硬盘和硬盘分区这点事，你一定要知道！

对于许多PC用户而言，UEFI就像一枚。表面很平静，但是秘密地已经引起了巨大的震动。多亏了Microsoft的专制，预装WIN8的计算机要求必须使用GPT分区的举动使人们不禁感叹：噢，我的天哪，我的计算机中还存在这东西？在一些渴望了解GPT的人们之后，他们进一步发属材料制成，并涂有磁性介质。磁盘的两面称为磁盘表面或扇区。磁盘的两侧都可以记录信息。磁盘表面是由磁头操作的（如果硬盘坏了，可以看一下。嗯？为什么会坏？使用好硬盘可能要花钱...）按头号。结构特征决定了如果机械硬盘受到严重冲击（跌落到地面或要拆开以进行学习），即使受到轻微冲击，磁头和磁盘表面也可能会破裂。

继续讨论该原理：假设磁头不动而硬盘旋转，则磁头将在磁盘表面上绘制圆形轨道并将其磁化，数据将存储在这些磁化的区域中，称为轨道。轨迹分段，弧段是一个扇区。硬盘可以包含多个扇区。扇区同轴重叠。每个磁盘具有相同数量的轨道。由具有相同周长的轨道形成的圆柱体称为圆柱体。圆柱数等于磁道数。如下图所示

了解这些内容之后，我们可以对原始硬盘地址管理方法有一个原则性的了解：

最初的寻址方法称为CHS。在LBA（逻辑块地址）概念诞生之前，他负责管理磁盘地址。所谓的CHS是指圆柱，磁头和扇区。这三个变量描述了磁盘地址。应当理解，这里所表示的不是物理地址而是逻辑地址。此方法也称为大寻址。在这种方法下：

硬盘容量=磁头数×圆柱数×扇区数×扇区大小（通常为512byte）。

后来，通过为每个扇区分配逻辑地址并以扇区为单位进行寻址，开发了LBA寻址。但是为了保持与CHS模式的兼容性，可以通过逻辑转换算法将其转换为磁头/气缸/扇区的三个参数。与大寻址模式一样，此处的地址也是逻辑地址。 （尽管固态硬盘的存储原理与机械硬盘的存储原理不同，但它使用闪存存储，但仍使用LBA进行管理，这里不再赘述。）

科学在这里，我们可以尝试了解MBR分区。现在我们来看一下MBR分区的技术原理。

MBR原理

MBR：主启动记录，主分区启动记录。它是1983年在IBM PC DOS2.0中首次提出的。如前所述，为每个扇区/块分配了一个逻辑块地址，即LBA，而引导扇区是每个分区的第一个扇区，而主引导扇区是是整个硬盘驱动器扇区中的第一个（主分区的第一个扇区）。 MBR存储在主引导扇区中。此外，该扇区还包含硬盘分区表DPT（磁盘分区表）和结束标志（魔术数）。该扇区共有512字节，MBR占446字节（0000H-01BDH），DPT占64字节（01BEH-01FDH），最后一个幻数占2个字节（01FEH-01FFH）。

现在，让我们看一个MBR记录示例：

80 01 01 00，0B FE BF FC，3F 00 00 00，7E 86 BB 00

其中，“ 80”是分区的激活标记，表示系统可引导； “ 01 01 00”表示分区的起始头号为01，起始扇区号为01，起始柱面号为00； “ 0B”表示分区的系统类型为FAT32，其他常用的类型为04（FAT16)，07（NTFS）；“ FE BF FC”表示分区末尾的头号为254，分区末尾的扇区号为63、分区末尾的柱面号为764；“ 3F 00 00 00”表示第一个扇区的相对扇区数为63；“ 7E 86 BB” 00”表示扇区总数为12289622。

可以看出，当仅将64个字节分配给DPT时，每个分区项占用16个字节，因此只能记录四个分区信息，尽管后来为了支持更多分区，引入了扩展分区和扩展分区的概念。逻辑分区。但是每个分区项仍使用16个字节来存储。可以表示的最大扇区数是FF FF，FF FFH，因此最大可管理空间=扇区总数*扇区大小（512字节），即2TB（因为硬盘制造商使用1：1000进行单位转换，因此还有2.2TB，请不要怪他们，他们不是程序员）。无法分配超过2TB的空间地址，因此自然无法管理。

MBR的许多缺点使其应用受到极大限制。硬盘技术日新月异，硬盘容量也在飞跃发展（希捷今年将出售60TB固态硬盘）。多余的硬盘空间不能孤单。因此，我们根据新生的UEFI规范开发了新技术。

GPT原则

GPT分区：全名是“全局唯一标识符分区表”，也称为GUID分区表，它是UEFI规范的一部分。由于硬盘容量的快速增长，MBR的2.2T容量难以满足要求，UEFI BIOS的推广也为实现GPT奠定了坚实的技术基础，GPT应运而生，

让我们看一下GPT的结构：

等等，MBR是否设置错误？答案当然不是。这里的P表示保护性的。 PMBR的含义是，当不支持GPT的分区工具试图在硬盘上运行时（例如MS-DOS和Linux的fdisk程序），可以根据此PMBR以传统方式启动它。它与MBR + BIOS完全一致，从而大大提高了兼容性。检测到PMBR后，支持GPT的系统将直接跳至GPT标头以读取分区表。与MBR相似，分区表存储分区的开始和结束位置及其文件系统属性信息，并且该分区是实际物理磁盘的一部分。

GPT HDR：GPT标头（如下图所示）主要定义分区表中的项目数，每个项目的大小以及硬盘的容量信息。在64位Windows Server 2003计算机上，您最多可以创建128个分区，即在分区表中保留128个条目，每个条目为128个字节。 （这也是EFI标准中的最低要求：最小分区表必须为16,384字节）。分区表标头还记录硬盘的GUID，分区表标头的位置（始终为LBA1）和大小，并且还包括备份分区表标头的位置和大小信息以及分区表（LBA-1〜LBA-34））。同时，它还存储了自身和分区表的CRC32校验和。可以在启动时根据此检查固件，引导程序和操作系统如果有错误，则可以使用该软件从硬盘的最后一个备份GPT还原整个分区表。错误，硬盘将无法使用。具体内容如下：

分区表：分区表，包括分区的GUID类型（例如，EFI系统分区的GUID类型为{C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B}），名称，开始和结束位置，分区的GUID和分区属性。其内容如下：

Microsoft对分区属性进行了更详细的区分，目前：

与MBR相比，GPT具有以下优点：

（1）由于分区表中每个项目的LBA都升级到64位和128位设置，因此GPT可以管理的空间几乎是无限的。假定扇区的大小仍然是512字节，可以表示一个风扇。分区数量经过计算，可管理的硬盘容量= 18EB（1EB = 1024PB = 1,048,576TB），完全位于其前面2T。根据当前的硬盘技术，它确实几乎是无限的，但是谁将是未来？我知道。

（2）分区数量几乎没有限制。由于可以在标头中设置分区数量的大小，因此可以根据需要设置分区（有人愿意管理这么多分区吗？分区），但目前Windows仅支持最大的128个分区。

（3）附带保险，因为磁盘的开头和结尾都有一个GPT标头，所以任何一个磁盘在损坏后都可以恢复，这极大地提高了磁盘的抵抗力（将两者分解在一起）请出去买彩票。）

（4）为关键数据结构计算循环冗余校验值，从而提高了检测数据崩溃的可能性。

（5）尽管当前的分区类型不超过一百（没有十。），但是GPT仍然提供16字节的GUID来标识分区类型，从而减少了冲突的发生。

（[6）每个分区可以有一个特殊的名称，最大长度为72个字节，足以编写一条七法则。它可以满足您对奇怪花朵的各种命名需求。

它完全支持UEFI，毕竟，它是UEFI规范的派生产品。在未来的全行业UEFI场景中，GPT肯定会更快地消除MBR。

其他

接下来，我们将输入供电时间并更详细地描述硬盘知识。

如前所述，磁化弧称为扇形，扇形的大小为512B。但是，硬盘在执行文件操作时不以扇区为单位，而是群集。群集的最小分配单位可以包含多个扇区。假设群集当前包含4个扇区，群集大小为2KB，文件大小恰好为2KB，即使您拥有1B大小的文件，它也将占用群集的所有可用空间。保存，因此您占用的空间也是一个群集，并且群集中的其他空间无法读取或写入。

文件系统管理群集的大小：

FAT16 / FAT32：早期MS-DOS和WIN95操作系统中最常见的硬盘分区格式。群集的最小大小为512字节，并且其大小可以增加一倍，最高为32K。系统为每个群集分配一个唯一的索引号-一个16位二进制数以标识它。因为最大的16位二进制数是65536，所以FAT分区拥有的群集数不能超过65536。这就是FAT分区的大小不能超过2GB的原因。 FAT16-FAT32的后继者与其原理基本相同。与以前的版本相比，FAT32的唯一优势是分区可以大于2GB，但不能存储单个大于4GB的文件。看一下目前需要3G或4G的BD电影，显然不能满足时代的需要，很快就将它们淘汰了。

更多FAT文件系统知识：FAT文件系统和UEFI-了解此列

与FAT相比，NTFS文件系统具有支持文件加密的最大优势。通过采用日志文件系统，它详细记录了磁盘的所有读写操作，从而提高了数据和系统的安全性。另一点是，它超过了4GB的大小。限制。它也是机械硬盘上分区的主流。然而，对于越来越变得人们友好的闪存存储，太多的操作记录已经给存储介质带来了更大的负担。对于相同的访问操作，NTFS下的读取和写入次数将比FAT32少得多，因此使用寿命很长。较短的缺陷。因此，针对移动存储设备和固态硬盘引入了exFAT文件系统。

exFAT：最大分区大小和单个文件大小最多可以达到16EB（16×1024×1024TB）；集群大小非常灵活，最小为512B，最大为32MB；采用剩余空间分配表，空间利用率较高。同一目录下的最大文件数最多可以达到65536。其特征不一定比NTFS强，主要是针对闪存设备（SSD，U盘）进行了优化，传统硬盘无法以这种格式进行格式化。

如果您对扇区，群集，文件系统和分区有些困惑，则最好看看下面的图片：

有人可能会问为什么图片中突然出现4k扇区，为什么会有8 512b扇区？侧面的伪装是什么意思？恭喜，您已经抓住了近年来硬盘开发的趋势。

尽管扇区的大小是常规的，但可以更改。从2009年末开始，硬盘制造商正在从传统的512字节扇区迁移到更大，效率更高的4096字节扇区。硬盘驱动器设备和材料协会（国际磁盘驱动器设备和

材料协会（IDEMA）称之为高级格式化，现在通常称为“ 4K扇区”。

多年来，硬盘行业一直在使用512字节扇区。但是，随着硬盘容量的不断增长，扇区大小已日益成为提高硬盘容量和纠错效率的制约因素。扇区分辨率（扇区大小和总存储大小的百分比）越来越低，尽管在管理小的离散数据时，分辨率越低越好。但是，在现代计算系统中，有许多大数据块，它们通常比传统的512字节扇区大得多。另外，随着面积密度的增加，硬盘表面上小的512字节扇区占用的空间将越来越小。硬盘扇区中的数据所占空间越小，纠错将变得越困难。由于相同大小的介质缺陷会以百分比形式损坏整体数据负载，因此需要更大的错误校正强度。现在，硬盘开始通过先进的区域密度提高错误校正的上限。因此，为了提高纠错能力，提高格式化效率，增大扇区大小是硬盘行业的普遍需求。

但是，由于计算机系统的发展缓慢，大多数扇区仍假定该扇区为512字节，因此出现4K对齐问题。即使物理硬盘分区与计算机使用的逻辑分区对齐，也可以保证硬盘的读写效率。

如果存在4k对齐，则当然会有4k对齐。也许应该将这个锅给操作系统。为了确保与操作系统的兼容性，硬盘制造商将新的标准“ 4K扇区”硬盘模拟为512B硬盘。此问题此时发生：在某些特殊情况下（例如使用ghost11.5及更低版本）格式化系统时，默认情况下会将其定义为大小为4096字节的群集，这很好，但是因为其引导区仅占用不超过63个扇区，所以实际文件系统位于该扇区之后的第63位，

我们可以计算前63个扇区的大小：63 * 512B = 32256B。

63个扇区占用的簇数：32256B / 4096B =7.875个簇。

从第64个扇区开始，每个群集将跨越两个物理单元，占据上一个单元的一小部分和下一个单元的一大部分。如前所述，系统文件操作基于群集。如果每个群集使用两个扇区，将不可避免地降低读写速度。也产生了“ 4k未对准”的概念。 “ 4K对齐”需要做的是将硬盘的模拟扇区（512B）对齐为8个“实际” 4K扇区的整数倍，即8 * 4096 = 32768B，使其跨63个扇区功能，从第64个扇区开始对齐。

实际上，不仅操作系统，一些广泛使用的软件程序还可能导致4k对齐错误。因此，确实需要对准技术。尽管4k不可避免地会取代512b，但是冻结三英尺并不是一天的冷战，整个行业仍然需要时间来全面推广技术。

后记

关于GPT的一些常见问题：

1.问：如何知道我的硬盘驱动器是MBR还是GPT？

A：Windows附带了一个非常有用的工具-diskpart，仅需几个简单的命令，如图所示：

2.问：如何将GPT转换为MBR？

A：仍然是diskpart，（警告：请先备份内容），通过convert mbr命令

但是我仍然建议您不要这样做。毕竟，MBR是一种过时的技术。转换之前，请删除所有分区或直接使用clean。如果您不想丢失内容，建议您使用AOMEI Partition Assistant Standard，它是免费软件。很有用。为谨慎起见，建议事先备份内容。

3.问：GPT非常棒，我想立即使用它，但是如何将MBR转换为GPT？

A：这是个好主意，答案是Diskpart

删除所有分区，或在转换前直接使用clean。如果您不想丢失内容，建议您使用AOMEI Partition Assistant Standard，它是免费软件。很有用。为谨慎起见，建议事先备份内容。

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