低級(jí)格式化是怎樣工作的呢

 

進(jìn)入PC時(shí)代以后，硬盤的物理結(jié)構(gòu)發(fā)生了一些變化，直接影響到相應(yīng)的硬盤指令實(shí)現(xiàn)方式的變化。其中 重要的就是硬盤尋道方式的變化導(dǎo)致的格式化指令的變化。
    什么是磁盤低級(jí)格式化：磁盤為了達(dá)到隨機(jī)存取的目的，需要在盤的磁道上規(guī)劃出扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)以引導(dǎo)標(biāo)記和扇區(qū)標(biāo)記作為扇區(qū)的起始，然后才是扇區(qū)的內(nèi)容，后面還有校驗(yàn)標(biāo)記。低級(jí)格式化就是在磁道上標(biāo)上這些標(biāo)記而已。所以低級(jí)格式化的操作實(shí)際上僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的寫過程，寫的不是數(shù)據(jù)而是標(biāo)記。低級(jí)格式化既不相當(dāng)于對(duì)盤片的修整更不是盤片的再生。在軟盤和硬盤使用前都有低級(jí)格式化的過程，這個(gè)過程需也僅需一次，硬盤的低級(jí)格式化是在工廠里完成的。
  硬盤曾經(jīng)象軟盤一樣，是利用步進(jìn)電機(jī)來控制磁頭的位置，進(jìn)行尋道操作的。但是，隨著磁道密度的增加，步進(jìn)電機(jī)的精度滿足不了更加精密的磁頭定位的需要了，這樣，硬盤生產(chǎn)商發(fā)明了一種更加先進(jìn)的定位方式，即利用一個(gè)特殊的機(jī)器，在硬盤表面寫上同心的密集的伺服編碼，這種編碼代表了相應(yīng)位置和硬盤旋轉(zhuǎn)中心的距離，密度是一般磁道密度的一倍到幾倍，利用音圈電機(jī)來線性地控制磁頭的移動(dòng)，磁頭在移動(dòng)過程中，不斷地讀取伺服編碼的信息，這樣硬盤的控制系統(tǒng)就能隨時(shí)掌握硬盤磁頭的位置。這樣，早期的硬盤的尋道指令的執(zhí)行是靠向步進(jìn)電機(jī)發(fā)相應(yīng)的指令，而現(xiàn)代的硬盤的尋道是靠一個(gè)硬盤上先期寫入的伺服信息和對(duì)音圈電機(jī)的指令來定位。 重要的是：伺服信息是在工廠利用特殊的儀器寫入的，硬盤內(nèi)部的以音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)的磁頭組件是無法寫入這重信息的。因?yàn)楝F(xiàn)在的的硬盤都有幾萬到幾十萬個(gè)磁道，磁道的寬度非常小，普通硬盤的磁頭無法在沒有定位基準(zhǔn)的情況下寫入定位信息。
  除了這些信息，硬盤的磁道間距和每磁道的扇區(qū)數(shù)量現(xiàn)在都是隨著磁道距離圓心的距離變化的，一般來說，目前的硬盤這種變化有100次或更多。也就是說，硬盤表面分成了很多的區(qū)，在這些區(qū)域里，硬盤的磁道間距和每扇區(qū)的扇區(qū)數(shù)量是一樣的，但不同的區(qū)域，就是不一樣的了。
另外，硬盤上數(shù)據(jù)的編碼也不僅僅是將主機(jī)傳來的數(shù)據(jù)直接寫到介質(zhì)上，在每個(gè)扇區(qū)的起始，都有一些記錄這個(gè)扇區(qū)狀態(tài)的編碼，俗稱灰碼，在扇區(qū)后面，都有一些ECC校驗(yàn)碼。一般來說，ECC糾錯(cuò)可以糾正大約10多個(gè)含有錯(cuò)誤的字節(jié)的讀出錯(cuò)誤。

  從上面的討論能夠知道，目前的硬盤在bios的配置里看到的扇區(qū)，磁道，磁頭的數(shù)量都是一種邏輯值。很明顯，目前的硬盤雖然很多是1個(gè)磁頭或2個(gè)磁頭的，但是在bios里，或者在硬盤的調(diào)用指令里面，磁頭的數(shù)量都是15或者16。這是因?yàn)橛脖P內(nèi)部有個(gè)將實(shí)際的物理扇區(qū)轉(zhuǎn)換為邏輯扇區(qū)的算法，用戶能訪問的，是經(jīng)過轉(zhuǎn)化后的邏輯扇區(qū)，而不是實(shí)際的和物理磁頭對(duì)應(yīng)的物理扇區(qū)。這樣，用戶其實(shí)是無法對(duì)物理意義上的硬盤進(jìn)行操作的，就更不用說低級(jí)格式化了。

現(xiàn)在，市面上的一些所謂的低級(jí)格式化軟件，其實(shí)就是在調(diào)用硬盤的一個(gè)叫做‘格式化磁道’的指令，這個(gè)指令是IDE硬盤的標(biāo)準(zhǔn)指令。老式的硬盤在執(zhí)行這個(gè)指令的時(shí)候，是將某個(gè)磁道檢驗(yàn)一遍，并將有問題的扇區(qū)標(biāo)記為壞扇區(qū)，再將這個(gè)磁道里的一個(gè)標(biāo)記為未使用的扇區(qū)的標(biāo)記改成那個(gè)壞扇區(qū)的標(biāo)記，這個(gè)操作其實(shí)就是將一個(gè)好扇區(qū)替代一個(gè)壞扇區(qū)，并不是真正意義上的格式化，因?yàn)樵诖酥埃诺酪呀?jīng)由工廠的寫伺服系統(tǒng)劃分好了。在這個(gè)指令之后，一般硬盤會(huì)將這些扇區(qū)重新寫零，并將后面的ECC編碼重置，這樣，經(jīng)過這個(gè)操作，這個(gè)磁道上的數(shù)據(jù)就會(huì)被清零了。還有，這個(gè)指令實(shí)際上不是對(duì)物理的磁頭和磁道進(jìn)行操作的，它所調(diào)用的磁道，扇區(qū)，磁頭表，是經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的。另外，在LBA 方式下，這個(gè)指令也可以執(zhí)行，但是是利用經(jīng)過了LBA到CHS轉(zhuǎn)換的CHS表。而現(xiàn)在的硬盤，對(duì)這個(gè)指令的實(shí)現(xiàn)僅僅是將相應(yīng)的扇區(qū)寫零，并重置ECC碼而已。

  因此，市面上的低級(jí)格式化軟件，其實(shí)無非是實(shí)現(xiàn)了重新置零和將壞扇區(qū)重定向兩個(gè)功能。

  需要指出的是，近期的硬盤內(nèi)部都已經(jīng)有了自我檢測(cè)的功能，可以自行完成這種重定向的操作了，所以，基本上在單碟3G后的硬盤，都不必執(zhí)行這個(gè)指令了。很多硬盤公司提供的自我檢測(cè)軟件，在檢測(cè)到有硬盤的錯(cuò)誤后，已經(jīng)能自動(dòng)調(diào)用這個(gè)指令，將一個(gè)備用扇區(qū)替換有損壞的扇區(qū)。  
實(shí)際上，在硬盤里本身就有個(gè)叫P-List的表，記錄的是出廠時(shí)實(shí)際的物理壞扇區(qū)位置，而硬盤的固件本身還在維護(hù)著一個(gè)叫G-List的列表，這個(gè)表記錄著在使用中發(fā)生了錯(cuò)誤的扇區(qū)位置，在這兩個(gè)表里的扇區(qū)，是真實(shí)的物理壞扇區(qū)，但是這兩個(gè)表是無法用一般的硬盤指令來獲得以及修改的。當(dāng)然，硬盤廠家的一些程序能夠修改這兩個(gè)表，但是，沒有各個(gè)廠家都通用的這個(gè)壞區(qū)表的修改程序。所以，外面的所謂低級(jí)格式化程序，其實(shí)都不是真正的低級(jí)格式化。

還有一種流傳的觀點(diǎn)：低級(jí)格式化會(huì)損傷硬盤。這個(gè)觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的。因?yàn)樵趫?zhí)行格式化磁道的指令的時(shí)候，硬盤的物理狀態(tài)：磁頭飛行高度，硬盤旋轉(zhuǎn)的速度，讀寫電平等等都和正常讀寫一樣，這樣，硬盤并不會(huì)被這個(gè)指令所損傷。可能的情況是：有些用戶在執(zhí)行DM或LFORMAT 等軟件的時(shí)候，難以忍受其運(yùn)行速度，用強(qiáng)行關(guān)電源的方式來終止其運(yùn)行，這樣，硬盤可能就發(fā)生了不可修復(fù)的錯(cuò)誤。其實(shí)，在硬盤進(jìn)行任何寫操作的時(shí)候，強(qiáng)行關(guān)閉電源，都有可能發(fā)生這種不可修復(fù)的錯(cuò)誤。這種錯(cuò)誤可能是由于寫磁頭將伺服信息抹掉，或者是造成磁頭和硬盤表面接觸而導(dǎo)致劃傷，或者是硬盤在做扇區(qū)標(biāo)記時(shí)寫錯(cuò)誤等等。這種損傷其實(shí)是不規(guī)范操作造成的，而不是格式化磁道這個(gè)指令本身造成的。