第一章：数据恢复基础知识

讲师：张天庆

2011-7-22

1、数据：

不仅包括计算机文件系统或数据库系统中

存储的各种数据、正文、图形、图像、声音等

形式的多媒体数据文件、软件或各种文档资料，

也包括存放或管理这些信息的硬件信息，如计

算机硬件及其网络地址、网络结构、网络服务

等。

数据恢复的概念与研究范围

数据存储技术简介

1、数据存储介质：

仅有两种稳定的物理状态，能方便的检测

出属于哪种稳定状态，两种稳定状态又容易相

互转换的物质或元器件，都可以用来记忆二进

制代码“0”和“1”，称这样的物质或元器件为

存储介质或记录介质。存储介质不同，存储信

息的机理也不同。

2、存储技术的分类

（1）、电存储技术

电存储技术主要指半导体存储器SCM

（Semiconductor Memory)。常见的存储介质包括

内存、闪存等

（2）、磁存储技术

磁存储技术主要指磁表面存储器MSM(Magnetic

Surface Memory)

磁表面存储器是用非磁性金属或塑料做基体，在

其表涂敷、电镀、沉积或溅射一层很薄的高导磁率、硬矩磁材料的磁面，用磁层的两种剩磁状态记录信息“0”和“1”。基体和磁层和称为磁记录介质。长见存储介质如：硬盘、软盘、磁带等。

（3）、光存储技术

光盘存储器是目前辅存中记录密度最高的存储器.

常见的光存储设备有：CD-ROM、CD-R、CD-

RW、DVD-ROM、DVD-RW等

第二章：磁盘结构

一、磁盘物理结构

（1）、接口：接口包括电源接口和数据接口两部分

（2）、控制电路板：

采用贴片式焊接，包括主轴调速电路、磁头 驱动伺服电路、读写电路、控制与接口电路等。

（3）、固定面板：

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。

磁盘外部结构图示

硬盘的数据接口

• 根据联接方式的差异，分为EIDE接口、SCSI接口

和SATA串口等。EIDE接口多用在桌面硬盘，经

常听说的40针、80芯的接口电缆指的就是这类数

据线

IDE

磁盘接口示意图

磁盘内部结构图示

磁盘内部结构

（1）磁头组件：这是硬盘中最精密的部位之一，

它由读写磁头、转动手臂、转动轴三部分组成。

磁头及其附件结构

（2）磁头驱动机构：用于实现磁头的移动来完成硬盘

的寻道。

（3）主轴组件：包括主轴部件如轴承和驱动电机等。

（4）前置控制电路：用于控制磁头感应的信号、主轴

电机调速、磁头驱动和伺服定位等。

（5）磁盘片：硬盘存储数据的载体。

• 目前，微机上安装的硬盘几乎都是采用温彻斯特（Winchester）技术制造的硬盘，这种硬盘也被称为温盘。这种结构的特点为：

（1）磁头、盘片及运动机构密封在盘体内；

（2）磁头在启动、停止时与盘片接触，而在 工作时

因盘片高速旋转，从而带动磁头“悬浮”在盘片上面

呈飞行状态（空气动力学原理），这个“悬浮”的高

度约为0.1微米～0.3微米，这个高度是非常小的。

磁头高度对比图

硬盘的寻道

• 每个盘片的每个面都有一个读写磁头，与磁头接

触的表面靠近主轴，即线速度最小的地方，是一

个特殊的区域，它不存放任何数据，称为启停区

或着陆区，启停区外就是数据区。在最外圈，离

主轴最远的地方是“0”磁道，而硬盘数据的存放

就是从最外圈开始的。

盘片区域分配示意图

二、磁盘逻辑结构

1、磁头（Head）:

硬盘的盘体是由多个盘片重叠在一起构成的。

硬盘“磁面”的概念与软盘类似，它是指一个

盘片的两个面，每个盘片有上下两个磁面。在

硬盘中，一个磁面对应一个读写磁头，所以，

一般来说在对硬盘进行读写操作时，不再称磁

面0、磁面1、磁面2，而是称磁头0、磁头1、

磁头2。

2、磁道（Track）：磁盘在格式化时会划分成许多同心圆，其同心圆轨迹称为磁道。

3、 柱面(Cylinder):由于硬盘的盘体是由多个盘片重叠在一起构成，每个盘片的每个面都被划分成不同半径的同心圆磁道，整个盘体中所有磁面的半径相同的同心磁道就称为“柱面”。

4、扇区(Sector):如果将每一个磁道视为一个圆环，再把该圆环等分成若干个扇形小区，该等分的小区就是磁盘存取数据的最基本的单位“扇区”。磁盘的“磁头”与“柱面”编号从0计起，而“扇区”则从1计起。

磁盘组织结构

硬盘在存储数据之前，一般需经过低级格式化、分区、高级格式化这三个步骤之后才能使用。其作用是在物理硬盘上建立一定的数据逻辑结构。

低级格式化的主要功能：

它的作用是检测硬盘磁介质，划分磁道，为每个磁道划分扇区，并根据用户选定的交叉因子安排扇区在磁道中的排列顺序等。

分区的作用

一块硬盘，就是所有容量都划分给一个分区，也要显

式的进行这个操作来指定。所以，对硬盘做完低级格

式化后，必须进行分区操作，通过分区来完成主引导

记录的写入。也正是这个原因，很多独立发行的低级

格式化软件，也同时是一个分区软件，可以完成硬盘

分区功能。

基本分区与扩展分区

1、基本分区：

基本分区（主分区）是物理磁盘中可以被标记为激活，并且被系统用来启动计算机的磁盘分区。每块物理磁盘最多可以有4个基本分区。

2、扩展分区：

扩展分区是为了突破一个硬盘上只能有4个分区的限制而制定的，一个硬盘只能有一个扩展分区。

磁盘分区结构1、硬盘分区由五部分构成（FAT文件系统）：

（1）、MBR－主引导记录（Main Boot Record）

（2）、DBR－系统引导记录（Dos Boot Record）

（3）、FAT－文件分配表（File Allocation Table）

（4）、FDT－文件目录表（File Directory Table），也可以成为DIR区（5）、DATA－数据区

磁盘分区结构图示

MBR称为硬盘主引导记录，它是由FDISK建立在柱面

0、磁头0，扇区1的磁盘引导记录数据区，它不属于

任何操作系统。用于硬盘启动时将系统控制权转给用

户指定的，并在分区表中登记了的某个操作系统区。

一个物理硬盘只有一个MBR。

DBR是经由FORMAT高级格式化写到磁盘逻辑0扇

区上的，主要功能是完成DOS系统的自举。硬盘上

的每一个逻辑磁盘都有自己的DBR。DBR中记录了

本分区的扇区总数、FAT表个数等信息。

FDT表和FAT表是FAT文件系统组织结构的两个组

成部分，FDT中记录了文件的名字、起始地址等信

息，FAT记录了文件在磁盘上的具体位置。系统就

是通过这两个表上的文件簇链关系来存取文件的。

2、Boot Sector简介

Boot Sector也就是硬盘的第一个扇区，它由MBR(Master Boot Record)，DPT (Disk PartitionTable)和Boot Record ID三部分组成。

主引导记录MBR占用Boot Sector的前446个字节( 0 to 0x1BD )，存放系

统主引导程序(它负责从活动分区中装载并运行系统引导程序)。

DPT 即主分区表占用64个字节 (0x1BE to 0x1FD)，记录了磁盘的基本

分区信息，主分区表分为四个分区项，每项16字节，分别记录了每个

主分区的信息(因此最多可以有四个主分区)。

Boot Record ID 即引导区标记占用两个字节(0x1FE and 0x1FF)，对于

合法引导区，它等于0xAA55，这是判别引导区是否合法的标志。

BOOTSECTOR的具体结构如下图所示

Boot Sector图示

3、分区表结构

分区表由四个分区项构成，每一项长度为16个字节，分区表结构如下图所示：

4.硬盘分区类型

00 未使用分区项 01 DOS12一种fat表为12位的分区主要用于早期小硬盘

和部分软盘 05 EXTEND扩展分区的一种 06 BIGDOS即FAT16分区分区表为16位，每簇最大为

32K，最大分区为2G

07 NTFS分区 0B FAT32分区分区表为32位 0C FAT32X分区与FAT32基本相同 0E BIGDOSX即FAT16分区扩展分区表为16位，每簇最

大可以超过32K

0F EXTENDX扩展分区的一种 82 Linux主分区 83 Linux交换分区

文件写入原理

首先在DIR区中写入文件信息（包括文件名、

后缀名、文件大小和修改日期），

然后在DATA区找到闲置空间将文件保存，

将DATA区中存放文件的簇号写入DIR区，从

而完成整个写入数据的工作

文件删除原理

将该文件在DIR区中的第一个字符改成E5，

在文件分配表中把该文件占用的各簇表项清0，

而它实际上并不对DATA区进行任何改写。

通常的高级格式化程序，只是重写了FAT表而

已，并未将DATA区的数据清除；而对硬盘进

行分区时，也只是修改了MBR和OBR， 并没

有改写DATA区中的数据

由于MBR中的主分区表项中最多只能记录4个分

区的信息，因此我们的分区表采用的是链式结构

进行标注，一般每个逻辑分区记录两个分区表项，

一项标注本逻辑分区的信息，第二项标注下一个

扩展分区的信息，如此链接下去直至最后一个分

区。具体如图所示：

谢谢大家