第1章 深入解读硬盘2

电脑硬盘管理、维护、优化与数据恢复,深入解读硬盘,硬盘的内、外部结构硬盘的性能指标硬盘的工作原理硬盘的数据构成常用的文件系统,认识硬盘的组成结构,硬盘的外部结构1固定盖板2接口3控制电路板硬盘的内部结构1磁头组件2磁头驱动机构3主轴组件4盘片5前置控制电路,硬盘外部、内部结构,硬盘由头盘组件（HDA，HeadDiskAssembly）与印刷电路板组件（PCBA，PrintCircuitBoardAssembly）组成。,硬盘外部、内部结构,硬盘正面及各部件名称,硬盘是一个集机、电、磁于一体的高精系统。其内部是密封的，对用户而言既是黑匣子，也是透明的，用户根本不用关心其内部的运行，只需把标准接口接上即可正常使用，其正面如图所示。,硬盘外部结构,硬盘外部、内部结构,硬盘外部结构,在硬盘的正面贴有产品标签，主要有厂家的信息和产品信息，如商标、型号、序列号、生产日期、容量、参数、主从设置方法等，这些信息是正确使用硬盘的基本依据，如图所示。图中所示的是WD200BB的产品标签。从型号上可以判断，它是一款容量为20GB的7200RPM高速硬盘，产品序列号为WMA9L1203351，产地为马来西亚，出厂日期是2001年8月15日。,硬盘产品标签,硬盘外部、内部结构,图典型SATA硬盘产品标签,典型SATA的产品标签如图所示。,硬盘外部、内部结构,硬盘背面及各部件名称,在硬盘的背面则是控制电路板，如图所示。从图中可以清楚地看出各部件的位置。总得来说，硬盘外部结构可以分成控制电路板和外壳两个部份。,硬盘外部、内部结构,带有保护层的硬盘的背面,有些硬盘的电路板上会附加有一层保护层，使用海绵或金属板，如图所示。,硬盘外部、内部结构,卸下保护层的硬盘,卸下保护层，可以看到电路板与保护层间还有一层海绵，如图所示。,硬盘外部、内部结构,硬盘内部结构,硬盘外部、内部结构,硬盘内部结构,硬盘腔体,由于顶盖和盘体的连接非常紧密，要用平口螺丝刀才能撬开，撬开顶盖后就露出其“庐山真面目”了，其内部结构如图所示，在顶盖内侧有4个扇形突起，是和外界交换空气用的减压囊。,硬盘外部、内部结构,硬盘内部结构,硬盘内部架构,这就是里边的结构，硬盘的盘片相当光滑，比我们常用的镜子还要平整许多。揭掉顶盖，保留单独的内部架构，如图所示。,硬盘外部、内部结构,硬盘内部结构,硬盘外部、内部结构,硬盘内部结构,铝合金盘体,卸下固定主电机的三颗螺丝，电机就拆下来了。最后剩下的只是一个铝合金的盘架，如图所示。,硬盘外部、内部结构,硬盘内部结构,磁头组件,硬盘外部、内部结构,硬盘内部结构,磁头高度,硬盘外部、内部结构,硬盘内部结构,硬盘内部结构,硬盘外部、内部结构,硬盘内部结构,硬盘数据组织,扇区,冗余校验计术（CRC），该技术的设计方针是系统与硬盘在进行传输的过程中，随数据发送循环的冗余校验码，对方在收取的时候也对该校验码进行检验，只有在完全核对正确的情况下才接收并处理得到的数据，这对于高速传输数据的安全性有着极有力的保障。,硬盘的技术性能,1技术指标1转速2单碟容量和总容量3平均寻道时间4平均访问时间5数据传输率6高速缓存接口技术1IDE2SATA3SCSI4光纤通道（FibreChannel）,IDE接口,IDE它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就了其它类型硬盘无法替代的地位。优缺点IDE接口优点：价格低廉、兼容性强、性价比高IDE接口缺点：数据传输速度慢、线缆长度过短、连接设备少,硬盘接口,SATA接口,SATA是SerialATA的缩写，即串行ATA。这是一种完全不同于并行ATA的新型硬盘接口类型，由于采用串行方式传输数据而得名。SATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。,与并行ATA相比，SATA具有比较大的优势。首先，SerialATA以连续串行的方式传送数据，可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。SerialATA一次只会传送1位数据，这样能减少SATA接口的针脚数目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，SerialATA仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次，。,SCSI接口,SCSI接口是同IDE（ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及。因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。在系统中应用SCSI必须要有专门的SCSI控制器，也就是一块SCSI控制卡，才能支持SCSI设备，这与IDE硬盘不同。在SCSI控制器上有一个相当于CPU的芯片，它对SCSI设备进行控制，能处理大部分的工作，减少了中央处理器的负担（CPU占用率）。在同时期的硬盘中，SCSI硬盘的转速、缓存容量、数据传输速率都要高于IDE硬盘，因此更多是应用于商业领域。,SCSI是一种连结主机和外围设备的接口，支持包括磁盘驱动器、磁带机、光驱、扫描仪在内的多种设备。它由SCSI控制器进行数据操作，SCSI控制器相当于一块小型CPU，有自己的命令集和缓存。STA（SCSITradeAssociation，SCSI同业公会）的标准分类：SCSI接口是同IDE（ATA）完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及。因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。在系统中应用SCSI必须要有专门的SCSI控制器，也就是一块SCSI控制卡，才能支持SCSI设备，这与IDE硬盘不同。在SCSI控制器上有一个相当于CPU的芯片，它对SCSI设备进行控制，能处理大部分的工作，减少了中央处理器的负担（CPU占用率）。在同时期的硬盘中，SCSI硬盘的转速、缓存容量、数据传输速率都要高于IDE硬盘，因此更多是应用于商业领域。,SCSI接口硬盘,硬盘接口技术特点,SCSI接口优点：适应面广，在一块SCSI控制卡上就可以同时挂接15个设备高性能（具有很多任务、宽带宽及少CPU占用率等特点）具有外置和内置两种SCSI接口缺点：价格昂贵安装复杂,光纤通道,光纤通道（FibreChannel）其实是对一组标准的称呼，这组标准用以定义通过铜缆或光缆进行串行通信从而将网络上各节点相连接所采用的机制。光纤通道标准由美国国家标准协会（AmericanNationalStandardsInstitute，ANSI）开发，为服务器与存储设备之间提供高速连接。早先的光纤通道专门为网络设计的，随着数据存储在带宽上的需求提高，才逐渐应用到存储系统上。光纤通道是一种跟SCSI或IDE有很大不同的接口，它很像以太网的转换开头。光纤通道是可以提高多硬盘存储系统的速度和灵活性而设计的高性能接口。,光纤通道优点：具有很好的升级性可以用非常长的光纤电缆（带有FiberOpticCabling时，光纤长度可以超过10公里）具有非常宽的带宽（现在一般的光纤都具有1.06GBps，而如果采用多光纤通道可以达到更宽的带宽）具有很强的通用性光纤通道缺点：价格非常昂贵组建复杂IEEE1394优点：即时数据传输(Real-TimeDataTransfer)支持热插拔，驱动程序安装简易快速，目前的1394支持传输率为400Mbps通用I/O连接头，点对点的通讯架构IEEE1394缺点：价格昂贵的IEEE1394硬盘适配器,硬盘接口技术特点,USB接口,USB是一个外部总线标准，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB接口可用于连接多达127种外设,USB接口优点：价格低廉连接简单快捷，兼容性强，具有很好的扩展性高速度，USB2.0接口的传输速度高达480Mbps，和串口的4000多倍USB接口缺点：设备之间的通信效率低连接电缆的长度比较短,硬盘接口技术特点,迈拓硬盘以前迈拓硬盘一直采用7位的编号，但从金钻系列DiamondmaxPlus9开始，其硬盘编号变成了13个了。不过，对我们识别硬盘有用的还是前面的7位编号。迈拓编号多为“系列号此系列硬盘最大容量首位容量接口类型碟头数”。我们将其简单表示为“XX,XXX,X,X”四个部分。第一部分的两个“X”表示产品系列和型号。“3”为40GB或以下，“9”为40GB以上，此系列为星钻一代“2R”表示为Fireball531DX美钻一代“2B”表示为Fireball541DX美钻二代“2F”表示为Fireball3“4W”表示为Diamondmax536DX星钻二代“4D”，“4K”，“4G”都表示为Diamondmax540X星钻三代“4R”表示为Diamondmax16星钻四代“5T”表示为DiamondmaxPlus60金钻六代“6L”表示为DiamondmaxPlusD740X金钻七代“6E”表示为DiamondmaxPlus8“6Y”表示为DiamondmaxPlus9第二部分的三个“X”表示容量，单位是GB。例如“080”或者“200”就分别表示为80GB或者200GB。第三部分的“X”表示缓存容量、接口及主轴马达类型。“D”表示为UtralATA/33“U”表示为UtralATA/66“H”表示为UltraATA100接口，2MB缓存“J”表示为UltraATA133接口，2MB缓存并使用滚珠轴承马达(BallBearingMotor)“L”表示为UltraATA133接口，2MB缓存并使用液态轴承马达(FluidDynamicBearingMotor)“P”表示为UltraATA133接口，8MB缓存并使用液态轴承马达，“M”表示为SerialATA150接口，8MB缓存并使用液态轴承马达。第四部分的“X”表示使用的磁头数，也就是记录面数量，由此也能可以凭着“硬盘单碟容量2硬盘总容量/磁头数”这个公式来推算出单碟容量。不过，金钻系列的DiamondmaxPlus9开始，该数字变成了“0”，但是我们知道金钻系列的DiamondmaxPlus9都是单碟容量80GB的产品，所以这里的变化对我们辨识并不影响,希捷硬盘、“”代表“”，中文意思即希捷。这在任何一款希捷硬盘产品编号的开头都有。代表硬盘外形。“”代表英寸全高硬盘，“”代表英寸半高硬盘，“”代表现在已被淘汰的英寸硬盘。、由到位数字组成，代表硬盘容量，单位为。例如“”代表这块硬盘的容量为，“”则代表容量为。、代表硬盘标志，它由主标志和副标志组成：第一个数字为主标志，在普通硬盘中代表盘片数。例如“”即代表该硬盘内采用了张盘片。第二个数字为副标志，即硬盘的辅助标志。只有当主标志相同或无效时，副标志才有效。一般用它来表示硬盘的代数，数字越大表示代数越高，也就是说此款硬盘越新。、由到个字母组成，代表硬盘接口类型。普通桌面硬盘的较为简单，但如果包括现在和早期的硬盘，其含义就较为复杂了，这里只介绍目前主流的桌面硬盘：“”代表，即普通接口，这是大多数桌面硬盘所采用的接口类型；“”代表，即串行硬盘接口。给大家举个例子：从某块硬盘上标示的“”编号，我们就可以知道该硬盘是希捷公司生产的英寸半高、采用张硬盘盘片、总容量为的接口硬盘。此外，硬盘上印刷的其它字符也可以带给我们一些有用的信息，例如“”即说明这是希捷新推出的单碟的硬盘产品。另外，还有最新的“”系列产品。该系列产品全部采用大容量缓存，采用接口或者接口，目前只有和这两种。,西部数据硬盘命名规则西部数据的编号标注形式因产品系列而异，编号方式显得简洁明了，由12个数字或者字母所组成。在12个编号中，前6个编号为主编号，后面的6个编号为附加编号。其桌面市场的主打系列鱼子酱的标注方式为“厂商代号+容量+转速，缓存+接口类型”。?简单的表示为WD“XXXX,X,X-XX,X,X,XX”，可以分为七个部分。“WD”是“Western?Digital”的简称，表示其为西部数据公司的产品。前6位主编号：?第一部分的四个“X”表示为硬盘容量，通常由3到4位数字组成，单位为GB。其标识和希捷是一样的，如4位的“1200”代表120GB，3位的“800”则代表80GB。?第二部分的“X”表示为硬盘转速及缓存容量。“A”表示转速为5400?RPM/分的鱼子酱硬盘?“B”表示转速是7200?RPM/分的鱼子酱硬盘?“E”表示转速是5400?RPM/分的Protege系列硬盘?“J”表示转速为7200?RPM/分，数据缓存为8MB的高端鱼子酱硬盘?“G”表示为转速拥有10000?RPM/分，数据缓存为8MB的最高端桌面硬盘Raptor系列?第三部分的“X”表示接口的类型。?“A”表示为Ultra?ATA/66或者更早期的接口类型?“B”表示为Ultra?ATA/100?“W”表示应用于A/V(数码影音)领域的硬盘?“D”表示为Serial?ATA150接口?后六位附加编号：?对于后面的六位附加编号，笔者很抱歉，找不到相关于Serial?ATA150接口规范的硬盘附加编号资料，这不能不说是一个遗憾。?第四部分的两个“X”表示为OEM客户标志。如今西数面向零售市场的产品，其两个编号都是为数字“00”。如果作为其它字符的话，则为OEM客户的代码，不同的编号对应不同OEM客户，而这种编号的硬盘通常是不面向零售市场的。?第五部分的“X”代表硬盘单碟容量，单位是GB。“C”代表硬盘单碟容量为40GB，“D”代表66GB，“E”代表83GB。?第六部分的“X”表示同系列硬盘的版本代码，该代码随着不同系列而变。?“A”表示7200转/分，Ultra?ATA100接口的BB系列；?“B”表示5400转/分，Ultra?ATA66接口的AB系列；?“P”表示5400转/分，Ultra?ATA100接口的EB系列；?“R”表示7200转/分，Ultra?ATA100接口，具有8MB缓存的JB系列。?,目前三星硬盘均属SpinPoint系列，此系列又分为P和V两大类。编号标注形式为“系列型号+转速+容量+缓存+磁头数目+接口类型”。我们亦可以简单的表示为“X,X,XXX,X,X”五部分。第一部分的“X”表示硬盘产品系列。这里的“S”就表示为“SpinPoint”系列。第二部分的“X”表示三星硬盘各系列不同转速的产品。“V”表示V系列硬盘，转速为5400RPM/分“P”表示P系列硬盘，转速为7200RPM/分第三部分的三个“X”表示硬盘容量，通常有2到3位数字，其单位是GB。“080或者120”就表示为80GB或者120GB的硬盘产品，但如果缓存是8MB，它们的标志大多会变成“081或者121”。第四部分的“X”表示硬盘磁头数，我们亦可以据“硬盘单碟容量2硬盘总容量/磁头数”这个公式来推算出单碟容量。第五部分的“X”表示硬盘的接口类型。“A”表示为EIDE/ATA接口“S”表示为SCSI2接口“U”表示为UltraSCSI接口“D”表示为UltraATA66接口“H”表示为UltraATA100接口“N”表示为UltraATA33接口“C”表示为SerialATA150接口,日立（）自从合并了的硬盘部门后，日立在市场上的硬盘产品出现了两种，一种是继续沿用以前硬盘编号的产品，以目前市场上的系列为代表，其编号形式如下：、“”代表这块硬盘是公司的产品。、代表硬盘外形尺寸。例如“”表示英寸硬盘，“”表示英寸硬盘。代表硬盘高度。例如“”代表英寸，“”代表英寸，“”代表英寸。、代表硬盘容量，单位为。例如“”表示该硬盘容量为。这一点同迈拓硬盘类似。、代表硬盘接口类型，对桌面产品来说，“”代表普通的接口。、代表硬盘产品系列型号。例如“”表示系列，“”表示系列，“”表示系列。、代表硬盘转速。例如“”代表转分，“”代表转分，“”代表转分，“”代表转分，“”代表转分。代表硬盘缓存容量，从系列开始启用。“”代表普通缓存，“”代表缓存,硬盘的工作原理,由于硬盘的结构比较复杂，因此其工作过程也相当麻烦，这里可简单的将其分4个阶段：初始化、启动状态、执行指令、断电状态。初始化。当硬盘驱动器加电后正常工作时，首先需要利用控制电路中的单片机初始化模块进行初始化工作，此时磁头置于盘片中心位置。启动状态。完成初始化之后，系统将启动主轴电机，并使其高速旋转，此时通过移动装载磁头的小车机构将浮动磁头置于盘片表面的00道，使硬盘处于等待指令的启动状态。执行指令。当微机系统传来的指令信号通过接口电路传送至硬盘时，将会首先进入前置放大控制电路，之后驱动音圈电机发出相应的磁信号，从而使得能够感应阻值变化的磁头对盘片数据信息进行正确定位，并将接收后的数据信息解码。在完成之后再次通过放大控制电路将其传输到接口电路，反馈主机系统完成指令操作。断电状态。结束硬盘操作的断电状态，在反力矩弹簧作用下浮动磁头驻留到盘面中心。,物理参数CHS与逻辑参数,1物理参数CHS盘体作为硬盘存储数据的载体，从物理的角度来看，可分为磁面（Side）、磁道（Track）、柱面（Cylinder）与扇区（Sector）等4个结构。所谓硬盘的物理参数CHS，是由硬盘控制器中的地址翻译器从物理参数中翻译而来的，实质上指Cylinder（柱面）、Head（磁头）、Sector（扇区）编号。只要知道了硬盘的CHS的数目，即可根据“硬盘的容量=柱面数磁头数扇区数512B”公式确定硬盘容量。2逻辑参数逻辑地址和物理地址之间的转换从物理地址计算逻辑地址从逻辑地址计算物理地址,逻辑地址和物理地址之间的转换,硬盘物理地址及逻辑地址之间的转换1物理地址-逻辑地址C1=第一个逻辑扇区的柱面数H1=第一个逻辑扇区的磁头数S1=第一个逻辑扇区的扇区数NS=每磁道的扇区数NH=硬盘的磁头数则硬盘的逻辑扇区号(LS)可用以下的公式来表示：LS=NH*NS*（C-C1）+NS*（H-H1）+（S-S1）2逻辑地址-物理地址首先解释两个运算符“div”和“mod”：div-做除法后取整mod-做整除后取余数若要知道硬盘的一个逻辑地址，即逻辑扇区号（LS），则对应的物理地址（柱面C、磁头H、扇区S）可表示如下：C=（LSdivNS）divNH）+C1H=（LSdivNS）modNH）+H1S=（LSmodNS）+S1,硬盘的数据构成,1硬盘控制数据区按硬盘所记录数据的不同作用，可把磁盘分为五部分：主引导扇区（MBR）、操作系统引导扇区（DBR）、文件分配表（FAT）、根目录区（DIR）和数据区（DIR）。数据存储区数据存储区（DATA）位于DIR区之后，占据硬盘上的大部分数据空间。它是真正意义上的数据存储的地方，存储着系统软件、应用程序软件以及用户的数据资料。,常用文件系统,WINFS文件系统NTFS文件系统FAT系统EXT2和EXT3文件系统,WINFS文件系统,WinFS（WindowsFutureStorage）文件系统意为未来的储存系统，可将文档、媒体和结构化信息进行集成，使用户能够方便地对其进行搜索、移动和复制。与NTFS文件系统相比，WinFS文件系统的在搜索、查找方面能力更强，可以减少系统查找文件的时间，提高系统的搜索能力。同时，WinFS文件系统支持层次、关系和面向对象三类存储关系，从而使得数据的管理更加灵活多变，提高文件的管理效率。,NTFS文件系统,NTFS文件系统是WindowsNT所采用的文件系统结构，建立于保护文件和目录数据基础上，支持文件系统故障恢复，尤其是大存储媒体、长文件名。尽管它可以读取FAT文件系统和HPFS文件系统的文件，但其文件却不能被FAT文件系统和HPFS文件系统所存取。在NTFS格式下，磁盘的磁簇不会随着分区的大小而改变，而且可采用更小的磁簇对磁盘空间进行更高效率地管理，最大限度地避免了磁盘空间的浪费。另外，NTFS系统内置了压缩功能，任何基于Windows的应用程序对NTFS分区上的压缩文件进行读写时，都不需要事先由其他程序进行解压缩，从而减少了对磁盘空间的占用，提供了存储效率。NTFS还具有加密、配额、容错等高级功能。所谓磁盘配额是指管理员可为用户所能使用的磁盘空间进行配额限制，而每一用户仅