硬盤維修之硬盤結構組成認識

　　硬盤（英文名：Hard Disc Drive 簡稱HDD）是電腦主要的存儲媒介之一，由一個或者多個鋁制或者玻璃制的碟片組成。這些碟片外覆蓋有鐵磁性材料。絕大多數硬盤都是固定硬盤，被永久性地密封固定在硬盤驅動器中。

　　硬盤的物理結構

　　1、磁頭

　　硬盤內部結構磁頭是硬盤中最昂貴的部件，也是硬盤技術中最重要和最關鍵的一環。傳統的磁頭是讀寫合一的電磁感應式磁頭，但是，硬盤的讀、寫卻是兩種截然不同的操作，為此，這種二合一磁頭在設計時必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性，從而造成了硬盤設計上的局限。而MR磁頭（Magnetoresistive heads），即磁阻磁頭，采用的是分離式的磁頭結構：寫入磁頭仍采用傳統的磁感應磁頭（MR磁頭不能進行寫操作），讀取磁頭則采用新型的MR磁頭，即所謂的感應寫、磁阻讀。這樣，在設計時就可以針對兩者的不同特性分別進行優化，以得到最好的讀/寫性能。另外，MR磁頭是通過阻值變化而不是電流變化去感應信號幅度，因而對信號變化相當敏感，讀取數據的準確性也相應提高。而且由于讀取的信號幅度與磁道寬度無關，故磁道可以做得很窄，從而提高了盤片密度，達到200MB/英寸2，而使用傳統的磁頭只能達到20MB/英寸2，這也是MR磁頭被廣泛應用的最主要原因。目前，MR磁頭已得到廣泛應用，而采用多層結構和磁阻效應更好的材料制作的GMR磁頭（Giant Magnetoresistive heads）也逐漸普及。

　　2、磁道

　　當磁盤旋轉時，磁頭若保持在一個位置上，則每個磁頭都會在磁盤表面劃出一個圓形軌跡，這些圓形軌跡就叫做磁道。這些磁道用肉眼是根本看不到的，因為它們僅是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區，磁盤上的信息便是沿著這樣的軌道存放的。相鄰磁道之間并不是緊挨著的，這是因為磁化單元相隔太近時磁性會相互產生影響，同時也為磁頭的讀寫帶來困難。一張1.44MB的3.5英寸軟盤，一面有80個磁道，而硬盤上的磁道密度則遠遠大于此值，通常一面有成千上萬個磁道。

　　3、扇區

　　磁盤上的每個磁道被等分為若干個弧段，這些弧段便是磁盤的扇區，每個扇區可以存放512個字節的信息，磁盤驅動器在向磁盤讀取和寫入數據時，要以扇區為單位。1.44MB3.5英寸的軟盤，每個磁道分為18個扇區。

　　4、柱面

　　硬盤通常由重疊的一組盤片構成，每個盤面都被劃分為數目相等的磁道，并從外緣的“0”開始編號，具有相同編號的磁道形成一個圓柱，稱之為磁盤的柱面。磁盤的柱面數與一個盤面上的磁道數是相等的。由于每個盤面都有自己的磁頭，因此，盤面數等于總的磁頭數。所謂硬盤的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁頭）、Sector（扇區），只要知道了硬盤的CHS的數目，即可確定硬盤的容量，硬盤的容量=柱面數*磁頭數*扇區數*512B。

　　硬盤的邏輯結構

　　1. 硬盤參數釋疑

　　到目前為止， 人們常說的硬盤參數還是古老的 CHS（Cylinder/Head/Sector）參數。那么為什么要使用這些參數，它們的意義是什么？它們的取值范圍是什么？

　　很久以前， 硬盤的容量還非常小的時候，人們采用與軟盤類似的結構生產硬盤。也就是硬盤盤片的每一條磁道都具有相同的扇區數。由此產生了所謂的3D參數 （Disk Geometry）。 既磁頭數（Heads），柱面數（Cylinders），扇區數（Sectors），以及相應的尋址方式。

　　其中：

　　磁頭數（Heads）表示硬盤總共有幾個磁頭，也就是有幾面盤片， 最大為 255 （用 8 個二進制位存儲）；

　　柱面數（Cylinders） 表示硬盤每一面盤片上有幾條磁道，最大為 1023（用 10 個二進制位存儲）；

　　扇區數（Sectors） 表示每一條磁道上有幾個扇區， 最大為 63（用 6個二進制位存儲）；

　　每個扇區一般是 512個字節， 理論上講這不是必須的，但好像沒有取別的值的。

　　所以磁盤最大容量為：

　　255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB （ 1M =1048576 Bytes ）或硬盤廠商常用的單位：

　　255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB （ 1M =1000000 Bytes ）

　　在 CHS 尋址方式中，磁頭，柱面，扇區的取值范圍分別為 0到 Heads - 1。0 到 Cylinders - 1。 1 到 Sectors （注意是從 1 開始）。

　　2. 基本 Int 13H 調用簡介

　　BIOS Int 13H 調用是 BIOS提供的磁盤基本輸入輸出中斷調用，它可以完成磁盤（包括硬盤和軟盤）的復位，讀寫，校驗，定位，診，格式化等功能。它使用的就是 CHS 尋址方式， 因此最大識能訪問 8 GB 左右的硬盤 （本文中如不作特殊說明，均以 1M = 1048576 字節為單位）。

　　3. 現代硬盤結構簡介

　　在老式硬盤中，由于每個磁道的扇區數相等，所以外道的記錄密度要遠低于內道， 因此會浪費很多磁盤空間 （與軟盤一樣）。為了解決這一問題，進一步提高硬盤容量，人們改用等密度結構生產硬盤。也就是說，外圈磁道的扇區比內圈磁道多，采用這種結構后，硬盤不再具有實際的3D參數，尋址方式也改為線性尋址，即以扇區為單位進行尋址。

　　為了與使用3D尋址的老軟件兼容 （如使用BIOSInt13H接口的軟件）， 在硬盤控制器內部安裝了一個地址翻譯器，由它負責將老式3D參數翻譯成新的線性參數。這也是為什么現在硬盤的3D參數可以有多種選擇的原因（不同的工作模式，對應不同的3D參數， 如 LBA，LARGE，NORMAL）。

　　4. 擴展 Int 13H 簡介

　　雖然現代硬盤都已經采用了線性尋址，但是由于基本 Int13H 的制約，使用 BIOS Int 13H 接口的程序， 如 DOS 等還只能訪問 8 G以內的硬盤空間。為了打破這一限制， Microsoft 等幾家公司制定了擴展 Int 13H 標準（Extended Int13H），采用線性尋址方式存取硬盤， 所以突破了 8 G的限制，而且還加入了對可拆卸介質 （如活動硬盤） 的支持。

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