硬盤的尋址方式

什麼是CHS尋址


很久以前, 硬盤的容量還非常小的時候,人們採用與軟盤類似的結構生產硬盤。也就是硬盤盤片的每一條磁道都具有相同的扇區數。由此產生了所謂的CSH 3D參數 (Disk Geometry)。即磁頭數(Heads),柱面數(Cylinders),扇區數(Sectors),以及相應CHS尋址方式。


CHS尋址模式將硬盤劃分爲磁頭(Heads)、柱面(Cylinder)、扇區(Sector)。


磁頭(Heads):每張磁片的正反兩面各有一個磁頭,一個磁頭對應一張磁片的一個面。因此,用第幾磁 頭就可以表示數據在哪個磁面。


柱面(Cylinder):所有磁片中半徑相同的同心磁道構成“柱面",意思是這一系列的磁道垂直疊在一起,就形成一個柱面的形狀。簡單地理解,柱面數=磁道數。


扇區(Sector):將磁道劃分爲若干個小的區段,就是扇區。雖然很小,但實際是一個扇子的形狀,故稱爲扇區。每個扇區的容量爲512字節。


下面的圖可能能更好的幫助理解:

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CHS尋址的最大容量


CHS尋址方式的容量由CHS三個參數決定:


磁頭數最大爲255 (用 8 個二進制位存儲)。從0開始編號。

柱面數最大爲1023(用 10 個二進制位存儲)。從0開始編號。

扇區數最大數 63(用 6個二進制位存儲)。從1始編號。

所以CHS尋址方式的最大尋址範圍爲:

255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB ( 1M =1048576 Bytes )


或硬盤廠商常用的單位:

255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB ( 1M =1000000 Bytes )


CHS尋址的缺點


顯然,由於要求每個磁道的扇區數相等,而外道的周長要大於內道,所以外道的記錄密度要遠低於內道,不僅造成了硬盤空間的浪費,也限制了硬盤的容量。爲了解決這一問題,進一步提高硬盤容量,人們改用等密度結構生產硬盤。也就是說,外圈磁道的扇區比內圈磁道多,採用這種結構後,硬盤不再具有實際的CHS參數,尋址方式也改爲線性尋址,即以扇區爲單位進行尋址。

但一些古老的軟件仍然使用CHS尋址方式(如使用BIOSInt13H接口的軟件),爲了兼容這樣的程序,在硬盤控制器內部安裝了一個地址翻譯器,可以通過它將老式CHS參數翻譯成新的線性參數。

 

LBA(Logical Block Addressing)邏輯塊尋址模式。在 LBA 模式下,我們知道硬盤上的一個數據區域由它所在的磁頭、柱面(也就是磁道)和扇區所唯一確定。早期系統就是直接使用磁頭柱面和扇區來對硬盤進行尋址(這稱 爲CHS尋址),這需要分別存儲每個區域的三個參數(這稱爲3D參數),使用時再分別讀取三個參數,然後在送到磁盤控制器去執行。由於系統用8b來存儲磁 頭地址,用10b來存儲柱面地址,用6b來存儲扇區地址,而一個扇區共有512B,這樣使用CHS尋址一塊硬盤最大容量爲256 * 1024 * 63 * 512B = 8064 MB(1MB = 1048576B)(若按1MB=1000000B來算就是8.4GB)。隨着硬盤技術的進步,硬盤容量越來越大,CHS模式無法管理超過8064 MB的硬盤,因此工程師們發明了更加簡便的LBA尋址方式。在LBA地址中,地址不再表示實際硬盤的實際物理地址(柱面、磁頭和扇區)。LBA編址方式將 CHS這種三維尋址方式轉變爲一維的線性尋址,它把硬盤所有的物理扇區的C/H/S編號通過一定的規則轉變爲一線性的編號,系統效率得到大大提高,避免了 煩瑣的磁頭/柱面/扇區的尋址方式。在訪問硬盤時,由硬盤控制器再這種邏輯地址轉換爲實際硬盤的物理地址。

  LARGE 大硬盤模式,在硬盤的柱面超過 1024 而又不爲 LBA 支持時採用。LARGE 模式採用的方法是把柱面數除以 2,把磁頭數乘以 2,其結果總容量不變。

  在這三種硬盤模式中,現在 LBA 模式使用最多。

  LBA與C/H/S 之間的轉換:

  設NS爲每磁道扇區數,NH爲磁頭數,C、H、S分別表示磁盤的柱面、磁頭和扇區編號,LBA表示邏輯扇區號,div爲整除計算,mod爲求餘計算,則:

  LBA=NH×NS×C+NS×H+S-1;

  C=(LBA div NS)div NH;

  H=(LBA div NS)mod NH;

  S=(LBA mod NS)+1

  例如 LBA = 0 則 CHS = 0/0/1

  從C/H/S到LBA的計算公式:

  LBA=(C-CS)*PH*PS+(H-HS)*PS+(S-SS)


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