计算机硬盘结构(MBR与GPT)

存储介质分为内存和外存
内存:1.速度快,容量小
           2.存储正在运行的程序和数据
           3.内存分为ROM和RAM,目前基本被闪存取代
外存:1.速度慢,容量大
           2.磁存储器、电存储器和光存储器
           3.机械硬盘最大容量可以达到20TB,速度15000转/分钟
           4.电存储器密度高,速度快
           5.光存储器的介质材料的光学性质(如反射率)的变化来表示1或0

外部存储介质:1.磁存储:磁带、软盘、机械硬盘
                         2.电存储:U盘、存储卡、固态硬盘
                         3.光存储:VCD、DVD、蓝光光盘


固态硬盘(SSD)

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|                固态硬盘物理结构图                |
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|  |   主控芯片       |   |   缓存(DRAM)   |     |
|  |   (Controller)   |   |   (Cache)        |     |
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|  |             闪存芯片 (NAND Flash)         |    |
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|  |        接口(SATA/PCIe/NVMe)            |    |
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机械硬盘


1.硬盘里有多张盘片安装在主轴电机上
2.每张盘片的容量称为单碟容量
3.硬盘的容量就是所有盘片容量的总和

固态硬盘SSD的优点
1.读写速度快
2.防震抗摔性
3.低功耗
4.无噪音
5.工作温度范围大
6.轻便
缺点:寿命短、价格贵

机械硬盘的逻辑结构

数据的读/写按柱面进行,而不按盘面进行。也就是说,一个磁道写满数据后,就在同一柱面的下一个盘面来写,一个柱面写满后,才移动到下一个扇区开始写数据。
这样的设计原因是什么?
柱面进行数据的读写设计主要是为了减少寻道次数提升顺序读写效率,以及充分利用多盘面结构的优势。这种方式避免了频繁的磁头臂移动,从而提高了机械硬盘的整体性能。

分区的优点
1.便于硬盘的管理、文件的管理
2.可有效地利用磁盘空间
3.便于为不同的用户分配不同的权限
4.安装多个操作系统时,文件类型不同时,只能在不同的分区上实现

硬盘分区结构(数据结构)
MBR结构:主启动记录 (Master Boot Record) 结构
GPT结构:GPT(Globally Unique Identifier Partition Table Format)。允许每个磁盘有多达 128 个分区,支持高达 18 千兆兆字节的卷大小,允许将主磁盘分区表和备份磁盘分区表用于冗余。

MBR硬盘结构

MBR是是系统主板的BIOS向操作系统交接系统控制权的入口。主引导扇区不属于任何操作系统,它先于操作系统调入内存,根据分区表信息管理硬盘,然后才将控制权教给活动分区内的操作系统。

为什么MBR只用1个扇区,却给它预留了63个扇区甚至更多?当初设计的人是怎么考虑的?
        出于对数据安全和磁盘结构完整性的综合考虑,设计者为MBR留出了额外的扇区。这些扇区被称为保留扇区或隐藏扇区。
1. 防止误操作:在磁盘的开始部分留出一定的空间,可以降低由于误操作导致的MBR损坏风险。 2.备份引导记录:在这些保留的扇区中,可以存放MBR的备份
3.扩展功能
4.兼容性和标准化:为了保持软件和硬件之间的兼容性,磁盘的物理结构需要有一定的标准化。

主引导扇区MBR的结构

在MBR分区表中最多4个主分区或者3个主分区+1个扩展分区,也就是说扩展分区只能有一个,然后可以再细分为多个逻辑分区

扩展MBR——EBR
EBR,也叫做扩展MBR。如果一个MBR上有多于4个分区,扩展分区的扩展信息就要采用扩展MBR(EBR)来存放。

MBR分区结构有哪些缺陷?
1.主分区不能超过4个
2.每个分区的大小不能超过2TB

GPT 硬盘分区结构

GPT分区优点:
1.对分区数量无限制(Windows最大仅支持128个GPT分区)
2.GPT可管理硬盘大小达到了18EB。

3.分区表有备份,更加安全

GPT结构示意图

GPT头---EFI信息区结构

每个分区表项的128B的含义如下:

example:

① ESP分区:EFI system partition,该分区用于采用了EFI BIOS的电脑系统,用来启动操作系统。分区内存放引导管理程序、驱动程序、系统维护工具等。用来存储操作系统与机器硬件的一些必要信息文件的,一般用户不可操作。
② MSR分区:即微软保留分区,是GPT磁盘上用于保留空间以备用的分区,例如在将磁盘转换为动态磁盘时需要使用这些分区空间。 还有的会多出128MB小分区,提供给操作系统对分区进行大小调整时保护分区数据,以方便GPT分区大小、数量的简单调整操作,而不至于丢失数据。

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