微机组装与维护技术讲座

磁盘是具有磁表面的圆盘形磁记录媒体，用于存储数据，具有容量大、保存期长、便于写入和删除的特点。磁盘包括软盘和硬盘，它是微机的永久性存储介质部件。磁盘采用特定的格式来存储数据，每种操作系统都各有“特定”的方式来管理数据，因而我们都是从某种操作系统的角度来讨论微机的磁盘，它采用什么样的格式及怎样管理、使用磁盘。第一节DOS磁盘结构一、磁道(Track)在磁记录装置上，磁头写入磁场在磁记录表面上形成的许多圆形的磁化轨迹，磁头把圆盘表面分成一个个同心圆，即磁道。磁盘上各同心圆的磁化轨迹称为磁道。在磁记录媒质的磁道上划分成若干等分的扇形区域称之为扇区。扇区是计算机和磁盘之间传输信息的基本单位。每个扇区中又分为两个区域：识别区(IDfield)和数据区(Datafield)，组织结构见图2-1。二、扇区(Sector)一个柱面是指一组距安装在驱动器中的磁盘组中心一给定距离上的各磁道，也就是把与中心距离相同的磁道作为一个整体，这整体称为柱面。三、柱面(Cylinder)磁盘的每面都对应一个磁头，故把面数又称磁头数(Head)。四、面(Side)第二节磁盘的地址结构磁盘的地址有三种形式：物理地址、逻辑地址和簇地址。磁盘的物理地址由磁面(或磁头)号、磁道号和扇区号组成。一、物理地址1.物理地址的组成2.物理地址结构参数的编号规则其物理地址结构及编号：磁面的编号：由0开始编号，若有两个磁头，则对应为0面和1面。磁道的编号：从磁盘外缘起始磁道向内由0开始编号，如0～79。扇区的编号：从索引孔开始，顺时针从1开始编号，如1～9扇区。二、逻辑地址1.逻辑地址的形式每个扇区由相邻的扇区划为一个连续空间，即逻辑划分，对应这种划分的地址称逻辑地址。把磁盘上物理编号的扇区转换成逻辑编号的扇区的规则概括为：用先扇区，后磁头，最后磁道。具体的编法是：从0扇区开始，对某一磁道，先编最低磁头下的连续扇区，然后再编下一个磁头(同柱面)的连续扇区，直至同柱面下的扇区编完，然后编下一个磁道低磁面的连续扇区直至该磁道下所有本柱面的扇区编完，依此类推，最后到最高磁道，最大磁面(磁头)的最后一个扇区为止，这样连续的编号就把磁盘三维的物理地址变为一个一维的逻辑地址。扇区的物理划分并没有改变，这样磁盘上的某个扇区有两种不同的编号方法。2.逻辑扇区的编号规则磁盘的物理地址是经低级格式化(物理格式化)来定义的，而逻辑地址是由高级格式化。三、簇地址(Cluster)簇由一定数目的扇区组成，每个簇都有簇号即簇地址，簇号从0开始并按逻辑顺序排列形成其一维的簇地址系统。它是用来记录文件的数据排列。其簇编号由2开始，其0簇和1簇由DOS保留。簇是指磁盘一次读写功能操作的“单位”空间。通常是几个连续的扇区。DOS组织磁盘的线性序列方法(一维地址)的作用：扇区是磁盘操作的基本单元，即磁盘上的所有读写操作是以完整的扇区为基本单元。但DOS系统出于系统本身的考虑，将磁盘看成为一个线性的媒体，也就是把磁盘的所有扇区用一维的唯一对应的顺序编号来记录，而这顺序码与整个磁盘的所有扇区有着唯一的对应关系。DOS所有的读写盘操作，均是以此顺序的扇区为依据，即磁盘看成一个一维的整体而忽略定义磁盘物理地址的三个参数。最后再按这个内部标识(顺序参数)与磁盘自身的三维物理参数之间进行转换。第三节磁盘的组织形式DOS操作系统的格式化命令格式化的磁盘都是以同一种磁盘组织格式建立在每一个磁盘上，它都保留了一些区域，这些区域总是以同样的次序出现在磁盘上，其格式相同，区别仅仅是区域内所包括扇区的数量不同而己。一、系统区DOS的系统区包括三部分：引导记录、文件分配表(FAT)及根目录表(FDT)，也可按功能将前者称之为保留区，后两者称为控制区。DOS引导记录又称DOS引导区，其长度为1个扇区，(1)DOS引导记录区对于软盘：在0面、0道、1扇区对于硬盘：在1面、0道、1紧接在引导记录后是文件分配表(FAT)。此表有两个，两个表的内容完全相同。(2)文件分配表(FAT)文件目录表简称根目录表，位于第二个FAT表之后。每个磁盘都有一个根目录。(3)文件目录表(FDT)2.数据区及其结构FAT表、FDT表区域也是以扇区为分配单位；文件区的文件则是以簇(Cluster)为单元分配其空间。DOS引导记录其英文名为DOSBootRecord，简写为DBR。二、DOS引导记录(DBR)在逻辑格式化后都有其引导记录，引导记录的主要功能是完成DOS系统的自举。偏称量0~23~4HB~3H24~3D3E~1FDH内容跳转指令厂商标识及DOS版本BPB表描述区引导程序(一)DOS引导记录包括跳转指令、厂商标识区、BPB表、描述区、引导程序和结束1.跳转指令2.厂商标识区3.基本输入输出参数表表2-2BPB的内容及所占字节数表内容代表符号起始字节长度字节数/扇区SS0BH2扇区数/簇AU0DH1保留扇区数RS0EH2FAT个数NF10H1根目录中文件个数DS11H2总扇区数TS13H2介质描述MD15H1扇区数/FATSF16H2扇区数/磁道ST18H2磁头数NH1AH2隐含扇区数HS1CH4总扇区数（当偏移位置13H值为0）WS20H4凡是DOS与磁盘操作发生关联的命令都是根据BPB表所提供的参数进行磁盘操作。首先将FDT和FAT提供的文件簇链号中的簇号转换成对逻辑地址扇区的请求，然后将逻辑扇区转换到实际的物理地址，即磁头、磁道和扇区；BPB表由BIOS模块根据磁盘标志字节的值生成，并在格式化空白磁盘时(高级格式化)将其记录在引导扇区位移0BH开始处的25个字节中，这样DOS和其它应用程序就利用该表提供的参数访问磁盘。BPB参数格式及含义：4.描述区5.DOS引导代码DOS引导代码是引导记录中的一段程序，它用来处理DOS的启动过程。6.结束标志字结束标志占两个字节，其值必须为AA55H1．检查磁盘参数表中所描述的数值与实际情况是否相符；2．检查该磁盘是否为系统引导盘(二)DOS引导记录中引导程序的主要功能3.加载DOS第四节FAT表和FDT表文件分配表（FilesAssociateTable）简称FAT。顾名思义文件分配表是为文件分配存储空间的表格，它记录了磁盘各扇区状态的有关信息。一、文件分配表（一）FAT结构FAT是以簇为单位的文件链表映象图。FAT以所占扇区数来标明FAT表的大小。1．FAT的大小2．FAT表登录项长度3．FAT表项值及含义磁盘文件采用簇链(Chain)来表示该文件在磁盘上的位置分布。簇链由链首、链节和链尾构成。4．FAT一个文件占用FAT中的一个链。链首位存放在FDT(文件目录表)中，一个文件的首簇号即是FAT中该文件的链首，中间链节均记录为下一个链节的项值。(二)FAT功能1.2.标明坏簇和可用簇3.表明一个文件所有簇的分配及链节文件的目录项中，包含所有文件的第一个簇号信息，即进入到FAT的初始指针。(三)FAT二、文件目录表FDT目录区又称根目录或主目录区。根目录用于记录存贮在磁盘上的文件，即文件名、文件大小及建立日期等外，还有有关文件的其它信息，如文件的起始簇号和文件的属性。根目录采用目录项来记载有关每个文件的信息，每个目录项规定为占32个字节。(二)目录项的结构表2-6目录项结构表偏移字节(H)00080B0C16181A1C大小（字节数）831102224分类文件名扩展名属性保留时间日期起始簇文件大小格式ASCII字符ASCII字符每位表一个属性字编码字编码字双字第五节磁盘格式化与分区格式化过程分为两种：低级格式化(又称物理格式化)及高级格式化(又称逻辑格式化)。一、磁盘的格式化的分类1.简单地说，定义磁盘的扇区称之为低级格式化。高级格式化是建立操作系统管理磁盘的文件及数据所需的结构。2.二、磁盘格式化其物理格式化和逻辑格式化一起由DOS的Format命令来完成。(一)(二)硬盘的低级格式化将扇区地址、同步字节、交错因子、坏块表和其它数据写入扇区的起始块。必须分清低级格式化和高级格式化的含义和目。三、硬盘的分区Fdisk命令进行分区，主要是将一个物理盘划分给不同的操作系统所拥有的区域（最多四个），并激活其中的一个使硬盘加电后能由此激活区的操作系统来启动计算机。Fdisk的主要功能是：(1)写入标准的硬盘主引导程序。(2)登录分区表项值(3)写入扇区正常结束“55AA”硬盘在做完低级格式化和分区之后，才能作高级格式化(必须顺序进行)，对于硬盘要将低级和高级格式分开的原因之一是分区，另一个原因就是硬盘的设计不是标准化的，DOS的Format命令不可能完成对硬盘进行低级格式化。用Fdisk命令对硬盘分区后，在硬盘的0柱面0头1扇区写入了MBR，该记录的长度为一个扇区。MBR不同于DBR，MBR不在DOS分区之内，不由DOS所“管辖”。再者，MBR和DBR的功能也不相同，不能把这两者混为一谈。软盘没有MBR，硬盘分区后，就会有MBR和系统引导记录。第六节硬盘的主引导记录主引导记录(MainBootRecord)简称MBR。MBR由主引导程序和分区信息表二部分组成，参见图2-7。主引导代码是一段小程序，用于微机启动时检查和测试分区表的完整性，寻找并定位到硬盘上的活动分区位置，引导系统进入活动分区，加载操作系统。一、主引导程序代码主引导程序代码位于MBR前面的446个字节，实际上DOS主引导记录的程序代码只有218字节，其后有228个0。该程序代码的功能如下：从偏移1BEH开始的64个字节为分区表，共四个分区项，每个分区项占16个字节。分区表后的两个字节，也即MBR的最后两个字节是主引导扇区正常结束标志55AA。二、分区信息表(分区表)1.以16个字节的第一个分区项为例，说明其分区表的数据格式及含义。三、扩展分区中逻辑驱动器的组织结构硬盘的DOS扩展分区也可再分为几个逻辑区。用Fdisk创建的多个逻辑盘的起、止地址采用递归链式结构，通过类似于主分区项结构的“扩展”分区信息的方法来表示。四、扩展分区中的逻辑驱动盘的链接结构五、各逻辑盘子分区的读取方法只要将这个分区信息的偏移量1D0H、1D1H的数值送入CX，就可以一直读出所有的逻辑盘的位置。第八节硬盘容量的限制及其读写工作模式一、硬盘容量的限制以上BIOS和IDE接口限制的结合，就限制这些参数的最大值为每个磁道不超过63个扇区，磁盘最多16个磁头和1024个磁道，其结果是大多数IDE硬盘的容量被限制在63×16×1024×512＝528MB。实际上模式转换是将硬盘几何结构从一种排列方式转换成另一种排列方式。二、转换模式(Translationmode)硬盘分区大小受三个因素的限制：硬盘的容量、BIOS和操作系统。三、硬盘分区大小的限制1.分区大小的限制理论上讲，EIDE最大支持8GB的硬盘，LBA硬盘读写模式是允许读取528MB以上分区，尽管BIOS支持LBA，但绝大多数BIOS版本仅支持在2GB的范围。2.大硬盘的分区用DOS系统的高级格式命令格式化后的硬盘，其容量只能是2047MB，即2.1GB分区极限。其原因是DOS和Windows3.X都采用DOS文件结构，采用16位的文件分配表，该文件分配表允许硬盘的分区最多只能有64K个簇。3.2.1GB分区限制四、硬盘读写的工作模式1.NORMAL模式2.LBA模式3.LARGE模式