目录
一、前景回顾
二、硬盘的工作原理
三、IDE硬盘接口技术
前面说到，开机的启动过程有如下三点：
1、按下开机键后，CPU将cs:ip寄存器初始化为0xf000:0xfff0，这个位置是BIOS程序的入口处，这个位置存放的代码是jmp far f000:e05b，通过这行代码CPU又将cs:ip寄存器初始化为0xf000:0xe05b，这里才是BIOS真正开始执行的地方。
2、BIOS执行了一系列的硬件检测工作和创建中断向量表IVT后，将MBR（主引导记录）加载到内存0x7c00处，并且跳转到该位置，也就是将cs:ip寄存器初始化为0x0000:0x7c00。
3、MBR的工作是加载操作系统内核，最后跳转到操作系统内核中，随后便是熟悉的启动动画，也就完成了开机过程。
在上回，我们已经实现了MBR的创建，并且简单地测试了一下这个MBR的可行性。
回到主线来，我们知道MBR的工作是加载操作系统内核。那么问题来了，在我们平时的电脑中，这个操作系统内核在哪里呢？这里就不卖关子了，它是事先被存放在硬盘中的，随后被MBR加载到指定位置。可是我们现在要实现自己的操作系统，所以，首先这个内核肯定得是我们自己编写；其次，如何从硬盘中读取到这个操作系统内核也是一个亟待解决的问题。
我相信很多初学者和我一样，一开始对操作系统内核还是感到比较害怕的。感觉应该会是特别复杂，难以理解，而且还要自己去实现，这简直是想都不敢想的事。不过关于操作系统内核的实现，我们现在暂且不用管，这个内核再神秘，究其本质也就是一段代码罢了，我们后面再来啃它。
当务之急是我们要认识硬盘，并且能驾驭它，学会如何读取它才是目前的主要任务。
这里只讲解传统的机械硬盘的工作原理，因为我们在BOCHS中配置的硬盘就是此种硬盘。
主轴上有两个盘片，其实不止两个，这里只是示意性地画了两个。盘片固定在主轴上随主轴高速旋转，。每个盘片分为上下两面，每一面都存储数据，每个盘面都各有一个磁头来读取数据，故一个盘片上对应两个磁头。磁头的编号从上到下以0开始计数，所以用磁头0来表示第一个盘面。磁头不会自己在盘片上移动，它需要被固定在磁头臂上，在磁头臂的带动下，沿着盘片边缘向圆心的方向来回摆动。通过盘片的自转以及磁头的摆动，这两种动作的合成便能够使磁头访问盘片任意位置的数据。
说完了硬盘内部各部件的运动，接下来说一下存储逻辑。盘片表面是用于存储数据的磁性介质，为了管理磁盘，将整个盘面划分为多个同心环，以圆心画扇形，扇形与每个同心环相交的弧状区域作为最基本的数据存储单元。整个同心环就称作磁道，磁道的编号和磁头也是一样，从0开始。而同心环上的弧状区域是扇形的一部分，被称为扇区，它作为我们向硬盘存储数据的最基本单元，大小为512字节。一般来说，一个磁道上有63个扇区，扇区的编号是从1开始的。
相同编号的磁道组成的管状区域被称为柱面，柱面的编号是从0开始的。它的作用是为了缩减机械式硬盘的寻道时间。
上面比较简单地介绍了一下硬盘的工作原理，因为我对这个也不是很懂。总之我们现在知道了，通过磁头号、磁道号和扇区号就可以唯一定位一个扇区。这就是CHS（Cylinder Head Sector）,但是每次我们都要事先算出扇区在哪个盘面，哪个柱面和哪个磁道上。这样的方法对于磁头来说很直观，但是对于我们来说还是比较麻烦，我们希望能有一套对于人来说较为直观的寻址方法，我们希望磁盘中扇区从0开始依次递增编号，不用考虑扇区所在的物理结构，于是LBA法呼之欲出：
LBA = (柱面号 * 磁头数 + 磁头号) * 扇区数 + 扇区编号 - 1
谁来控制硬盘呢？我们知道CPU只会不停地取指令、读指令，这才是CPU高效工作的原因。因此控制硬盘的任务肯定不是交给CPU，那么交给了谁呢？聪明的工程师们设计了一个叫做硬盘控制器的东西，CPU只同硬盘控制器打交道，由它将CPU的命令转译给硬盘。现在的硬盘和硬盘控制器是整合在一起的，也就是说我们买的硬盘中，其实就附带了硬盘控制器，而不是说在我们主板的某个地方还有一个所谓的硬盘控制器电路。
硬盘需要插在主板上才能正常工作，我们将硬盘的这种接口称为集成设备电路（IDE），随着IDE标准接口的影响力越来越大，全球标准化协议将此接口使用的技术规范归纳为全球硬盘标准，这样也就产生了ATA（Advanced Technology Attachment）。不过由于IDE这个名字已经叫开了，所以大家依然习惯称硬盘为IDE硬盘。后面又出现了新的硬盘串行接口（Serial ATA, SATA），这个我相信很多人就比较熟悉了。为了区分不同的接口，习惯性地将以前的ATA接口称为并行ATA，即（Parallel ATA, PATA）。
PATA接口线缆 SATA接口线缆
以前的一般主机只支持4个并口硬盘。仔细看PATA接口线缆，我第一次看还比较好奇怎么有三个接口。其实这个接口线缆可以挂载两块硬盘，一个是主盘（Master），一个是从盘（Slave），因此主板上提供两个IDE接口，两个接口便可以连接四块硬盘。这两个接口也是以0为起始编号，一个称为IDE0，另一个称为IDE1。在ATA的标准中，IDE0又叫做Primary通道，IDE1又叫做Secondary通道。
铺垫了这么多，我们该来说说如何控制硬盘了。其实我们是通过读写硬盘控制器的端口，也就是一系列寄存器来让硬盘正常工作。硬盘控制器的寄存器数量众多，我们这里不能一一列出，就贴一下主要的端口寄存器。
关于这些寄存器的详细描述建议读者参考一下原书《操作系统真象还原》的p126~129页。
回到正题，如果我们要写一个程序来从硬盘中读取文件的话，整个步骤如下：
1、先选择通道，往该通道的sector count寄存器中写入待操作的扇区数。
2、往该通道上的三个LBA寄存器写入起始地址的低24位
3、往device寄存器中写入LBA地址的24~27位，并置第6位为1，使其为LBA模式，设置第4位，选择操作的硬盘是master硬盘还是slave硬盘。
4、往该通道上的command寄存器写入读指令的操作命令。
5、不断读取该通道上的status寄存器，判断硬盘工作是否完成。
6、如果硬盘工作完成，则从该通道的数据寄存器Data读取出数据到内存指定区域。
关于硬盘的介绍就结束了，如果仔细去看书的话，会发现书上对这些寄存器的讲解较多，可能会让人觉得头大，其实我觉得关于寄存器这块，能大概看懂就好了，看不太懂也没关系。我学习的时候也就是对这块大概看看，没有详细地去深究，我还是更加注重全局上的理解。
预知后事如何，请看下回分解。
标签：03,操作系统,扇区,接口,盘片,磁头,寄存器,硬盘 来源： https://www.cnblogs.com/Lizhixing/p/16340389.html
本站声明： 1. iCode9 技术分享网（下文简称本站）提供的所有内容，仅供技术学习、探讨和分享； 2. 关于本站的所有留言、评论、转载及引用，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 3. 关于本站的所有言论和文字，纯属内容发起人的个人观点，与本站观点和立场无关； 4. 本站文章均是网友提供，不完全保证技术分享内容的完整性、准确性、时效性、风险性和版权归属；如您发现该文章侵犯了您的权益，可联系我们第一时间进行删除； 5. 本站为非盈利性的个人网站，所有内容不会用来进行牟利，也不会利用任何形式的广告来间接获益，纯粹是为了广大技术爱好者提供技术内容和技术思想的分享性交流网站。