【硬件】软盘的存储结构与读取

0xAA55

虽然现在软盘早已被淘汰（小时候用过3.5英寸软盘的同学们请举手！DOS时代1.44 MB的容量实在不敢恭维），但是从软盘开始学习操作系统编程确实很有帮助。特别是虚拟机，对于虚拟机，软盘是相当方便的工具。现在我来讲讲软盘的读写。
在这里，我只说怎么用１６位ＢＩＯＳ中断读取软盘数据，我并不打算说如何直接ＩＯ读取软盘数据。如果你是来找软盘ＩＯ读取方式的请绕行。但是，此贴在后面会说道软盘数据的分布方式和ＣＨＳ寻址的问题，请留意。
首先就是读取问题，很简单，调用ＢＩＯＳ中断ＩＮＴ　０ｘ１３　ＡＨ＝０ｘ０２为ＣＨＳ方式读取磁盘功能，ＩＮＴ　０ｘ１３　ＡＨ＝０ｘ０３为ＣＨＳ方式写入磁盘功能。现在我们来详细说明一下它们的用法。

ＡＨ＝功能号（０ｘ０２、０ｘ０３）
　　ＡＬ＝要读取的扇区数量
ＣＸ＝磁道号和扇区号，其中磁道号为ＣＬ的高２位和ＣＨ组成，扇区号为ＣＬ的低６位。扇区号是从１开始的数字。
　　ＤＨ＝磁头号
ＤＬ＝驱动器号（小于０ｘ８０的为软驱号，大于、等于０ｘ８０的为硬盘号）
　　ＥＳ：ＢＸ＝缓冲区地址

详情请见以下网址：
ＣＨＳ方式读取：http://www.ctyme.com/intr/rb-0607.htm
ＣＨＳ方式写入：http://www.ctyme.com/intr/rb-0608.htm

下面来讲一下ＣＨＳ寻址的问题。软盘的扇区是按照什么样的顺序排列的，特别是软盘镜像文件中的“扇区”是怎么分布的，这是一个问题。
它是先排列一整个盘面，然后换一个盘面排列，还是两个盘面交替排列？
我们可以亲自做个实验来解决这个问题。

实验工具：
Microsoft Virtual PC 2007 32位（虚拟机）NASM（编译器）
记事本
WinHex（查看文件的工具）

我们的思路是让虚拟机从软盘引导，软盘的引导扇区是我们编写好的指令，指令的作用是按照我们设想好的排序方式写软盘，给每个扇区写入一个“索引数字”。然后用WinHex打开软盘，查看索引数字的排序方式，以此来判断软盘的排序方式。
首先我们需要一个引导程序，看！代码如下

org 0x7C00
bits 16

%define　FLP_SECPERTRACK　　　18
%define　FLP_TRACKPERHEAD　　 80
%define　FLP_HEADPERDISK　　　2

Start:
mov ax,cs
mov es,ax
mov ss,ax
mov ds,ax　　　　　　　　　　;对齐各个用到的段，包括栈段
mov sp,Start　　　　　　　　 ;栈指向Start处
mov bp,sp　　　　　　　　　　;借助bp访问栈
xor si,si　　　　　　　　　　;si被用作“扇区索引号”


mov cx,FLP_TRACKPERHEAD　　　;循环写入每个盘面
.LoopCyl:
push cx　　　　　　　　　　　;此时的cx被写入了[bp-2]
mov cx,FLP_SECPERTRACK　　　 ;循环写入每个扇区
　　.LoopSec:
push cx　　　　　　　　　　　;此时的cx被写入了[bp-4]
mov bx,0x600　　　　　　　　 ;0:0x600是缓冲区
　　mov di,bx
　　mov ax,si
　　mov cx,0x100
rep stosw　　　　　　　　　　;把正面的扇区编号写入缓冲区
add ax,FLP_SECPERTRACK*FLP_TRACKPERHEAD
　　　　mov cx,0x100
rep stosw　　　　　　　　　　;再把背面的扇区编号写入缓冲区


mov ax,0x0301　　　　　　　　;写入正面的扇区
　　mov ch,FLP_TRACKPERHEAD
　　sub ch,[bp-2]
　　mov cl,FLP_SECPERTRACK+1
　　sub cl,[bp-4]
　　mov dx,0x0000
　　int 0x13
　　　　
mov ax,0x0301　　　　　　　　;再写入背面的扇区
　　inc dh
　　add bx,0x200
　　int 0x13
　　　　
inc si　　　　　　　　　　　 ;扇区索引号+1
　　　　pop cx
loop .LoopSec　　　　　　　　;循环写入磁道的每一个扇区
mov ah,0x0E　　　　　　　　　;每写入一个正反面磁道，打印一个字符
　　mov al,[bp-2]
　　mov dx,0x0007
　　int 0x10
　　pop cx
loop .LoopCyl　　　　　　　　;循环写入盘面的每一个磁道

mov ax,0x0E01　　　　　　　　;最后打印一个笑脸，表示结束
mov dx,0x000F
int 0x10

cli　　　　　　　　　　　　　;当机
hlt

times 510-($-$$) nop　　　　 ;填充剩余字节
dw 0xAA55

;填充字节，使这个文件的大小正好等于一个软盘的大小。
times (FLP_SECPERTRACK*FLP_TRACKPERHEAD*FLP_HEADPERDISK*0x100)-0x100 dw 0

哟西，这样就行了。保存为ShowFlp.asm。让我们运行NASM开始编译：
NASM ShowFlp.asm -o ShowFlp.img
嗯，NASM没有报错，现在要做的是启动虚拟机，让虚拟机以这个文件为软盘镜像引导。
送：ShowFlp.7z

感谢我吧。
然后呢，运行VM，设置新的虚拟机，操作系统为“其它”，内存不必太大，1 MB足够了。虚拟硬盘可有可无，以后如果要用的话设置个256 MB的，运行个DOS没问题了。
运行虚拟机，把虚拟机的软驱设置为“捕获软驱镜像文件”（Capture Floppy Image File），把我们刚才生成的ShowFlp.img弄进去，然后重启虚拟机。
看！虚拟机运行啦！我们预测的结果，是它在屏幕上打印一些奇怪的字符（中途会“嘀~”叫一声），然后显示一个笑脸字符“☺”，退出程序。


他果然按照预想的运行了！那么我们让它释放软盘镜像文件，然后用WinHex打开它！


果然，软驱的前几个扇区都是按照我们给的索引排序的。
那么我们来看看在第18扇区处的情况：


咦？居然是0x05A0（也就是1440）。 1440？这不是一个盘面的扇区量吗？
果然呢，软盘的存储方式是两磁头之间交替存储的呢。我们来总结一下。
软盘的存储，是每个磁道中的扇区是连续存储的，但是磁头是交替存储的，也就是说，最小单位是扇区，其次是磁头，最后是磁道。
这也是为什么磁道要被称作“柱面”的原因了。
最后给一个处理后的软盘镜像文件，望笑纳。
After.7z