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计算机组装与维护第五章硬盘驱动器硬盘的外部结构硬盘从外观上看，由电源接口、数据接口、控制电路板、固定盖板、安装螺孔等组成。各种硬盘的结构都是相似的，如图8-2所示。2.硬盘的内部结构2.内部结构：它由磁头、盘片、主轴、电机、接口及其他附件组成，其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在硬盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部分:（1）磁头驱动机构：硬盘的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。（2）盘片：硬盘的盘体由多个重叠在一起并由垫圈隔开的盘片组成，盘片是表面极为平整光滑且涂有磁性物质的金属圆片。（3）主轴组件。主轴组件包括主轴部件如轴承和马达等。硬盘在工作时，通过马达的转动将用户需要存取的资料所在的扇区带到磁头下方，马达的转速越快，用户存取数据的时间也就越短。5.2硬盘驱动器的工作原理及主要性能指标5.2.1硬盘驱动器的工作原理硬盘的工作原理很简单，硬盘可以读取和写入保存数据，写入数据实际上是通过磁头对硬盘片表面的可磁化单元进行磁化，就象录音机的录音过程；不同的是，录音机是将模拟信号顺序地录制在涂有磁介质的磁带上，而硬盘是将二进制的数字信号以环状同心圆轨迹的形式，一圈一圈地记录在涂有磁介质的高速旋转的盘面上。读取数据时，只需把磁头移动到相应的位置读取此处的磁化编码状态即可。硬盘的逻辑结构硬盘由很多盘片(platter)组成，每个盘片的每个面都有一个读写磁头。如果有n个盘片。就有2n个面，对应2n个磁头(Heads)，从0、1、2开始编号。每个盘片被划分成若干个同心圆磁道(逻辑上的，是不可见的。)每个盘片的划分规则通常是一样的。这样每个盘片的半径均为固定值R的同心圆在逻辑上形成了一个以电机主轴为轴的柱面(Cylinders)，从外至里编号为0、1、2……每个盘片上的每个磁道又被划分为几十个扇区(Sector)，通常的容量是512byte，并按照一定规则编号为1、2、3……形成：Cylinders×Heads×Sector个扇区。这三个参数即是硬盘的物理参数。而一块硬盘的容量计算公式，就是磁头数×柱面数×扇区数×512字节。“簇”的概念文件系统是操作系统与驱动器之间的接口，当操作系统请求从硬盘里读取一个文件时，会请求相应的文件系统（FAT16/FAT32/NTFS）打开文件。扇区是磁盘最小的物理存储单元，但由于操作系统无法对数目众多的扇区进行寻址，所以操作系统就将相邻的扇区组合在一起，形成一个簇，然后再对簇进行管理。每个簇可以包括2、4、8、16、32或64个扇区。显然，簇是操作系统所使用的逻辑概念，而非磁盘的物理特性。为了更好地管理磁盘空间和更高效地从硬盘读取数据，操作系统规定一个簇中只能放置一个文件的内容，因此文件所占用的空间，只能是簇的整数倍；而如果文件实际大小小于一簇，它也要占一簇的空间。所以，一般情况下文件所占空间要略大于文件的实际大小，只有在少数情况下，即文件的实际大小恰好是簇的整数倍时，文件的实际大小才会与所占空间完全一致。磁盘引导原理：计算机在按下power键以后，开始执行主板bios程序。进行完一系列检测和配置以后。开始按BIOS中设定的系统引导顺序引导系统。那么，BIOS执行完自己的程序后如何把执行权交给硬盘呢？交给硬盘后又执行存储在哪裡的程序呢。其实，称为MBR的一段代码起着举足轻重的作用。MBR(masterbootrecord),即主引导记录，有时也称主引导扇区。位于整个硬盘的0柱面0磁头1扇区(可以看做是硬盘的第一个扇区)，BIOS在执行自己固有的程序以后就会跳到MBR中的第一条指令。将系统的控制权交由MBR来执行。在总共512byte的主引导记录中，MBR的引导程序佔了其中的前446个字节，随后的64个字节为DPT(DiskPartitionTable，硬盘分区表)，最后的两个字节是分区有效结束标志。MBR不随操作系统的不同而不同，意即不同的操作系统可能会存在相同的MBR，即使不同，MBR也不会夹带操作系统的性质。具有公共引导的特性。DBR（DosBootRecord）即操作系统引导扇区，通常位于硬盘的1磁道1柱面1扇区,占用分区的第1扇区共512个字节，（这是对于DOS来说的，对于那些以多重引导方式启动的系统则位于相应的主分区/扩展分区的第一个扇区），是操作系统可直接访问的第一个扇区，它也包括一个引导程序和一个被称为BPB（BIOSParameterBlock）的本分区参数记录表。其实每个逻辑分区都有一个DBR，其参数视分区的大小、操作系统的类别而有所不同。引导程序的主要任务是判断本分区根目录前两个文件是否为操作系统的引导文件（例如MSDOS或者起源于MSDOS的Win9x/Me的IO.SYS和MSDOS.SYS）。如是，就把第一个文件读入内存，并把控制权交予该文件。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数、分配单元（AllocationUnit，也称之为簇）的大小等重要参数。DBR由高级格式化程序产生（例如DOS的Format.com）。文件分配表FAT(FileAllocationTable)即文件分配表，是DOS/Win9x系统的文件寻址系统，为了数据安全起见，FAT一般做两个，第二FAT为第一FAT的备份,FAT区紧接在DBR之后，其大小由本分区的大小及文件分配单元的大小决定。关于FAT的格式历来有很多选择，Microsoft的DOS及Windows采用我们所熟悉的FAT12、FAT16、FAT32和NTFS格式，但除此以外并非没有其它格式的FAT，像WindowsNT、OS/2、UNIX/Linux、Novell等都有自己的文件管理方式。目录区DIR是Directory即根目录区的简写，DIR紧接在第二FAT表之后,只有FAT还不能定位文件在磁盘中的位置，FAT还必须和DIR配合才能准确定位文件的位置。DIR记录着每个文件（目录）的起始单元（这是最重要的）、文件的属性等。定位文件位置时，操作系统根据DIR中的起始单元，结合FAT表就可以知道文件在磁盘的具体位置及大小了。在DIR区之后，才是真正意义上的数据存储区，即DATA区。数据区DATA虽然占据了硬盘的绝大部分空间，但没有了前面的各部分，它对于我们来说，也只能是一些枯燥的二进制代码，没有任何意义。在这里有一点要说明的是，我们通常所说的格式化程序（指高级格式化，例如DOS下的Format程序），并没有把DATA区的数据清除，只是重写了FAT表而已，至于分区硬盘，也只是修改了MBR和DBR，绝大部分的DATA区的数据并没有被改变，这也是许多硬盘数据能够得以修复的原因。但即便如此，如MBR/DBR/FAT/DIR之一被破坏的话，也足够咱们那些所谓的DIY高手们忙乎半天了……需要提醒大家的是，如果你经常整理磁盘，那么你的数据区的数据可能是连续的，这样即使MBR/FAT/DIR全部坏了，我们也可以使用磁盘编辑软件（比如DOS下的DiskEdit），只要找到一个文件的起始保存位置，那么这个文件就有可能被恢复（当然了，这需要一个前提，那就是你没有覆盖这个文件……）。硬盘分区方式我们平时说到的分区概念，不外乎三种:主分区、扩展分区和逻辑分区。主分区是一个比较单纯的分区，通常位于硬盘的最前面一块区域中，构成逻辑C磁盘。在主分区中，不允许再建立其它逻辑磁盘。扩展分区的概念则比较复杂，也是造成分区和逻辑磁盘混淆的主要原因。由于硬盘仅仅为分区表保留了64个字节的存储空间，而每个分区的参数占据16个字节，故主引导扇区中总计可以存储4个分区的数据。操作系统只允许存储4个分区的数据，如果说逻辑磁盘就是分区，则系统最多只允许4个逻辑磁盘。对于具体的应用，4个逻辑磁盘往往不能满足实际需求。为了建立更多的逻辑磁盘供操作系统使用，系统引入了扩展分区的概念。所谓扩展分区，严格地讲它不是一个实际意义的分区，它仅仅是一个指向下一个分区的指针，这种指针结构将形成一个单向链表。这样在主引导扇区中除了主分区外，仅需要存储一个被称为扩展分区的分区数据，通过这个扩展分区的数据可以找到下一个分区（实际上也就是下一个逻辑磁盘）的起始位置，以此起始位置类推可以找到所有的分区。无论系统中建立多少个逻辑磁盘，在主引导扇区中通过一个扩展分区的参数就可以逐个找到每一个逻辑磁盘。需要特别注意的是，由于主分区之后的各个分区是通过一种单向链表的结构来实现链接的，因此，若单向链表发生问题，将导致逻辑磁盘的丢失。关于格式化的概念格式化分为低级格式化、高级格式化和快速格式化。低级格式化就是将空白的磁盘划分出柱面和磁道，再将磁道划分为若干个扇区，每个扇区又划分出标识部分ID、间隔区GAP和数据区DATA等。可见，低级格式化是高级格式化之前的一件工作，而且低级格式化只能针对一块硬盘而不能支持单独的某一个分区。每块硬盘在出厂时，已由硬盘生产商进行低级格式化，因此通常使用者无需再进行低级格式化操作。低级格式化是一种损耗性操作，其对硬盘寿命有一定的负面影响。高级格式化是根据一定的分区格式对磁盘的进行标记,生成引导区信息、初始化空间分配表表、标注逻辑坏道、校验数据等，使操作系统能够对磁盘进行读写，所以高级格式化的方法因操作系统的不同而不同，或者说因分区格式的不同而不同。高级格式化只是对磁盘进行寻常的读写操作，对硬盘并没有不利的影响。快速格式化是高级格式化的一种，相对于普通格式化而言，它省却了校验数据一环，并假设磁盘中所有的扇区都是可以正确读写的，并不标注坏扇区。它提高了格式化的速度，却牺牲了可靠性。快速格式化的硬盘，可以用磁盘检查工具对磁盘进行表面扫描来校验数据，保证数据存取的可靠。格式化其实就好比给一张白纸上打格子，便于使用这张白纸。只不过低级格式化打的格子大一些，不能直接使用，而高级格式化打的格子就是稿纸，可以直接用了。Windows下对硬盘进行的格式化和对软盘进行的格式化原理是一样的。而格式化软盘有所不同的是，我们对一张软盘进行的全面格式化是一种低级格式化。SATA简介使用SATA（SerialATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的SerialATA委员会正式确立了SerialATA1.0规范，2002年，虽然串行ATA的相关设备还未正式上市，但SerialATA委员会已抢先确立了SerialATA2.0规范。SerialATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。SATA工作原理串口硬盘是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而知名。相对于并行ATA来说，就具有非常多的优势。首先，SerialATA以连续串行的方式传送数据，一次只会传送1位数据。这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，SerialATA仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次，SerialATA的起点更高、发展潜力更大，SerialATA1.0定义的数据传输率可达1