硬盤的DOS管理結(jié)構(gòu)
1.磁道，扇區(qū)，柱面和磁頭數(shù)
硬盤最基本的組成部分是由堅(jiān)硬金屬材料制成的涂以磁性介質(zhì)的盤片，不同容量硬盤的盤片數(shù)不等。每個(gè)盤片有兩面，都可記錄信息。盤片被分成許多扇形的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域叫一個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)可存儲(chǔ)128×2的N次方（N＝0.1.2.3）字節(jié)信息。在DOS中每扇區(qū)是128×2的2次方＝512字節(jié)，盤片表面上以盤片中心為圓心，不同半徑的同心圓稱為磁道。硬盤中，不同盤片相同半徑的磁道所組成的圓柱稱為柱面。磁道與柱面都是表示不同半徑的圓，在許多場(chǎng)合，磁道和柱面可以互換使用，我們知道，每個(gè)磁盤有兩個(gè)面，每個(gè)面都有一個(gè)磁頭，習(xí)慣用磁頭號(hào)來(lái)區(qū)分。扇區(qū)，磁道（或柱面）和磁頭數(shù)構(gòu)成了硬盤結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)，幫這些參數(shù)可以得到硬盤的容量，基計(jì)算公式為：
存儲(chǔ)容量＝磁頭數(shù)×磁道（柱面）數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
要點(diǎn)：（1）硬盤有數(shù)個(gè)盤片，每盤片兩個(gè)面，每個(gè)面一個(gè)磁頭
?。?）盤片被劃分為多個(gè)扇形區(qū)域即扇區(qū)
?。?）同一盤片不同半徑的同心圓為磁道
（4）不同盤片相同半徑構(gòu)成的圓柱面即柱面
?。?）公式： 存儲(chǔ)容量＝磁頭數(shù)×磁道（柱面）數(shù)×每道扇區(qū)數(shù)×每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
?。?）信息記錄可表示為：××磁道（柱面），××磁頭，××扇區(qū)
2.簇
“簇”是DOS進(jìn)行分配的最小單位。當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)很小的文件時(shí)，如是一個(gè)字節(jié)，則它在磁盤上并不是只占一個(gè)字節(jié)的空間，而是占有整個(gè)一簇。DOS視不同的存儲(chǔ)介質(zhì)（如軟盤，硬盤），不同容量的硬盤，簇的大小也不一樣。簇的大小可在稱為磁盤參數(shù)塊（BPB）中獲取。簇的概念僅適用于數(shù)據(jù)區(qū)。
要點(diǎn)：（1）“簇”是DOS進(jìn)行分配的最小單位。
（2）不同的存儲(chǔ)介質(zhì)，不同容量的硬盤，不同的DOS版本，簇的大小也不一樣。
?。?）簇的概念僅適用于數(shù)據(jù)區(qū)。
3.扇區(qū)編號(hào)定義：絕對(duì)扇區(qū)與DOS扇區(qū)
由前面介紹可知，我們可以用柱面/磁頭/扇區(qū)來(lái)唯一定位磁盤上每一個(gè)區(qū)域，或是說(shuō)柱面/磁頭/扇區(qū)與磁盤上每一個(gè)扇區(qū)有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通常DOS將“柱面/磁頭/扇區(qū)”這樣表示法稱為“絕對(duì)扇區(qū)”表示法。但DOS不能直接使用絕對(duì)扇區(qū)進(jìn)行磁盤上的信息管理，而是用所謂“相對(duì)扇區(qū)”或“DOS扇區(qū)”。“相對(duì)扇區(qū)”只是一個(gè)數(shù)字，如柱面140，磁頭3，扇區(qū)4對(duì)應(yīng)的相對(duì)扇區(qū)號(hào)為2757。該數(shù)字與絕對(duì)扇區(qū)“柱面/磁頭/扇區(qū)”具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)使用相對(duì)扇區(qū)編號(hào)時(shí)，DOS是從柱面0，磁頭1，扇區(qū)1開(kāi)始（注：柱面0，磁頭0，扇區(qū)1沒(méi)有DOS扇區(qū)編號(hào)，DOS下不能訪問(wèn)，只能調(diào)用BIOS訪問(wèn)），第一個(gè)DOS扇區(qū)編號(hào)為0，該磁道上剩余的扇區(qū)編號(hào)為1到16（設(shè)每磁道17個(gè)扇區(qū)），然后是磁頭號(hào)為2，柱面為0的17個(gè)扇區(qū)，形成的DOS扇區(qū)號(hào)從17到33。直到該柱面的所有磁頭。然后再移到柱面1，磁頭1，扇區(qū)1繼續(xù)進(jìn)行DOS扇區(qū)的編號(hào)，即按扇區(qū)號(hào)，磁頭號(hào)，柱面號(hào)（磁道號(hào)）增長(zhǎng)的順序連續(xù)地分配DOS扇區(qū)號(hào)。
公式：記DH－－第一個(gè)DOS扇區(qū)的磁頭號(hào)
DC－－第一個(gè)DOS扇區(qū)的柱面號(hào)
DS－－第一個(gè)DOS扇區(qū)的扇區(qū)號(hào)
NS－－每磁道扇區(qū)數(shù)
NH－－磁盤總的磁頭數(shù)
則某扇區(qū)（柱面C，磁頭H，扇區(qū)S）的相對(duì)扇區(qū)號(hào)RS為：
RS＝NH×NS×（C－DC）＋NS×（H－DH）＋（S－DS）
若已知RS，DC，DH，DS，NS和NH則
S＝（RS MOD NS）＋DS
H＝（（RS DIV NS）MOD NH）＋DH
C＝（（RS DIV NS）DIV NH）＋DC
要點(diǎn)：（1）以柱面/磁頭/扇區(qū)表示的為絕對(duì)扇區(qū)又稱物理磁盤地址
（2）單一數(shù)字表示的為相對(duì)扇區(qū)或DOS扇區(qū)，又稱邏輯扇區(qū)號(hào)
（3）相對(duì)扇區(qū)與絕對(duì)扇區(qū)的轉(zhuǎn)換公式
4.DOS磁盤區(qū)域的劃分
格式化好的硬盤，整個(gè)磁盤按所記錄數(shù)據(jù)的作用不同可分為主引導(dǎo)記錄（MBR:Main Boot Record），Dos引導(dǎo)記錄（DBR:Dos Boot Record），文件分配表（FAT:File Assign Table），根目錄（BD:Boot Directory）和數(shù)據(jù)區(qū)。前5個(gè)重要信息在磁盤的外磁道上，原因是外圈周長(zhǎng)總大于內(nèi)圈周長(zhǎng)，也即外圈存儲(chǔ)密度要小些，可靠性高些。
要點(diǎn)：（1）整個(gè)硬盤可分為MBR，DBR，F(xiàn)AT，BD和數(shù)據(jù)區(qū)。
?。?）MBR，DBR，F(xiàn)AT，和BD位于磁盤外道。
5.MBR
MBR位于硬盤第一個(gè)物理扇區(qū)（絕對(duì)扇區(qū)）柱面0，磁頭0，扇區(qū)1處。由于DOS是由柱面0，磁頭1，扇區(qū)1開(kāi)始，故MBR不屬于DOS扇區(qū)，DOS不能直接訪問(wèn)。MBR中包含硬盤的主引導(dǎo)程序和硬盤分區(qū)表。分區(qū)表有4個(gè)分區(qū)記錄區(qū)。記錄區(qū)就是記錄有關(guān)分區(qū)信息的一張表。它從主引導(dǎo)記錄偏移地址01BEH處連續(xù)存放，每個(gè)分區(qū)記錄區(qū)占16個(gè)字節(jié)。
分區(qū)表的格式
分區(qū)表項(xiàng)的偏移 意義 占用字節(jié)數(shù)
00 引導(dǎo)指示符 1B
01 分區(qū)引導(dǎo)記錄的磁頭號(hào) 1B
02 分區(qū)引導(dǎo)記錄的扇區(qū)和柱面號(hào) 2B
04 系統(tǒng)指示符 1B
05 分區(qū)結(jié)束磁頭號(hào) 1B
06 分區(qū)結(jié)束扇區(qū)和柱面號(hào) 2B
08 分區(qū)前面的扇區(qū)數(shù) 4B
0C 分區(qū)中總的扇區(qū)數(shù) 4B
4個(gè)分區(qū)中只能有1個(gè)活躍分區(qū)，即C盤。標(biāo)志符是80H在分區(qū)表的第一個(gè)字節(jié)處。若是00H則表示非活躍分區(qū)。例如：
80 01 01 00 0B FE 3F 81 3F 00 00 00 C3 DD 1F 00
00 00 01 82 05 FE BF 0C 02 DE 1F 00 0E 90 61 00
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
要點(diǎn)：（1）MBR位于硬盤第一個(gè)物理扇區(qū)柱面0，磁頭0，扇區(qū)1處。不屬于DOS扇區(qū)，
?。?）主引導(dǎo)記錄分為硬盤的主引導(dǎo)程序和硬盤分區(qū)表。
6.DBR
DBR位于柱面0，磁頭1，扇區(qū)1，即邏輯扇區(qū)0。DBR分為兩部分：DOS引導(dǎo)程序和BPB（BIOS參數(shù)塊）。其中DOS引導(dǎo)程序完成 DOS系統(tǒng)文件（IO.SYS，MSDOS.SYS）的定位與裝載，而BPB用來(lái)描述本DOS分區(qū)的磁盤信息，BPB位于DBR偏移0BH處，共13字節(jié)。它包含邏輯格式化時(shí)使用的參數(shù)，可供DOS計(jì)算磁盤上的文件分配表，目錄區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)的起始地址，BPB之后三個(gè)字提供物理格式化（低格）時(shí)采用的一些參數(shù)。引導(dǎo)程序或設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)這些信息將磁盤邏輯地址（DOS扇區(qū)號(hào)）轉(zhuǎn)換成物理地址（絕對(duì)扇區(qū)號(hào)）。BPB格式
序號(hào) 偏移地址 意義
1 03H－0AH OEM號(hào)
2 0BH－0CH 每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
3 0DH 每簇扇區(qū)數(shù)
4 0EH－0FH 保留扇區(qū)數(shù)
5 10H FAT備份數(shù)
6 11H－12H 根目錄項(xiàng)數(shù)
7 13H－14H 磁盤總扇區(qū)數(shù)
8 15H 描述介質(zhì)
9 16H－17H 每FAT扇區(qū)數(shù)
10 18H－19H 每磁道扇區(qū)數(shù)
11 1AH－1BH 磁頭數(shù)
12 1CH－1FH 特殊隱含扇區(qū)數(shù)
13 20H－23H 總扇區(qū)數(shù)
14 24H－25H 物理驅(qū)動(dòng)器數(shù)
15 26H 擴(kuò)展引導(dǎo)簽證
16 27H－2AH 卷系列號(hào)
17 2BH－35H 卷標(biāo)號(hào)
18 36H－3DH 文件系統(tǒng)號(hào)
DOS引導(dǎo)記錄公式：
文件分配表≡保留扇區(qū)數(shù)
根目錄≡保留扇區(qū)數(shù)＋FAT的個(gè)數(shù)×每個(gè)FAT的扇區(qū)數(shù)
數(shù)據(jù)區(qū)≡根目錄邏輯扇區(qū)號(hào)＋（32×根目錄中目錄項(xiàng)數(shù)＋（每扇區(qū)字節(jié)數(shù)－1））DIV每扇區(qū)字節(jié)數(shù)
絕對(duì)扇區(qū)號(hào)≡邏輯扇區(qū)號(hào)＋隱含扇區(qū)數(shù)
扇區(qū)號(hào)≡（絕對(duì)扇區(qū)號(hào)MOD每磁道扇區(qū)數(shù)）＋1
磁頭號(hào)≡（絕對(duì)扇區(qū)號(hào)DIV每磁道扇區(qū)數(shù)）MOD磁頭數(shù)
磁道號(hào)≡（絕對(duì)扇區(qū)號(hào)DIV每磁道扇區(qū)數(shù)）DIV磁頭數(shù)
要點(diǎn)：（1）DBR位于柱面0，磁頭1，扇區(qū)1，其邏輯扇區(qū)號(hào)為0
?。?）DBR包含DOS引導(dǎo)程序和BPB。
（3）BPB十分重要，由此可算出邏輯地址與物理地址。
7.文件分配表
文件分配表是DOS文件組織結(jié)構(gòu)的主要組成部分。我們知道DOS進(jìn)行分配的最基本單位是簇。文件分配表是反映硬盤上所有簇的使用情況，通過(guò)查文件分配表可以得知任一簇的使用情況。DOS在給一個(gè)文件分配空間時(shí)總先掃描FAT，找到第一個(gè)可用簇，將該空間分配給文件，并將該簇的簇號(hào)填到目錄的相應(yīng)段內(nèi)。即形成了“簇號(hào)鏈”。FAT就是記錄文件簇號(hào)的一張表。FAT的頭兩個(gè)域?yàn)楸Ａ粲?，?duì)FAT12來(lái)說(shuō)是3個(gè)字節(jié)，F(xiàn)AT來(lái)說(shuō)是4個(gè)字節(jié)。其中頭一個(gè)字節(jié)是用來(lái)描述介質(zhì)的，其余字節(jié)為FFH。介質(zhì)格式與BPB相同。
FAT結(jié)構(gòu)含義
FAT12 FAT16 意義
000H 0000H 可用
FF0H－FF6H FFF0H－FFF6H 保留
FF7H FFF7H 壞
FF8H－FFFH FFF8H－FFFFH 文件最后一個(gè)簇
×××H ××××H 文件下一個(gè)簇
對(duì)于FAT16，簇號(hào)×2作偏移地址，從FAT中取出一字即為FAT中的域。
邏輯扇區(qū)號(hào)＝數(shù)據(jù)區(qū)起始邏輯扇區(qū)號(hào)＋（簇號(hào)－2）×每簇扇區(qū)數(shù)
簇號(hào)＝（邏輯扇區(qū)號(hào)－數(shù)據(jù)區(qū)起始邏輯扇區(qū)號(hào)）DIV每簇扇區(qū)數(shù)＋2
要點(diǎn)：（1）FAT反映硬盤上所有簇的使用情況，它記錄了文件在硬盤中具體位置（簇）。
?。?）文件第一個(gè)簇號(hào)（在目錄表中）和FAT的該文件的簇號(hào)串起來(lái)形成文件的“簇號(hào)鏈”，恢復(fù)被破壞的文件就是根據(jù)這條鏈。
?。?）由簇號(hào)可算邏輯扇區(qū)號(hào)，反之，由邏輯扇區(qū)號(hào)也可以算出簇號(hào)，公式如上。
（4）FAT位于DBR之后，其DOS扇區(qū)號(hào)從1開(kāi)始。
8.文件目錄
文件目錄是DOS文件組織結(jié)構(gòu)的又一重要組成部分。文件目錄分為兩類：根目錄，子目錄。根目錄有一個(gè)，子目錄可以有多個(gè)。子目錄下還可以有子目錄，從而形成“樹(shù)狀”的文件目錄結(jié)構(gòu)。子目錄其實(shí)是一種特殊的文件，DOS為目錄項(xiàng)分配32字節(jié)。目錄項(xiàng)分為三類：文件，子目錄（其內(nèi)容是許多目錄項(xiàng)），卷標(biāo)（只能在根目錄，只有一個(gè)。目錄項(xiàng)中有文件（或子目錄，或卷標(biāo)）的名字，擴(kuò)展名，屬性，生成或最后修改日期，時(shí)間，開(kāi)始簇號(hào)，及文件大小。
目錄項(xiàng)的格式
字節(jié)偏移 意義 占字節(jié)數(shù)
00H 文件名 8B
08H 擴(kuò)展名 3B
0BH 文件屬性 1B
0CH 保留 10B
16H 時(shí)間 2B
18H 日期 2B
1AH 開(kāi)始簇號(hào) 2B
1CH 文件長(zhǎng)度 4B
目錄項(xiàng)文件名區(qū)域中第一個(gè)字節(jié)還有特殊的意義：00H代表未使用
05H代表實(shí)際名為E5H
EBH代表此文件已被刪除
目錄項(xiàng)屬性區(qū)域的這個(gè)字節(jié)各個(gè)位的意義如下： ７?。丁。怠。础。场。病。薄。?
未 修 修 子 卷 系 隱 只
用 改 改 目 標(biāo) 統(tǒng) 藏 讀
標(biāo) 標(biāo) 錄 屬 屬 屬
志 志 性 性 性
注意：WINDOWS的長(zhǎng)文件名使用了上表中所說(shuō)的“保留”這片區(qū)域。
要點(diǎn)：（1）文件目錄是記錄所有文件，子目錄名，擴(kuò)展名屬性，建立或刪除最后修改日期。文件開(kāi)始簇號(hào)及文件長(zhǎng)度的一張登記表.
?。?）DOS中DIR列出的內(nèi)容訓(xùn)是根據(jù)文件目錄表得到的。
?。?）文件起始簇號(hào)填在文件目錄中，其余簇都填在FAT中上一簇的位置上。
9.物理驅(qū)動(dòng)器與邏輯驅(qū)動(dòng)器
物理驅(qū)動(dòng)器指實(shí)際安裝的驅(qū)動(dòng)器。
邏輯驅(qū)動(dòng)器是對(duì)物理驅(qū)動(dòng)器格式化后產(chǎn)生的。
要點(diǎn)：同上。