硬盘的寻址方式

什么是CHS寻址

很久以前， 硬盘的容量还非常小的时候，人们采用与软盘类似的结构生产硬盘。也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数。由此产生了所谓的CSH 3D参数 (Disk Geometry)。即磁头数(Heads)，柱面数(Cylinders)，扇区数(Sectors)，以及相应CHS寻址方式。

CHS寻址模式将硬盘划分为磁头（Heads）、柱面(Cylinder)、扇区(Sector)。

磁头(Heads)：每张磁片的正反两面各有一个磁头，一个磁头对应一张磁片的一个面。因此，用第几磁 头就可以表示数据在哪个磁面。

柱面(Cylinder)：所有磁片中半径相同的同心磁道构成“柱面"，意思是这一系列的磁道垂直叠在一起，就形成一个柱面的形状。简单地理解，柱面数=磁道数。

扇区(Sector)：将磁道划分为若干个小的区段，就是扇区。虽然很小，但实际是一个扇子的形状，故称为扇区。每个扇区的容量为512字节。

下面的图可能能更好的帮助理解：

CHS寻址的最大容量

CHS寻址方式的容量由CHS三个参数决定：

磁头数最大为255 (用 8 个二进制位存储)。从0开始编号。

柱面数最大为1023(用 10 个二进制位存储)。从0开始编号。

扇区数最大数 63(用 6个二进制位存储)。从1始编号。

所以CHS寻址方式的最大寻址范围为：

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

或硬盘厂商常用的单位：

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

CHS寻址的缺点

显然，由于要求每个磁道的扇区数相等，而外道的周长要大于内道，所以外道的记录密度要远低于内道，不仅造成了硬盘空间的浪费，也限制了硬盘的容量。为了解决这一问题，进一步提高硬盘容量，人们改用等密度结构生产硬盘。也就是说，外圈磁道的扇区比内圈磁道多，采用这种结构后，硬盘不再具有实际的CHS参数，寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位进行寻址。

但一些古老的软件仍然使用CHS寻址方式(如使用BIOSInt13H接口的软件)，为了兼容这样的程序，在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器，可以通过它将老式CHS参数翻译成新的线性参数。

 

LBA(Logical Block Addressing)逻辑块寻址模式。在 LBA 模式下，我们知道硬盘上的一个数据区域由它所在的磁头、柱面（也就是磁道）和扇区所唯一确定。早期系统就是直接使用磁头柱面和扇区来对硬盘进行寻址（这称 为CHS寻址），这需要分别存储每个区域的三个参数（这称为3D参数），使用时再分别读取三个参数，然后在送到磁盘控制器去执行。由于系统用8b来存储磁 头地址，用10b来存储柱面地址，用6b来存储扇区地址，而一个扇区共有512B，这样使用CHS寻址一块硬盘最大容量为256 * 1024 * 63 * 512B = 8064 MB(1MB = 1048576B)（若按1MB=1000000B来算就是8.4GB）。随着硬盘技术的进步，硬盘容量越来越大，CHS模式无法管理超过8064 MB的硬盘，因此工程师们发明了更加简便的LBA寻址方式。在LBA地址中，地址不再表示实际硬盘的实际物理地址（柱面、磁头和扇区）。LBA编址方式将 CHS这种三维寻址方式转变为一维的线性寻址，它把硬盘所有的物理扇区的C/H/S编号通过一定的规则转变为一线性的编号，系统效率得到大大提高，避免了 烦琐的磁头/柱面/扇区的寻址方式。在访问硬盘时，由硬盘控制器再这种逻辑地址转换为实际硬盘的物理地址。

　　LARGE 大硬盘模式，在硬盘的柱面超过 1024 而又不为 LBA 支持时采用。LARGE 模式采用的方法是把柱面数除以 2，把磁头数乘以 2，其结果总容量不变。

　　在这三种硬盘模式中，现在 LBA 模式使用最多。

　　LBA与C/H/S 之间的转换:

　　设NS为每磁道扇区数，NH为磁头数，C、H、S分别表示磁盘的柱面、磁头和扇区编号，LBA表示逻辑扇区号，div为整除计算，mod为求余计算，则：

　　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 则 CHS = 0/0/1

　　从C/H/S到LBA的计算公式：

　　LBA=（C-CS）*PH*PS+（H-HS）*PS+(S-SS)