数据恢复专题

第一讲：入门体验-使用DiskMan屏蔽损坏的0磁道

DiskMan界面：

方  法：

1、首先你需要到网上下载集成了DiskMan的 工具软盘的ISO镜像刻成光盘，个人 推荐“无忧启动”。

2、将BIOS 设置为光盘启动，让 系统通过“无忧启动”盘引导启动。

3、启动DiskMan，选择“工具”菜单中的“参数修改”，如下图。

4、看到出现的参数修改对话框之后，双击“起始柱面”，如下图。

5、将其中的数值“0”改为“1”

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2009-1-13 14:57

6、选择“ 硬盘”菜单，选择“存盘”，现在0磁道就被屏蔽了！

 

 

 

 

第二讲：硬盘基础知识

1、硬盘外部结构

（1）接口

      电源插座接口插座：用来与主机电源相连的接口。

      数据接口插座：硬盘数据与主板控制芯片之间进行数据传输交换的通道。
      
      如图：

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2009-1-13 15:05

   
       数据接口分类：
IDE:
    IDE（IntegratedDriveElectronics）是指把控制器与盘体集成在一起的硬盘驱动器，我们常说的的IDE接口，也叫ATA（AdvancedTechnologyAttachment）接口，PATA接口（并行ATA接口，并口）。

SCSI：
    SCSI（Small Computer System Interface）是一种总线型的系统接口，它不是专门为硬盘设计的，SCSI接口的优势在于它支持多种设备，传输速度比ATA高，CPU的占用率很低，一般应用于服务器。

Serial ATA:
    Serial ATA称为串行ATA接口（SATA接口），这是相对于IDE的并行接口来说的，与IDE接口比SATA接口有无可比拟的优势。

光纤通道：
    光纤通道只用在高端服务器上。

（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、控制与接口电路等。

    如图：

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2009-1-13 15:05

（3）固定面板

    固定面板即硬盘正面的面板，它与底板结合成一个密封的整体，保证了硬盘盘片和机构的稳定运行。


2、硬盘内部结构

（1）磁头组件

    磁头组件是硬盘中最精密的部位之一，有读写磁头、传动手臂、传动轴三部分组成。

（2）磁头驱动机构

    磁头驱动机构由声圈电动机和磁头驱动小车组成，新型大容量有那个盘还有搞笑的防震动机构。

（3）磁盘片

    磁盘片是硬盘存储数据的载体。硬盘的盘体有一个或多个重叠在一起并由垫圈隔开的磁盘片组成。

（4）主轴组件

    主轴组件包括主轴部件，如轴承和马达等。

如图：

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2009-1-13 15:05

   

3、硬盘逻辑结构

（1）盘面

    硬盘的盘片一般用铝合金材料做基片，高速硬盘也可用玻璃做基片。硬盘的每一个盘片都有两个盘面（side），即上、下两面，一般每个盘面都会利用，都可以存储数据，成为有效盘面，也有极个别的硬盘盘面数为单数的。每一个这样的有效盘面都有一个盘面号，按从上到下的顺序从“0”开始编号。在硬盘系统中，盘面号又叫磁头号，因为每一个有效盘面都有一个对应的读写磁头。（如图一所示）

（2）磁道

 

    磁盘在格式化时被划分成许多同心圆，这些同心圆轨迹叫做磁道（track）。磁道从外向内从0开始编号。（如图二，每个黑色的圆都是磁道）

 

（3）柱面

 

    所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱，通常称为柱面（cylinder），柱面和磁道一样，由外向内从“0”开始编号。数据的读/写按柱面进行。即首先在同一柱面内从“0”磁头开始进行读/写操作，依次向下直到同一柱面所有的磁头都读/写过数据将柱面读完/写满之后，才移到下一个柱面。(如图一，红色部分组成的就是柱面)

 

（4）扇区

 

    操作系统以扇区(sector)形式将信息存储在硬盘上。在磁道上，按照一定的数据位长度截取的圆弧就是扇区，扇区从“1”开始编号。每个扇区包括512B的数据和一些其他信息，扇区中的数据作为一个单元同时的读出或写入。（如图二，红色的那段圆弧就是一个扇区）

图一:                                                                                 

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2009-1-13 15:05

 

图二：

 

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2009-1-13 15:05

 

4、硬盘数据结构

 

    硬盘在存储数据之前，需要经过低级格式化、分区和高级格式化这三个步骤之后才能使用。作用是在物理硬盘上建立一定的数据逻辑结构，一般将硬盘分为5个区域，为主引导记录区、操作系统引导记录区、文件分配表区、文件目录表区和数据区，实现数据的存储与管理。

 

（1）主引导扇区

 

    主引导扇区位于整个磁盘的0柱面0磁头1扇区，总共512B。包括MBR（Main Boot Record）、DPT（disk partition table，硬盘分区表）和结束标记。MBR，即主引导记录区，存放引导程序，占用主引导扇区的前446B（偏移0-偏移1BDH），随后的64B（偏移1BEH-偏移1FDH）为DPT，最后的两个字节“55 AA”（偏移1FEH-1FFH）是分区有效结束标志。

 

    小知识：“一个硬盘主分区和扩展分区加在一起只能有四个”是为什么那？因为每个分区都要用开始扇区,结束扇区,引导标志,分区类型等这些参数来描述，每个分区都要用16B来描述，而我们的DPT只有64B，所以主分区和扩展分区加在一起只能有四个。我们平时说的D分区（D盘）、E分区、F分区......是在扩展分区中划分出来的若干逻辑分区，他们的描述也不存在于DPT中，所以你可以划分若干的逻辑分区。

 

（2）操作系统引导扇区 OBR(OS Boot Record)

 

    操作系统引导扇区是操作系统可以直接访问的第一个扇区【DOS系统的引导扇区叫做DBR（DOS boot record）】，通常位于0柱面1磁头1扇区。它包括一个引导程序和一个被成为BPB（BIOS Parameter Block）的本分区参数记录表。Windows系统的引导程序就是平常我们所说的Command.exe程序。BPB参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描述符、根目录大小、FAT个数、分配单元（Allocation Unit）的大小等重要参数。

 

（3）文件分配表区 FAT（file allocation table）

 

    同一个文件的数据不是一定完整的存放在磁盘的一个连续的区域内，往往会分成若干段，像一条链子一样存放。这种存储方式成为链式存储。

 

    为了实现链式存储，硬盘上必须准确地记录哪些簇已经被文件占用，还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内容的下一个簇的簇号，对一个文件的最后一簇，则要指明本簇无后继簇，这些都有FAT表来保存。

 

    由于FAT对于文件管理的重要性，所以，FAT有一个备份，即在原FAT的后面再建一个同样的FAT。

 

    文件管理系统：如DOS和早期Windows使用的FAT16（在文件分配表中以16位表示一簇）和FAT32（在文件分配表中以32位表示一簇），WinNT开始使用的NTFS。当然Linux等其他操作系统也有自己的文件管理系统。VISTA使用的WinFS是一个服务。

 

（4）文件目录区 DIR（directory）

 

    DIR（directory，也称文件目录表FDT，fail directory table），是根目录区，紧接着第二FAT表（即备份的FAT表）之后，记录着根目录下每个文件（目录）的起始单元、文件的属性等。定位文件位置时，操作系统根据DIR中的起始单元，结合FAT表就可以确定文件在硬盘中的具体位置和大小。

 

（5）数据区(DATA区)

 

    数据（DATA）区，是真正意义上的数据存储的地方，位于DIR区之后，占用硬盘绝大部分的空间。

 

 

 

 

第三讲：硬盘工作原理以及容量和容量限制

1、硬盘工作原理

    硬盘的工作原理是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写操作正好相反。硬盘中还有一个存储缓冲区，是为了协调硬盘与主机在数据处理速度上的差异。

    由于硬盘的结构复杂，所以硬盘的格式化也比较复杂，分为低级格式化、硬盘分区、高级格式化并建立文件管理系统。   

2、硬盘容量

（1）位

    计算机只能二进制数字。一个二进制数，简称为“位”（bit），她是计算机中表示信息的最小单位，有0和1组成。0可表示“关”、“假”或者“否”；1可表示“开”、“真”或者“是”。

    串口的数据传输速率以 b/s 表示。级每秒传输的“位”的个数，一个传输速率为56k b/s的调制解调器每秒能传送或接收56000个“0”或“1”。

（2）字节

    计算机里信息是以数据包或指令包的形式传送的，这种包叫做“字节”(byte)。一个字节由8个信息位构成，例如：00000000或10101010。目前大部分用户的硬盘容量单位还是以2的多少次方表示，比较符合计算机的实际情况。即以KB、MB、GB、TB、PB、EB为单位，各种单位之间的换算关系如下：

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2009-1-13 15:12

硬盘的容量由盘面数，柱面数和扇区数决定，其计算公式为：

存储容量=磁头数*磁道（柱面数）*每道扇区数*每扇区字节数（512B）

3、硬盘容量限制

   硬盘最初引入PC时硬盘的容量仅为20~40MB，经过发展，硬盘的容量逐步提高，而当时一些设计上的失误造成了出现硬盘容量限制问题。所谓容量限制，就是系统无法完全识别或正常使用超过一定容量的硬盘。

（1）容量限制问题

   IDE接口硬盘工作方式：

      IDE硬盘驱动使用在DOS-BIOS（即磁盘操作系统-基本输入/输出系统）分层结构上。其基本工作模式就是操作系统（特殊的应用程序绕过操作系统）通过中断INT 13请求转换为硬盘IDE（ATA）接口请求，继而在硬盘上进行数据的读取（如下图），要使用硬盘，就必须提供硬盘的地址信息，早期的硬盘与BIOS磁盘服务程序一样都是通过CHS（即柱面数、磁头数、每柱面扇区数的缩写）来寻址。

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2009-1-13 15:12

①文件管理设备

   其负责文件及其在磁盘上存储位置之间的映射关系，不过需要通过磁盘读写中断INT13执行读写命令来存储、调入文件。当新文件被保存时，文件管理器决定它在当前目录里的存储位置，在文件分配表中为这个新文件添加文件目录项，并把文件写入磁盘。当读文件时，文件管理器在FAT中找到文件在磁盘上的位置，接着调入。

②IDE（ATA）接口

   IDE(ATA)接口是寄存器驱动式的并口总线。要传输数据，BIOS首先往IDE（ATA）里特定的寄存器写入数据的开始地址和数据传输的长度，再把有关的读/写命令往特定的寄存器里发送从而开始数据传输。

    现在的硬盘一般都支持逻辑块寻址（LBA）和柱面磁头扇区寻址（CHS）

    以CHS寻址方式举例，数据传输的开始地址是写到4个8位寄存器里的，分别是：

●  柱面低位存储器；
●  柱面高位存储器；
●  扇区寄存器；
●  设备/磁头寄存器；

   因此，柱面地址是16位[柱面低位寄存器（8位），柱面高位寄存器（8位）]。扇区地址是8位，但扇区寄存器里的第一个扇区是1扇区，而不是0扇区。磁头地址是4位，没有完全占用8位。

   因此，硬盘柱面的最大数是65536（即2的16次方），磁头的最大数是16（即2的4次方），扇区的最大数是255（即2的8次方减1 ）。所以能寻址的最大扇区数是267386880（65536*16*255）。1扇区又是512B，如果以CHS寻址方式，IDE硬盘的最大容量为65536*16*255*512B=136.9GB

   LBA寻址方式，将总共28位可用的寄存器空间（16+8+4）看做一个完整的LBA地址，因为包括位0（CHS里的扇区不能从0开始计算），其能寻址的扇区数是268435456（65536*16*256），这时IDE硬盘的最大容量为65536*16*256*512B=137.44GB

③INT 13管理

   INT 13管理也是按照寄存器的模式来设计的，它的高层即文件管理器层发布数据读写命令和有关参数给CPU，然后触发INT 13中断的进行，激活BIOS的磁盘管理服务来执行数据传输。数据的开始地址被写到3个8位寄存器里，分别是：

●  柱面低位寄存器；
●  柱面高位/扇区寄存器；
●  磁头寄存器；

   柱面地址是10位（柱面低位寄存器占用8位，柱面高位寄存器占用2位），扇区地址为6位（共8位，已被计算过的高位寄存器占2位）。磁头寄存器为8位。

   因此，柱面的最大数是1024（2的10次方），磁头的最大数是256（2的8次方），扇区的最大数是63（2的6次方减1）。所以，通过INT 13管理能寻址的扇区数是16515072（1024*256*63）。1扇区是512B，也就是说，如果以CHS寻址方式，IDE硬盘的最大容量为8.456G。LBA寻址方式能寻址的扇区数是16777216（1024*256*64），这时IDE硬盘的最大容量为8.601GB。


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