硬盤維修之硬盤結(jié)構(gòu)組成認(rèn)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(shù)硬盤都是固定硬盤，被永久性地密封固定在硬盤驅(qū)動器中。
硬盤的物理結(jié)構(gòu)
1、磁頭
硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)磁頭是硬盤中最昂貴的部件，也是硬盤技術(shù)中最重要和最關(guān)鍵的一環(huán)。傳統(tǒng)的磁頭是讀寫合一的電磁感應(yīng)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(shè)計(jì)時必須要同時兼顧到讀/寫兩種特性，從而造成了硬盤設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)：寫入磁頭仍采用傳統(tǒng)的磁感應(yīng)磁頭（MR磁頭不能進(jìn)行寫操作），讀取磁頭則采用新型的MR磁頭，即所謂的感應(yīng)寫、磁阻讀。這樣，在設(shè)計(jì)時就可以針對兩者的不同特性分別進(jìn)行優(yōu)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(yīng)信號幅度，因而對信號變化相當(dāng)敏感，讀取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也相應(yīng)提高。而且由于讀取的信號幅度與磁道寬度無關(guān)，故磁道可以做得很窄，從而提高了盤片密度，達(dá)到200MB/英寸2，而使用傳統(tǒng)的磁頭只能達(dá)到20MB/英寸2，這也是MR磁頭被廣泛應(yīng)用的最主要原因。目前，MR磁頭已得到廣泛應(yīng)用，而采用多層結(jié)構(gòu)和磁阻效應(yīng)更好的材料制作的GMR磁頭（Giant Magnetoresistive heads）也逐漸普及。
2、磁道
當(dāng)磁盤旋轉(zhuǎn)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?yàn)樗鼈儍H是盤面上以特殊方式磁化了的一些磁化區(qū)，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?yàn)榇呕瘑卧喔籼鼤r磁性會相互產(chǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于此值，通常一面有成千上萬個磁道。
3、扇區(qū)
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(qū)，每個扇區(qū)可以存放512個字節(jié)的信息，磁盤驅(qū)動器在向磁盤讀取和寫入數(shù)據(jù)時，要以扇區(qū)為單位。1.44MB3.5英寸的軟盤，每個磁道分為18個扇區(qū)。
4、柱面
硬盤通常由重疊的一組盤片構(gòu)成，每個盤面都被劃分為數(shù)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(shù)與一個盤面上的磁道數(shù)是相等的。由于每個盤面都有自己的磁頭，因此，盤面數(shù)等于總的磁頭數(shù)。所謂硬盤的CHS，即Cylinder（柱面）、Head（磁頭）、Sector（扇區(qū)），只要知道了硬盤的CHS的數(shù)目，即可確定硬盤的容量，硬盤的容量=柱面數(shù)*磁頭數(shù)*扇區(qū)數(shù)*512B。
硬盤的邏輯結(jié)構(gòu)
1. 硬盤參數(shù)釋疑
到目前為止， 人們常說的硬盤參數(shù)還是古老的 CHS（Cylinder/Head/Sector）參數(shù)。那么為什么要使用這些參數(shù)，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(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤。也就是硬盤盤片的每一條磁道都具有相同的扇區(qū)數(shù)。由此產(chǎn)生了所謂的3D參數(shù) （Disk Geometry）。 既磁頭數(shù)（Heads），柱面數(shù)（Cylinders），扇區(qū)數(shù)（Sectors），以及相應(yīng)的尋址方式。
其中：
磁頭數(shù)（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(jìn)制位存儲）；
柱面數(shù)（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(jìn)制位存儲）；
扇區(qū)數(shù)（Sectors） 表示每一條磁道上有幾個扇區(qū)， 最大為 63（用 6個二進(jìn)制位存儲）；
每個扇區(qū)一般是 512個字節(jié)， 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(qū)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(diào)用簡介
BIOS Int 13H 調(diào)用是 BIOS提供的磁盤基本輸入輸出中斷調(diào)用，它可以完成磁盤（包括硬盤和軟盤）的復(fù)位，讀寫，校驗(yàn)，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(jié)為單位）。
3. 現(xiàn)代硬盤結(jié)構(gòu)簡介
在老式硬盤中，由于每個磁道的扇區(qū)數(shù)相等，所以外道的記錄密度要遠(yuǎn)低于內(nèi)道， 因此會浪費(fèi)很多磁盤空間 （與軟盤一樣）。為了解決這一問題，進(jìn)一步提高硬盤容量，人們改用等密度結(jié)構(gòu)生產(chǎn)硬盤。也就是說，外圈磁道的扇區(qū)比內(nèi)圈磁道多，采用這種結(jié)構(gòu)后，硬盤不再具有實(shí)際的3D參數(shù)，尋址方式也改為線性尋址，即以扇區(qū)為單位進(jìn)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(nèi)部安裝了一個地址翻譯器，由它負(fù)責(zé)將老式3D參數(shù)翻譯成新的線性參數(shù)。這也是為什么現(xiàn)在硬盤的3D參數(shù)可以有多種選擇的原因（不同的工作模式，對應(yīng)不同的3D參數(shù)， 如 LBA，LARGE，NORMAL）。
4. 擴(kuò)展 Int 13H 簡介
雖然現(xiàn)代硬盤都已經(jīng)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(nèi)的硬盤空間。為了打破這一限制， Microsoft 等幾家公司制定了擴(kuò)展 Int 13H 標(biāo)準(zhǔn)（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(zhì) （如活動硬盤） 的支持。
