硬碟的定址方式

什麼是chs定址

很久以前，硬碟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碟。也就是硬碟碟片的每一條磁軌都具有相同的扇區數。由此產生了所謂的csh 3d引數 (disk geometry)。即磁頭數(heads)，柱面數(cylinders)，扇區數(sectors)，以及相應chs定址方式。

chs定址模式將硬碟劃分為磁頭（heads）、柱面(cylinder)、扇區(sector)。

磁頭(heads)：每張磁片的正反兩面各有乙個磁頭，乙個磁頭對應一張磁片的乙個面。因此，用第幾磁頭就可以表示資料在哪個磁面。

柱面(cylinder)：所有磁片中半徑相同的同心磁軌構成「柱面"，意思是這一系列的磁軌垂直疊在一起，就形成乙個柱面的形狀。簡單地理解，柱面數=磁軌數。

扇區(sector)：將磁軌劃分為若干個小的區段，就是扇區。雖然很小，但實際是乙個扇子的形狀，故稱為扇區。每個扇區的容量為512位元組。

下面的圖可能能更好的幫助理解：

chs定址的最大容量

chs定址方式的容量由chs三個引數決定：

磁頭數最大為255 (用 8 個二進位制位儲存)。從0開始編號。

柱面數最大為1023(用 10 個二進位制位儲存)。從0開始編號。

扇區數最大數 63(用 6個二進位制位儲存)。從1始編號。

所以chs定址方式的最大定址範圍為：

255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 gb ( 1m =1048576 bytes )

或硬碟廠商常用的單位：

255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 gb ( 1m =1000000 bytes )

chs定址的缺點

顯然，由於要求每個磁軌的扇區數相等，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，不僅造成了硬碟空間的浪費，也限制了硬碟的容量。為了解決這一問題，進一步提高硬碟容量，人們改用等密度結構生產硬碟。也就是說，外圈磁軌的扇區比內圈磁軌多，採用這種結構後，硬碟不再具有實際的chs引數，定址方式也改為線性定址，即以扇區為單位進行定址。

但一些古老的軟體仍然使用chs定址方式(如使用biosint13h介面的軟體)，為了相容這樣的程式，在硬碟控制器內部安裝了乙個位址翻譯器，可以通過它將老式chs引數翻譯成新的線性引數。

lba(logical block addressing)邏輯塊定址模式。在 lba 模式下，我們知道硬碟上的乙個資料區域由它所在的磁頭、柱面（也就是磁軌）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碟進行定址（這稱為chs定址），這需要分別儲存每個區域的三個引數（這稱為3d引數），使用時再分別讀取三個引數，然後在送到磁碟控制器去執行。由於系統用8b來儲存磁頭位址，用10b來儲存柱面位址，用6b來儲存扇區位址，而乙個扇區共有512b，這樣使用chs定址一塊硬碟最大容量為256 * 1024 * 63 * 512b = 8064 mb(1mb = 1048576b)（若按1mb=1000000b來算就是8.4gb）。隨著硬碟技術的進步，硬碟容量越來越大，chs模式無法管理超過8064 mb的硬碟，因此工程師們發明了更加簡便的lba定址方式。在lba位址中，位址不再表示實際硬碟的實際實體地址（柱面、磁頭和扇區）。lba編址方式將 chs這種三維定址方式轉變為一維的線性定址，它把硬碟所有的物理扇區的c/h/s編號通過一定的規則轉變為一線性的編號，系統效率得到大大提高，避免了煩瑣的磁頭/柱面/扇區的定址方式。在訪問硬碟時，由硬碟控制器再這種邏輯位址轉換為實際硬碟的實體地址。

large 大硬碟模式，在硬碟的柱面超過 1024 而又不為 lba 支援時採用。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。

在這三種硬碟模式中，現在 lba 模式使用最多。

lba與c/h/s 之間的轉換:

設ns為每磁軌扇區數，nh為磁頭數，c、h、s分別表示磁碟的柱面、磁頭和扇區編號，lba表示邏輯扇區號，div為整除計算，mod為求餘計算，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)

硬碟的定址方式

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