真正的數據存儲場所，位於DIR區之後，占據了硬盤上大部分的數據空間。
磁盤文件系統
經常聽到專家講FAT16、FAT32、NTFS等術語。朋友們可能隱約知道這是指文件系統。但是，這麽多文件系統是什麽意思呢？今天，讓我們壹起來學習:
1.什麽是文件系統？
所謂文件系統，就是操作系統中組織、存儲和命名文件的結構。磁盤或分區與其包含的文件系統之間的差異非常重要。大多數應用程序基於文件系統運行，不能在不同的文件系統上工作。
2.文件系統系列
有許多常用的文件系統。MS-DOS和Windows 3.x使用FAT16文件系統，Windows 98默認也使用FAT16。Windows 98和Me可以同時支持FAT16和FAT32文件系統。Windows NT支持FAT16和NTFS，Windows 2000可以支持FAT16、FAT32和NTFS，Linux可以支持很多文件系統，比如FAT16、FAT32、NTFS、Minix、ext、ext2、xiafs、HPFS和VFAT。下面，筆者簡單介紹壹下這些文件系統的相關情況:
(1)FAT16
FAT的全稱是“文件分配表”，最早應用於MS-DOS是在1982年。FAT文件系統的主要優點是可以允許多種操作系統訪問，如MS-DOS、Windows 3.x、Windows 9x、Windows NT、OS/2等。這個文件系統遵循8.3的命名規則(即文件名最多8個字符，擴展名3個字符)。
(2)VFAT
VFAT的意思是“擴展文件分配表系統”，主要用於Windows 95。它擴展了FAT16文件系統，並支持最長可達255個字符的長文件名。VFAT仍然保留擴展名並支持文件日期和時間屬性，並為每個文件保留三個日期/時間:文件創建的日期/時間、文件最近修改的日期/時間和文件最近打開的日期/時間。
(3)FAT32
FAT32主要用於Windows 98系統，可以增強磁盤性能，增加可用磁盤空間。因為壹個集群的大小比FAT16小很多，所以可以節省磁盤空間。它支持2G以上的分區大小。朋友們可以從附表中看到，FAT16與FAT32不同。
⑷HPFS
高性能文件系統。OS/2的高性能文件系統(HPFS)主要克服了FAT文件系統不適合高端操作系統的缺點。HPFS支持長文件名，比FAT文件系統有更強的糾錯能力。Windows NT還支持HPFS，這使得從OS/2到Windows NT的過渡更加容易。HPFS和NTFS有許多共同的特征，包括長文件名，但是它們的可靠性很差。
(5)非關稅壁壘
NTFS是專用於Windows NT/2000操作系統的高級文件系統，支持文件系統故障恢復，尤其適用於大存儲介質和長文件名。NTFS的主要弱點是只能被Windows NT/2000識別。雖然它可以讀取FAT文件系統和HPFS文件系統的文件，但是它的文件不能被FAT文件系統和HPFS文件系統訪問，所以兼容性更有問題。
ext2
這是Linux中使用最多的文件系統，因為它是專門為Linux設計的，速度最快，占用CPU最少。Ext2既可用於標準塊設備(如硬盤)，也可用於可移動存儲設備(如軟盤)。現在出現了新壹代的Linux文件系統，如SGI的XFS、ReiserFS和ext3文件系統。
總結:雖然上面作者介紹了六種文件系統，但是FAT16/32和NTFS是主導，FAT32是使用最多的。只要右擊我的電腦中某個驅動器的屬性，就可以看到常規選項中使用的文件系統(如圖)。
清楚地識別硬盤號
目前電子市場的硬盤品牌無非是IBM、Quantum、希捷、邁拓等“老字號”。這些硬盤型號的數字各不相同，令人眼花繚亂。其實這些數字都有壹定的規律，表示某種特異性？的意思。壹般來說，從硬盤的序列號就可以知道硬盤的性能指標，包括接口？類型、速度、容量等。作為DIY的朋友，只有真正掌握了硬盤號的正確識別，買硬盤才方便很多(以免被“黑”)，至少不會被賣的人會說什麽是什麽。這裏有壹些例子供妳參考。
壹.國際商用機器公司
IBM是硬盤行業的巨頭，產品幾乎覆蓋了所有硬盤領域。而且IBM是去年硬盤容量和價格戰的始作俑者。多虧了IBM，我們今天可以使用既便宜又大容量的硬盤。
IBM的每個產品都分為幾個系列，其命名方式是:產品名稱+系列代碼+接口類型+磁盤大小+速度+容量。以Deskstar 22GXP的13.5GB硬盤為例。硬盤的型號為:DJNA-371350，字母D代表Deskstar產品，JN代表Deskstar25GP和22GP系列，A代表ATA接口，3代表3寸盤，7代表7200 rpm產品，後四位是65438+的硬盤容量。IBM序列號(IDE)具有以下含義:
TT=Deskstar 16GP或14GXP JN=Deskstar 25GP或22GXP RV=Ultrastar 18LZX或36ZX。
接口類型的含義如下:a = ATA。
s和u = ultra SCSI，Ultra SCSI Wide，Ultra SCSI SCA，增強型SCSI，
增強型擴展SCSI(SCA)
C =串行存儲架構連續存儲系統SCSI L= =光纖通道SCSI
二、邁拓(邁拓)
邁拓是美國現代電子公司的獨立子公司。過去它的產品也同時覆蓋了IDE和SCSI，但由於SCSI產品缺乏競爭力，最終放棄了這個高端市場，專註於IDE硬盤。所以，邁拓應該是當今最獨家的硬盤廠商。
MAXTOR硬盤編號規則如下:第壹名+容量+接口類型+磁頭數量，MAXTOR？從第四代鉆石開始，它的第壹個數字就是9，壹直延續到現在，所以今天妳在電子市場上能看到的邁拓硬盤的第壹個數字基本都是9。另外，MAXTOR number中有壹個磁頭數的概念，因為MAXTOR硬盤是每盤存儲的發起者，所以每盤存儲要從其硬盤模型中的磁頭數來體現。每個磁盤的存儲量= 2 *硬盤總容量/磁頭數量。
現在以鉆石Max Plus 6800的10.2 GB硬盤為例來說明:這個硬盤？型號為91024U3，9為第壹，1024為容量，U為接口類型UDMA66，3表示硬盤有三個頭，表示其中壹個盤的壹面有數據。每盤存儲量為2*10.2/3=6.8GB. MAXTOR硬盤接口類型字母含義如:
A = Pio模式d = udma33模式u = udma66模式。
第三，希捷(SEAGATE)
希捷科技是世界上最大的磁盤驅動器，磁？磁盤和讀寫頭制造商，該公司壹直是IBM、康柏、索尼等行業的主要硬盤供應商。希捷還保持著業界首款10000 rpm硬盤(捷豹獵豹系列SCSI)的記錄和最大容量(捷豹III 73GB)的記錄，可見公司的實力。但是呢？因為希捷壹直專註於高端應用(如SCSI硬盤)而不特別註重低端家用產品的開發，所以在DIY主眼中不如quantum等硬盤供應商？。好在希捷及時註意到了這個問題，不久前投入市場的梭魚系列壹掃希捷的硬盤。以前在每盤存儲，速度，噪音，外頻異常的情況下都能穩定工作。在質量和綜合性能方面的缺點。
希捷硬盤系列的產品名稱從低端到高端依次為U4系列、Medalist系列、U8系列、Medalist Pro系列、Barracuda系列。其中Medalist Pro和Barracuda系列為7200 rpm產品，其他為5400 rpm產品。硬盤的型號都是以ST開頭，現在以酷魚10.2GB硬盤為例來說明。硬盤的型號為:ST310220A，ST後的第壹位數字代表硬盤的大小，3表示硬盤使用的是3英寸的磁盤。現在基本沒有其他規格的硬盤了，妳看？大部分硬盤的位數都不是3，3後面的1022代表硬盤格式化後的容量是10.22GB，最後壹位0代表7200轉的產品。這壹點不要和希捷之前的入門級產品Medalist ST38420A混淆，大多數希捷Medalist Pro系列都是以7200 rpm硬盤結尾的產品開頭，其他數字(包括1和2)以5400 rpm結尾的產品開頭。型號末尾的字母是硬盤的接口類型。希捷硬盤接口類型的字母含義如下:
A=ATA UDMA33或UDMA66 IDE接口AG是筆記本電腦專用的ATA接口硬盤。
w是超寬SCSI，
其數據傳輸速率為每秒40MB，n為超窄SCSI，數據傳輸速率為每秒20MB。
ST34501W/FC和ST19101N/FC中的FC(光纖通道)代表光纖通道，可提供高達每秒100MB的數據傳輸速率，支持熱插拔。
硬盤和接口標準的發展歷史
首先，硬盤的歷史
說起硬盤的歷史，就不能不提到藍色巨人IBM所扮演的重要角色，它發明了硬盤，並為其發展做出了壹系列重大貢獻。在磁盤系統發明之前，計算機使用穿孔紙帶和磁帶來存儲程序和數據。這些存儲方式不僅容量低、速度慢，而且還有壹個很大的缺陷:它們都是順序存儲的，為了讀取後面的數據，必須從頭開始，因此無法實現對數據的隨機存取。
1956年9月，IBM向世界展示了第壹個商用硬盤IBM 350 RAMAC(隨機存取方法的核算和控制)。這個系統的總容量只有5MB，卻是壹個由50個直徑24英寸的磁盤組成的龐然大物。1968年，IBM首次提出“Winchester”溫徹斯特技術。“溫徹斯特”技術的本質是:“利用壹個密封的、固定的、高速旋轉的鍍盤，磁頭沿盤的徑向移動，磁頭懸浮在高速旋轉的盤的上方，不與盤直接接觸”，這就是現代硬盤的雛形。1973年，IBM制造了第壹個采用溫徹斯特技術制造的硬盤，硬盤技術的發展有了正確的結構基礎。1979年，IBM又發明了薄膜磁頭，使進壹步縮小硬盤體積、增加容量、提高讀寫速度成為可能。70年代末80年代初是微型計算機的萌芽期，這壹時期誕生了包括希捷、量子、邁拓在內的許多著名硬盤廠商。1979年，IBM的兩位員工阿蘭·舒加特和費尼斯·康納決定開發壹種5.25英寸軟驅大小的硬盤驅動器。他們離開IBM後，希捷公司成立了。次年，希捷發布了第壹款適用於微型計算機的硬盤，容量為5MB，體積與軟驅差不多。
PC時代之前的硬盤系統的特點是體積大、容量小、速度慢、價格高，因為當時計算機的應用範圍太小，技術和市場的關系相互制約，限制了整個計算機行業包括存儲行業的發展。20世紀80年代末，IBM對硬盤的發展做出了另壹項巨大貢獻，那就是發明了MR(磁阻)磁頭，它在讀取數據時對信號變化相當敏感，使磁盤的存儲密度可以比以前的每英寸20MB提高幾十倍。1991年，IBM生產的3.5寸硬盤使用了MR磁頭，使得硬盤容量首次達到1GB，硬盤容量開始進入GB量級時代。1999年9月7日，Maxtor)_ Company _公布了首款每盤存儲高度為10.2GB的ATA硬盤，從而將硬盤的容量引入了壹個新的裏程碑。
第二，接口標準的發展
(1)IDE和EIDE的起源
最早的IBM PC沒有硬盤，它的BIOS和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，連軟驅和DOS都是可選的。後來DOS 2推出了子目錄系統，增加了對“大容量”存儲設備的支持，於是壹些公司開始銷售IBM PC的硬盤系統。這些硬盤與控制卡和獨立電源壹起被包裝在壹個外部盒子中，並通過電纜連接到插入擴展槽的適配器。為了使用這樣的硬盤，有必要從軟驅啟動並加載壹個特殊的設備驅動程序。
1983年，IBM推出PC/XT。XT雖然還是用8088 CPU，但是配置高了很多。IBM內置10MB的硬盤，將控制卡的功能集成到壹個接口控制卡中，構成了我們常說的硬盤控制器。它的接口控制卡上有壹個ROM芯片，裏面存儲著硬盤讀寫程序。直到基於80286處理器的PC/AT的推出，硬盤接口控制程序才被加入到主板的BIOS中。
PC/XT和PC/AT機器使用的硬盤稱為MFM硬盤或ST-506/412硬盤。MFM(modified frequency modulation)指的是壹種編碼方案，而ST-506/412是希捷開發的硬盤接口。ST-506接口不需要任何特殊的電纜和連接器，但它需要。
1983年，邁拓開發了ESD(增強型小驅動接口)接口。這個接口把編解碼器放在硬盤本身，理論傳輸速度是ST-506的2 ~ 4倍。但由於成本過高，90年代後逐漸被淘汰。
IDE(Integrated Drive Electronics)實際上是指將控制器與盤體集成在壹起的硬盤驅動器，從而減少了硬盤接口的線纜數量和長度，增強了數據傳輸的可靠性，使硬盤更容易制造，也更方便用戶安裝。IDE接口也叫ATA(高級技術附件)接口。
ATA接口最初是由CDC、Compaq和Western Digital在1986開發的。他們決定使用40芯電纜。最早的IDE硬盤大小為5英寸，容量為40MB。自20世紀80年代後期以來，ATA接口逐漸取代了其他舊接口。
20世紀80年代末，IBM發明了MR(磁阻)磁頭，它在讀取數據時對信號變化非常敏感，使得磁盤的存儲密度比以前的20MB/in2提高了幾十倍或上百倍。1991年，IBM生產的3.5寸硬盤0663-E12使用了MR磁頭，容量首次達到1GB。從此，硬盤的容量進入了GB的量級，直到今天，大部分硬盤仍然使用MR磁頭。
當談到硬盤時，人們經常談到PIO模式和DMA模式。它們是什麽？目前，硬盤和主機之間的數據交換有兩種方式。壹種方法是通過CPU執行I/O端口指令來讀寫數據。另外，壹種是沒有CPU的DMA模式。
PIO模式是編程輸入/輸出模式。該模式使用PC I/O端口指令傳輸所有命令、狀態和數據。因為驅動器中有多個緩沖區，所以壹般使用I/O字符串操作指令來讀寫硬盤。這種指令只需取壹次指令就可以完成多次I/O操作，因此有可能達到很高的數據傳輸率。
DMA是直接內存訪問。意味著數據不經過CPU直接在硬盤和內存之間傳輸。在多任務操作系統中，如OS/2、Linux、Windows NT等。，當磁盤傳輸數據時，CPU可以騰出時間做其他事情，而在DOS/Windows3。x環境下，CPU要等待數據傳輸完成，所以在這種情況下，DMA模式意義不大。
有兩種類型的DMA模式:第三方DMA和第壹方DMA(或總線控制DMA)。第三方DMA通過系統主板上DMA控制器的仲裁獲得總線並傳輸數據。第壹方DMA完全由接口卡上的邏輯電路完成，這當然增加了總線主控接口的復雜度和成本。現在，所有較新的芯片組都支持總線主控DMA。
(2)SCSI接口
小型計算機系統接口是與ATA完全不同的接口。它不是專門為硬盤設計的，而是壹種總線型系統接口。每條SCSI總線可以連接八個SCSI設備，包括SCSI控制卡。SCSI的優點是支持多種設備，傳輸速率比ATA接口快很多，但價格也高，獨立總線使其占用CPU低。最早的SCSI是由美國的Shugart公司(希捷公司的前身)在1979年制定的。90年代初，SCSI發展到SCSI-2，1995推出SCSI-3，俗稱Ultra SCSI，1997推出Ultra 2 SCSI (FAST-40)。采用LVD(低壓差分)傳輸方式，16位Ultra2SCSI(LVD)接口最高傳輸速率可達80MB/S，允許最長接口電纜為12m，大大增加了設備的靈活性。1998年，數據傳輸速率更高的Ultra160/m SCSI(FAST-80 under Wide)規格正式公布，其最高數據傳輸速率為160 MB/s，Quantum推出的Atlas10K、Atlas IV等產品支持Ultra3 SCSI的ultra 160/m傳輸。
SCSI硬盤傳輸性能極佳。但是大部分主板都沒有內置SCSI接口，這就需要安裝相應的SCSI卡來連接SCSI硬盤。目前SCSI卡有三種正式標準，分別是SCSI-1、SCSI-2和SCSI-3，以及壹些中間版本。為了獲得SCSI硬盤的最佳性能，需要保證SCSI卡和SCSI硬盤具有相同的版本(目前新生產的SCSI硬盤和SCSI卡是向前兼容的，版本不壹定相同)。
(3)IEEE 1394:IEEE 1394又稱火線或P1394，是壹種高速串行總線。現有的IEEE 1394標準支持100Mbps、200Mbps和400Mbps的傳輸速率。未來會達到800Mbps，1600Mbps，3200Mbps甚至更高。如此高的速度使其有可能用作硬盤、DVD和CD-r om等大容量存儲設備的接口。IEEE1394有望在未來取代現有的SCSI總線和IDE接口，但由於成本高、技術不成熟，目前使用IEEE1394接口的產品仍然很少，硬盤就更少了。