硬盘基本知识（磁道、扇区、柱面、磁头数、簇、MBR、DBR）2007-11-18 22:20硬盘的 DOS 管理结构1. 磁道，扇区，柱面和磁头数硬盘最基本的组成部分是由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片，不同 容量硬盘的盘片数不等。每个盘片有两面，都可记录信息。盘片被分成许多扇形 的区域，每个区域叫一个扇区，每个扇区可存储128X2的N次方（N = 0.1.2.3） 字节信息。在DOS中每扇区是128X2的2次方= 512字节，盘片表面上以盘片中 心为圆心，不同半径的同心圆称为磁道。硬盘中，不同盘片相同半径的磁道所组 成的圆柱称为柱面。磁道与柱面都是表示不同半径的圆，在许多场合，磁道和柱 面可以互换使用，我们知道，每个磁盘有两个面，每个面都有一个磁头，习惯用 磁头号来区分。扇区，磁道（或柱面）和磁头数构成了硬盘结构的基本参数，帮 这些参数可以得到硬盘的容量，基计算公式为：存储容量=磁头数X磁道（柱面）数X每道扇区数X每扇区字节数 要点：（1）硬盘有数个盘片，每盘片两个面，每个面一个磁头（2）盘片被划分为多个扇形区域即扇区（3）同一盘片不同半径的同心圆为磁道（4）不同盘片相同半径构成的圆柱面即柱面（5）公式：存储容量=磁头数X磁道（柱面）数X每道扇区数X每扇区 字节数（6）信息记录可表示为：XX磁道（柱面），XX磁头，XX扇区2. 簇“簇”是 DOS 进行分配的最小单位。当创建一个很小的文件时，如是一个字 节，则它在磁盘上并不是只占一个字节的空间，而是占有整个一簇。DOS视不同 的存储介质（如软盘，硬盘），不同容量的硬盘，簇的大小也不一样。簇的大小 可在称为磁盘参数块（BPB ）中获取。簇的概念仅适用于数据区。本点：（1）“簇”是DOS进行分配的最小单位。(2) 不同的存储介质，不同容量的硬盘，不同的 DOS 版本，簇的大小也不 一样。(3) 簇的概念仅适用于数据区。3扇区编号定义：绝对扇区与DOS扇区由前面介绍可知，我们可以用柱面/磁头/扇区来唯一定位磁盘上每一个区域， 或是说柱面/磁头/扇区与磁盘上每一个扇区有对应关系，通常DOS将“柱面/磁头/扇区”这样表示法称为“绝对扇区”表示法。但DOS不能直接使用绝对扇区 进行磁盘上的信息管理，而是用所谓“相对扇区”或“DOS扇区”。“相对扇区” 只是一个数字，如柱面 140，磁头 3，扇区 4 对应的相对扇区号为 2757。该数字 与绝对扇区“柱面/磁头/扇区”具有一一对应关系。当使用相对扇区编号时， DOS 是从柱面0磁头1,扇区1开始(注：柱面0磁头0,扇区1没有DOS扇区编 号， DOS 下不能访问，只能调用 BIOS 访问)，第一个 DOS 扇区编号为 0，该磁道 上剩余的扇区编号为1到16 (设每磁道17个扇区)，然后是磁头号为2，柱面为 0的17个扇区，形成的DOS扇区号从17到33。直到该柱面的所有磁头。然后再 移到柱面1，磁头1，扇区1继续进行DOS扇区的编号，即按扇区号，磁头号，柱 面号(磁道号)增长的顺序连续地分配DOS扇区号。公式：记DH-第一个DOS扇区的磁头号DC 第一个DOS扇区的柱面号DS-第一个DOS扇区的扇区号NS每磁道扇区数NH磁盘总的磁头数则某扇区(柱面C,磁头H,扇区S)的相对扇区号RS为：RS = NHXNSX(C DC)+NSX(H DH) + (S DS)若已知 RS，DC，DH，DS，NS 和 NH 贝US=(RS MOD NS)+DSH=(RS DIV NS) MOD NH)+DHC=(RS DIV NS) DIV NH)+DC 要点：(1)以柱面/磁头/扇区表示的为绝对扇区又称物理磁盘地址(2) 单一数字表示的为相对扇区或DOS扇区，又称逻辑扇区号(3) 相对扇区与绝对扇区的转换公式4. DOS 磁盘区域的划分格式化好的硬盘，整个磁盘按所记录数据的作用不同可分为主引导记录(MBR:Main Boo t Record)， Dos 引导记录(DBR:Dos Boo t Record)，文件分配 表(FAT:File Assign Table)，根目录(BD:Boot Directory)和数据区。前 5 个重要信息在磁盘的外磁道上，原因是外圈周长总大于内圈周长，也即外圈存储 密度要小些，可靠性高些。要点：(1)整个硬盘可分为 MBR， DBR， FAT， BD 和数据区。(2)MBR，DBR，FAT，和BD位于磁盘外道。5. MBRMBR 位于硬盘第一个物理扇区(绝对扇区)柱面0，磁头0，扇区 1 处。由于 DOS是由柱面0,磁头1,扇区1开始，故MBR不属于DOS扇区，DOS不能直接访 问。MBR中包含硬盘的主引导程序和硬盘分区表。分区表有4个分区记录区。记 录区就是记录有关分区信息的一张表。它从主引导记录偏移地址01BEH处连续存 放，每个分区记录区占 16个字节。分区表的格式 分区表项的偏移 意义 占用字节数00 引导指示符 1B01 分区引导记录的磁头号 1B02 分区引导记录的扇区和柱面号 2B04 系统指示符 1B05 分区结束磁头号 1B06 分区结束扇区和柱面号 2B08 分区前面的扇区数 4B0C 分区中总的扇区数 4B4个分区中只能有1个活跃分区，即C盘。标志符是80H在分区表的第一个字节 处。若是 00H 则表示非活跃分区。例如：80 01 01 00 0B FE 3F 81 3F 00 00 00 C3 DD 1F 0000 00 01 82 05 FE BF 0C 02 DE 1F 00 0E 90 61 0000 0000 000000 0000 0000000000 0000 0000 0000 000000 0000 0000000000 0000 00要点：（l）MBR位于硬盘第一个物理扇区柱面0磁头0扇区1处。不属于DOS 扇区，（2）主引导记录分为硬盘的主引导程序和硬盘分区表。6. DBRDBR位于柱面0,磁头1,扇区1,即逻辑扇区0。DBR分为两部分：DOS引导 程序和 BPB（ BIOS 参数块）。其中 DOS 引导程序完成 DOS 系统文件（ IO.SYS， MSDOS.SYS）的定位与装载，而BPB用来描述本DOS分区的磁盘信息，BPB位于DBR 偏移0BH处，共13字节。它包含逻辑格式化时使用的参数，可供DOS计算磁盘上 的文件分配表，目录区和数据区的起始地址，BPB之后三个字提供物理格式化（低 格）时采用的一些参数。引导程序或设备驱动程序根据这些信息将磁盘逻辑地址（DOS扇区号）转换成物理地址（绝对扇区号）。BPB格式 序号 偏移地址 意义1 03H0AH OEM 号2 0BH0CH 每扇区字节数3 0DH 每簇扇区数4 0EH0FH 保留扇区数5 10H FAT 备份数6 11H12H 根目录项数7 13H14H 磁盘总扇区数8 15H 描述介质9 16H17H 每 FAT 扇区数10 18H19H 每磁道扇区数11 1AH1BH 磁头数12 1CH1FH 特殊隐含扇区数13 20H23H 总扇区数14 24H25H 物理驱动器数15 26H 扩展引导签证16 27H2AH 卷系列号17 2BH35H 卷标号18 36H3DH 文件系统号DOS 引导记录公式：文件分配表三保留扇区数根目录三保留扇区数+ FAT的个数X每个FAT的扇区数数据区三根目录逻辑扇区号+（32X根目录中目录项数+（每扇区字节数一1） DIV 每扇区字节数绝对扇区号三逻辑扇区号+隐含扇区数扇区号三（绝对扇区号MOD每磁道扇区数）+1磁头号三（绝对扇区号DIV每磁道扇区数）MOD磁头数磁道号三（绝对扇区号DIV每磁道扇区数）DIV磁头数 要点：（1） DBR位于柱面0,磁头1,扇区1,其逻辑扇区号为0（ 2） DBR 包含 DOS 引导程序和 BPB。（ 3） BPB 十分重要,由此可算出逻辑地址与物理地址。7. 文件分配表文件分配表是DOS文件组织结构的主要组成部分。我们知道DOS进行分配的 最基本单位是簇。文件分配表是反映硬盘上所有簇的使用情况,通过查文件分配 表可以得知任一簇的使用情况。DOS在给一个文件分配空间时总先扫描FAT,找到 第一个可用簇,将该空间分配给文件,并将该簇的簇号填到目录的相应段内。即 形成了 “簇号链”。FAT就是记录文件簇号的一张表。FAT的头两个域为保留域, 对FAT12来说是3个字节，FAT来说是4个字节。其中头一个字节是用来描述介 质的，其余字节为FFH。介质格式与BPB相同。第一个字节的 8 位意义：76 54 321011 I I丨厂0非双面置1丨I TI I L1双面I I厂0不是8扇区I TI L1是8扇区I厂0不是可换的L1是可换的FAT结构含义FAT12 FAT16 意义000H 0000H 可用FF0HFF6H FFF0HFFF6H 保留FF7H FFF7H 坏FF8HFFFH FFF8HFFFFH 文件最后一个簇XXXH XXXXH文件下一个簇对于FAT16，簇号X2作偏移地址，从FAT中取出一字即为FAT中的域。逻辑扇区号二数据区起始逻辑扇区号+（簇号一2）X每簇扇区数簇号=（逻辑扇区号一数据区起始逻辑扇区号）DIV每簇扇区数+ 2要点：（1） FAT反映硬盘上所有簇的使用情况，它记录了文件在硬盘中具体位置 （簇）。（2）文件第一个簇号（在目录表中）和FAT的该文件的簇号串起来形成文件的“簇号链”，恢复被破坏的文件就是根据这条链。（3）由簇号可算逻辑扇区号，反之，由逻辑扇区号也可以算出簇号，公式 如上。（4）FAT位于DBR之后，其DOS扇区号从1开始。8. 文件目录文件目录是 DOS 文件组织结构的又一重要组成部分。文件目录分为两类：根 目录，子目录。根目录有一个，子目录可以有多个。子目录下还可以有子目录， 从而形成“树状”的文件目录结构。子目录其实是一种特殊的文件，DOS为目录 项分配32字节。目录项分为三类：文件，子目录（其内容是许多目录项），卷标 （只能在根目录，只有一个。目录项中有文件（或子目录，或卷标）的名字，扩 展名，属性，生成或最后修改日期，时间，开始簇号，及文件大小。目录项的格式字节偏移 意义 占字节数00H 文件名 8B08H 扩展名 3B0BH 文件属性 1B0CH 保留 10B16H 时间 2B18H 日期 2B1AH 开始簇号 2B1CH 文件长度 4B目录项文件名区域中第一个字节还有特殊的意义：00H代表未使用05H代表实际名为E5HEBH 代表此文件已被删除目录项属性区域的这个字节各个位的意义如下：76543210未修修子卷系隐只用改改目标统藏读标标录属属属志志性性性注意：WINDOWS的长文件名使用了上表中所说的“保留”这片区域。要点：（1）文件目录是记录所有文件，子目录名，扩展名属性，建立或删除最后 修改日期。文件开始簇号及文件长度的一张登记表.（2）DOS 中 DIR 列