摘要：硬盤組織和存儲結構的知識對于了解硬盤中數據的組織與存儲，對于硬盤中數據的維護與修復，都很重要。

關鍵詞：計算機：硬盤；存儲結構

一、硬盤存儲器概述

從1957年IBM公司研制成功第一臺真正意義上的硬盤存儲器到風在，在這短短的幾十年時間里，硬盤逐漸成為電腦不可缺少的外部存儲設備，被廣泛應用。硬盤的容量成千上萬倍地增長，從當初的數十MB發(fā)展到現在的數百GB，甚至達TB量級。硬盤容量的大幅度增加，其尋址模式也隨之不斷變化。最早采用的是C/H/S(Cylinder/Head/Sector)尋址模式，它依據磁頭數(Heads)、柱面數(Cylinders)和扇區(qū)數(Sectors)構成的絕對地址來尋址的，也稱為物理磁盤地址。通常DOS將“柱面/磁頭/扇區(qū)”這樣表示法稱為“絕對扇區(qū)”表示法，但DOS不能直接使用絕對扇區(qū)進行磁盤上的信息管理，而是用所謂“相對扇區(qū)”或“DOS扇區(qū)”——即按扇區(qū)號，磁頭號，柱面號(磁道號)增長的順序連續(xù)地分配DOS扇區(qū)號。

在早期的硬盤中，由于每個磁道的扇區(qū)數相等，外磁道的記錄密度遠低于內磁道，因此造成很多磁盤空間的浪費。為了解決這一問題，人們改用等密度結構，即外圈磁道的扇區(qū)比內圈磁道多。此種結構的硬盤不再具有實際的3D參數，尋址方式也改為以扇區(qū)為單位的線性尋址，這種尋址模式便是LBA(Logic Block Address，邏輯塊地址)。在這種模式下，硬盤的物理地址與邏輯地址的轉換問題有一定必要性和復雜性，本文對此進行討論，希望對感興趣的讀者有所幫助。

二、硬盤的物理地址與邏輯地址的互相轉換過程

所謂邏輯扇區(qū)是物理扇區(qū)的一組連續(xù)數字的編號，操作系統(tǒng)采用的一種扇區(qū)編號方式。其編號是從0開始到某個最大值方式排列。并連成一條線。使用邏輯扇區(qū)主要有以下兩個優(yōu)點：第一，邏輯扇區(qū)的概念使硬盤的讀寫操作脫離了柱面、磁頭和扇區(qū)的硬件參數；第二，在硬盤中每一定數目的扇區(qū)組成了數據文件的最小單位——簇，在對一個具體的簇進行讀寫操作時。操作系統(tǒng)劃分一個一維的邏輯扇區(qū)號要比使用三維物理扇區(qū)號簡單得多，如果—個簇的扇區(qū)跨越在兩個盤片，則使用“柱面、磁頭和扇區(qū)”的表示方法就更加復雜了。那么硬盤的物理地址和邏輯地址是如何轉換的呢?下面具體介紹其相互轉換方法。

1.硬盤物理地址轉換為邏輯地址

首先來了解一下從C/H/S到LBA線性地址的轉換規(guī)則。為了與使用C/H/S尋址的老軟件兼容，于是在硬盤控制器內部安裝了一個地址翻譯器，它負責將C/H/S參數翻譯成LBA地址。同時，由于系統(tǒng)在寫人數據時是按照從柱面到柱面的方式，當上一個柱面寫滿數據后才移動磁頭到下一個柱面，而且是從柱面的第一個磁頭的第一個扇區(qū)開始寫入，從而使磁盤性能最優(yōu)。那么在對物理扇區(qū)進行線性編址時，也是按照這種方式進行。即把第一柱面(0柱)第一磁頭(0面)的第一扇區(qū)(1扇區(qū))編為邏輯“0”扇區(qū)，把第一柱面(0柱)第一磁頭(0)面的第二扇區(qū)(2扇區(qū))編為邏輯“1”扇區(qū)，直至第一柱面(0柱)第一磁頭(0面)的第63扇區(qū)(63扇區(qū))編為邏輯“62”扇區(qū)，然后將磁頭轉到第一柱面(0柱)第二磁頭(1面)的第一扇區(qū)(1扇區(qū))，接著上面其對應的邏輯編號為第“63”扇區(qū)，0柱面所有扇區(qū)編號完畢后才轉到1柱面的0磁頭1扇區(qū)，依次向下進行，直到將所有的扇區(qū)都編上號。我們需要注意的是，物理扇區(qū)C/H/S中的扇區(qū)編號是從“1”至“63”，而邏輯扇區(qū)LBA方式下扇區(qū)是從“0”開始編號，所有扇區(qū)編號按順序進行。

在此轉換過程中，我們必須要知道的物理量有：

Cl-起始扇區(qū)的柱面號

Hl-起始扇區(qū)的磁頭號

sl-起始扇區(qū)的扇區(qū)號

NS-每磁道的扇區(qū)數

NH-硬盤每柱面磁道數

C、H、S表示硬盤當前的柱面號、磁頭號和扇區(qū)號，則計算柱而C、磁頭H、扇區(qū)S對應的相對邏輯扇區(qū)號RS的公式為：

邏輯扇區(qū)BS=NH×NS×(C-Cl)＋NS×(H-Hl)＋(S-Sl)，為驗證此公式，下面我們來舉個例子。

實例：已知有一個4磁頭(硬盤每柱面的磁道數為4)，每磁道有17個扇區(qū)的硬盤，其中有一個邏輯硬盤D，它的第一個扇區(qū)在硬盤的柱面號為120，磁頭號為1，扇區(qū)號為1的位置，則計算柱面號為160，磁頭號為3，扇區(qū)號為6的邏輯扇區(qū)號RS是多少?

分析：根據前面的說明，已知條件有：C1=120，Hl=1，Sl=1，NS=17，NH=4，C=160，H=3，S=6，則代入上面公式可得到邏輯扇區(qū)號RS=4×17×(160-120)＋17×(3-1)＋(6-1)=2759，即硬盤柱面號為160，磁頭號為3，扇區(qū)號為6的邏輯扇區(qū)號為2759。

2.硬盤邏輯地址轉換為物理地址

在對硬盤進行故障維護或者進行相關軟件開發(fā)時，不僅需要將硬盤的物理地址轉換成邏輯地址，有時還需要知道邏輯地址轉換為物理地整理提供址的方法。

根據計算機中符號的常用法則，我們用“div”表示除法運算，用“mod”表示取余數運算，其他參數如C、H、S依然表示硬盤當前的柱面、磁頭和扇區(qū)號，Cl、Hl、Sl、NS和NH含義也和上面一致。在已知硬盤邏輯地址即邏輯扇區(qū)號LS的情況下，求硬盤對應的物理地址的柱面號c、磁頭號H和扇區(qū)號s的方法如下：

C=((Ls div NS)div NH)＋Cl

H=((LS div NS)mod

NH)＋

Hl

S=(Ls mod NH)＋

Sl

實例：設硬盤的磁頭號為4，每磁道17個扇區(qū)，其中邏輯硬盤D的第一個扇區(qū)在硬盤的柱面120、磁頭1、扇區(qū)1上，求邏輯D盤上邏輯扇區(qū)為2757編號對應的物理地址是多少?

分析：根據上面的已知條件，我們可知Cl=120，H₁=1，S=₁，NS=17，NH=4，Ls=2757，則將這些數據代入上面的公式可得：

C=((2757 div 17)div 4)＋120=160

H=((2757 div 17)mod 4)+1=3

S=(2757 mod 17)＋1=4

即邏輯扇區(qū)號Ls為2757的硬盤對應的物理地址為柱面號是160、磁頭號是3和扇區(qū)號為4。

以上是本人的一些教學經驗總結，有可能還存在一些不完善的地方。我深知，關于硬盤的這一塊知識還有很多有待于我們去進一步地探索和積累，所以希望大家對于以上的內容提出寶貴的意見，以更好地促進我們的教學。

參考文獻：

[1]張鐘澍.大容量硬盤修復技術及數據管理.電子科技大學出版社，2008.

[2]范國渠.計算機組裝與維護.北京：北京交通大學出版社，2008.

[3]杜樹杰.計算機組裝與維護.北京：中國鐵道出版社.www.51lunwen.com，2009.

[4]林俊豪，劉丹.DIY硬盤管理/數據備份/系統(tǒng)恢復.人民郵電出版社，2008.

(作者單位 吉林女子學校)