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文件都是以“磁點(diǎn)點(diǎn)”的形式記錄在硬盤(pán)的盤(pán)片中，存儲(chǔ)或刪除都是在這些“磁點(diǎn)點(diǎn)”上做文章。但硬盤(pán)是如何組織操縱著“磁點(diǎn)點(diǎn)”、從而建立復(fù)雜的文件系統(tǒng)的，你不好奇、不困惑、不抓狂嗎？ 這篇必須把硬盤(pán)內(nèi)的“組織關(guān)系”扒光！  播放GIF 組織——主要成員 要是拿上面那張圖來(lái)講，你們肯定會(huì)覺(jué)得不如回去看教科書(shū)，索性就不看了可讓我如何是好？所以誠(chéng)惶誠(chéng)恐的Wendy找來(lái)下面這張圖??  從側(cè)面來(lái)看硬盤(pán)的結(jié)構(gòu)比俯視圖更清晰，圖中所示的結(jié)構(gòu)和相應(yīng)名稱圖中標(biāo)識(shí)很清楚，在這里就不多贅述了，想進(jìn)一步探究各部分功能的可以自行查閱資料。 Wendy在這里要講的主要成員就是和文件存儲(chǔ)直接相關(guān)的「磁盤(pán)組」，千萬(wàn)不能嫌枯燥，基礎(chǔ)要打牢哦。 ▍「磁盤(pán)組」的結(jié)構(gòu) 「盤(pán)片」是硬盤(pán)的核心，與CD不同，硬盤(pán)內(nèi)的盤(pán)片可不止一個(gè)，盤(pán)片越多存儲(chǔ)容量就越大。 所有的盤(pán)片都固定在同一個(gè)軸上，而每張盤(pán)片雙面可寫(xiě)，因此每張盤(pán)片都有兩個(gè)「讀寫(xiě)頭」在各一側(cè)，如下圖。  | 記錄面號(hào) 「記錄面」就是硬盤(pán)內(nèi)盤(pán)片能寫(xiě)入數(shù)據(jù)的一面，每個(gè)盤(pán)片一般有兩個(gè)記錄面，將這些記錄面編上號(hào)可以方便磁頭定位，這就是記錄面號(hào)。 | 讀寫(xiě)頭 「磁頭」是用線圈纏繞在磁芯上制成的。硬盤(pán)在工作時(shí)，磁頭通過(guò)感應(yīng)旋轉(zhuǎn)的盤(pán)片上磁場(chǎng)的變化來(lái)讀取數(shù)據(jù)；或者通過(guò)改變盤(pán)片上的磁場(chǎng)來(lái)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。我們只要記住，磁頭并不智能，它只會(huì)讀取或?qū)懭搿?”和“1”。 第一波小重點(diǎn)來(lái)了，以下人為定義的名稱就是讓盤(pán)片成為“有效組織”的關(guān)鍵！為什么電腦能知道某文件存儲(chǔ)在盤(pán)片的哪個(gè)位置？為什么每個(gè)文件背后都有那么多不認(rèn)識(shí)的數(shù)字？這就是原因。  磁盤(pán)組分解圖 我們進(jìn)一步拆開(kāi)圖解來(lái)看。 | 磁道 如分解圖中的（b）所示，「磁道」是盤(pán)片上的一組同心圓，也是磁頭讀寫(xiě)操作的運(yùn)動(dòng)軌跡，信息就是沿著這樣的軌跡而一點(diǎn)一點(diǎn)存放在盤(pán)片上的。 硬盤(pán)的磁道密度很大，通常一面有成千上萬(wàn)個(gè)磁道，因此我們給磁道的編址是從外向內(nèi)依次編號(hào)的。最外的一個(gè)同心圓為 「0 磁道」，最里面的一個(gè)同心圓叫 「n 磁道」，n 磁道再往里面的圓面積并不用來(lái)記錄信息。 | 扇區(qū) 把磁道均分成若干個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)的磁道就是一個(gè)「扇區(qū)」。硬盤(pán)的讀寫(xiě)以扇區(qū)為基本單位，稱為「簇」，這種以簇為最小分配單位的機(jī)制，使硬盤(pán)對(duì)數(shù)據(jù)的管理變得相對(duì)容易。 | 柱面 如分解圖中的（c）上下一串盤(pán)片中，相同半徑的磁道所組成的一個(gè)圓柱型的環(huán)壁，就稱為柱面。柱面其實(shí)是個(gè)“虛”的，物理上不存在。 有了這樣的規(guī)定以后，我們?cè)趯?xiě)入文件時(shí)，就會(huì)標(biāo)記好文件是在 x 記錄面 n 磁道 m 扇區(qū)中。這樣在每次讀取時(shí)就能立刻根據(jù)這個(gè)“標(biāo)記”找到實(shí)際磁盤(pán)上與文件對(duì)應(yīng)的記錄區(qū)。 定位——職能劃分 談到記錄區(qū)，我們就要接著看硬盤(pán)是如何進(jìn)行記錄的。下面的內(nèi)容，我們將一步步地疊加復(fù)雜程度。 ▍磁盤(pán)的信息分布 此時(shí)，我們可以把硬盤(pán)比做一本書(shū)，磁頭在讀取磁盤(pán)內(nèi)容的時(shí)候，與我們翻閱書(shū)籍是一樣的：首先需要查找目錄，然后才能定位到相應(yīng)頁(yè)數(shù)去找。   硬盤(pán)也有目錄，和書(shū)的目錄一樣，只有那么幾頁(yè)，占整體很小的一部分。 | MBR主引導(dǎo)扇區(qū) 磁盤(pán)中充當(dāng)書(shū)中總目錄角色的，就是MBR，「主引導(dǎo)扇區(qū)」，它在硬盤(pán)上的三維地址為“ 0 柱面 0 磁道 1 扇區(qū)”，占512個(gè)字節(jié)。 每次計(jì)算機(jī)開(kāi)機(jī)后，第一個(gè)訪問(wèn)的一定是硬盤(pán)的這個(gè)「MBR扇區(qū)」！因?yàn)橹挥锌戳薓BR硬盤(pán)才知道后面該往哪兒轉(zhuǎn)。 但是磁盤(pán)的目錄比書(shū)的目錄分得更細(xì)，這個(gè)我們待會(huì)兒講，現(xiàn)在先看「分區(qū)」。 | 分區(qū) 「分區(qū)」，就是把硬盤(pán)分成不同的塊來(lái)使用，就相當(dāng)于每本書(shū)都會(huì)分章節(jié)，每個(gè)章節(jié)相互獨(dú)立，每個(gè)分區(qū)相互之間也不會(huì)影響。  你會(huì)發(fā)現(xiàn)，通常硬盤(pán)會(huì)分為主分區(qū)和一個(gè)擴(kuò)展分區(qū)，而擴(kuò)展分區(qū)就是我們可以自行繼續(xù)劃分的區(qū)域，就像一個(gè)章節(jié)下的幾小節(jié)。 我們把磁盤(pán)的圓形展開(kāi)來(lái)看，其「分區(qū)」示意圖如下圖所示：  按照常理講，由于有了分區(qū)，那么MBR引導(dǎo)扇區(qū)內(nèi)是不是還得有一個(gè)記錄分區(qū)的“子目錄”呢？所以我們回來(lái)再看MBR的目錄結(jié)構(gòu)。 ▍MBR主引導(dǎo)扇區(qū)的結(jié)構(gòu) 1. 主引導(dǎo)記錄（MBR）：446字節(jié)，記錄著硬盤(pán)本身的信息以及硬盤(pán)各個(gè)分區(qū)的大小和位置信息，是數(shù)據(jù)信息的重要入口。 2. 磁盤(pán)分區(qū)表（DPT）：64字節(jié)，4個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)16字節(jié)； 3. 55AA：2字節(jié)，結(jié)束標(biāo)志，用來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)扇區(qū)的末端。 算一算，剛好512字節(jié)呢！這就是整個(gè)MBR了，你會(huì)發(fā)現(xiàn)原來(lái)硬盤(pán)的記錄和我們的文件夾相似，是個(gè)樹(shù)形結(jié)構(gòu)，不斷層級(jí)往下延展讀取的。 ▍EBR 與MBR相對(duì)，擴(kuò)展分區(qū)中的每個(gè)小分區(qū)也需要自己的“章節(jié)”目錄，因此EBR就誕生了，即「擴(kuò)展分區(qū)引導(dǎo)目錄」。 基礎(chǔ)知識(shí)夯實(shí)到了這里，相信下面這張圖你就能看懂了。  硬盤(pán)所有分區(qū)詳細(xì)示意圖 當(dāng)整張盤(pán)被分割成這樣后，每一塊記錄什么內(nèi)容都固定了，從而每一塊的職能也就固定了！磁盤(pán)各部分就此各司其職，開(kāi)始發(fā)揮作用了。 運(yùn)作——讀取流程 從現(xiàn)在起，展開(kāi)你的空間想象力，你的大腦呈現(xiàn)出一個(gè)磁盤(pán)組，磁頭正準(zhǔn)備讀區(qū)磁盤(pán)內(nèi)容。 好的，我們已經(jīng)選定了一個(gè)文件進(jìn)行讀取，所以我們的任務(wù)是先找到這個(gè)文件，磁盤(pán)開(kāi)始轉(zhuǎn)了…… 1. 首先轉(zhuǎn)到MBR主引導(dǎo)扇區(qū)，讀取MBR主引導(dǎo)程序（446字節(jié)），了解了幾個(gè)分區(qū)的基本情況； 2. 接著讀取MBR主引導(dǎo)扇區(qū)的DPT主分區(qū)表（16字節(jié)），發(fā)現(xiàn)文件在第四個(gè)分區(qū)； 3. 于是，磁頭轉(zhuǎn)到了第四個(gè)分區(qū)上看，原來(lái)第四個(gè)分區(qū)是個(gè)擴(kuò)展分區(qū)！ 4. 那只能繼續(xù)翻目錄唄，就接著查一查擴(kuò)展分區(qū)的分區(qū)表； 5. 擴(kuò)展分區(qū)的分區(qū)表顯示，文件在 2號(hào)邏輯分區(qū)； 6. 行，那就再轉(zhuǎn)個(gè)十幾度到 2號(hào)邏輯分區(qū)繼續(xù)找。 7. 2號(hào)邏輯分區(qū)的引導(dǎo)記錄（EBR）顯示，文件在 n 磁道 m 扇區(qū)； 8. 這下定位成功了，磁頭到 2號(hào)邏輯分區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）就找到了文件。 9. 文件內(nèi)容讀取中…… 恭喜你，完成讀取任務(wù)！ 是不是突然覺(jué)得，磁頭原來(lái)很笨，只會(huì)一個(gè)勁地按順序“查表”，直到找到文件位置！硬盤(pán)原來(lái)不過(guò)就是一個(gè)分類清楚、索引精細(xì)的文件存儲(chǔ)柜而已。 而寫(xiě)入數(shù)據(jù)也是一樣的，當(dāng)你在操作系統(tǒng)里選定將文件放入哪個(gè)分區(qū)后，硬盤(pán)不僅會(huì)把文件內(nèi)容寫(xiě)到磁盤(pán)相應(yīng)的位置上，同時(shí)還會(huì)把這個(gè)位置信息一層層地從MBR到分區(qū)表（DPT）、從擴(kuò)展分區(qū)再到EBR全都更新個(gè)遍！ 你可能只是存進(jìn)去點(diǎn)擊幾下，人家可是要跑個(gè)好幾圈！你說(shuō)它忙不忙！ ▍為什么數(shù)據(jù)恢復(fù)要學(xué)習(xí)這些？ 你想啊，如果目錄沒(méi)了，上哪兒知道你要恢復(fù)的文件在哪個(gè)磁道哪個(gè)扇區(qū)呢？ 假設(shè)主引導(dǎo)扇區(qū)（MBR）受到破壞，硬盤(pán)上的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息都將會(huì)丟失！需要用繁瑣的方式試探性的重建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)信息后才可能重新訪問(wèn)原先的數(shù)據(jù)。 主引導(dǎo)扇區(qū)內(nèi)的信息可以通過(guò)任何一種基于某種操作系統(tǒng)的分區(qū)工具軟件寫(xiě)入，但你要是不懂的話，只能看著硬盤(pán)哭了。 參考文獻(xiàn) 白中英，戴志濤. 計(jì)算機(jī)組成原理[M]. 北京：科學(xué)出版社, 2013. |
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來(lái)自： 江上看云人 > 《計(jì)算機(jī)》
