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      機械硬盤的物理結構和磁盤分區原理簡介

      電腦雜談  發布時間:2020-10-18 06:05:38  來源:網絡整理

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      硬盤的物理結構

      首先,讓我們簡要了解硬盤的物理結構。一般而言,硬盤結構包括:磁盤,磁頭,主軸,控制電機,磁頭控制器,數據轉換器,接口,高速緩存等。所有磁盤(硬盤中通常有多個磁盤,并且每個磁盤都平行其他)固定在主軸上。每個磁盤的存儲表面上都有一個磁頭。磁頭和磁盤之間的距離很小(因此很容易因劇烈振動而損壞)。磁頭連接到磁頭控制器,以統一控制每個磁頭的運動。磁頭沿磁盤半徑移動,并且磁盤沿指定方向高速旋轉,因此磁頭可以到達磁盤上的任何位置。

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      基本結構是這樣的。至于硬盤的讀寫方式,您必須知道磁盤盤片是如何劃分的,否則您只知道磁頭在盤片上移動。

      光盤上的基本概念

      整個硬盤驅動器通常由許多光盤組成。每個光盤都像西瓜一樣“切”成扇區,并沿半徑分為多個同心圓,即圖例軌道。每個軌道分為多個扇區,稱為扇區(扇區是用于讀取和寫入信息的最小單位從磁盤,通常是512個字節)。不同磁盤上半徑相同的磁道形成一列。另一方面,這些只是磁盤的物理概念。

      機械硬盤分區

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      硬盤上的數據位置

      每個扇區可以存儲128×2 N次方(N =0.1.2.3)字節數據(通常為512B),該扇區是數據存儲的最小單位。外圈大于內圈。為什么存儲的數據量相同?這是因為內圈和外圈中使用的磁性材料的密度不同。但是現在硬盤使用的是內圈和外圈的密度相同,以存儲數據以減少“小面積數據”浪費的大小(此時,內圈和外圈的扇區數將有所不同,具體細節將省略)模式:使用扇區(sector),圓柱體(cylinder)和磁頭(head),很顯然,您可以找到數據,這是數據定位(尋址)方法之一,CHS(也稱為3D),非常有效用于早期磁盤(如上圖所示)。您知道要使用哪個磁頭以及要讀取哪個柱面。前幾個扇區都可以。

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      CHS模式支持的硬盤容量有限。 8bit用于存儲頭地址,10bit用于存儲柱面地址,6bit用于存儲扇區地址,一個扇區共有512Bytes,因此使用CHS尋址硬盤的最大容量256 * 1024 * 63 * 512B = 8064 MB(1MB = 1048576B)(如果1MB = 1000000B計算為8.4GB)

      LBA尋址方法:但是現在許多硬盤使用相同的密度盤,這意味著內磁道和外磁道上的扇區數不同,扇區數增加,容量增加。 3D很難定位和處理。新的尋址模式:LBA(邏輯塊尋址)。在LBA地址中,該地址不再代表實際硬盤的實際物理地址(圓柱,磁頭和扇區)。

      LBA尋址方法將CHS的三維尋址方法轉換為一維線性尋址。它通過某些規則將硬盤所有物理扇區的C / H / S編號轉換為線性編號。系統效率大大提高,避免了繁瑣的打印頭/圓柱/扇區尋址模式。當訪問硬盤時,硬盤控制器將該邏輯地址轉換為實際硬盤的物理地址。 LBA下的數字,扇區號從0開始。

      邏輯扇區號LBA的公式:LBA(邏輯扇區號)=磁頭數×每磁道的扇區數×當前磁道數+每磁道的扇區數×當前磁頭數+當前扇區數-1。

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      例如:CHS = 0/0/1,根據公式LBA = 255×63×0 + 63×0 + 1-1 = 0,這意味著物理0柱面0磁頭1扇區為邏輯0扇區

      磁盤分區原理

      每個安裝了系統的人都知道,必須先對系統進行分區才能安裝。更生動地說,例如,Windows中的C:和D:之類的東西。如果您想問為什么需要對硬盤進行分區,首先,就使用習慣而言,我們不希望數據無序地堆積。其次,如果不進行分區,那么如何使用硬盤上的不同文件系統(如下所述),學術界的爭論是:數據安全性和性能注意事項。

      分區

      讓我們談談硬盤上最重要的第一扇區,因為整個硬盤的重要信息在這里:

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      您為什么說不能繼續分配?技術柱面數足夠多,因為上面提到的硬盤分區表只有64個字節,每個分區記錄需要占用16個字節,最多只能分為4個字節。問題是這樣的:如何將我的計算機分為5(cdefg)?

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      實際上,這里提到的4個分區是所謂的主分區。為了支持許多分區,引入了擴展分區的概念。也就是說,可以使用DPT中的一條記錄來記錄擴展分區的信息,然后再在擴展分區中進行記錄,然后繼續對邏輯分區進行劃分,并將邏輯分區的分區信息記錄在該分區的第一扇區中。擴展分區,以便可以像鏈接列表一樣劃分許多分區。但是請注意,一個分區表中可以有1?4個主分區,但是最多只能有1個擴展分區。

      分區表如何關聯?分區表是一個單鏈表。第一個分區表是位于硬盤第一個扇區中的DPT,可以有一個記錄擴展分區起始位置的列。該表面類似于指針的概念,指向擴展分區。根據該記錄,我們可以找到擴展分區的柱面0頭和1扇區(CHS),該扇區存儲第二個分區表,第二個分區表。當前邏輯分區,第二條記錄描述下一個邏輯分區所在的0頭1扇區(CHS),第四條三、項目記錄中未存儲任何信息。

      看下面的圖片。主引導記錄/分區表是硬盤的第一個分區。基本分區1、基本分區2、基本分區3是主分區,擴展分區中有2個邏輯分區。每個邏輯分區的第一個扇區是分區表。

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      引導加載程序

      系統在分區之后啟動。前面提到的MBR中安裝的引導加載程序的作用是什么?

      實際上,引導加載程序可以安裝在MBR中,也可以直接安裝在每個分區的引導扇區(DBR)中。請注意,每個分區(主分區,邏輯分區)都有自己的引導程序。該扇區專門用于安裝引導加載程序,如圖3所示。

      系統啟動過程

      安裝Windows時,默認情況下,MBR和Windows所在分區的引導扇區將自動與引導程序一起安裝,并且不會提供任何選項供用戶選擇。因此,如果以前已經安裝了其他操作系統,則需要安裝其他窗口。此時,公共MBR將被覆蓋,從而無法啟動原始操作系統。

      如果先安裝Windows,然后再安裝linux,則linux將覆蓋MBR,然后讓用戶選擇是否添加其他操作系統(例如Windows)的啟動項。如果您選擇添加,則將有兩個供用戶選擇的選項。

      文件系統

      文件系統也是一個非常大而復雜的主題。我們仍然以相對流行和粗粒度的方式對其進行解釋。試想一下我們的文件如何與磁盤扇區相對應,因此僅存在磁道扇區的基本概念。這毫無用處。需要更多抽象的數據類型或結構來抽象底層細節。

      文件系統是一組抽象數據類型,用于實現諸如數據存儲,層次結構,訪問和獲取之類的操作。文件系統是一種用于向用戶提供對基礎數據的訪問的機制。它將設備中的空間劃分為特定大小的塊(扇區),通常每個塊512字節。數據存儲在這些塊中,并且大小被修改為占用整數個塊。文件系統軟件負責將這些塊組織到文件和目錄中,并記錄將哪些塊分配給哪個文件以及不使用哪些塊。

      但是,文件系統不一定只出現在特定的存儲設備上。它是數據的組織者和提供者。至于底層,它可以是磁盤或動態生成數據的其他設備(例如網絡設備)。

      原文來自:電子工程專輯


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