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装系统不求人——硬盘的秘密

发表于 分类于 阅读次数： Valine： 本文字数： 7k 阅读时长 ≈ 6 分钟

这篇文章主要是普及一些小知识，算是常识（这个年代不懂电脑就是文盲啊⊙▽⊙），也为后面的内容打下基础，看的一知半解就够了。也可以先不看，在需要的时候再点进来看。

硬盘的基本概念

只要对电脑有一点接触，你一般都会听说过硬盘这个词。你私藏的美女图片、喜欢的音乐、各种视频，包括操作系统，都是保存在硬盘里面的。

装系统最主要的内容，就是在硬盘上下功夫。所以不了解下硬盘，怎么好意思说自己是专业装系统的……

为什么叫硬盘呢？我猜是因为相对于古老的软盘来说，它比较硬吧 o(*≥▽≤)ツ 软盘又是什么鬼？反正已经是上个世纪的东西了，有兴趣自己百度。

机械硬盘 VS 固态硬盘

写这篇文章的时候，丑的人（矮穷挫）电脑上还在用机械硬盘，而漂亮的人（高富帅）已经在用固态硬盘了。固态硬盘还有个洋气的英文名字SSD（Solid State Drive）。

机械硬盘和磁带、磁卡一样，是利用磁性来保存数据的，因此硬盘又常被称为磁盘。

之所以叫机械硬盘，因为这种硬盘通过电机机械运动，带动盘片旋转，让磁头在盘片上进行读写。所以机械硬盘工作时会有声音。下面分别是机械硬盘和内部结构图。

而固态硬盘和U盘原理一样，利用电路和存储芯片保存数据。至于芯片，利用的是电子在半导体器件中的一些特性，就不展开了。

固态硬盘和U盘使用的是相同的存储芯片，但是固态硬盘使用的芯片通常是高质量的，并且主控芯片比U盘好，所以速度和价格也比普通U盘要高。

这里说说两种硬盘的一些特点。

  • 固态硬盘存储速度远比机械硬盘快，但制造成本目前也比较高，所以很多穷人还用不起（┬＿┬）

    因为机械硬盘的速度受到机械运动的限制，所以速度很难提升。

  • 机械硬盘工作时，磁头会贴近盘片进行读写；而正常关机、或是待机了，硬盘停止工作，磁头就会移开。

    所以搬电脑时最好先待机，因为硬盘工作时，较大晃动可能导致磁头碰到并划伤盘片，然后就和你的男神女神照片资料一起光荣牺牲掉了。用不起固态硬盘的你不信可以试下，坏了刚好就有换SSD的借口了 o(*￣▽￣*)o

    相对来说固态硬盘就好多了，不过它里面的芯片也是比较脆的，掉地上这么强烈的震动没准也会挂掉。内存卡、U盘也一样，不过好在他们比较轻，摔下来震动也不会太厉害（所以胖子摔倒比瘦子后果更严重咯？当然还要看缓冲的……）

    为了提高稳定性，确保数据的安全，有些商务笔记本装有硬盘保护系统，当传感器检测到震动比较强时，会自动让硬盘磁头离开盘片从而保护硬盘。

    我的穷人专享廉价版E系列ThinkPad虽然性价比比较低，但是却有这种装置，实测有效。所以说买电脑的时候不能盲目追求性价比，只看重CPU、内存、硬盘大小这种容易判断的参数，一些小的细节往往容易被人忽视，例如稳定性之类，毕竟一分钱一分货。

  • 机械硬盘里面的数据不慎删掉，是有可能恢复出来的，有一些数据恢复软件例如EasyRecovery可以做到，很神奇吧？如果里面的资料非常重要，还可以找专门的数据恢复公司给你恢复数据，用紫外线照射盘片等方式有可能将所有文件都恢复出来，只要你肯给钱。

    同样的原因，如果你的硬盘里面曾经保存过一些商业机密之类，千万不敢随便把硬盘给别人，即使文件都删了……因为只要这些机密足够有价值，就有可能被人想方设法恢复出来。有专门的磁盘数据擦除工具可以擦除数据难以恢复，但我不敢保证效果。最好的办法就是把硬盘砸成碎片（还要防止有人把它们又拼起来，好麻烦｡◕‿◕｡）……

    在这一点上，固态硬盘可就远不如机械硬盘了。固态硬盘上的数据如果被删了，回收站也清空了，很难被恢复。如果你是一个苦逼的程序员，哪天代码写到半夜脑子发晕，手贱把代码给删了，又用的固态硬盘，那就死定了，果断躲在墙角哭去吧 o(╯□╰)o

硬盘容量

国际单位制词头（SI词头）

在这里先简单说一下词头的概念。我们经常见到类似km、cm这种单位，是在标准单位m的基础上添加了前缀，即国际单位制词头（SI词头）。SI词头适用于所有国际单位制，所以下次见到一些新的单位，你应该就不会觉得很难理解了 O(∩_∩)O~

  • ……Z、E、P、T、G、M、k
    这些词头比标准单位大，它们从大到小排列，相邻两者之间进率为1000。
  • m、u、n、p、f、a、z……
    这些词头比标准单位小，它们从大到小排列，相邻两者同样进率为1000。
  • 1km = 1000m，1m=1000mm

参考维基百科：
http://zh.wikipedia.org/zh/国际单位制词头

硬盘容量单位

硬盘容量的基本单位是字节，也写作B，注意这里是大写的B，对应英文Byte。

1Byte=8bit，这表示一个字节有八个位，这里的位则是小写的b，也就是bit。我们经常看到网速的单位Mbps、Kbps、bps，同样有8Mbps=8Mb/s=1MB/s，也就是8M带宽的网络，最大传输速度是1MB/s。可别因为没文化不懂这个，乱抱怨人家网络提供商啊 (︶︿︶）

字节是最基本、最小的存储单位，用的更多的是比它大的一些单位，KB、MB、GB和TB。随便一张照片都得有几百KB到几十MB~

你可能遇到过这种情况，买了个16G的U盘，插到电脑上却显示只有14G左右，剩下的容量都去哪儿了呢？被奸商吃了么……少年莫急，且听我慢慢道来~

  • 在SI标准中，这些存储单位的换算进率都是1000，也就是和SI词头一致。在工业生产中用的就是这种单位。

  • 而在常用的Windows系统中，使用的是IEC标准，单位换算进率是1024，于是（严格来说下面的单位应该是KiB、MiB……）：

    • 1 KB = 1024 B
    • 1 MB = 1024 KB
    • 1 GB = 1024 MB
    • 1 TB = 1024 GB
    • 1 PB = 1024 TB
    • 1 EB = 1024 PB
    • 1 ZB = 1024 EB
    • ……

所以16GB的U盘，厂家制造时是16*10^9B，而到了Windows中自然就只剩了14G左右，不能怪别人奸商，只怪自己无知~没文化真可怕……

分区与分区表

这里普及一下英文名词。在装系统时经常会遇到英文词汇，所以了解下吧~

  • 分区：Partition
  • 分区表：DPT = Disk Partition Table

硬盘中的存储空间是连续的，可以把它想象成一个长条。为了提高安全性、方便文件整理等原因，通常会把一个硬盘分成多个分区，形象的从下图看出来。图中就是我的500GB西数黑盘的分区了，C盘装的Win7，最后三个分区装的Ubuntu，其他分区保存一些东西~

而分区表，就是硬盘中记录的分区信息。

MBR与GPT、GUID

  • MBR=Master Boot Record，主引导记录

  • GPT=GUID Partition Table，全局唯一标识分区表

  • GUID=Globally Unique Identifier，全局唯一标识符

    每个硬盘分区都有唯一的GUID，可通过DiskGenius软件查看。

有些人看到英文很害怕，因为完全不懂；实际上这里翻译成中文，还是一样不懂。因为没有相关专业知识~哈哈哈哈哈哈哈o(*≥▽≤)ツ

几个重要的区别：
MBR只能支持最大2TB的硬盘，而GPT能支持最大9.4ZB（9.4 x 10^21B）的硬盘
MBR只能支持四个主分区，而GPT至少可以划分128个主分区（后文会介绍主分区的概念）

下面说一个MBR和GPT之间的恩怨小故事~

早些时候，硬盘都是MBR类型，大家用着也都挺好的。后来网速越来越快，我们看电影什么的也都追求高清，我们装的系统和软件也越来越大，尤其还有不少资源收集狂整天到处下载东西存进硬盘，很快硬盘都被塞满了。于是我们队硬盘容量的需求越来越大了，而MBR格式自从设计的时候起，就只能支持2TB容量。

什么？只能支持2TB？设计者是怎么想的？我们不能怪设计者。那是1983年的事了，匆匆那年，MBR就开始被使用了，而当时索尼公司才推出了容量1MB的3.5英寸双面软盘（今天很多人都没见过这种老古董了）……那时的人们，怎么也没想到计算机的发展这么迅速，几十年之后的今天，几个TB的硬盘都已经逐渐进入广大劳动人民的电脑中了。

这段是给非小白用户准备的：这里的2TB是通常认为的MBR容量限制，扇区视为标准的512B，后面的GPT也一样。虽然一些硬盘制造商通过将扇区升级到4KB，使得MBR能支持最大16TB，但不是长久之计，这里也不考虑那么多情况。

所以就有了GPT格式，它能支持9.4ZB（9.4 x 10^21B）的硬盘。对于现在的我们来说，这也是一个不敢想象的硬盘容量了。但或许再过几十年，GPT也会像MBR一样慢慢被新的技术替代。

还记得之前说的BIOS么，Legacy BIOS只能启动MBR硬盘上的系统，而EFI/UEFI BIOS只能启动GPT硬盘上的系统。

GPT硬盘最大容量参考了维基百科：
http://zh.wikipedia.org/wiki/GUID磁碟分割表

主分区 / 扩展分区 / 逻辑分区

  • 主分区：Primary Partition
  • 扩展分区：Extended Partition
  • 逻辑分区：Logical Partitions

这几个词，表示不同类型的分区。

还是小故事~

MBR硬盘中，最多只能有四个分区~匆匆那年，设计者就是这么想的~

之后人们发现，四个分区经常不够用（主分区），于是扩展分区和逻辑分区出现了。于是事情变得有趣起来：

  • 一个MBR硬盘中，主分区和扩展分区的总数目最多有四个，而扩展分区最多一个
  • 也就是说，可以是不超过四个主分区，或者不超过三个主分区+一个扩展分区
  • 和主分区不一样，扩展分区本身不能被格式化和保存数据，但是可以在其中新建逻辑分区
  • 最多能新建多少个逻辑分区呢？这个在不同的系统下也不一样，例如在Linux系统中，IDE 硬盘最多可以有59个逻辑分区。这下总该够用了吧~

最新的GPT硬盘分区格式，至少可以支持128个主分区~所以未来扩展分区和逻辑分区的概念有可能不复存在~就像今天很多人没见过软盘一样。真是伤感~ í﹏ì

再来看下我的硬盘，我只有一个主分区，后面是一个扩展分区，剩下的全部都是这个扩展分区里面的逻辑分区。

卷标、盘符

卷标就是每个分区的名字，例如WIN7，SOFTWARE这种，可以任意修改。

盘符就是我们经常说的C盘、D盘这种，是Windows系统中特有的，主要用来指定文件路径。例如：

  1. C:\Windows\学习资料\系统文件\新建文件夹\新建文件夹2\女神照片\1.jpg

烦人的注意事项又来啦~~~

  • 盘符是系统分配的分区标识，和分区不是一个概念。盘符可以改，但不能重复（要不然就没法区别两个分区的文件了）。

  • 每次在电脑上插入移动硬盘、U盘时，常发现盘符不一定相同。在不同系统中（例如平时在Win7中和启动到PE下），同一个硬盘各个分区的盘符也很可能不同。

  • 综上所述，在不同的系统中，可以根据卷标、容量大小、里面保存的文件来区分不同的分区，但是不能根据盘符区分。

  • 分区的盘符还能删除，删除后就成了隐藏分区，没有文件路径，不能被常规软件操作，同时文件不容易被病毒或手贱的用户破坏 o(*≥▽≤)ツ

    例如H盘的盘符删除后，就成了无名氏，被显示成了主分区(0)，如下图。这时在资源管理器等软件中，都看不到也不能访问。但在下图的DiskGenius软件中，文件仍然是可以看到的（就像你没法通过身份证号找到无名氏，但不代表他不存在啊~~~）

分区编号

分区编号平时我们接触不多，但是在装系统时可能需要用到。特别是在Linux系统中，硬盘分区是用编号表示的，而不是Windows中用的盘符。MBR硬盘中，主分区和扩展分区，按照先后顺序分别会被编号成0~3，而逻辑分区的编号则从4开始。例如下图就是我的硬盘分区编号。

活动分区

在硬盘中，必须有且只有一个活动分区才能启动系统；而且活动分区必须是主分区。活动分区中保存了一些必要的启动信息。

有时电脑不开机，显示“Invalid partition table”（无效的分区表），原因就是硬盘中活动分区不存在或多于一个。

后续文章中会介绍活动分区的查看和设置~ ｡◕‿◕｡

动态磁盘

如果你通过Win7自带的磁盘管理器给硬盘分区，当你新建第五个主分区的时候，会提醒你如图消息：

手贱的你眼都没眨一下就习惯性的点了“是”，之后就悲剧了。

基本磁盘是相对动态磁盘而言的，动态磁盘有很多好处，比如它可以支持超过四个主分区，新建分区时还有很多新花样，但是缺点在于，很多软件甚至系统都不支持动态磁盘。于是你就哭倒在地了~~~

所以遇到这样的情况，千万别点“是”……千万别点……万别点……别点……点……

后续文章中会介绍如何在基本磁盘和动态磁盘之间进行转换，可以救你于水火之中。

文件系统（分区格式）

我们经常看到FAT32、NTFS之类的词语，这个就是文件系统（File system），也常常被叫做分区格式。所谓文件系统，简单理解，就是文件数据在硬盘上具体的保存方式。格式化分区的时候，就会在对话框中让我们选择文件系统。

Windows中最常见的是NTFS、FAT32格式。FAT32不支持单个4G以上文件，单个分区最大容量只有32G，所以在硬盘中这种格式逐渐被淘汰了，但目前在U盘、存储卡等设备中还在被使用。

Linux下，则有EXT等格式的分区（EXT3、EXT4等）。Win7不支持EXT分区中文件的读取，但可以通过一些软件实现。

回收站

回收站是Windows等系统中的一项功能，也就是删除文件时不直接删除，而是移动到回收站。回收站的本质是一个系统隐藏文件夹，移动到回收站就是移到了这个文件夹下。清空回收站才是真正删除了文件。通常在硬盘和移动硬盘的每个分区会有回收站的文件夹，而U盘等设备没有回收站。

回收站就像垃圾桶一样，丢进去的东西还会占用空间，而不小心丢进去的东西能再找回来；但是如果回收站被清空了，东西就没了。

在下面会讲到文件恢复，说的就是找回已经实际被删除、不在回收站的文件。

文件存储结构

了解电脑基本操作的人，对文件这个概念应该不陌生吧？也就是硬盘上存放的各种资料，包括电影、音乐、图片、软件等等。文件夹也常被称为目录，方便进行文件的整理归类。

这里要说的是文件相关的内容。对于硬盘分区中的文件来说，实际上是分为两部分的（两者都是由文件系统规定的）：

  • 文件分配表。保存了每个文件的基本信息：文件名、文件大小、修改日期、文件实际保存到的位置等。有点像一本书的目录。

  • 文件数据。文件真正的内容，通过文件分配表找到这些数据，才能正确的读取文件。有点像一本书的正文（对于书来说，可以不用目录直接看正文，但是对于硬盘分区来说，没有文件分配表没办法读取文件）。

因为这种结构，机械硬盘中产生了以下我们常见到的现象（固态硬盘不太一样）。

  1. 在同一个分区不同目录之间移动文件很快，而复制文件、在不同分区之间移动文件比较慢。

    • 在同一个分区不同目录之间移动文件，只需修改文件分配表信息，而不需要处理文件数据，所以会很快。
    • 复制文件需要复制文件数据，因此无论在同一个分区还是不同分区，都会比较慢。
    • 在不同分区移动文件，相当于先复制文件，再删除原来的文件。过程中也要处理文件数据，所以较慢。

  2. 删除一个1GB的文件，比删除1000个1KB的文件还要快。原因是，删除文件的时候，实际上只是修改了文件分配表，并不需要改动文件数据本身，所以删除文件时所耗费的时间，主要和文件数量有关，和文件大小关系不大。

  3. 复制一个1MB的文件，比1000个1KB的文件快。因为要处理的文件数据量差不多，但是后者需要处理大量文件分配信息，所以会比较慢。

  4. 删除的文件有可能通过数据恢复软件找回。因为删除文件只是修改了文件分配表，标记文件已经被删除，并没有清除实际的文件数据。只要这些数据所在的位置没有被新文件覆盖，将数据分配表修改回来，文件就找回来了。所以如果不慎误删文件想找回，最好立即停止往那个分区保存任何文件，以免被误删文件的数据被覆盖掉。具体的数据恢复方法可以在网上找找相关资料，或者参考本系列之后的文章。

磁盘碎片整理

这段还是针对机械硬盘来说的~~~由于上面所说的文件存储结构，一个分区中反复保存和删除文件，最后会使得文件被分散保存到整个磁盘的不同地方，而不是连续的。这样读写文件时就需要到不同的地方去读取，降低了磁盘的访问速度。而磁盘碎片整理就是要将这些文件进行移动，使其能更好的被访问｡◕‿◕｡

如果想让电脑运行速度快一点，磁盘碎片大约1个月整理一次就可以了，如果碎片比例少于10%可以不整理。

在资源管理器中右击分区，属性，工具，就可以看到磁盘碎片整理的选项了，如图。

选中分区，点击“分析”可以分析出磁盘碎片比例，点击“磁盘碎片整理”可以整理碎片。在碎片整理的过程中，尽量不要使用电脑，更不要进行下载、复制文件等操作。

总结

对于之前尝试分区，但又担心出问题的同学，了解了很多硬盘分区的知识后，再次使用分区软件进行分区，是不是觉得容易了很多呢？

更详细深入的硬盘知识和技术实现细节，请看下文。这篇有利于对装系统过程中一些问题的理解，但不看的话对学习装系统影响不会很大。难度略大，适合对计算机技术很感兴趣的读者看。

《装系统不求人——硬盘的秘密深入》
http://www.paincker.com/sysinst-harddisk-details

硬盘的分区等各种操作，将会在后续文章中详细介绍：

《装系统不求人——硬盘折腾大全与数据恢复》
http://www.paincker.com/sysinst-harddisk-op

为什么连着给两个链接，该点哪个呢？欺负我们选择困难么~(｡◕ˇ∀ˇ◕）

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