第十四章磁盘存储原理 ☆不管是软磁盘还是硬磁盘存储器,其存储部件都是由涂有磁 性材料的國形基片组成的,电一圈圈封闭的同心圆组成记录 信息的磁道。盘面上的磁道分布见图。 磁盘是由许多磁道组成的,虽然每个磁道长度不一样,但 每道磁道的容量都是相同的,因而它们的信息存储密度不 息的 最小物理位。遛常对盘进行的所镧格式花操作,就是在 磁盘上划分磁道和扇区。刚出厂的磁盘上没有这些划分,所 以必须经过格式化后才能使用 令磁盘的存储原理是由写入电路将经过编码后的“0”和“1” 脉冲信号,通过磁头转变为磁化电流,使软盘上生成相应的 磁元,这样便将信息记录在软盘上。读出时,软盘上的磁元 在磁头上产生感应电压,再经读写电路还原出“0"和"1数 字信息,送到计算机中
第十四章 磁盘存储原理 ❖ 不管是软磁盘还是硬磁盘存储器，其存储部件都是由涂有磁 性材料的圆形基片组成的，由一圈圈封闭的同心圆组成记录 信息的磁道。盘面上的磁道分布见图。 ❖ 磁盘是由许多磁道组成的，虽然每个磁道长度不一样，但 每道磁道的容量都是相同的，因而它们的信息存储密度不一 样。每个磁道又被划分成多个扇区，扇区是磁盘存储信息的 最小物理单位。通常对磁盘进行的所谓格式化操作，就是在 磁盘上划分磁道和扇区。刚出厂的磁盘上没有这些划分，所 以必须经过格式化后才能使用。 ❖ 磁盘的存储原理是由写入电路将经过编码后的“0”和“1” 脉冲信号，通过磁头转变为磁化电流，使软盘上生成相应的 磁元，这样便将信息记录在软盘上。读出时，软盘上的磁元 在磁头上产生感应电压，再经读写电路还原出“0 "和"1"数 字信息，送到计算机中
第十四章磁盘存储原理 0磁道 磁道 扇区 末磁道
第十四章 磁盘存储原理
第十四章磁盘存储原理 主引导扇区 令主引导扇区位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区,包括硬盘主 引导记录MBR( Main boot record)和分区表DPT(Dsk Partition table)。其中主引导记录的作用就是检查分区表 是否正确以及确定哪个分区为引导分区,并在程序结束时把 该分区的启动程序(也就是操作系统引导扇区)调入内存加 以执行。至子分区表,很多人都知道,以80H或00H为开始 标志,以55AAH为结束标志,共64字节,位于本扇区的最末 端。值得一提的是,MBR是由分区程序(例如DOS的 Fdisk. exe)产生的,不同的操作系统可能这个扇区是不尽相 同。如果你有这个意向也可以自己去编写一个,只要它能完 成前述的任务即可,这也是为仕么能实现多系统启动的原因 说句题外话:正因为这个主引导记录容易编写,所以才出现 了很多的引导区病毒)
第十四章 磁盘存储原理 ❖ 主引导扇区 ❖ 主引导扇区位于整个硬盘的0磁道0柱面1扇区，包括硬盘主 引导记录MBR（Main Boot Record）和分区表DPT（Disk Partition Table）。其中主引导记录的作用就是检查分区表 是否正确以及确定哪个分区为引导分区，并在程序结束时把 该分区的启动程序（也就是操作系统引导扇区）调入内存加 以执行。至于分区表，很多人都知道，以80H或00H为开始 标志，以55AAH为结束标志，共64字节，位于本扇区的最末 端。值得一提的是，MBR是由分区程序（例如DOS 的 Fdisk.exe）产生的，不同的操作系统可能这个扇区是不尽相 同。如果你有这个意向也可以自己去编写一个，只要它能完 成前述的任务即可，这也是为什么能实现多系统启动的原因 （说句题外话:正因为这个主引导记录容易编写，所以才出现 了很多的引导区病毒）
第十四章磁盘存储原理 操作系统引导扇区 令OBR( OS Boot record)即操作系统引导扇区,通常位于 硬盘的0磁道1柱面1扇区(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( BIOS Parameter Block)的本分区参数记录表。其实每个逻辑分区都有一个 OBR,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 Wn9xMe的.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( Allocation Unit, 序产生(例如DOs的 Format. com。OBR由高级格式化程 以前也称之为簇)的大小等重要参数
第十四章 磁盘存储原理 ❖ 操作系统引导扇区 ❖ OBR（OS Boot Record）即操作系统引导扇区，通常位于 硬盘的0磁道1柱面1扇区（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（BIOS Parameter Block）的本分区参数记录表。其实每个逻辑分区都有一个 OBR，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（Allocation Unit， 以前也称之为簇）的大小等重要参数。OBR由高级格式化程 序产生（例如DOS 的Format.com）
第十四章磁盘存储原理 文件分配表 冷FAT( File allocation table)即文件分配表,是 DOS/n9x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OBR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 所熟悉的FAT12、FAT16和FAT32格式,但除此以 外并非没有其它格式的FAT,像 Windows nt OS/2、∪NⅨLnuX、Nove等都有自己的文件管理 方式
第十四章 磁盘存储原理 ❖ 文件分配表 ❖ FAT(File Allocation Table)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OBR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和FAT32格式，但除此以 外并非没有其它格式的FAT，像Windows NT、 OS/2、UNIX/Linux、Novell等都有自己的文件管理 方式
第十四章磁盘存储原理 目录区 冷DR是 Directory即根目录区的简写,DR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DR配合才能准确定位文件的位置 DR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DR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DR区之后, 才是真正意义上的数据存储区,即DATA区
第十四章 磁盘存储原理 ❖ 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
第十四章磁盘存储原理 数据区 令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OBR,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/OBRFAT/DIR之一被破坏的话, 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 MBRFAT/DIR全部坏了,我 们也可以使用磁盘编辑软件(比如DOS下的 DiskEdit 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.)
第十四章 磁盘存储原理 ❖ 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OBR，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/OBR/FAT/DIR之一被破坏的话， 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……）
第十四章磁盘存储原理 令硬盘分区方式 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。由于硬盘夜仅为分区表保留了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防 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
第十四章 磁盘存储原理 ❖ 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
第十四章磁盘存储原理 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 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
第十四章 磁盘存储原理 ❖ 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
第十四章磁盘存储原理 文件的读取 操作系统从目录区中读取文件信息(包括文件名、 后缀名、文件大小、修改日期和文件在数据区保存 的第一个簇的簇号),我们这里假设第一个簇号是 0023。 ☆操作系统从0023簇读取相应的数据,然后再找到 FAT的0023单元,如果内容是文件结束标志(FF) 则表示文件结束,否则内容保存数据的下一个簇的 簇号,这样重复下去直到遇到文件结束标志
第十四章 磁盘存储原理 ❖ 文件的读取 ❖ 操作系统从目录区中读取文件信息（包括文件名、 后缀名、文件大小、修改日期和文件在数据区保存 的第一个簇的簇号），我们这里假设第一个簇号是 0023。 ❖ 操作系统从0023簇读取相应的数据，然后再找到 FAT的0023单元，如果内容是文件结束标志（FF）， 则表示文件结束，否则内容保存数据的下一个簇的 簇号，这样重复下去直到遇到文件结束标志