硬盤結(jié)構(gòu)-交叉因子.ppt

1、數(shù) 據(jù) 恢 復 技 術(shù),計算機科學學院 郭果,數(shù) 據(jù) 恢 復 技 術(shù),同 學 們！ 上 午 好！,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),一、硬盤結(jié)構(gòu) 目前存儲方式基本上可以分為磁存儲、電存儲和光存儲等幾種。U盤及各種存儲卡屬于電存儲方式，VCD、DVD盤等屬于光存儲方式，而應用最廣的還是磁存儲硬盤，而磁帶存儲也被廣泛使用。各種存儲方式除了介質(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結(jié)構(gòu)及其恢復思路。 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 Accounting and Co

2、ntrol ) 磁盤存儲系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)了隨機存儲，于是全世界第一臺商用硬盤系統(tǒng)誕生了。它的總?cè)萘恐挥?5MB ，卻使用了 50 個直徑為 24 英寸的磁盤片。這些盤片表面都涂有一曇磁性物質(zhì)，被疊起來固定在一起，繞著同一個軸旋轉(zhuǎn)。雖然這還不是今天硬盤的原型，但它為硬盤的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。此款 RAMAC 在那時主要用在飛機預約、自動銀行、醫(yī)學診斷及太空領(lǐng)域內(nèi)。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),1968 年 IBM 提出了“溫徹斯特/Winchester”技術(shù)，并于 1973 年制造出第一臺采用該技術(shù)的硬盤。這種技術(shù)的精髓是讓鍍磁盤片經(jīng)密封、固定并高速旋轉(zhuǎn)，而磁頭沿盤片徑向移動，懸浮在高速轉(zhuǎn)動的盤片上方，不與

3、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。時至今日，個人電腦中的硬盤容量雖然已經(jīng)高達幾十 GB 甚至上百 GB ，但仍然沒有脫離這種“溫徹斯特”模式 IBM 公司于 1980 年在 IBM 一 XT 計算機上使用的 10MB 硬盤，如圖 2 一 27 、圖 2 一 28 所示，可以看出，除了外型略大，無論外觀還是內(nèi)部結(jié)構(gòu)和現(xiàn)在最先進的硬盤并無大的差別。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),圖 2-27 IBM 10MB硬盤的內(nèi)部結(jié)構(gòu),圖2-28 IBM 10MB硬盤的外部結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)恢復技術(shù),技術(shù)的前進，總是將電腦系統(tǒng)朝人們喜歡的方面發(fā)展，而體積更小、速度更快、容量更反、使用更安全就是廣大用戶對硬盤的最大

4、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、更先進的接口類型、存儲密度更高的磁盤盤片及更有效的數(shù)據(jù)保護技術(shù)等。這些技術(shù)上的突破使得硬盤不僅越來越先進，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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),1979 年， IBM 再次發(fā)明了薄膜磁頭，為進一步減小硬盤體積、增大容量、提高讀寫速度打下了基礎(chǔ)。 20 世紀 80 年代末期， IBM 對硬盤的發(fā)展又做出了一項重大貢獻，發(fā)明了 MR ( Magneto Resistive ）磁阻磁頭，這種磁頭在讀取數(shù)據(jù)時對信號變化相當敏感，使得盤片的存儲密度

5、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到了 IGB ，從此硬盤容量開始進入 GB 數(shù)量級。 1999 年 9 月 7 日， Maxtor 宣布了首塊單碟容量高達 10 . 2GB 的 ATA 硬盤，從而把硬盤的容量引入到一個新的里程碑。 2000年 2 月 23 日，希捷發(fā)布了轉(zhuǎn)速高達 l5 000RPM的CheetahX15（“捷豹”）系列硬盤，其平均尋道時間只有 3 . 9ms ，這可算是當時最快的硬盤了，同時它也是到目前為止轉(zhuǎn)速最高為硬盤；其性能相當于閱讀一整部 Shakespeare 只花

6、0 15 s 。此系列產(chǎn)品的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率高達 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 ?？偟膩碚f，希捷的此款 CheetahX15系列將硬盤的性能提高到了一個新的里程碑。 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 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，這能為硬盤帶來更大的平滑性及更高的堅固性，另外玻璃材料在高轉(zhuǎn)速

7、時具有更高的穩(wěn)定性。此外 DeskstarSGXP 系列產(chǎn)品的最高容量達 75GB ，而 Deskstar40GV 的數(shù)據(jù)存儲密度則高達 143 億數(shù)據(jù)位每平方英寸，再次刷新了數(shù)據(jù)存儲密度世界紀錄。 目前，已在大量推廣固態(tài)硬盤。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),2、硬盤的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)、及控制電路 平時我們了解硬盤，多是從產(chǎn)品外觀、產(chǎn)品特征及磁盤性能等方面去認識，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，因為了解硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機會實在太少了。我們經(jīng)常聽說磁頭、盤片、接口等，但它們都長怎么樣我們卻不是很清楚？還有所謂的玻璃盤片，主軸電機等又是什么呢？帶著這些問題，接下來將對硬盤進行深入地了解。 總得來說，硬

8、盤主要包括：盤片、磁頭、盤片主軸、控制電機、磁頭控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、緩存等幾個部份。 所有的盤片都固定在一個旋轉(zhuǎn)軸上，這個軸即盤片主軸。而所有盤片之間是絕對平行的，在每個盤片的存儲面上都有一個磁頭，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磁頭控制器上，由磁頭控制器負責各個磁頭的運動。磁頭可沿盤片的半徑方向動作，而盤片以每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的速度在高速旋轉(zhuǎn)，這樣磁頭就能對盤片上的指定位置進行數(shù)據(jù)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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),數(shù)據(jù)恢復技術(shù),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，

9、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簽，標簽上一般都標注著與硬盤相關(guān)的信息，例如產(chǎn)品型號、產(chǎn)地、出廠日期、產(chǎn)品序列號等，圖4 所示的就是WD200BB的產(chǎn)品標簽。在硬盤的一端有電源接口插座、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。 總得來說，硬盤外部結(jié)構(gòu)可以分成如下幾個部份： (1)、接口；(2)、控制電路板；(3)、固定面板；,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),圖5：硬盤背

10、面及各部件名稱,數(shù)據(jù)恢復技術(shù), (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行數(shù)據(jù)傳輸交換的通道，使用時是用一根數(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)常聽說的40針、80芯的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行硬盤的初始化

11、，執(zhí)行加電和啟動主軸電機，加電初始尋道、定位以及故障檢測等。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)合成一個密封的整體，保證了硬盤盤片和機構(gòu)的穩(wěn)定運行。在面板上最顯眼的莫過于產(chǎn)品標簽，上面印著產(chǎn)品型號、產(chǎn)品序列號、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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),圖6：硬盤面板,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),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、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，它封裝在硬盤

12、的凈化腔體內(nèi)，包括有浮動磁頭組件、磁頭驅(qū)動機構(gòu)、盤片、主軸驅(qū)動裝置及前置讀寫控制電路這幾個部份。 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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),圖7：揭開硬盤面板,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),圖8：細看西數(shù)硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)恢復技術(shù),(1)、磁頭組件,圖9：西數(shù)硬盤磁頭及附屬組件,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),圖12：西數(shù)硬盤主軸組件,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),圖12：磁頭高度對比,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),C、控制電路 硬盤的控制電路位于硬盤背面，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,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),D、著陸區(qū)（ Land

13、ing Zone ) 如何保護硬盤 每個盤片的每個面都有一個讀寫磁頭，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，即線速度最小的地方，是一個特殊的區(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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),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)歷了風風雨雨，其簡要歷程如下。 現(xiàn)在的硬盤接口綜合起來說可以分成如下幾種： ST-506/412、 IDE ( ATA ）、 SCSI 、 Serial ATA （串行ATA或SATA

14、）、 SAS、 其他如：FibreChalnnel （光纖）、IEEE1394（火線） USB . 等等。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),A、IDE,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),IDE，也叫ATA。該接口發(fā)展至今，細分可以分成： 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）。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),B、SCSI SCSI的英文全稱為“Small Computer System Interfac

15、e”（小型計算機系統(tǒng)接口）。 SCSI接口具有：配置擴展靈活（在一塊SCSI控制卡上就可以同時掛接15個設(shè)備）、高性能（具有很多任務、轉(zhuǎn)速高達15000轉(zhuǎn)/分、平均尋道時間更短、寬帶寬及少CPU占用率僅僅在5%左右等特點）、應用廣泛（具有外置和內(nèi)置兩種）等優(yōu)點。其缺點主要體現(xiàn)為：價格昂貴、安裝復雜。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),C、Serial ATA 用于取代IDE接口！,Serial ATAlx 標準的產(chǎn)品，達到150MB / s 的數(shù)據(jù)傳輸速率，而 Serial ATA2x 標準，可達到 300MB / s 的數(shù)據(jù)傳輸速率。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),D、SAS 用于取代SCSI！ SAS(Serial Atta

16、ched 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，并通過縮短連結(jié)線改善內(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)計是為了改善存儲系統(tǒng)的效能、可用性和擴充性，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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),數(shù)據(jù)恢復技術(shù),SAS線纜既可以連接SAS硬盤驅(qū)動器(左)，也能夠連接SATA硬盤驅(qū)動器(右) 注意紅色箭頭所指處缺口的有無，以及硬盤驅(qū)動器接口連接器上引腳數(shù)量的差異,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),E、固態(tài)硬盤 請同學們自己查閱相關(guān)資料！,數(shù)據(jù)

17、恢復技術(shù),F、硬盤傳輸模式 存取硬盤資料是通過主板上的芯片組實現(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。那么硬盤在各個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進行數(shù)據(jù)交換的方式。PIO模式是一種通過CPU執(zhí)行I/O端口指令來進行數(shù)據(jù)的讀寫的數(shù)據(jù)交換模式；而DMA則是不經(jīng)過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端口指令來傳送所有的命令、狀態(tài)和數(shù)據(jù)。 由 CPU 通

18、過 I / O 發(fā)出命令，經(jīng)由芯片組再通過 IDE 控制器到硬盤中讀取資料，當 CPU 得到數(shù)據(jù)后，會將它經(jīng)由芯片組寫到內(nèi)存里，這樣就完成了一次讀取的動作。 Mode（模式）的數(shù)值越大越快。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),數(shù)據(jù)恢復技術(shù),b.DMA傳輸模式 DMA的英文全稱為“Direct Memory Access”，即“內(nèi)存直接存取”模式。它表示數(shù)據(jù)不經(jīng)過CPU，而直接在硬盤和內(nèi)存之間傳送。 在多任務操作系統(tǒng)內(nèi)，如OS/2、Linux、Windows NT等，當磁盤傳輸數(shù)據(jù)時，CPU可騰出時間來做其它事情，使服務器的數(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

19、以在這種情況下，DMA方式的意義并不大。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),數(shù)據(jù)恢復技術(shù),請同學們檢查自己的電腦中的硬盤的模式和速度！,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),三、磁道、扇區(qū)與柱面（硬盤邏輯結(jié)構(gòu)） 1. 盤面及磁頭號 硬盤的每一個盤片都有兩個盤面（ side ) ，即上、下盤面，一般每個盤面都利用上，即都裝上磁頭可以存儲數(shù)據(jù)，成為有效盤片，也有極個別的硬盤其盤面數(shù)為單數(shù)。 每一個這樣的有效盤面都有一個盤面號，按順序從上而下自“ 0 ”開始依次編號。 故，在硬盤系統(tǒng)中，盤面號又叫磁頭號，就是因為每一個有效盤面都有一個對應的讀寫磁頭。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),2. 磁道或柱面 磁盤在低級格式化時被劃分成許多同心圓，這些同心圓軌跡叫做磁道

20、（Track ）。磁道從外向內(nèi)自 0 開始順序編號。 所有盤面上的同一磁道構(gòu)成一個圓柱，通常稱做柱面（Cylinder ) ，每個圓柱上的磁頭，由上而下從“ 0 ”開始編號。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),數(shù)據(jù)恢復技術(shù),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，外圈在同樣時間段里，經(jīng)過的圓弧長度要比內(nèi)圈的圓弧長度大。 每段圓弧叫做一個扇區(qū)，扇區(qū)從“ l ”開始編號，每個扇區(qū)中的數(shù)據(jù)是作為一個單元同時讀出或?qū)懭氲摹?每個扇區(qū)包括 512 字節(jié)的

21、數(shù)據(jù)和一些其他信息。一個扇區(qū)有兩個主要部分：即存儲數(shù)據(jù)地點的標識符和存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，如圖 2 一 25 所示。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),數(shù)據(jù)恢復技術(shù),標識符就是扇區(qū)頭標，包括有組成扇區(qū)三維地址的三個數(shù)字：扇區(qū)所在的磁頭（或盤面）、磁道（或柱面號），以及扇區(qū)在磁道上的位置即扇區(qū)號。頭標中還包括一個字段，其中有顯示扇區(qū)是否能可靠存儲數(shù)據(jù)，或者是否已發(fā)現(xiàn)某個故障因而不宜使用的標記。有些硬盤控制器在扇區(qū)頭標中還記錄有指示字，可在原扇區(qū)出錯時指引磁盤轉(zhuǎn)到替換扇區(qū)或磁道。最后，扇區(qū)頭標以循環(huán)冗余校驗（ CRC ）值作為結(jié)束，以供控制器檢驗扇區(qū)頭標的讀出情況，確保準確無誤。 扇區(qū)的第二個主要部分是存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)段，

22、可分為數(shù)據(jù)和保護數(shù)據(jù)的糾錯碼（ ECC ）。 扇區(qū)頭標包括有一個可識別磁道上該扇區(qū)的扇區(qū)號。有趣的是這些扇區(qū)號物理上并不是像我們想像的那樣連續(xù)編號的，它們不必用任何特定的順序指定。扇區(qū)頭標的設(shè)計允許扇區(qū)號可以從 1 到某個最大值，某些情況下可達 255 。磁盤控制器并不關(guān)心上述范圍中什么編號安排在哪一個扇區(qū)頭標中。在很特殊的情況下，扇區(qū)還可以公用相同的編號。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)。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),4、分區(qū)粒度原理 數(shù)據(jù)的讀寫是按柱面進行的，即磁頭在讀寫數(shù)據(jù)時首先在同一柱面內(nèi)從“ 0 ”磁頭開始進行操作，依次向下在同一柱面的不同盤面即磁頭

23、上進行操作，只在同一柱面所有的磁頭全部讀寫完畢后才移動磁頭轉(zhuǎn)移到下一柱面。 這是因為選取磁頭只需通過電子切換即可，而選取柱面則必須通過機械切換。 電子切換相當快，比在機械上磁頭向鄰近磁道移動快得多，所以數(shù)據(jù)的讀寫是按柱面來進行的，而不是按盤面來進行的。 也就是說，一個磁道已寫滿數(shù)據(jù)，就在同一柱面的下一個盤面來寫，一個柱面寫滿后，才移到下一個柱面，從下一個柱面的 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寫，一個盤面寫滿后再從下一個盤面的 0 磁道開始寫，讀數(shù)據(jù)也是按照這種方式進行，這樣就提高了硬盤的讀寫效率。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),這就是分區(qū)粒度原理，所以利用分區(qū)軟件來對硬盤進行分區(qū)時，將分區(qū)

24、的最小單位設(shè)為柱面（ cylinder ) ，也就是它將把一個離某柱面最近的值分配到該柱面上，也就是說用分區(qū)軟件來分區(qū)時分配的實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)與一個盤面上的磁道數(shù)相等。由于每個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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),5、交叉因子 系統(tǒng)將文件存儲到磁盤上時，是按柱面、磁頭、扇區(qū)的方式來進行的，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，當一個柱面存儲滿了就推進到下一個柱面，直到把文件內(nèi)容全部寫入到磁盤。 系統(tǒng)也以相同的順序讀出數(shù)

25、據(jù)。讀出數(shù)據(jù)時是通過告訴磁盤控制器要讀出扇區(qū)所在的柱面號、磁頭號和扇區(qū)號（物理地址的三個組成部分）來進行的。磁盤控制器則直接使磁頭部件步進到相應的柱面，選通相應的磁頭，并且等待要求的扇區(qū)移動到磁頭下。在扇區(qū)到來時，磁盤控制器讀出每個扇區(qū)的頭標，并把這些頭標中的地址信息與期待檢出的磁頭和柱面號作比較（即尋道） , 然后尋找要求的扇區(qū)號。待磁盤控制器找到該扇區(qū)頭標時，就根據(jù)其任務是寫扇區(qū)還是讀扇區(qū)，來決定是轉(zhuǎn)換寫電路，還是讀出數(shù)據(jù)和尾部記錄。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),找到扇區(qū)后，磁盤控制器必須在繼續(xù)尋找下一個扇區(qū)之前對該扇區(qū)的信息進行后處理。如果是讀數(shù)據(jù)，控制器就必須計算此數(shù)據(jù)的 ECC 碼，然后把 ECC

26、 碼與已記錄的 ECC 碼相比較。如果是寫數(shù)據(jù)，控制器就必須計算出 ECC ，與數(shù)據(jù)一起儲存。在控制器對此扇區(qū)中的數(shù)據(jù)進行必要處理期間，磁盤繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由于對信息的后處理需要耗費一定的時間，在這段時間內(nèi)，磁盤己轉(zhuǎn)了相當?shù)慕嵌取?當然，給扇區(qū)編號的最簡單方法就是按照l 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 等的順序來編號，這也十分的簡單明了。如果扇區(qū)是按順序繞著磁道依次編號，那么控制器在處理一個扇區(qū)的數(shù)據(jù)期間，磁盤旋轉(zhuǎn)太遠，超過了扇區(qū)間的間隔（這個間隔很?。刂破饕x出或?qū)懭氲南乱簧葏^(qū)已經(jīng)通過了磁頭，也許是相當大的一段距離。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

27、扇區(qū)到達磁頭下面。 顯然，要解決這個問題，靠加大扇區(qū)間的間隔是不現(xiàn)實的，那會浪費許多磁盤空間。許多年前， IBM 的一位杰出的工程師想出了一個絕妙的辦法，那就是扇區(qū)不是順序編號，而是使用一個交叉因子編號。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),數(shù)據(jù)恢復技術(shù),交叉因子是一個比例值。 當設(shè)置 l : l 的交叉因子時，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作沒有這樣快，磁盤所轉(zhuǎn)的圈數(shù)就等于一個磁道上的扇區(qū)數(shù)，才能讀出每個磁道上的全部數(shù)據(jù)；將交叉因子設(shè)定為 2 : l 時，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)

28、一個磁道上的扇區(qū)數(shù)那么多的圈數(shù)，這時，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 號柱面）上的扇區(qū)用簡單的順序連續(xù)編號，相當于扇區(qū)交叉因子是1： 1的； 1 號磁道（柱面）的扇區(qū)按 2 : 1 的交叉因子編號，而 2 號磁道就按 3 ：1 的扇區(qū)交叉因子編號。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),交叉因子由系統(tǒng)來確定。一個特定硬盤驅(qū)動器的交叉因子取決于： 磁盤控制器的速度、主板的時鐘速度、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太高，就需多花一些時間等待數(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。

29、但有時因為操作上的原因，也可能導致各磁道有不同的扇區(qū)交叉因子。這種不一致對計算機不會產(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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),6、硬盤的固件區(qū) 固件又稱FIRMWARE，它是存儲于設(shè)備中的EEPROM（電可擦除可編程存儲非只讀芯片）芯片中，可由用戶通過特定的刷新程序進行升級的程序。它的作用相當于主板的BIOS，里面裝的是用匯編語言編寫的，協(xié)調(diào)設(shè)備各個內(nèi)部部件之間相互工作用的裝有軟件的硬件！ 對硬盤的固件來說，好比硬盤是一臺電腦主機，（實際上算是單片機了）固件相當于BIOS和操作系統(tǒng)和程序，因為固件里包括了引導命令，控制語句，和執(zhí)行語句等。 雖然磁道編號

30、是“由外向內(nèi)從0開始進行編號”，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，硬盤有相應的初始化和管理程序。在硬盤出廠前，會在盤片上寫入“伺服信息”，將硬盤的盤面劃分成一個一個的同心圓，叫磁道，多個盤片的相同位置的磁道形成了一個同心圓柱，就是柱面，在每個磁道上又劃分出相同存儲容量的扇區(qū)作為存儲數(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)，另一部分則寫在盤片的特定區(qū)域，就是常常說的硬盤“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讀寫?。?，這樣成本可以大大降低。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),對于不同的硬盤，固件

31、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，即常常說的“負磁道”。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)過程中不可能保證整個盤片都完全一致，必然有小部分扇區(qū)無法穩(wěn)定讀寫數(shù)據(jù)，這就是所說的“壞道”。 大多數(shù)的硬盤出問題 是出在這命令語句，信息上（固件），因為每次硬盤引導，都要讀這些語句，久而久之就會出錯，我們知道硬盤用長了就會出錯，要么是邏輯壞道，要么是物理壞道，要么分區(qū)表丟了，總之是一大堆的問題 ，同樣負磁道 也會出這樣的問題，如果不是負磁道物理壞道，那么硬盤修復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。 在每個硬盤出廠前都要

32、進行檢測，將壞道的位置寫入硬盤的固件區(qū)的工廠壞道表（P-List）中。同時在硬盤使用過程中，有小量的扇區(qū)由于種種原因可能也無法正確讀寫數(shù)據(jù)，這些壞道的位置也可以寫入到硬盤固件區(qū)的增長壞道表（G-List）中。 這一切都必須使用專用工具軟件來完成，如效率源智能數(shù)據(jù)指南針（DataCompass）專業(yè)設(shè)備或PC3000等。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),7、硬盤的容量計算 硬盤的容量由柱面數(shù)、盤面數(shù)（磁頭數(shù)）、扇區(qū)數(shù)來決定，其計算公式為： 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)常有人感到迷惑，為什么同一塊硬盤，有時顯示或報為 40GB , 有時卻只有 37GB 。

33、 這是因為采用的1MB 的單位不同，有時是 1 000 000字節(jié)，有時是1 048 576 字節(jié)。 在商業(yè)上主要采用前者，進入二進制系統(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 擴展單位有：KB（KiloByte）、MB (MegaByte）、GB (GigaByte）、 TB （TeraByte）、 PB ( PetaByte）、 EB ( ExaByte）。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),8、幾個主要的硬盤性能指標 1、硬盤的轉(zhuǎn)速（Spin

34、dle Speed） 轉(zhuǎn)速是指驅(qū)動硬盤盤片旋轉(zhuǎn)的主軸電機的旋轉(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)傳輸率（Data Transfer Rate） a.內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率（Internal 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

35、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，在這項指標中常常使用 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 計算就只有 16 . 37MB/s ( 131/8 ）。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),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

36、廣告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到 525Mb/S，換算成字節(jié)也僅 65.6MB/ s。 這個數(shù)字別說 SATA ，就是早已過時的 Ultra ATA/66 的 66MB / s 也還達不到，更何況這僅僅只是理論速度。 因此，無論如何，選擇內(nèi)部傳輸速率大的硬盤是肯定沒錯的。這也是在連續(xù)拷貝數(shù)據(jù)時感覺硬盤速度沒有標稱的那么快的真正原因，因為連續(xù)拷貝數(shù)據(jù)需要的是內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率，是即時讀取數(shù)據(jù)，

37、而不是突發(fā)的從緩存中讀取數(shù)據(jù)。 注意：不要理所當然地將廠商標注的外部傳輸速率（即接口速率）與硬盤的數(shù)據(jù)傳輸速率等同起來，因為外部傳輸速率只是表明該硬盤與系統(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)部傳輸速率這個指標看出來。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速率與外部數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系請參見圖：,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),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具有很大的優(yōu)勢。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。 一是預讀取，當硬盤受到 CPU 指令控制

38、開始讀取數(shù)據(jù)時，硬盤上的控制芯片會控制磁頭把正在讀取的簇的下一個或者幾個簇中的數(shù)據(jù)讀到緩存中（由于硬盤上數(shù)據(jù)存儲時是比較連續(xù)的，所以讀取命中率較高），當需要讀取下一個或者幾個簇中的數(shù)據(jù)的時候，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)存中就可以了，由于緩存的速度遠遠高于磁頭讀寫的速度，所以能夠達到明顯改善性能的目的。 二是對寫入動作進行緩存。當硬盤接到寫入數(shù)據(jù)的指令之后，并不會馬上將數(shù)據(jù)寫入到盤片上，而是先暫時存儲在緩存里，然后發(fā)送一個“數(shù)據(jù)已寫入”的信號給系統(tǒng)，這時系統(tǒng)就會認為數(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（不進行讀取或?qū)懭氲臅r候）時再將緩存中的數(shù)據(jù)寫入到

39、盤片上。雖然這樣做對于寫入數(shù)據(jù)的性能有一定提升，但也不可避免地帶來了安全隱患 如果數(shù)據(jù)還在緩存里的時候突然掉電，那么這些數(shù)據(jù)就會丟失。對于這個問題，硬盤廠商們自然也有解決辦法：掉電時，磁頭會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，等到下次啟動時再將這些數(shù)據(jù)寫入到目的地。 第三個作用就是臨時存儲最近訪問過的數(shù)據(jù)。有時候，某些數(shù)據(jù)會是經(jīng)常需要訪問的，硬盤內(nèi)部的緩存會將讀取比較頻繁的一些數(shù)據(jù)存儲在緩存中，再次讀取時就可以直接從緩存中傳輸。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),硬盤緩存的大小決定了可存放數(shù)據(jù)的多少，但并不是說緩存越大性能就一定越好。 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

40、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，否則性能不會有多大提升。 當然，更大的緩存也是未來硬盤的一個發(fā)展方向。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),4、平均尋道時間（Average Seek Time） 平均尋道時間，指硬盤磁頭移動到數(shù)據(jù)所在磁道時所用的時間，單位為毫秒（ ms ）。注意它與平均訪問時間的差別，平均尋道時間當然是越小越好，現(xiàn)在選購硬盤時應該選擇平均尋道時間低于9ms 的產(chǎn)品。尋道時間由硬盤尋道馬達速度決定。目前硬盤產(chǎn)品無論主軸轉(zhuǎn)速是多少，一般都控制在 10ms以下，在購買時只要認準選擇該指標更小的型號就行了。但這個參數(shù)對硬盤性能的影響不像單碟容量和轉(zhuǎn)速那么明顯，而且變化也較難于

41、感知，因此很多用戶都將它忽略了。 尋道時間不僅影響硬盤的磁道定位速度和硬盤的整體性能，它還對硬盤的噪音產(chǎn)生影響。硬盤的尋道馬達為步進電機，它運動時產(chǎn)生的噪音其頻率和“穿透力”都比主軸電機轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的噪音高得多。其實，硬盤的噪音絕大多數(shù)就來自它。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）出廠默認設(shè)置就處在啟動狀態(tài)。通過專用的軟件，用戶就可以自行將尋道時間人為降下來，從而減小硬盤的噪聲。當然，硬盤的性能也會因此下降。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),5、平均潛伏期（Average Latency Time） 平均潛伏期，指當磁頭移動到數(shù)據(jù)所在的磁道后，等待所

42、要的數(shù)據(jù)塊繼續(xù)轉(zhuǎn)動（半圈或多些、少些）到磁頭下的時間，單位為毫秒（ ms ），也就是說，這個時間與盤片的轉(zhuǎn)速有關(guān)，平均潛伏期一般指盤片旋轉(zhuǎn)一周所用時間的一半。平均潛伏期當然也是越小越好了，潛伏期小代表硬盤讀取數(shù)據(jù)的等待時間短，這就等于具有更高的硬盤數(shù)據(jù)傳輸速率?？梢院苋菀讚Q算出硬盤轉(zhuǎn)速和平均潛伏期的一一對應關(guān)系。換算公式為： （60*1000）/（硬盤轉(zhuǎn)速*2）=平均潛伏期,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),6、平均訪問時間（Average Access Time） 平均訪問時間，指磁頭找到指定數(shù)據(jù)的平均時間，單位為毫秒（ ms ）。通常是平均尋道時間和平均潛伏時間之和。注意：現(xiàn)在不少硬盤廣告中所說的平均訪問時間

43、大部分都是用平均尋道時間所代替的，也就是說這項指標在官方技術(shù)文檔中一般不會出現(xiàn)。 7、柱面切換時間（Cylinder Switch Time） 柱面切換時間也叫道至道時間（Track to Track Time），指兩個相鄰的柱面進行切換所用的時間，具體到磁道上是指磁頭從當前磁道上方移動道相鄰磁道上方所用的時間，單位是毫秒（ms）。注意與平均尋道時間的差別。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),四、數(shù)的存儲格式 在各種計算機體系結(jié)構(gòu)中，對于字節(jié)、字等存儲機制有所不同。對于同一個數(shù)值，在不同的計算機體系中會以相反的順序來記錄。例如，十六進制數(shù)值12 34 56 78H，在一種計算機架構(gòu)下存儲為12 34 56 78H

44、，而在另一種計算機架構(gòu)下會被存儲為78 56 34 12H。這就是按照不同的字節(jié)序進行存儲的。所以所謂的字節(jié)序指的就是長度跨越多個字節(jié)的數(shù)據(jù)的存儲形式。 目前的存儲器，多為字節(jié)為訪問的最小單元，當一個邏輯上的單元必須分割為物理上的若干單元時（即對于使用多字節(jié)表示數(shù)值的情況時?。痛嬖诹讼确耪l后放誰的問題了，于是，Endian的問題應運而生了。對于不同的存儲方法，就有Big-endian和Little-endian兩種描述。 注意：字節(jié)是存儲信息的最小單位！字節(jié)不可分割！如12H于21H是完全不同的兩個數(shù)！,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),數(shù)的存儲格式，也就是數(shù)字的存儲順序。在表示數(shù)值的大小時，一個字節(jié)（Byt

45、e，等于8位二進制）最大只能表示到255（0*FF），這是遠遠不夠的。為了滿足實際使用的需要，通常會使用2個、4個、或8個字節(jié)來表示數(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)的存儲格式也會有所不同，對一個文件系統(tǒng)進行分析時，必須清楚他所使用的數(shù)值存儲格式，否則是無法得到正確的數(shù)值大小的。 例如，有一個十六進制數(shù)“23 48 BA 4C”，使用Big-endian格式存儲形式就是“23 48 BA 4C

46、”；而使用Little-endian格式的文件系統(tǒng)，上面的數(shù)值的存放形式就是“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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),五、CHS與LBA尋址方式 對尋址方式的理解：當我們想要從一本書內(nèi)找到一個指定的字時，就需要知道這個字存放在什么位置，也就是它的“地址”。那么，用什么方式來定位這個字的位置呢？方法可以有多種，但以下兩種是最常用的。 一是：使用頁數(shù)、行數(shù)以及列數(shù)對其進行定位。以后只要知道這個字位于第幾頁、第幾行、第幾列，就能夠找到這個字了。這就是一種三維地址尋

47、址方式； 二是：還可以將書中所有的字由前向后進行編號，只要知道一個字的編號就能夠找到它了。這就是一種線性地址尋址方式。 如果對硬盤上的數(shù)據(jù)進行訪問，也可以采用以上提供的思想方法來尋址數(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。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),1. CHS尋址方式 在過去，硬盤的容量還很小的時候（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),以及相應的尋址方式，也就是C

48、HS方式。其中: 磁頭數(shù)(Heads)表示硬盤總共有幾個磁頭,也就是有幾面盤片, 最大為 255(用8個二進制位存儲); 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 個二進制位存儲); 扇區(qū)數(shù)(Sectors) 表示每一條磁道上有幾個扇區(qū), 最大為 63(用 6個二進制位存儲)。 每個扇區(qū)一般是 512個字節(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 =

49、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 開始)。 這就是通常的8GB硬盤的CHS限制。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),2. LBA尋址方式 LBA全稱為Logic 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的扇區(qū)，即從 0 到某個最大值方式排列，并連成一條線，把LBA 作為一個整體來對待，而不再是具體的實際的 C/H/S值，也就是說硬盤不再有柱面、

50、磁頭、扇區(qū)的三維定義了，這樣只用一個序數(shù)就確定了一個惟一的物理扇區(qū)，這就是線性地址扇區(qū)的由來，顯然線性地址是物理扇區(qū)的邏輯地址。 因為隨著硬盤容量的增大（大于8GB），CHS將無法表示。但是由于基本 Int13H 的制約, 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展 Int 13H 標準(Extended Int13H), 采用線性尋址方式存取硬盤, 所以突破了8G的限制。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),顯然，LBA是相對硬盤扇區(qū)三維物理地址而言的。扇區(qū)的三維物理地址與硬盤上的物理扇區(qū)

51、一一對應（小于8GB），即三維物理地址可完全確定硬盤上的物理扇區(qū)，這些通常用來表示硬盤的物理地址 。 目前，LBA地址被定義為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個扇區(qū)，也即是144 115 188 075 855 872字節(jié)=144PB（1PB=1000 000GB）。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),3. CHS轉(zhuǎn)換為LBA 如果硬盤容量小于8GB，就可以把CHS轉(zhuǎn)換為LBA。 轉(zhuǎn)換公式： LBA = ( C - Cs ) * PH * PS + ( H - Hs ) * PS + ( S - Ss) 其中：C表示當前柱面號，H表示當前磁頭號，S表示當前扇

52、區(qū)號， Cs表示起始柱面號，Hs表示起始磁頭號，Ss表示起始扇區(qū)號， PS 表示每磁道有多少個扇區(qū)， PH 表示每柱面有多少個磁道。 一般情況下， 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,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),4. LBA值轉(zhuǎn)換為CHS 對任意大小容量的硬盤，都可以將LBA轉(zhuǎn)換為CHS。 轉(zhuǎn)換公式：

53、 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：兩種運算DIV和MOD。DIV做整除運算， MOD是余運算；以上公式常用于程序開發(fā)中。 例如：LBA=0,相應地C/H/S=0/0/1;LBA=62,相應地C/H/S=0/0/63 LBA=63,相應地C/H/S=1/0/1; LBA

54、=3544145,相應地C/H/S=220/156/18.,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),六、數(shù)據(jù)編碼方案： 磁盤是用來記錄“ 0 ”、 “ l ”這樣的二進制信息數(shù)據(jù)的。讀寫數(shù)據(jù)時，這些“ 0 ”、“ l （也即“位”）必須用某種方法轉(zhuǎn)換成磁盤表面的磁信號。 如果能把各個信息位沿著磁道一個接一個地存放，并且根據(jù)二進制位是“ 0 ”還是， “ 1 ”來安排每個位取兩種磁場方向中的一種，這樣一個信息位只要一個磁翻轉(zhuǎn)長度來儲存。但實際上這種方案是行不通的。因為要想在線圈兩端有一個電壓，則線圈中的磁場必須發(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有磁場變化，也就不會有

55、信號供磁頭讀出。為保證驅(qū)動器能可靠地讀出信息，需要有更復雜的數(shù)據(jù)記錄方案。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),一種簡單的脈沖方案通常是通過對磁性介質(zhì)進行“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“正的變成負的”或“負的變成正的”。當讀數(shù)據(jù)時，翻轉(zhuǎn)就像一個脈沖，因此我們將翻轉(zhuǎn)稱為脈沖磁盤上就是用有無脈沖來表示數(shù)據(jù)的。 在簡單的脈沖方案中，把每個二進制“l(fā)”轉(zhuǎn)變成一個雙向的脈沖，每個二進制“ 0 ”轉(zhuǎn)變成相同長度的無脈沖狀態(tài)。然后，在每個信息位之間布置一個偽脈沖，即時鐘信號。被記錄下來的翻轉(zhuǎn)在以后驅(qū)動器讀信息時就會在磁頭上產(chǎn)生相應的電壓脈沖（通過從負到正的一個磁化翻轉(zhuǎn)時，電壓升高到某個正值后再返

56、回到零，這就是一個正脈沖。通過從正到負的一個磁化翻轉(zhuǎn)時，讀磁頭上的電壓就下降到某個負值后再返回到零，這就是一個負脈沖）。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),這種方案下，“1”脈中在磁頭下通過時能清楚地顯示出來，而“ 0 ”脈沖就不能，因為這時沒有磁場變化。 但是，脈沖始終是顯示的，而且使磁頭能檢測到更長的一串“ 0 ”位。這種方法雖能簡單地讀寫數(shù)據(jù)，但如果有一長串的“ 0 ，就會很長時間沒有脈沖，使控制器失控，出現(xiàn)控制器與數(shù)據(jù)不同步的現(xiàn)象。 因此需要一種編碼機制來保證不會出現(xiàn)長時間沒有脈沖的情況。為解決這個問題，就誕生了 FM ( Frequency Modulation ，調(diào)頻制）編碼、 MFM ( Medif

57、ied Frequency Modulation , 改進型調(diào)頻制）編碼和 RLL ( Run Limited，受限長度）編碼等編碼方案，這些是更底曇的細節(jié)，包括誤差檢測及數(shù)據(jù)糾錯等措施，這里不再詳述，感興趣的讀者自己找書看看。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),七、硬盤上的數(shù)據(jù)保護技術(shù) ASMART 技術(shù) 使用 SMART （自動檢測、分析及報告）技術(shù)，可以有效地保護硬盤。硬盤出現(xiàn)故障，是一件十分令人懊惱的事情，為此，將冒丟失重要數(shù)據(jù)的危險。不過，現(xiàn)在有一種對硬驅(qū)故障發(fā)出報警的方法，它就是自我監(jiān)視、分析和報告技術(shù) SMART 。 可預測的硬驅(qū)故障是由硬驅(qū)性能逐漸惡化引起的。實際上，硬驅(qū)故障的 60都是機械性質(zhì)的

58、，對此類故障， SMART 可一顯身手。 SMART 可以對數(shù)據(jù)提供有效的廉價保護，使用 SMART 技術(shù)的驅(qū)動器有助于減少數(shù)據(jù)丟失的風險，亦即避免了金錢和時間的損失，并且預先報警能讓你安排更換驅(qū)動器所需的停工時間。盡管 SMART 能有這樣的幫助，但保護數(shù)據(jù)最好的方法仍是不斷地定期備份，實際上，將二者結(jié)合起來是最好的保護方案。 SMART 技術(shù)是硬盤廠商提供的一個規(guī)范，主要目的是預防某些設(shè)備失敗，提高硬盤可靠性和確保數(shù)據(jù)的連續(xù)性，已成為工業(yè)標準，因此，目前的硬盤基本上都支持 SMART 技術(shù)。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),BSPS 技術(shù) SPS ( Shock Protection System ) ，震動保護系統(tǒng)，由昆騰公司開發(fā)，使硬盤在受到撞擊時，保持磁頭不受震動，磁頭和磁頭臂停泊在盤片上，沖擊能量被硬盤其他部分吸收，這樣能有效地提高硬盤的抗震性能，使硬盤在運輸、使用及安裝的過程中最大限度地免受震動的損壞。目前第二代保護系統(tǒng)（SPS II）也已推出，可以更有效地防止由于外界的震動所引起的硬盤損壞。,數(shù)據(jù)恢復技術(shù),CDPS數(shù)據(jù)保護系統(tǒng) DPS ( Data Protection system ）可快速自動檢測硬盤的每一個扇區(qū)，并在硬盤的前 300MB 空