一、什么是硬盘？

   是一种主要的电脑存储媒介，由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料。绝大多数硬盘都是固定硬盘，被{yj}性地密封固定在驱动器中。不过，现在可移动越来越普及，种类也越来越多。

归纳起来有如下特点：

1、磁头、盘片密封

2、镀磁盘片光滑

3、硬盘在运行时，磁头悬浮在盘片上方呈飞行状态且不与盘片接触

4、磁头沿盘片做径向运动

二、硬盘的内部结构

1、磁头：   用来读写数据（切割磁感线）

2、盘片：   用来存储数据

3、音圈电机、磁头臂：    用来带动磁头

4、主控电机（也叫马达）： 用来带动磁盘转动（模拟信号转数字信号）

5、过滤剂、干燥剂：      用来过滤灰尘、湿气

6、电路板

   别看盘片只有那么一点点大，但是它也分很多层。从下到上，分为保护材料层、硬质金属层、铝质反光层、和磁性材料层。一般我们存储的数据都在磁性材料层上。

三、硬盘的外部结构

1、接口：接口包括电源接口插座和数据接口插座两部分，其中电源插座就是与主机电源相连接，为硬盘正常工作提供电力保证。数据接口插座则是硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道，使用时是用一根数据线将其与主板IDE接口或与其他控制适配器的接口相连接，经常听说的40针、80芯的接口电缆也就是指数据线，数据接口可以分成IDE接口和SCSI接口两大派系。

2、控制电路板：大多数的控制电路板都采用贴片式焊接，它包括主轴调速电路、磁头驱动与伺服定位电路、读写电路、高速缓存、控制与接口电路等。在电路板上还有一块ROM芯片，里面固化的程序可以进行硬盘的初始化，执行加电和启动主轴电机，加电初始寻道、定位以及故障检测等。在电路板上还安装有容量不等的高速数据缓存芯片。读写电路的作用就是控制磁头进行读写操作。磁头驱动电路直接控制寻道电机，使磁头定位。主轴调速电路是控制主轴电机带动盘体以恒定速率转动的电路。缓存(Cache)对磁盘性能所带来的作用是毋庸置疑的，在读取零碎文件数据时，大缓存能带来非常大的优势。
3、外壳：硬盘的外壳与底板结合成一个密封的整体，正面的外壳保证了硬盘盘片和机构的稳定运行。在固定面板上贴有产品标签，上面印着产品型号、产品序列号、产地、生产日期等信息，由此我们可以对这款产品作一番大致的了解。除此，还有一个透气孔，它的作用就是使硬盘内部气压与大气气压保持一致。另外，硬盘侧面还有一个向盘片表面写入伺服信号的Servo孔。

四、硬盘的数据底层

在了解硬盘的数据底层之前，首先我们先了解下硬盘的分区表。分区表是硬盘的“命根子”，它受到破坏之后硬盘乃至整个系统都会瘫痪。分区表一般位于硬盘某柱面的0磁头 1扇区。而第1个分区表(也即主分区表)总是位于(0柱面,0磁头,1扇区),剩余的分区表位置可以由主分区表依次推导出来．分区表有64个字节,占据其所在扇区的[447-510]字节.要判定是不是分区表,就看其后紧邻的两个字节(也即[511-512])是不是 "55AA",若是,则为分区表．

分区表由4项组成，每项16个字节.共4×16 = 64个字节．每项描述一个分区的基本信息.每个字节的含义如下:

　　分区表项含义

　　字节 含义

　　0 Activeflag.活动标志.若为0x80H,则表示该分区为活动分区.若为0x00H,则表示该分区为非活动分区.

　　1,2,3 该分区的起始磁头号,扇区号,柱面号磁头号 -- 1字节, 扇区号 -- 2字节低6位,柱面号 -- 2字节高2位 + 3字节

　　4 分区文件系统标志：

　　分区未用: 0x00H.

　　扩展分区: 0x05H, 0x0FH.

　　FAT16分区: 0x06H.

　　FAT32分区: 0x0BH, 0x1BH, 0x0CH, 0x1CH.

　　NTFS分区: 0x07H.

　　5,6,7 该分区的结束磁头号,扇区号,柱面号，含义同上.

　　8,9,10,11 逻辑起始扇区号。表示分区起点之前已用了的扇区数.

　　12,13,14,15 该分区所占用的扇区数.

　　分区表项有几个字节比较重要，下面分别阐述之： 1、（1，2，3）字节

　　磁头号由（1）字节8位表示，其范围为（0 -- 28 - 1），也即（0 磁头-- 254磁头）。

　　扇区号由（2）字节低6位表示，其范围为（0 -- 26 - 1），由于扇区号从1开始，所以其范围是（1扇区-- 63扇区）。

　　柱面号由（2）字节高2位 + （3）字节，共10位表示，其范围为（0 --2 10 - 1），也即（0 柱面-- 1023柱面）。

　　当柱面号超过1023时，这10位依然表示成1023，需要注意。

　　（5，6，7）字节含义同上。

　　2、（8, 9, 10, 11）字节

　　如果是主分区表，则这4 个字节表示该分区起始逻辑扇区号与逻辑0扇区（0柱面，0磁头，1扇区）之差。如果非主分区表，

　　则这4 个字节要么表示该分区起始逻辑扇区号与扩展分区起始逻辑扇区号之差，要么为63。详细情况在后面有所阐述。

　　注意： 1、扇区上的字节是按左边低位，右边高位的顺序排列的。所以在取值时，需要把字节再反一下，让高位字节在左边，低位字节在右边，

　　这一点在读取逻辑起始扇区号和分区大小时需要注意。举个例子:{dy}项的逻辑起始扇区为(3F 00 00 00)，转换为十进制前要先反一下字

　　节顺序，为（00 00 00 3F）然后在转换为十进制，即63 .同理分区大小为（3F 04 7D 00），先反为（00 7D 04 3F）再转换为十进制，

　　即8193087。

　　2、逻辑扇区号与（柱面，磁头，扇区）的相互转换：

　　令L = 逻辑扇区号，C = 柱面号，H = 磁头号，S = 扇区号。

　　每道扇区数 = 63

　　每柱面磁头数 = 255

　　每柱面扇区数 = 每道扇区数* 每柱面磁头数

　　= 63 × 255

　　= 16065

　　柱面号下标从0开始。磁头号[0 -- 254]，扇区号[1 -- 63]。

　　逻辑扇区号下标也从0开始。

　　(柱面，磁头，扇区)转换成逻辑扇区号的公式为：

　　L = C×16065 + H ×63 + S - 1 ;

　　比如（1柱面，1磁头，1扇区），其逻辑扇区号为：

　　L = 1×16065 + 1×63 + 1 - 1

　　= 16128

　　逻辑扇区号转换成(柱面，磁头，扇区) 公式为：

　　C = L / 16065

　　H = (L % 16065) / 63

　　S = (L % 16065) % 63 + 1

　　比如逻辑扇区号 16127：

　　C = 16127 / 16065 = 1

　　H = (16127 % 16065) / 63 = 0

　　S = (16127 % 16065) % 63 + 1 = 63

　　即（1柱面，0磁头，63扇区）

　　3、分区表上有四项，每一项表示一个分区，所以一个分区表最多只能表示4个分区。主分

　　区表上的4项用来表示主分区和扩展分区的信息。因为扩展分区最多只能有一个，所以硬盘

　　最多可以有四个主分区或者三个主分区，一个扩展分区。余下的分区表是表示逻辑分区的。

　　这里有必要阐述一点：逻辑区都是位于扩展分区里面的，并且逻辑分区的个数没有限制。

　　4、分区表所在扇区通常在（0磁头，1扇区），而该分区的开始扇区通常位于（1磁头，1扇区），中间隔了63 个隐藏扇区。

         在了解了分区表后，接着说分区的两种形式。FAT32与NTFS。

FAT32

FAT32实际上是文件分区表采取的一种形式，它是相对于FAT16而言的。众所周知，Dos和Windows95采用的都是FAT16格式。至于FAT32，准确地说是在Windows95OSR2中{dy}次出现的，之所以没有宣传是因为当时该文件系统还不够成熟，尚处于试探阶段。那么为什么一定要推出FAT32呢？这主要是由其自身的优越性决定的。

　　首先，它可以大大地节约磁盘空间。文件在磁盘上是以簇的方式存放的，簇里存放了一个文件就不能再存放另外的文件。假如一个磁盘的分区大小为512MB，基于FAT16的系统的簇的大小为8KB，而FAT32系统的簇的大小仅是4KB，那么，现在我们存放一个3KB的文件，FAT16系统就会有5KB的空间被浪费，而FAT32的浪费则会少一些。如果分区达到1GB，FAT16的簇为16KB，而FAT32还是4KB，节省的也就更多了。

   FAT32具有以下特点：

      1. 同FAT16相比FAT32{zd0}的优点是可以支持的磁盘大小达到2TB（2048GB），但是不能支持小于512MB的分区。基于FAT32的Win 2000可以支持分区{zd0}为32GB；而基于 FAT16的Win 2000支持的分区{zd0}为4GB。

　　2. 由于采用了更小的簇，FAT32文件系统可以更有效率地保存信息。如两个分区大小都为2GB，一个分区采用了FAT16文件系统，另一个分区采用了FAT32文件系统。采用FAT16的分区的簇大小为32KB，而FAT32分区的簇只有4KB的大小。这样FAT32就比FAT16的存储效率要高很多，通常情况下可以提高15%。

　　3. FAT32文件系统可以重新定位根目录和使用FAT的备份副本。另外FAT32分区的启动记录被包含在一个含有关键数据的结构中，减少了计算机系统崩溃的可能性。

       4.FAT32 可以xxx地使用空间。FAT32 使用较小的簇（即，对于大小在 8 GB 以内的驱动器，使用 4 KB 的簇），这与大的 FAT 或 FAT16 驱动器相比，可将磁盘空间的使用率提高 10% 到 15%。

        5.FAT32 更稳定可靠。FAT32 可以重新定位根文件夹，而且它使用文件分配表的备份副本，而不是使用默认副本。此外，FAT32 驱动器上的引导记录也得到扩展，包括了关键数据结构的备份副本。因此，与现有的 FAT16 驱动器相比，FAT32 驱动器不容易受单点故障的影响。

         6.FAT32 更灵活。FAT32 驱动器上的根文件夹是普通的簇链，因此它可以位于驱动器上的任何位置。以前对根文件夹数量的限制不复存在。此外，可以禁用文件分配表镜像，这样就可以让文件分配表的副本而不是让{dy}个文件分配表处于活动状态。这些功能允许您动态重调 FAT32 分区的大小。不过要注意，虽然 FAT32 的设计允许这一功能，但 Microsoft 将不在初始版本中实现此功能。 (备注：一簇->8个扇区->4KB）

NTFS

NTFS (New Technology File System)是 windows NT 操作环境和 Windows NT 高级服务器网络操作系统环境的文件系统。NTFS 的目标是提供：可靠性，通过可恢复能力(事件跟踪)和热定位的容错特征实现；增加功能性的一个平台；对 POSIX 需求的支持；xx FAT和 HPFS文件系统中的限制。

NTFS 提供长文件名、数据保护和恢复，并通过目录和文件许可实现安全性。NTFS 支持大硬盘和在多个硬盘上存储文件(称为卷)。例如，一个大公司的数据库可能大得必须跨越不同的硬盘。NTFS 提供内置安全性特征，它控制文件的隶属关系和访问。从DOS 或其他操作系统上不能直接访问 NTFS 分区上的文件。如果要在DOS下读写NTFS分区文件的话可以借助第三方软件；现如今，LINUX 系统上已可以使用 NTFS-3G进行对 NTFS 分区的xx读写，不必担心数据丢失 。

NTFS特点：

1.NTFS可以支持的分区(如果采用动态磁盘则称为卷)大小可以达到2TB。而Win 2000中的FAT32支持分区的大小{zd0}为32GB。

2.NTFS是一个可恢复的文件系统。在NTFS分区上用户很少需要运行磁盘修复程序。NTFS通过使用标准的事物处理日志和恢复技术来保证分区的一致性。发生系统失败事件时，NTFS使用日志文件和检查点信息自动恢复文件系统的一致性。

3.NTFS支持对分区、文件夹和文件的压缩。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不需要事先由其他程序进行解压缩，当对文件进行读取时,文件将自动进行解压缩；文件关闭或保存时会自动对文件进行压缩。

4.NTFS采用了更小的簇,可以更有效率地管理磁盘空间。在Win 2000的FAT32文件系统的情况下,分区大小在2GB～8GB时簇的大小为4KB；分区大小在8GB～16GB时簇的大小为8KB；分区大小在16GB～32GB时,簇的大小则达到了16KB。而Win 2000的NTFS文件系统，当分区的大小在2GB以下时,簇的大小都比相应的FAT32簇小;当分区的大小在2GB以上时(2GB～2TB),簇的大小都为4KB。相比之下，NTFS可以比FAT32更有效地管理磁盘空间，{zd0}限度地避免了磁盘空间的浪费。

5.在NTFS分区上,可以为共享资源、文件夹以及文件设置访问许可权限。许可的设置包括两方面的内容：一是允许哪些组或用户对文件夹、文件和共享资源进行访问；二是获得访问许可的组或用户可以进行什么级别的访问。访问许可权限的设置不但适用于本地计算机的用户,同样也应用于通过网络的共享文件夹对文件进行访问的网络用户。与FAT32文件系统下对文件夹或文件进行访问相比，安全性要高得多。另外,在采用NTFS格式的Win 2000中,应用审核策略可以对文件夹、文件以及活动目录对象进行审核，审核结果记录在安全日志中，通过安全日志就可以查看哪些组或用户对文件夹、文件或活动目录对象进行了什么级别的操作，从而发现系统可能面临的非法访问,通过采取相应的措施，将这种安全隐患减到{zd1}。这些在FAT32文件系统下,是不能实现的。

6.在Win 2000的NTFS文件系统下可以进行磁盘配额管理。磁盘配额就是管理员可以为用户所能使用的磁盘空间进行配额限制，每一用户只能使用{zd0}配额范围内的磁盘空间。设置磁盘配额后，可以对每一个用户的磁盘使用情况进行跟踪和控制，通过监测可以标识出超过配额报警阈值和配额限制的用户，从而采取相应的措施。磁盘配额管理功能的提供，使得管理员可以方便合理地为用户分配存储资源，避免由于磁盘空间使用的失控可能造成的系统崩溃，提高了系统的安全性。

7.NTFS使用一个“变更”日志来跟踪记录文件所发生的变更。

8.还有诸如加密文件数据等等，和系统服务相关的东西不少。

硬盘的数据底层的结构表：以FAT为例