硬盤結(jié)構(gòu)交叉因子

1、數(shù) 據(jù) 恢 復(fù) 技 術(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院(xuyun) 郭果共八十六頁(yè)數(shù) 據(jù) 恢 復(fù) 技 術(shù) 同 學(xué) 們！ 上 午 好！共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 一、硬盤結(jié)構(gòu) 目前存儲(chǔ)方式基本上可以分為磁存儲(chǔ)、電存儲(chǔ)和光存儲(chǔ)等幾種。U盤及各種存儲(chǔ)卡屬于電存儲(chǔ)方式，VCD、DVD盤等屬于光存儲(chǔ)方式，而應(yīng)用最廣的還是磁存儲(chǔ)硬盤，而磁帶存儲(chǔ)也被廣泛使用。各種存儲(chǔ)方式除了介質(zhì)上的物理特性不同外，邏輯層面上任然是基于文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的。故以后主要介紹硬盤的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及其恢復(fù)思路。1、硬盤的發(fā)展歷史1956 年 9 月， IBM 向世人展示了 IBM 350 RAMAC ( Random Access Method of

2、Accounting and Control ) 磁盤存儲(chǔ)系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)存儲(chǔ)，于是全世界第一臺(tái)商用硬盤系統(tǒng)誕生了。它的總?cè)萘恐挥?5MB ，卻使用了 50 個(gè)直徑為 24 英寸的磁盤片。這些盤片表面都涂有一曇磁性物質(zhì)，被疊起來(lái)固定在一起，繞著同一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)。雖然這還不是今天硬盤的原型，但它為硬盤的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)(jch)。此款 RAMAC 在那時(shí)主要用在飛機(jī)預(yù)約、自動(dòng)銀行、醫(yī)學(xué)診斷及太空領(lǐng)域內(nèi)。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 1968 年 IBM 提出了“溫徹斯特/Winchester”技術(shù)，并于 1973 年制造出第一臺(tái)采用該技術(shù)的硬盤。這種技術(shù)的精髓是讓鍍磁盤片經(jīng)密封、固定并

3、高速旋轉(zhuǎn)，而磁頭沿盤片徑向移動(dòng)，懸浮在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的盤片上方，不與盤片直接接觸，讀取數(shù)據(jù)。這也是現(xiàn)代絕大多數(shù)硬盤的原型。時(shí)至今日，個(gè)人電腦中的硬盤容量雖然已經(jīng)高達(dá)幾十 GB 甚至上百 GB ，但仍然沒有(mi yu)脫離這種“溫徹斯特”模式 IBM 公司于 1980 年在 IBM 一 XT 計(jì)算機(jī)上使用的 10MB 硬盤，如圖 2 一 27 、圖 2 一 28 所示，可以看出，除了外型略大，無(wú)論外觀還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)和現(xiàn)在最先進(jìn)的硬盤并無(wú)大的差別。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 圖 2-27 IBM 10MB硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-28 IBM 10MB硬盤的外部(wib)結(jié)構(gòu)共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(js

4、h) 技術(shù)的前進(jìn)，總是將電腦系統(tǒng)朝人們喜歡的方面發(fā)展，而體積(tj)更小、速度更快、容量更反、使用更安全就是廣大用戶對(duì)硬盤的最大期望。 出于這樣的目的，硬盤工程師們?yōu)槠渥龀隽嗽S多努力，例如研究讀寫更靈敏的磁頭、更先進(jìn)的接口類型、存儲(chǔ)密度更高的磁盤盤片及更有效的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)等。這些技術(shù)上的突破使得硬盤不僅越來(lái)越先進(jìn)，而且也更加穩(wěn)定，這些也就是現(xiàn)在的硬盤與圖 2 一 27 、圖 2 - 28 中所示硬盤的最大區(qū)別。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 1979 年， IBM 再次發(fā)明了薄膜磁頭，為進(jìn)一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度打下了基礎(chǔ)。 20 世紀(jì) 80 年代末期， IBM 對(duì)硬盤的發(fā)展

5、又做出了一項(xiàng)重大貢獻(xiàn)，發(fā)明了 MR ( Magneto Resistive ）磁阻磁頭，這種磁頭在讀取數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)信號(hào)變化相當(dāng)敏感，使得盤片的存儲(chǔ)密度能夠比以往的 20MB 每英寸提高了數(shù)十倍。 1991 年 IBM 生產(chǎn)的 3 . 5 英寸硬盤使用了 MR 磁頭，使硬盤的容量首次達(dá)到了 IGB ，從此硬盤容量開始進(jìn)入 GB 數(shù)量級(jí)。1999 年 9 月 7 日， Maxtor 宣布了首塊單碟容量高達(dá) 10 . 2GB 的 ATA 硬盤，從而把硬盤的容量引入到一個(gè)新的里程碑。 2000年 2 月 23 日，希捷發(fā)布了轉(zhuǎn)速高達(dá) l5 000RPM的CheetahX15（“捷豹”）系列硬盤，其平均尋道

6、時(shí)間只有 3 . 9ms ，這可算是當(dāng)時(shí)最快的硬盤了，同時(shí)它也是到目前為止轉(zhuǎn)速最高為硬盤；其性能相當(dāng)于閱讀一整部 Shakespeare 只花 0 15 s 。此系列產(chǎn)品的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá) 48MB/s ，數(shù)據(jù)緩存為 4 一 16MB ，支持 Ultra160/m SCSI 及 Fibre Channel （光纖通道）, 這將硬盤外部數(shù)據(jù)傳輸速率提高到了160 -200 MB / s 。總的來(lái)說(shuō)，希捷的此款 CheetahX15系列將硬盤的性能提高到了一個(gè)新的里程碑。2000年 3 月 16 日，硬盤領(lǐng)域又有新突破，第一款“玻璃硬盤”問世，這就是 IBM 推出的 Deskstar75GXP

7、 及 Deskstar40GV ，此兩款硬盤均使用玻璃取代傳統(tǒng)的鋁作為盤片材料，這能為硬盤帶來(lái)更大的平滑性及更高的堅(jiān)固性，另外玻璃材料在高轉(zhuǎn)速時(shí)具有更高的穩(wěn)定性。此外 DeskstarSGXP 系列產(chǎn)品的最高容量達(dá) 75GB ，而 Deskstar40GV 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度則高達(dá) 143 億數(shù)據(jù)位每平方英寸，再次刷新了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度世界紀(jì)錄。 目前，已在大量(dling)推廣固態(tài)硬盤。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 2、硬盤的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、及控制電路 平時(shí)我們了解硬盤，多是從產(chǎn)品外觀、產(chǎn)品特征及磁盤性能等方面去認(rèn)識(shí)，而硬盤的內(nèi)部到底是什么呢？相信許多用戶都不是很清楚，因?yàn)榱私庥脖P內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)會(huì)實(shí)在

8、太少了。我們經(jīng)常聽說(shuō)磁頭、盤片、接口等，但它們都長(zhǎng)怎么樣我們卻不是很清楚？還有所謂的玻璃盤片，主軸電機(jī)等又是什么呢？帶著這些問題，接下來(lái)將對(duì)硬盤進(jìn)行深入地了解。 總得來(lái)說(shuō)，硬盤主要包括：盤片、磁頭、盤片主軸、控制電機(jī)、磁頭控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、緩存等幾個(gè)部份。 所有的盤片都固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上，這個(gè)軸即盤片主軸。而所有盤片之間是絕對(duì)平行的，在每個(gè)盤片的存儲(chǔ)面上都有一個(gè)磁頭，磁頭與盤片之間的距離比頭發(fā)絲的直徑還小。所有的磁頭連在一個(gè)磁頭控制器上，由磁頭控制器負(fù)責(zé)各個(gè)磁頭的運(yùn)動(dòng)。磁頭可沿盤片的半徑方向動(dòng)作，而盤片以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的速度在高速旋轉(zhuǎn)，這樣磁頭就能對(duì)盤片上的指定(zhdng)位置進(jìn)行數(shù)據(jù)

9、的讀寫操作。硬盤是精密設(shè)備，塵埃是其大敵，所以必須完全密封。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) A、外部結(jié)構(gòu) 圖3 所示的WD200BB硬盤是3.5英寸的普通IDE硬盤，它是屬于比較常見的產(chǎn)品，也是用戶最經(jīng)常接觸的。除此，硬盤還有許多種類，例如老式的普通IDE硬盤是5.25英寸，高度有半高型和全高型。除此，還有體積小巧玲瓏的筆記本電腦，塊頭巨大的高端SCSI硬盤及非常特殊的微型硬盤。 在硬盤的正面都貼有硬盤的標(biāo)簽，標(biāo)簽上一般都標(biāo)注著與硬盤相關(guān)的信息，例如產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)地、出廠日期、產(chǎn)品序列號(hào)等，圖4 所示的就是WD200BB的產(chǎn)品標(biāo)簽。在硬盤的一端有電源接口插座、

10、主從設(shè)置跳線器和數(shù)據(jù)線接口插座，而硬盤的背面則是控制電路板。從圖5 中可以清楚地看出各部件的位置。 總得來(lái)說(shuō)，硬盤外部結(jié)構(gòu)可以分成如下(rxi)幾個(gè)部份： (1)、接口；(2)、控制電路板；(3)、固定面板；共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 圖5：硬盤背面(bimin)及各部件名稱共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) (1)、接口。接口包括電源接口插座和數(shù)據(jù)接口插座兩部份，其中電源插座就是與主機(jī)電源相連接，為硬盤正常工作提供電力保證。數(shù)據(jù)接口插座則是硬盤數(shù)據(jù)與主板控制芯片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換的通道，使用時(shí)是用一根數(shù)據(jù)電纜將其與主板IDE接口或與其它控制適配器的接口相連接，經(jīng)常聽說(shuō)的40針、80芯的

11、接口電纜也就是指數(shù)據(jù)電纜，數(shù)據(jù)接口可以分成IDE接口、SCSI接口和SATA接口三大派系。 (2)、控制電路板。大多數(shù)的控制電路板都采用貼片式焊接，它包括主軸調(diào)速電路、磁頭驅(qū)動(dòng)與伺服定位電路、讀寫電路、控制與接口電路等。在電路板上還有一塊ROM芯片，里面固化的程序可以進(jìn)行硬盤的初始化，執(zhí)行加電和啟動(dòng)主軸電機(jī)，加電初始尋道、定位以及故障檢測(cè)等。在電路板上還安裝有容量不等的高速數(shù)據(jù)緩存芯片，在此塊硬盤內(nèi)結(jié)合有2MB的高速緩存。 (3)、固定面板。就是硬盤正面的面板，它與底板結(jié)合成一個(gè)密封(mfng)的整體，保證了硬盤盤片和機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行。在面板上最顯眼的莫過(guò)于產(chǎn)品標(biāo)簽，上面印著產(chǎn)品型號(hào)、產(chǎn)品序列號(hào)

12、、產(chǎn)品、生產(chǎn)日期等信息，這在上面已提到了。除此，還有一個(gè)透氣孔，它的作用就是使硬盤內(nèi)部氣壓與大氣氣壓保持一致。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 圖6：硬盤面板(min bn)共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) B、內(nèi)部結(jié)構(gòu) 硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)由固定面板、控制電路板、磁頭、盤片、主軸、電機(jī)、接口及其它附件組成，其中磁頭盤片組件是構(gòu)成硬盤的核心(hxn)，它封裝在硬盤的凈化腔體內(nèi)，包括有浮動(dòng)磁頭組件、磁頭驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、盤片、主軸驅(qū)動(dòng)裝置及前置讀寫控制電路這幾個(gè)部份。 將硬盤面板揭開后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)即可一目了然，圖7、8所示。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 圖7：揭開(ji ki)硬盤面板共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(

13、jsh) 圖8：細(xì)看(x kn)西數(shù)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) (1)、磁頭(ctu)組件圖9：西數(shù)硬盤磁頭及附屬組件共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 圖12：西數(shù)硬盤主軸(zhzhu)組件共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 圖12：磁頭(ctu)高度對(duì)比共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) C、控制電路 硬盤的控制電路位于(wiy)硬盤背面，將背面電路板的安裝螺絲擰下，翻開控制電路板即可見到控制電路。具體如圖13、14所示。圖13：拆下硬盤控制電路后圖14：西數(shù)硬盤控制電路共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) D、著陸區(qū)（ Landing Zone ) 如何保護(hù)硬盤 每個(gè)盤片的每個(gè)面

14、都有一個(gè)讀寫磁頭，磁盤盤面區(qū)域的劃分如圖 2 一 23 所示。與磁頭接觸的表面靠近主軸(zhzhu)，即線速度最小的地方，是一個(gè)特殊的區(qū)域，它不存放任何數(shù)據(jù)，稱為啟停區(qū)或著陸區(qū)（ Landing Zone ) ，啟停區(qū)外就是數(shù)據(jù)區(qū)。在最外圈，離主軸最遠(yuǎn)的地方是“0”磁道，而硬盤數(shù)據(jù)的存放就是從最外圈開始的。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 二、硬盤的接口 隨著硬盤技術(shù)的發(fā)展，其接口模式也一起經(jīng)歷了風(fēng)風(fēng)雨雨，其簡(jiǎn)要?dú)v程如下。 現(xiàn)在的硬盤接口綜合起來(lái)說(shuō)可以分成如下幾種： ST-506/412、 IDE ( ATA ）、 SCSI 、 Serial ATA （串行ATA或SATA）、 SAS、 其他

15、如：FibreChalnnel （光纖）、IEEE1394（火線(huxin)） USB . 等等。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) A、IDE共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) IDE，也叫ATA。該接口發(fā)展至今，細(xì)分可以(ky)分成： ATA -1（IDE）、 ATA-2（EIDE Enhanced IDE/Fast ATA）、 ATA-3（Fast ATA-2）、 ATA-4（Ultra ATA/33、Ultra ATA/66）、 ATA-5（Ultra ATA/100）、 ATA-6（Ultra ATA/133）。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) B、SCSI SCSI的英文全稱為“Sm

16、all Computer System Interface”（小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口）。 SCSI接口具有：配置擴(kuò)展靈活(ln hu)（在一塊SCSI控制卡上就可以同時(shí)掛接15個(gè)設(shè)備）、高性能（具有很多任務(wù)、轉(zhuǎn)速高達(dá)15000轉(zhuǎn)/分、平均尋道時(shí)間更短、寬帶寬及少CPU占用率僅僅在5%左右等特點(diǎn)）、應(yīng)用廣泛（具有外置和內(nèi)置兩種）等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)主要體現(xiàn)為：價(jià)格昂貴、安裝復(fù)雜。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) C、Serial ATA 用于取代(qdi)IDE接口！ Serial ATAlx 標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，達(dá)到150MB / s 的數(shù)據(jù)傳輸速率，而 Serial ATA2x 標(biāo)準(zhǔn)，可達(dá)到 300MB /

17、s 的數(shù)據(jù)傳輸速率。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) D、SAS 用于取代SCSI！ SAS(Serial Attached SCSI)即串行連接SCSI，是新一代的SCSI技術(shù)，和現(xiàn)在流行的Serial ATA(SATA)硬盤相同，都是采用串行技術(shù)以獲得更高的傳輸速度，并通過(guò)縮短連結(jié)線改善(gishn)內(nèi)部空間等。SAS是并行SCSI接口之后開發(fā)出的全新接口。此接口的設(shè)計(jì)是為了改善(gishn)存儲(chǔ)系統(tǒng)的效能、可用性和擴(kuò)充性，并且提供與SATA硬盤的兼容性。SAS的接口技術(shù)可以向下兼容SATA。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) SAS線纜既可以連接SAS硬盤

18、驅(qū)動(dòng)器(左)，也能夠連接SATA硬盤驅(qū)動(dòng)器(右) 注意紅色(hngs)箭頭所指處缺口的有無(wú)，以及硬盤驅(qū)動(dòng)器接口連接器上引腳數(shù)量的差異共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) E、固態(tài)硬盤 請(qǐng)同學(xué)們自己查閱相關(guān)(xinggun)資料！共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) F、硬盤傳輸模式 存取硬盤資料是通過(guò)主板上的芯片組實(shí)現(xiàn)的，它們大都支持多種模式以便使不同規(guī)格的硬盤工作正常(zhngchng)。那么硬盤在各個(gè)工作模式下是怎樣讀取資料的呢？他們主要以PIO模式和DMA模式工作，這兩種模式就是目前硬盤與主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方式。PIO模式是一種通過(guò)CPU執(zhí)行I/O端口指令來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫的數(shù)據(jù)交換模式；而DMA

19、則是不經(jīng)過(guò)CPU而直接從內(nèi)存了存取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換模式。 a. PIO 傳輸模式 PIO的英文全稱為“Programming Input/Output Model”，即“程序輸入/輸出”模式。這種模式使用PC I/O端口指令來(lái)傳送所有的命令、狀態(tài)和數(shù)據(jù)。 由 CPU 通過(guò) I / O 發(fā)出命令，經(jīng)由芯片組再通過(guò) IDE 控制器到硬盤中讀取資料，當(dāng) CPU 得到數(shù)據(jù)后，會(huì)將它經(jīng)由芯片組寫到內(nèi)存里，這樣就完成了一次讀取的動(dòng)作。 Mode（模式）的數(shù)值越大越快。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) b.DMA傳輸模式 DMA的英文全稱為“Direct Memory Acc

20、ess”，即“內(nèi)存直接存取”模式。它表示(biosh)數(shù)據(jù)不經(jīng)過(guò)CPU，而直接在硬盤和內(nèi)存之間傳送。 在多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)，如OS/2、Linux、Windows NT等，當(dāng)磁盤傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，CPU可騰出時(shí)間來(lái)做其它事情，使服務(wù)器的數(shù)據(jù)性能大大提高。 而在DOS/Windows3.X環(huán)境里，CPU不得不等待數(shù)據(jù)傳輸完畢，所以在這種情況下，DMA方式的意義并不大。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 請(qǐng)同學(xué)們檢查(jinch)自己的電腦中的硬盤的模式和速度！共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 三、磁道、扇區(qū)與柱面（硬盤邏輯(lu j)結(jié)構(gòu)） 1. 盤面及磁頭號(hào) 硬盤的每一

21、個(gè)盤片都有兩個(gè)盤面（ side ) ，即上、下盤面，一般每個(gè)盤面都利用上，即都裝上磁頭可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，成為有效盤片，也有極個(gè)別的硬盤其盤面數(shù)為單數(shù)。 每一個(gè)這樣的有效盤面都有一個(gè)盤面號(hào)，按順序從上而下自“ 0 ”開始依次編號(hào)。 故，在硬盤系統(tǒng)中，盤面號(hào)又叫磁頭號(hào)，就是因?yàn)槊恳粋€(gè)有效盤面都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的讀寫磁頭。 共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 2. 磁道或柱面 磁盤在低級(jí)格式化時(shí)被劃分成許多(xdu)同心圓，這些同心圓軌跡叫做磁道（Track ）。磁道從外向內(nèi)自 0 開始順序編號(hào)。 所有盤面上的同一磁道構(gòu)成一個(gè)圓柱，通常稱做柱面（Cylinder ) ，每個(gè)圓柱上的磁頭，由上而下從“ 0 ”開始

22、編號(hào)。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 3. 扇區(qū) 信息以脈沖串的形式記錄在這些軌跡磁道中，這些同心圓不是連續(xù)記錄數(shù)據(jù)，而是被劃分成一段段的圓弧，由于徑向長(zhǎng)度不一樣，這些圓弧的角速度一樣，而線速度不一樣，外圈的線速度較內(nèi)圈的線速度大，即在同樣的轉(zhuǎn)速下，外圈在同樣時(shí)間段里，經(jīng)過(guò)的圓弧長(zhǎng)度要比內(nèi)圈的圓弧長(zhǎng)度大。 每段圓弧叫做一個(gè)扇區(qū)，扇區(qū)從“ l ”開始編號(hào)，每個(gè)扇區(qū)中的數(shù)據(jù)是作為一個(gè)單元同時(shí)讀出或?qū)懭氲摹?每個(gè)扇區(qū)包括 512 字節(jié)的數(shù)據(jù)和一些其他信息。一個(gè)扇區(qū)有兩個(gè)主要部分(b fen)：即存儲(chǔ)數(shù)據(jù)地點(diǎn)的標(biāo)識(shí)符和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，如圖 2 一 25 所示。共八

23、十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 標(biāo)識(shí)符就是扇區(qū)頭標(biāo)，包括有組成扇區(qū)三維地址的三個(gè)數(shù)字：扇區(qū)所在的磁頭（或盤面）、磁道（或柱面號(hào)），以及扇區(qū)在磁道上的位置即扇區(qū)號(hào)。頭標(biāo)中還包括一個(gè)字段，其中有顯示扇區(qū)是否能可靠存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，或者是否已發(fā)現(xiàn)某個(gè)故障因而不宜使用的標(biāo)記。有些硬盤控制器在扇區(qū)頭標(biāo)中還記錄有指示字，可在原扇區(qū)出錯(cuò)(ch cu)時(shí)指引磁盤轉(zhuǎn)到替換扇區(qū)或磁道。最后，扇區(qū)頭標(biāo)以循環(huán)冗余校驗(yàn)（ CRC ）值作為結(jié)束，以供控制器檢驗(yàn)扇區(qū)頭標(biāo)的讀出情況，確保準(zhǔn)確無(wú)誤。 扇區(qū)的第二個(gè)主要部分是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，可分為數(shù)據(jù)和保護(hù)數(shù)據(jù)的糾錯(cuò)碼（ ECC ）。扇區(qū)頭標(biāo)包括有一個(gè)可

24、識(shí)別磁道上該扇區(qū)的扇區(qū)號(hào)。有趣的是這些扇區(qū)號(hào)物理上并不是像我們想像的那樣連續(xù)編號(hào)的，它們不必用任何特定的順序指定。扇區(qū)頭標(biāo)的設(shè)計(jì)允許扇區(qū)號(hào)可以從 1 到某個(gè)最大值，某些情況下可達(dá) 255 。磁盤控制器并不關(guān)心上述范圍中什么編號(hào)安排在哪一個(gè)扇區(qū)頭標(biāo)中。在很特殊的情況下，扇區(qū)還可以公用相同的編號(hào)。磁盤控制器甚至不管數(shù)據(jù)區(qū)有多大，它只管讀出它所找到的數(shù)據(jù)，或者寫入要求它寫的數(shù)據(jù)。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 4、分區(qū)粒度原理 數(shù)據(jù)的讀寫是按柱面進(jìn)行的，即磁頭在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)首先在同一柱面內(nèi)從“ 0 ”磁頭開始進(jìn)行操作，依次向下在同一柱面的不同盤面即磁頭上進(jìn)行操作，只在同一柱面所有的磁頭全部讀寫完畢后

25、才移動(dòng)磁頭轉(zhuǎn)移到下一柱面。 這是因?yàn)檫x取磁頭只需通過(guò)電子切換即可，而選取柱面則必須通過(guò)機(jī)械切換。 電子切換相當(dāng)快，比在機(jī)械上磁頭向鄰近磁道移動(dòng)快得多，所以數(shù)據(jù)的讀寫是按柱面來(lái)進(jìn)行的，而不是(b shi)按盤面來(lái)進(jìn)行的。 也就是說(shuō)，一個(gè)磁道已寫滿數(shù)據(jù)，就在同一柱面的下一個(gè)盤面來(lái)寫，一個(gè)柱面寫滿后，才移到下一個(gè)柱面，從下一個(gè)柱面的 1 扇區(qū)開始寫數(shù)據(jù)。 而不是在同一盤面的下一磁道來(lái)寫，一個(gè)盤面寫滿后再?gòu)南乱粋€(gè)盤面的 0 磁道開始寫，讀數(shù)據(jù)也是按照這種方式進(jìn)行，這樣就提高了硬盤的讀寫效率。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 這就是分區(qū)粒度原理，所以利用分區(qū)軟件來(lái)對(duì)硬盤進(jìn)行分區(qū)時(shí)，將分區(qū)的最小單位設(shè)為柱

26、面（ cylinder ) ，也就是它將把一個(gè)離某柱面最近的值分配(fnpi)到該柱面上，也就是說(shuō)用分區(qū)軟件來(lái)分區(qū)時(shí)分配(fnpi)的實(shí)際容量不一定等于用戶指定的分區(qū)容量。 可見，磁盤的柱面數(shù)與一個(gè)盤面上的磁道數(shù)相等。由于每個(gè)盤面都有自己的磁頭，因此，盤面數(shù)等于磁頭數(shù)。 所謂硬盤的CHS，就是指柱面C、磁頭H、扇區(qū)S。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 5、交叉因子 系統(tǒng)將文件存儲(chǔ)到磁盤上時(shí)，是按柱面、磁頭、扇區(qū)的方式來(lái)進(jìn)行的，即最先是第 1 磁道的第一磁頭下（也就是第 1 盤面的第一磁道）的所有扇區(qū)，然后是同一柱面的下一磁頭，當(dāng)一個(gè)柱面存儲(chǔ)滿了就推進(jìn)到下一個(gè)柱面，直到把文件內(nèi)容全部寫入到磁盤。

27、 系統(tǒng)也以相同的順序讀出數(shù)據(jù)。讀出數(shù)據(jù)時(shí)是通過(guò)(tnggu)告訴磁盤控制器要讀出扇區(qū)所在的柱面號(hào)、磁頭號(hào)和扇區(qū)號(hào)（物理地址的三個(gè)組成部分）來(lái)進(jìn)行的。磁盤控制器則直接使磁頭部件步進(jìn)到相應(yīng)的柱面，選通相應(yīng)的磁頭，并且等待要求的扇區(qū)移動(dòng)到磁頭下。在扇區(qū)到來(lái)時(shí)，磁盤控制器讀出每個(gè)扇區(qū)的頭標(biāo)，并把這些頭標(biāo)中的地址信息與期待檢出的磁頭和柱面號(hào)作比較（即尋道） , 然后尋找要求的扇區(qū)號(hào)。待磁盤控制器找到該扇區(qū)頭標(biāo)時(shí)，就根據(jù)其任務(wù)是寫扇區(qū)還是讀扇區(qū)，來(lái)決定是轉(zhuǎn)換寫電路，還是讀出數(shù)據(jù)和尾部記錄。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 找到扇區(qū)后，磁盤控制器必須在繼續(xù)尋找下一個(gè)扇區(qū)之前(zhqin)對(duì)該扇區(qū)的信息進(jìn)行后

28、處理。如果是讀數(shù)據(jù)，控制器就必須計(jì)算此數(shù)據(jù)的 ECC 碼，然后把 ECC 碼與已記錄的 ECC 碼相比較。如果是寫數(shù)據(jù)，控制器就必須計(jì)算出 ECC ，與數(shù)據(jù)一起儲(chǔ)存。在控制器對(duì)此扇區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理期間，磁盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由于對(duì)信息的后處理需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，磁盤己轉(zhuǎn)了相當(dāng)?shù)慕嵌取?當(dāng)然，給扇區(qū)編號(hào)的最簡(jiǎn)單方法就是按照l(shuí) 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 等的順序來(lái)編號(hào)，這也十分的簡(jiǎn)單明了。如果扇區(qū)是按順序繞著磁道依次編號(hào)，那么控制器在處理一個(gè)扇區(qū)的數(shù)據(jù)期間，磁盤旋轉(zhuǎn)太遠(yuǎn)，超過(guò)了扇區(qū)間的間隔（這個(gè)間隔很小），控制器要讀出或?qū)懭氲南乱簧葏^(qū)已經(jīng)通過(guò)了磁頭，也許是相當(dāng)大的一段距離

29、。在這種情況下，磁盤控制器就只能等待磁盤再次旋轉(zhuǎn)幾乎一周，才能使得需要的扇區(qū)到達(dá)磁頭下面。 顯然，要解決這個(gè)問題，靠加大扇區(qū)間的間隔是不現(xiàn)實(shí)的，那會(huì)浪費(fèi)許多磁盤空間。許多年前， IBM 的一位杰出的工程師想出了一個(gè)絕妙的辦法，那就是扇區(qū)不是順序編號(hào)，而是使用一個(gè)交叉因子編號(hào)。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 交叉因子是一個(gè)比例值。 當(dāng)設(shè)置 l : l 的交叉因子時(shí)，如果硬盤控制器處理信息足夠快，那么讀出磁道上的全部扇區(qū)只要求旋轉(zhuǎn)一周，但如果硬盤控制器的后處理動(dòng)作沒有這樣快，磁盤所轉(zhuǎn)的圈數(shù)就等于(dngy)一個(gè)磁道上的扇區(qū)數(shù)，才能讀出每個(gè)磁道上的全部數(shù)據(jù)；將交叉

30、因子設(shè)定為 2 : l 時(shí)，磁頭要讀出磁道上的全部數(shù)據(jù)，磁盤就只須轉(zhuǎn)兩圈；如果 2 : l 的交叉因子仍不夠慢，磁盤也需轉(zhuǎn)一個(gè)磁道上的扇區(qū)數(shù)那么多的圈數(shù)，這時(shí)，可將交叉因子調(diào)整為 3 : 1 ，以此類推. 在上圖中，最外圈的磁道（ 0 號(hào)柱面）上的扇區(qū)用簡(jiǎn)單的順序連續(xù)編號(hào)，相當(dāng)于扇區(qū)交叉因子是1： 1的； 1 號(hào)磁道（柱面）的扇區(qū)按 2 : 1 的交叉因子編號(hào)，而 2 號(hào)磁道就按 3 ：1 的扇區(qū)交叉因子編號(hào)。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 交叉因子由系統(tǒng)來(lái)確定。一個(gè)特定硬盤驅(qū)動(dòng)器的交叉因子取決于： 磁盤控制器的速度、主板的時(shí)鐘速度、與控制器相連的輸出總線的操作速度等。 如果磁盤的交叉因子值

31、太高，就需多花一些時(shí)間等待(dngdi)數(shù)據(jù)在磁盤上存入和讀出。而如果交叉因子值太低，就會(huì)大大降低磁盤性能。 在大多數(shù)硬盤中，所有磁道都有相同的交叉因子。但有時(shí)因?yàn)椴僮魃系脑?，也可能?dǎo)致各磁道有不同的扇區(qū)交叉因子。這種不一致對(duì)計(jì)算機(jī)不會(huì)產(chǎn)生不利影響，只是有最佳交叉因子的磁道要比其他磁道工作速度更快而已。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 6、硬盤的固件區(qū) 固件又稱FIRMWARE，它是存儲(chǔ)于設(shè)備中的EEPROM（電可擦除可編程存儲(chǔ)非只讀芯片）芯片中，可由用戶通過(guò)特定的刷新程序進(jìn)行升級(jí)的程序。它的作用相當(dāng)于主板的BIOS，里面裝的是用匯編語(yǔ)言編寫的，協(xié)調(diào)設(shè)備各個(gè)內(nèi)部部件之間相互工作用的裝有軟件的

32、硬件！ 對(duì)硬盤的固件來(lái)說(shuō)，好比(hob)硬盤是一臺(tái)電腦主機(jī)，（實(shí)際上算是單片機(jī)了）固件相當(dāng)于BIOS和操作系統(tǒng)和程序，因?yàn)楣碳锇艘龑?dǎo)命令，控制語(yǔ)句，和執(zhí)行語(yǔ)句等。 雖然磁道編號(hào)是“由外向內(nèi)從0開始進(jìn)行編號(hào)”，但是這并不意味著“0”磁道是位于磁盤片的最外沿的。要讓硬盤能正常工作，硬盤有相應(yīng)的初始化和管理程序。在硬盤出廠前，會(huì)在盤片上寫入“伺服信息”，將硬盤的盤面劃分成一個(gè)一個(gè)的同心圓，叫磁道，多個(gè)盤片的相同位置的磁道形成了一個(gè)同心圓柱，就是柱面，在每個(gè)磁道上又劃分出相同存儲(chǔ)容量的扇區(qū)作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的最小單位。這部分事先寫入的管理程序叫“固件（Firmware）”，一部分寫入電路板的芯片內(nèi)，另

33、一部分則寫在盤片的特定區(qū)域，就是常常說(shuō)的硬盤“固件區(qū)”。 這部分的內(nèi)容一般的軟件是不能讀取的（必須要用專門的軟件來(lái)讀寫！），這樣成本可以大大降低。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 對(duì)于不同的硬盤，固件區(qū)的物理位置是不同的，有的位于比“0”磁道更靠近磁盤片外緣的磁道上，即常常說(shuō)的“負(fù)磁道”。有的位于磁盤片的中部，所記錄的程序的數(shù)量和功能也有差別。由于生產(chǎn)過(guò)程中不可能保證整個(gè)盤片都完全一致，必然有小部分扇區(qū)無(wú)法穩(wěn)定讀寫數(shù)據(jù)，這就是所說(shuō)的“壞道”。 大多數(shù)的硬盤出問題 是出在這命令語(yǔ)句，信息上（固件），因?yàn)槊看斡脖P引導(dǎo)，都要讀這些語(yǔ)句，久而久之就會(huì)出錯(cuò)，我們知道硬盤用長(zhǎng)了就會(huì)出錯(cuò)，要么是邏輯壞道，要

34、么是物理壞道，要么分區(qū)表丟了，總之是一大堆的問題 ，同樣負(fù)磁道 也會(huì)出這樣的問題，如果不是負(fù)磁道物理壞道，那么硬盤修復(fù)的成功率將是很高的，只要用專門的工具把那固件寫一遍就可以了。 在每個(gè)硬盤出廠前都要進(jìn)行檢測(cè)，將壞道的位置寫入硬盤的固件區(qū)的工廠壞道表（P-List）中。同時(shí)在硬盤使用過(guò)程中，有小量的扇區(qū)由于種種原因可能也無(wú)法正確(zhngqu)讀寫數(shù)據(jù)，這些壞道的位置也可以寫入到硬盤固件區(qū)的增長(zhǎng)壞道表（G-List）中。 這一切都必須使用專用工具軟件來(lái)完成，如效率源智能數(shù)據(jù)指南針（DataCompass）專業(yè)設(shè)備或PC3000等。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 7、硬盤的容量計(jì)算 硬盤的容量

35、由柱面數(shù)、盤面數(shù)（磁頭數(shù)）、扇區(qū)數(shù)來(lái)決定，其計(jì)算公式為：硬盤容量柱面數(shù) x盤面數(shù)（磁頭數(shù)） x 扇區(qū)數(shù) x 512 字節(jié) 關(guān)于硬盤容量的大小，經(jīng)常有人(yu rn)感到迷惑，為什么同一塊硬盤，有時(shí)顯示或報(bào)為 40GB , 有時(shí)卻只有 37GB 。 這是因?yàn)椴捎玫?MB 的單位不同，有時(shí)是 1 000 000字節(jié)，有時(shí)是1 048 576 字節(jié)。 在商業(yè)上主要采用前者，進(jìn)入二進(jìn)制系統(tǒng)后就采用后者。 各種單位之間的換算關(guān)系如下： 1KB=210B=1024Byte 1MB=210KB=220B=1048576Byte 1GB=210MB=220KB=230B=1073741824Byte 擴(kuò)展單位

36、有：KB（KiloByte）、MB (MegaByte）、GB (GigaByte）、 TB （TeraByte）、 PB ( PetaByte）、 EB ( ExaByte）。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 8、幾個(gè)主要的硬盤性能指標(biāo)1、硬盤的轉(zhuǎn)速（Spindle Speed）轉(zhuǎn)速是指驅(qū)動(dòng)硬盤盤片旋轉(zhuǎn)的主軸電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，目前硬盤常見的轉(zhuǎn)速為: 5400r/min; 7200r/min; 10000r/min； 15000r/min等等。 例如，監(jiān)控硬盤一般用5400r/min的！2、硬盤的數(shù)據(jù)(shj)傳輸率（Data Transfer Rate） a.內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率（Internal

37、 Transfer Rate） 內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率，也叫持續(xù)數(shù)據(jù)傳輸速率（sustained transfer rate ) ，單位為 Mb/s （注意與 MB / s 之間的差別， 1MB/s = 8Mb/s ）。它指磁頭至硬盤緩存間的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，一般取決于硬盤的盤片轉(zhuǎn)速和盤片數(shù)據(jù)線密度（指同一磁道上的數(shù)據(jù)間隔度）。注意，在這項(xiàng)指標(biāo)中常常使用 Mb/s 或 Mbps 為單位，這是兆位/秒的意思，如果需要轉(zhuǎn)換成 MB /s （兆字節(jié)/秒），就必須將 Mb/s 數(shù)據(jù)除以 8 （一字節(jié) 8 位數(shù)）。例如， WD36400 硬盤給出的最大內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率為 131Mb/s，但如果按 MB/s 計(jì)

38、算就只有 16 . 37MB/s ( 131/8 ）。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) b.外部數(shù)據(jù)傳輸速率（External Transfer Rate） 外部數(shù)據(jù)傳輸速率，通稱突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸速率（burst data transfer rate ) ，指從硬盤緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)的速率，在廣告(gunggo)或硬盤特性表中常以數(shù)據(jù)接口速率代替，單位為 MB / s 。 內(nèi)部傳輸速率是指硬盤磁頭將盤片上的數(shù)據(jù)讀取到硬盤上的緩存中的速度，通常這個(gè)速度都大大低于接口速度。即使是擁有 8MB 數(shù)據(jù)緩存的 WD1200JB ，其內(nèi)部傳輸速率也只能達(dá)到 525Mb/S，換算成字節(jié)也僅 65.6MB/ s。 這

39、個(gè)數(shù)字別說(shuō) SATA ，就是早已過(guò)時(shí)的 Ultra ATA/66 的 66MB / s 也還達(dá)不到，更何況這僅僅只是理論速度。 因此，無(wú)論如何，選擇內(nèi)部傳輸速率大的硬盤是肯定沒錯(cuò)的。這也是在連續(xù)拷貝數(shù)據(jù)時(shí)感覺硬盤速度沒有標(biāo)稱的那么快的真正原因，因?yàn)檫B續(xù)拷貝數(shù)據(jù)需要的是內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率，是即時(shí)讀取數(shù)據(jù)，而不是突發(fā)的從緩存中讀取數(shù)據(jù)。 注意：不要理所當(dāng)然地將廠商標(biāo)注的外部傳輸速率（即接口速率）與硬盤的數(shù)據(jù)傳輸速率等同起來(lái)，因?yàn)橥獠總鬏斔俾手皇潜砻髟撚脖P與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通道帶寬，而硬盤真正的數(shù)據(jù)傳輸性能只能從內(nèi)部傳輸速率這個(gè)指標(biāo)看出來(lái)。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率與外部數(shù)據(jù)傳輸

40、速率的關(guān)系(gun x)請(qǐng)參見圖：共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 3、硬盤緩存 緩存英文名為 Cache ，單位為 KB 或 MB ，是硬盤內(nèi)部的高速存儲(chǔ)器。目前硬盤的高速緩存一般都大于8MB。大緩存的硬盤在存取零散文件時(shí)具有很大的優(yōu)勢(shì)。緩存的大小也是影響硬盤性能的重要因素之一。硬盤的緩存主要起三種作用。一是預(yù)讀取，當(dāng)硬盤受到 CPU 指令控制開始讀取數(shù)據(jù)時(shí)，硬盤上的控制芯片會(huì)控制磁頭把正在讀取的簇的下一個(gè)或者幾個(gè)簇中的數(shù)據(jù)讀到緩存中（由于硬盤上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)是比較連續(xù)的，所以讀取命中率較高），當(dāng)需要讀取下一個(gè)或者幾個(gè)簇中的數(shù)據(jù)的時(shí)候，硬盤就不需要再次讀取數(shù)據(jù)了，只需直接把緩存中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻?nèi)存

41、中就可以了，由于緩存的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁頭讀寫的速度，所以能夠達(dá)到明顯改善性能的目的。二是對(duì)寫入動(dòng)作進(jìn)行緩存。當(dāng)硬盤接到寫入數(shù)據(jù)的指令之后，并不會(huì)馬上將數(shù)據(jù)寫入到盤片上，而是先暫時(shí)存儲(chǔ)在緩存里，然后發(fā)送一個(gè)“數(shù)據(jù)已寫入”的信號(hào)給系統(tǒng)，這時(shí)系統(tǒng)就會(huì)認(rèn)為數(shù)據(jù)已經(jīng)寫入，并繼續(xù)執(zhí)行下面的工作，而硬盤則在空閑（不進(jìn)行讀取或?qū)懭氲臅r(shí)候）時(shí)再將緩存中的數(shù)據(jù)寫入到盤片上。雖然這樣做對(duì)于寫入數(shù)據(jù)的性能有一定提升，但也不可避免地帶來(lái)了安全隱患 如果數(shù)據(jù)還在緩存里的時(shí)候突然掉電，那么這些數(shù)據(jù)就會(huì)丟失。對(duì)于這個(gè)問題(wnt)，硬盤廠商們自然也有解決辦法：掉電時(shí)，磁頭會(huì)借助慣性將緩存中的數(shù)據(jù)寫入零磁道以外的暫存區(qū)域，等到下

42、次啟動(dòng)時(shí)再將這些數(shù)據(jù)寫入到目的地。 第三個(gè)作用就是臨時(shí)存儲(chǔ)最近訪問過(guò)的數(shù)據(jù)。有時(shí)候，某些數(shù)據(jù)會(huì)是經(jīng)常需要訪問的，硬盤內(nèi)部的緩存會(huì)將讀取比較頻繁的一些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在緩存中，再次讀取時(shí)就可以直接從緩存中傳輸。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 硬盤緩存的大小決定了可存放數(shù)據(jù)的多少，但并不是說(shuō)緩存越大性能就一定(ydng)越好。 目前主流硬盤的緩存多在 8MB-32MB之間，沒有配備更大容量的緩存主要是出于緩存算法的考慮，更大容量的緩存需要更有效率的算法，否則性能不會(huì)有多大提升。 當(dāng)然，更大的緩存也是未來(lái)硬盤的一個(gè)發(fā)展方向。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 4、平均尋道時(shí)間（Average Seek Ti

43、me） 平均尋道時(shí)間，指硬盤磁頭移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在磁道時(shí)所用的時(shí)間，單位為毫秒（ ms ）。注意它與平均訪問時(shí)間的差別，平均尋道時(shí)間當(dāng)然是越小越好，現(xiàn)在選購(gòu)硬盤時(shí)應(yīng)該選擇平均尋道時(shí)間低于9ms 的產(chǎn)品。尋道時(shí)間由硬盤尋道馬達(dá)速度決定。目前硬盤產(chǎn)品無(wú)論主軸轉(zhuǎn)速是多少，一般都控制在 10ms以下，在購(gòu)買時(shí)只要認(rèn)準(zhǔn)選擇該指標(biāo)更小的型號(hào)就行了。但這個(gè)參數(shù)對(duì)硬盤性能的影響不像單碟容量和轉(zhuǎn)速那么明顯，而且變化(binhu)也較難于感知，因此很多用戶都將它忽略了。 尋道時(shí)間不僅影響硬盤的磁道定位速度和硬盤的整體性能，它還對(duì)硬盤的噪音產(chǎn)生影響。硬盤的尋道馬達(dá)為步進(jìn)電機(jī)，它運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的噪音其頻率和“穿透力”都比主軸

44、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的噪音高得多。其實(shí)，硬盤的噪音絕大多數(shù)就來(lái)自它。為此，目前硬盤都具有靜音技術(shù)，且部分廠商的硬盤（如 Seagate Barracuda ATA-IV）出廠默認(rèn)設(shè)置就處在啟動(dòng)狀態(tài)。通過(guò)專用的軟件，用戶就可以自行將尋道時(shí)間人為降下來(lái)，從而減小硬盤的噪聲。當(dāng)然，硬盤的性能也會(huì)因此下降。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 5、平均潛伏期（Average Latency Time）平均潛伏期，指當(dāng)磁頭移動(dòng)到數(shù)據(jù)所在的磁道后，等待所要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)（半圈或多些、少些）到磁頭下的時(shí)間，單位為毫秒（ ms ），也就是說(shuō)，這個(gè)時(shí)間與盤片的轉(zhuǎn)速有關(guān)(yugun)，平均潛伏期一般指盤片旋轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間的

45、一半。平均潛伏期當(dāng)然也是越小越好了，潛伏期小代表硬盤讀取數(shù)據(jù)的等待時(shí)間短，這就等于具有更高的硬盤數(shù)據(jù)傳輸速率。可以很容易換算出硬盤轉(zhuǎn)速和平均潛伏期的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。換算公式為：（60*1000）/（硬盤轉(zhuǎn)速*2）=平均潛伏期共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 6、平均訪問時(shí)間(shjin)（Average Access Time）平均訪問時(shí)間，指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時(shí)間，單位為毫秒（ ms ）。通常是平均尋道時(shí)間和平均潛伏時(shí)間之和。注意：現(xiàn)在不少硬盤廣告中所說(shuō)的平均訪問時(shí)間大部分都是用平均尋道時(shí)間所代替的，也就是說(shuō)這項(xiàng)指標(biāo)在官方技術(shù)文檔中一般不會(huì)出現(xiàn)。7、柱面切換時(shí)間（Cylinder Swit

46、ch Time） 柱面切換時(shí)間也叫道至道時(shí)間（Track to Track Time），指兩個(gè)相鄰的柱面進(jìn)行切換所用的時(shí)間，具體到磁道上是指磁頭從當(dāng)前磁道上方移動(dòng)道相鄰磁道上方所用的時(shí)間，單位是毫秒（ms）。注意與平均尋道時(shí)間的差別。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 四、數(shù)的存儲(chǔ)格式 在各種計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，對(duì)于字節(jié)、字等存儲(chǔ)機(jī)制有所不同。對(duì)于同一個(gè)數(shù)值，在不同的計(jì)算機(jī)體系中會(huì)以相反的順序來(lái)記錄。例如，十六進(jìn)制數(shù)值12 34 56 78H，在一種計(jì)算機(jī)架構(gòu)下存儲(chǔ)為12 34 56 78H，而在另一種計(jì)算機(jī)架構(gòu)下會(huì)被存儲(chǔ)為78 56 34 12H。這就是按照不同的字節(jié)序進(jìn)行(jnxng)存儲(chǔ)的。

47、所以所謂的字節(jié)序指的就是長(zhǎng)度跨越多個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式。 目前的存儲(chǔ)器，多為字節(jié)為訪問的最小單元，當(dāng)一個(gè)邏輯上的單元必須分割為物理上的若干單元時(shí)（即對(duì)于使用多字節(jié)表示數(shù)值的情況時(shí)?。痛嬖诹讼确耪l(shuí)后放誰(shuí)的問題了，于是，Endian的問題應(yīng)運(yùn)而生了。對(duì)于不同的存儲(chǔ)方法，就有Big-endian和Little-endian兩種描述。 注意：字節(jié)是存儲(chǔ)信息的最小單位！字節(jié)不可分割！如12H于21H是完全不同的兩個(gè)數(shù)！共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 數(shù)的存儲(chǔ)格式，也就是數(shù)字的存儲(chǔ)順序。在表示數(shù)值的大小時(shí)，一個(gè)字節(jié)（Byte，等于8位二進(jìn)制）最大只能表示到255（0*FF），這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為了滿

48、足實(shí)際使用的需要，通常會(huì)使用2個(gè)、4個(gè)、或8個(gè)字節(jié)來(lái)表示數(shù)值的大小。 Big-endian格式：也叫大頭位序。字節(jié)由最高位向最低位依次存放，高位在前，低位在后；Little-endian格式：也叫小頭位序。字節(jié)由最低位向最高位依次存放，低位在前，高位在后。要注意的是，在不同的文件系統(tǒng)中，數(shù)的存儲(chǔ)格式也會(huì)有所不同，對(duì)一個(gè)文件系統(tǒng)進(jìn)行(jnxng)分析時(shí)，必須清楚他所使用的數(shù)值存儲(chǔ)格式，否則是無(wú)法得到正確的數(shù)值大小的。例如，有一個(gè)十六進(jìn)制數(shù)“23 48 BA 4C”，使用Big-endian格式存儲(chǔ)形式就是“23 48 BA 4C”；而使用Little-endian格式的文件系統(tǒng)，上面的數(shù)值的存放

49、形式就是“4C BA 48 23”，即低位在前，高位在后。微軟的操作系統(tǒng)就是采用Little-endian格式來(lái)存放數(shù)值的。 另外，字節(jié)序與CPU架構(gòu)又是有直接的關(guān)系的。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 五、CHS與LBA尋址方式 對(duì)尋址方式的理解：當(dāng)我們想要(xin yo)從一本書內(nèi)找到一個(gè)指定的字時(shí)，就需要知道這個(gè)字存放在什么位置，也就是它的“地址”。那么，用什么方式來(lái)定位這個(gè)字的位置呢？方法可以有多種，但以下兩種是最常用的。一是：使用頁(yè)數(shù)、行數(shù)以及列數(shù)對(duì)其進(jìn)行定位。以后只要知道這個(gè)字位于第幾頁(yè)、第幾行、第幾列，就能夠找到這個(gè)字了。這就是一種三維地址尋址方式；二是：還可以將書中所有的字由前

50、向后進(jìn)行編號(hào)，只要知道一個(gè)字的編號(hào)就能夠找到它了。這就是一種線性地址尋址方式。 如果對(duì)硬盤上的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問，也可以采用以上提供的思想方法來(lái)尋址數(shù)據(jù)。目前硬盤的尋址方式主要有以下兩種方式：一是C/H/S尋址方式；二是LBA尋址方式。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 1. CHS尋址方式在過(guò)去，硬盤的容量還很小的時(shí)候（小于8GB），人們采用與軟盤類似的結(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤。也就是硬盤盤片的每一條磁道都具有相同(xin tn)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，也就是CHS方式

51、。其中:磁頭數(shù)(Heads)表示硬盤總共有幾個(gè)磁頭,也就是有幾面盤片, 最大為 255(用8個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ));柱面數(shù)(Cylinders) 表示硬盤每一面盤片上有幾條磁道,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)。所以磁盤最大容量為：255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 8024 GB ( 1M =1048576 Bytes ) 或硬盤廠商常用的單位：255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8414 GB (

52、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 開始)。 這就是通常的8GB硬盤的CHS限制。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 2. LBA尋址方式 LBA全稱為L(zhǎng)ogic Block Address（即扇區(qū)的邏輯塊地址），也叫線性尋址模式。系統(tǒng)把所有的物理扇區(qū)都按照某種方式或規(guī)則看做是一線性編號(hào)的扇區(qū)，即從 0 到某個(gè)最大值方式排列，并連成一條線，把LBA 作為一個(gè)整體來(lái)對(duì)待，而不再是具體的實(shí)際的 C/H/S值，也就是說(shuō)硬盤不再有柱面、磁

53、頭、扇區(qū)的三維定義了，這樣只用一個(gè)序數(shù)就確定了一個(gè)惟一的物理扇區(qū)，這就是線性地址扇區(qū)的由來(lái)，顯然線性地址是物理扇區(qū)的邏輯地址。 因?yàn)殡S著硬盤容量的增大（大于8GB），CHS將無(wú)法表示。但是由于基本 Int13H 的制約(zhyu), 使用 BIOS Int 13H 接口的程序, 如 DOS （FAT 16）等還只能訪問8GB以內(nèi)的硬盤空間，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, 所以突破了8G的限制。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 顯然，LBA是相對(duì)硬盤扇區(qū)三維物理地址而言的。扇區(qū)的三

54、維物理地址與硬盤上的物理扇區(qū)一一對(duì)應(yīng)（小于8GB），即三維物理地址可完全確定硬盤上的物理扇區(qū)，這些通常用來(lái)表示硬盤的物理地址 。 目前，LBA地址(dzh)被定義為48位的大小，所以能夠管理的扇區(qū)總數(shù)為248-1=281 474 976 710 655個(gè)扇區(qū)，也即是144 115 188 075 855 872字節(jié)=144PB（1PB=1000 000GB）。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 3. CHS轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)BA如果硬盤容量小于8GB，就可以把CHS轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)BA。轉(zhuǎn)換公式： LBA = ( C - Cs ) * PH * PS + ( H - Hs ) * PS + ( S - Ss) 其

55、中：C表示當(dāng)前柱面號(hào)，H表示當(dāng)前磁頭號(hào)，S表示當(dāng)前扇區(qū)號(hào)， Cs表示起始柱面號(hào)，Hs表示起始磁頭號(hào)，Ss表示起始扇區(qū)號(hào)， PS 表示每磁道有多少個(gè)扇區(qū)， PH 表示每柱面有多少個(gè)磁道。 一般情況(qngkung)下， Cs = 0 , Hs = 0 , Ss = l , PS = 63 , PH = 255 。 例如： C/H/S=0/0/1，代入上述公式中得到LBA=0 C/H/S=0/0/63，代入上述公式中得到LBA=62 C/H/S=1/0/1，代入上述公式中得到LBA=63 C/H/S=220/156/18，代入上述公式中得到LBA=3544145共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 4

56、. LBA值轉(zhuǎn)換為CHS對(duì)任意大小容量的硬盤，都可以將LBA轉(zhuǎn)換為CHS。轉(zhuǎn)換公式： 第一套公式： C=LBA DIV (PH*PS) + Cs H=(LBA DIV PS) MOD PH + Hs S=LBA MOD PS + Ss 第二套公式： C= LBA DIV (PH*PS) + Cs H=LBA DIV PS (C-Cs) * Ps + Ss S=LBA- (C-Cs) * PH * PS - (H-Hs) * PS + Ss 注意：兩種運(yùn)算DIV和MOD。DIV做整除運(yùn)算， MOD是余運(yùn)算；以上公式常用于程序開發(fā)中。 例如(lr)：LBA=0,相應(yīng)地C/H/S=0/0/1;LBA

57、=62,相應(yīng)地C/H/S=0/0/63 LBA=63,相應(yīng)地C/H/S=1/0/1; LBA=3544145,相應(yīng)地C/H/S=220/156/18.共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 六、數(shù)據(jù)編碼方案： 磁盤是用來(lái)記錄“ 0 ”、 “ l ”這樣的二進(jìn)制信息數(shù)據(jù)的。讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，這些“ 0 ”、“ l （也即“位”）必須(bx)用某種方法轉(zhuǎn)換成磁盤表面的磁信號(hào)。 如果能把各個(gè)信息位沿著磁道一個(gè)接一個(gè)地存放，并且根據(jù)二進(jìn)制位是“ 0 ”還是， “ 1 ”來(lái)安排每個(gè)位取兩種磁場(chǎng)方向中的一種，這樣一個(gè)信息位只要一個(gè)磁翻轉(zhuǎn)長(zhǎng)度來(lái)儲(chǔ)存。但實(shí)際上這種方案是行不通的。因?yàn)橐朐诰€圈兩端有一個(gè)電壓，則線圈中的磁

58、場(chǎng)必須發(fā)生變化。假如記錄的信息位都是相等的（例如是全“0”或全“1”) ，采用上述編碼方案就不會(huì)有磁場(chǎng)變化，也就不會(huì)有信號(hào)供磁頭讀出。為保證驅(qū)動(dòng)器能可靠地讀出信息，需要有更復(fù)雜的數(shù)據(jù)記錄方案。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 一種簡(jiǎn)單的脈沖方案通常是通過(guò)對(duì)磁性介質(zhì)進(jìn)行“磁化翻轉(zhuǎn)”的編碼方式將數(shù)據(jù)存放在磁性介質(zhì)上。 所謂磁化翻轉(zhuǎn)就是“正的變成負(fù)的”或“負(fù)的變成正的”。當(dāng)讀數(shù)據(jù)時(shí)，翻轉(zhuǎn)就像一個(gè)脈沖，因此我們將翻轉(zhuǎn)稱為脈沖磁盤上就是用有無(wú)脈沖來(lái)表示數(shù)據(jù)的。 在簡(jiǎn)單的脈沖方案中，把每個(gè)二進(jìn)制“l(fā)”轉(zhuǎn)變成一個(gè)雙向的脈沖，每個(gè)二進(jìn)制“ 0 ”轉(zhuǎn)變成相同長(zhǎng)度的無(wú)脈沖狀態(tài)。然后，在每個(gè)信息位之間布置一個(gè)偽脈沖

59、，即時(shí)鐘信號(hào)。被記錄下來(lái)的翻轉(zhuǎn)在以后驅(qū)動(dòng)器讀信息時(shí)就會(huì)在磁頭上產(chǎn)生相應(yīng)的電壓脈沖（通過(guò)從負(fù)到正的一個(gè)磁化翻轉(zhuǎn)時(shí)，電壓升高到某個(gè)正值后再返回(fnhu)到零，這就是一個(gè)正脈沖。通過(guò)從正到負(fù)的一個(gè)磁化翻轉(zhuǎn)時(shí)，讀磁頭上的電壓就下降到某個(gè)負(fù)值后再返回(fnhu)到零，這就是一個(gè)負(fù)脈沖）。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 這種方案下，“1”脈中在磁頭下通過(guò)時(shí)能清楚地顯示出來(lái)，而“ 0 ”脈沖就不能，因?yàn)檫@時(shí)沒有磁場(chǎng)變化。 但是，脈沖始終是顯示的，而且使磁頭能檢測(cè)到更長(zhǎng)的一串“ 0 ”位。這種方法雖能簡(jiǎn)單地讀寫數(shù)據(jù)，但如果有一長(zhǎng)串的“ 0 ，就會(huì)很長(zhǎng)時(shí)間沒有脈沖，使控制器失控，出現(xiàn)控制器與數(shù)據(jù)不同步的現(xiàn)象

60、。 因此需要一種編碼機(jī)制來(lái)保證不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間沒有脈沖的情況。為解決這個(gè)問題，就誕生了 FM ( Frequency Modulation ，調(diào)頻(dio pn)制）編碼、 MFM ( Medified Frequency Modulation , 改進(jìn)型調(diào)頻(dio pn)制）編碼和 RLL ( Run Limited，受限長(zhǎng)度）編碼等編碼方案，這些是更底曇的細(xì)節(jié)，包括誤差檢測(cè)及數(shù)據(jù)糾錯(cuò)等措施，這里不再詳述，感興趣的讀者自己找書看看。共八十六頁(yè)數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)(jsh) 七、硬盤上的數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù) ASMART 技術(shù)使用 SMART （自動(dòng)檢測(cè)、分析及報(bào)告）技術(shù)，可以有效地保護(hù)硬盤。硬盤出現(xiàn)故障，是