硬盤(pán)邏輯結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)簡(jiǎn)介

本文內(nèi)容主要介紹硬盤(pán)邏輯結(jié)構(gòu)方面的一些參數(shù)和概念，包括Int 13H 調(diào)用、Boot Sector 結(jié)構(gòu)、分區(qū)表結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展分區(qū)等知識(shí)。

1. 硬盤(pán)參數(shù)

很久以前， 硬盤(pán)的容量還非常小的時(shí)候，人們采用與軟盤(pán)類(lèi)似的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤(pán)。 也就是硬盤(pán)盤(pán)片的每一條磁道都具有相同的扇區(qū)數(shù)。由此產(chǎn)生了所謂的3D參數(shù) （Disk Geometry）。 既磁頭數(shù)（Heads）， 柱面數(shù)（Cylinders），扇區(qū)數(shù)（Sectors），以及相應(yīng)的尋址方式。

其中：

磁頭數(shù)（Heads）表示硬盤(pán)總共有幾個(gè)磁頭，也就是有幾面盤(pán)片， 最大為 255 （用 8 個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)）；

柱面數(shù)（Cylinders） 表示硬盤(pán)每一面盤(pán)片上有幾條磁道，最大為 1023（用 10 個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)）；

扇區(qū)數(shù)（Sectors） 表示每一條磁道上有幾個(gè)扇區(qū)， 最大為 63（用 6個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)）。

每個(gè)扇區(qū)一般是 512個(gè)字節(jié)， 理論上講這不是必須的，但好象沒(méi)有取別的值的。

所以磁盤(pán)最大容量為：

255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 8024 GB （ 1M =1048576 Bytes ）或硬盤(pán)廠商常用的單位：

255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8414 GB （ 1M =1000000 Bytes ）

在 CHS 尋址方式中， 磁頭， 柱面， 扇區(qū)的取值范圍分別為 0到 Heads - 1,0 到 Cylinders - 1, 1 到 Sectors （注意是從 1 開(kāi)始）。

2. 基本 Int 13H 調(diào)用簡(jiǎn)介

BIOS Int 13H 調(diào)用是 BIOS提供的磁盤(pán)基本輸入輸出中斷調(diào)用， 它可以完成磁盤(pán)（包括硬盤(pán)和軟盤(pán)）的復(fù)位， 讀寫(xiě)， 校驗(yàn)， 定位， 診斷，格式化等功能。它使用的就是 CHS 尋址方式， 因此最大識(shí)能訪問(wèn) 8 GB 左右的硬盤(pán) （本文中如不作特殊說(shuō)明， 均以 1M = 1048576 字節(jié)為單位）。

3.擴(kuò)展 Int 13H 簡(jiǎn)介

雖然現(xiàn)代硬盤(pán)都已經(jīng)采用了線性尋址， 但是由于基本 Int13H 的制約， 使用 BIOS Int 13H 接口的程序， 如 DOS 等還只能訪問(wèn) 8 G以內(nèi)的硬盤(pán)空間。為了打破這一限制， Microsoft 等幾家公司制定了擴(kuò)展 Int 13H 標(biāo)準(zhǔn)（Extended Int13H）， 采用線性尋址方式存取硬盤(pán)， 所以突破了 8 G的限制，而且還加入了對(duì)可拆卸介質(zhì) （如活動(dòng)硬盤(pán)） 的支持。

4. 現(xiàn)代硬盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

在老式硬盤(pán)中， 由于每個(gè)磁道的扇區(qū)數(shù)相等，所以外道的記錄密度要遠(yuǎn)低于內(nèi)道， 因此會(huì)浪費(fèi)很多磁盤(pán)空間 （與軟盤(pán)一樣）。 為了解決這一問(wèn)題，進(jìn)一步提高硬盤(pán)容量， 人們改用等密度結(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤(pán)。 也就是說(shuō)，外圈磁道的扇區(qū)比內(nèi)圈磁道多。 采用這種結(jié)構(gòu)后， 硬盤(pán)不再具有實(shí)際的3D參數(shù)，尋址方式也改為線性尋址， 即以扇區(qū)為單位進(jìn)行尋址。

為了與使用3D尋址的老軟件兼容 （如使用BIOSInt13H接口的軟件）， 在硬盤(pán)控制器內(nèi)部安裝了一個(gè)地址翻譯器，由它負(fù)責(zé)將老式3D參數(shù)翻譯成新的線性參數(shù)。 這也是為什么現(xiàn)在硬盤(pán)的3D參數(shù)可以有多種選擇的原因（不同的工作模式， 對(duì)應(yīng)不同的3D參數(shù)， 如 LBA, LARGE, NORMAL）。

5.Boot Sector 的組成

Boot Sector 也就是硬盤(pán)的第一個(gè)扇區(qū)， 它由 MBR （MasterBoot Record），DPT （Disk Partition Table） 和 Boot Record ID　三部分組成。

MBR 又稱作主引導(dǎo)記錄占用 Boot Sector 的前 446 個(gè)字節(jié)（ 0 to 0x1BD ），存放系統(tǒng)主引導(dǎo)程序 （它負(fù)責(zé)從活動(dòng)分區(qū)中裝載并運(yùn)行系統(tǒng)引導(dǎo)程序）。

DPT 即主分區(qū)表占用 64 個(gè)字節(jié) （0x1BE to 0x1FD），記錄了磁盤(pán)的基本分區(qū)信息。 主分區(qū)表分為四個(gè)分區(qū)項(xiàng)， 每項(xiàng) 16 字節(jié)，分別記錄了每個(gè)主分區(qū)的信息（因此最多可以有四個(gè)主分區(qū)）。

Boot Record ID 即引導(dǎo)區(qū)標(biāo)記占用兩個(gè)字節(jié) （0x1FE and0x1FF）， 對(duì)于合法引導(dǎo)區(qū)， 它等于 0xAA55, 這是判別引導(dǎo)區(qū)是否合法的標(biāo)志。

Boot Sector 的具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

　　　　　　0000　|---------------------------------------------|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　　　　|　 　　　　Master Boot Record　　 　　　 　　|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　　　　|　 　　　　主引導(dǎo)記錄(446字節(jié))　　 　　　　　|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　01BD　|　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　|
　　　　　　01BE　|---------------------------------------------|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　01CD　|　　　 　　分區(qū)信息　1(16字節(jié))　　　　　　　 |
　　　　　　01CE　|---------------------------------------------|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　01DD　|　　　 　　分區(qū)信息　2(16字節(jié))　　　　　　　 |
　　　　　　01DE　|---------------------------------------------|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　01ED　|　　　 　　分區(qū)信息　3(16字節(jié))　　　　　　　 |
　　　　　　01EE　|---------------------------------------------|
　　　　　　　　　|　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　　01FD　|　　　 　　分區(qū)信息　4(16字節(jié))　　　　　　　 |
　　　　　　　　　|---------------------------------------------|
　　　　　　　　　| 01FE 　　　　　　　|01FF　　　　　　　　　　|
　　　　　　　　　|　 　　55　　　　　| 　　　　AA　　　　　　　|
　　　　　　　　　|---------------------------------------------|

6.分區(qū)表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

分區(qū)表由四個(gè)分區(qū)項(xiàng)構(gòu)成， 每一項(xiàng)的結(jié)構(gòu)如下：

BYTE State　　　: 分區(qū)狀態(tài)， 0 =未激活， 0x80 = 激活 （注意此項(xiàng)）

BYTE StartHead　: 分區(qū)起始磁頭號(hào)

WORD StartSC　　: 分區(qū)起始扇區(qū)和柱面號(hào)，底字節(jié)的低6位為扇區(qū)號(hào)，

高2位為柱面號(hào)的第 9,10 位， 高字節(jié)為柱面號(hào)的低 8 位

BYTE Type　　　 : 分區(qū)類(lèi)型， 如0x0B = FAT32, 0x83 = Linux 等，

00 表示此項(xiàng)未用，07 = NTFS

BYTE EndHead　　: 分區(qū)結(jié)束磁頭號(hào)

WORD EndSC　　　:分區(qū)結(jié)束扇區(qū)和柱面號(hào)， 定義同前

DWORD Relative　:在線性尋址方式下的分區(qū)相對(duì)扇區(qū)地址

（對(duì)于基本分區(qū)即為絕對(duì)地址）

DWORD Sectors　 : 分區(qū)大小 （總扇區(qū)數(shù)）

注意： 在 DOS / Windows 系統(tǒng)下，基本分區(qū)必須以柱面為單位劃分（ Sectors * Heads 個(gè)扇區(qū)）， 如對(duì)于 CHS 為 764/255/63 的硬盤(pán)，分區(qū)的最小尺寸為　255 * 63 * 512 / 1048576 = 7.844 MB.

7. 擴(kuò)展分區(qū)簡(jiǎn)介

由于主分區(qū)表中只能分四個(gè)分區(qū)， 無(wú)法滿足需求，因此設(shè)計(jì)了一種擴(kuò)展分區(qū)格式。 基本上說(shuō)， 擴(kuò)展分區(qū)的信息是以鏈表形式存放的，但也有一些特別的地方。首先， 主分區(qū)表中要有一個(gè)基本擴(kuò)展分區(qū)項(xiàng)，所有擴(kuò)展分區(qū)都隸屬于它，也就是說(shuō)其他所有擴(kuò)展分區(qū)的空間都必須包括在這個(gè)基本擴(kuò)展分區(qū)中。對(duì)于DOS / Windows 來(lái)說(shuō)， 擴(kuò)展分區(qū)的類(lèi)型為 0x05. 除基本擴(kuò)展分區(qū)以外的其他所有擴(kuò)展分區(qū)則以鏈表的形式級(jí)聯(lián)存放， 后一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的數(shù)據(jù)項(xiàng)記錄在前一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的分區(qū)表中，但兩個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的空間并不重疊。

擴(kuò)展分區(qū)類(lèi)似于一個(gè)完整的硬盤(pán)， 必須進(jìn)一步分區(qū)才能使用。但每個(gè)擴(kuò)展分區(qū)中只能存在一個(gè)其他分區(qū)。 此分區(qū)在 DOS/Windows環(huán)境中即為邏輯盤(pán)。因此每一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的分區(qū)表（同樣存儲(chǔ)在擴(kuò)展分區(qū)的第一個(gè)扇區(qū)中）中最多只能有兩個(gè)分區(qū)數(shù)據(jù)項(xiàng)（包括下一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)的數(shù)據(jù)項(xiàng)）。