【FAQ】存储基础知识 - 磁盘寻址（CHS寻址方式、LBA寻址方式）
【FAQ】存储基础知识 - 磁盘寻址
1、磁盘寻址
1.1、磁盘驱动器
维基百科网址：http://en.wikipedia.org/wiki/Hard_disk_drive
磁盘物理结构图如下：
磁盘逻辑组成图如下：
1.2、什么是CHS（cylinder head sector）
维基百科网址：http://en.wikipedia.org/wiki/Cylinder-head-sector
通过上面材料，我们了解到磁盘通常由多个盘片、多个磁头组成。
每个盘片对应一个磁头（head），每个盘片被化成多个同心圆(track/cylinder)，每个同心圆被切断成多个段（sector）。磁盘存储最小单位是sector，那么如何对sector进行定位？
CHS是早期在IBM PC架构上面用来进行磁盘寻址的办法。
CHS是一个三元组，组成如下：
1. 一共24个 bit位。
2. 其中前10位表示cylinder，中间8位表示head，后面6位表示sector。
3. 最大寻址空间
随着科技大发展，磁盘容量大幅提升。远远超过了8GB寻址范围，如何对8GB之外空间进行寻址？历史上曾经CHS从24位扩展到多28位，实现寻址128GB，但是面对现在磁盘2TB容量还是无能为力，下面我们请出最终解决方案LBA。
1.3、什么是LBA（logical block addressing）
维基百科网址：http://en.wikipedia.org/wiki/Logical_Block_Addressing#CHS_conversion
正如上文所说，LBA是用来取代CHS。那么LBA是怎么实现磁盘寻址？
1. LBA是一个整数，通过转换成CHS格式完成磁盘具体寻址。
2. LBA采用48个bit位寻址，最大寻址空间128PB。
LBA与CHS转换规则是怎么样的？
CHS->LBA
LBA->CHS
小结：
cylinder、head、sector这三个变量
补充一下：
a、
CHS方式寻址是在传统的扇区分布下进行的，即过盘片中心画直线来分扇区，具体如下图所示：
（图片来自【程序员应该知道的】硬盘基本知识）
而LBA转换为CHS寻址则使用的ZBR（Zone Bit Recording）方式分配扇区，即圆周上的扇区长短都一样。
b、
一个柱面是
磁盘低级格式化程序采用不同的寻址方式算法时，盘面划分后的图像也不一样（如上图）。
LBA
c、
寻址方式的寻址空间在大概8GB以内，所以
参考：https://community.emc.com/message/659692
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137GB、2.1TB硬盘容量限制和CHS、LBA寻址及GPT分区表、UEFI/EFI
引言：各种寻址方式的所能寻址的寻址空间收到限制跟各个层次上 寻址方式 所能使用的寄存器个数（CPU的 寄存器个数 对应能支持的操作系统的位数，BIOS 的各个层次的寄存器个数对应能支持的 寻址空间 大小）有关。
文件管理设备
参考：
http://www.aiseminar.cn/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=1849
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求硬盘的3种寻址模式 NORMAL LBA LARGE 详细介绍
希望高手能提供这三种模式的详细介绍 包括与CHS寻址方式的转换等等
另：目前市面上大于200GB的硬盘采用的是什么寻址方式？
请高手帮忙解答 谢谢！
回答：
1、
NORMAL 普通模式是最早的 IDE 方式，在硬盘访问时，BIOS 和 IDE 控制器对参数不做任何转换。该模式支持的最大柱面数 为 1024，最大磁头数为 16，最大扇区数为 63，每扇区字节数为 512，因此支持最大硬盘的容量为：512x63x16x1024=528MB。 在此模式下，硬盘的实际物理容量再大，也只能用到其中的 528M。 LBA(Logical Block Addressing)逻辑块寻址模式。管理的硬盘空间可达 8.4GB。在 LBA 模式下，设置的柱面、磁头、扇区等 参数并不是实际硬盘的物理参数。在访问硬盘时，由 IDE 控制器把由柱面、磁头、扇区等参数确定的逻辑地址转换为实际硬盘的 物理地址。在 LBA 模式下，可设置的最大磁头数为 255，其余参数与普通模式相同，由此可以计算出可访问的硬盘容量 为：512x63x255x1025=8.4GB。不过现在新主板的 BIOS 对 INT13 进行了扩展，使得 LBA 能支持 100GB 以上的硬盘。 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。 早些时候出产的主板大多使用28bit LBA硬盘寻址方式，而LBA方式是指以逻辑块方式使用硬盘的，其中每个逻辑块的大小是 512字节。于是在28位LBA硬盘寻址方式下，逻辑块数目的理论极限是2的28次方即268435456块，每块乘以512字节，则硬盘的 理论容量极限就是：268435456（块）*512（字节）=137,438,953,472字节=137GB。当然，这也是由于以前人们使用的硬盘的 大小通常都较小，主板的发展脚步要落后于硬盘的发展，后来到了硬盘已经超过137GB大小的时候，主板生产规则还停留在采用 28bit LBA硬盘寻址的时代，于是137GB容量限制的就来了！ 显然，对于硬盘生产厂家来说，解决这个137G容量极限的方法其实 是非常简单的，只要使用更高的硬盘寻址位数就可以了。目前所有容量超过137G的IDE/ATA硬盘，使用的都是48位LBA寻址方式， 而48位LBA寻址方式的理论容量极限是144,115,188,075,855,872字节=144,000,000 GB！很显然，在未来的许多年，这个容量 极限绝对够用了！ 对于硬盘的生产商而言，他们是不会生产容量正好是137GB的硬盘的，如果你的主板BIOS在开机检测中报告的 容量正好是137G，那么可以断定你的系统不支持48位LBA硬盘寻址方式。
硬盘的寻址模式，通俗地说，就是主板BIOS通过什么方式，查找硬盘低级格式化划分出来的扇区的位置。
适应不同的硬盘的容量，有不同的寻址模式：
CHS（或称为Normal）模式： 适应容量≤504MB的硬盘
LARGE（或称LRG）模式： 适应504MB≤容量≤8.4GB的硬盘
LBA（Logical Block Addressing）模式： 适应容量≥504MB的硬盘，但BIOS需支持扩展INT13H，否则也只能适应≤8.4GB的硬盘
以上三种寻址模式，可在BIOS设置的“STANDARD CMOS SETUP"项目中的“MODE"选项中选择（以AWARD BIOS为例）。
由于LARGE、LBA寻址模式采用了逻辑变换算法，比CHS复杂。但到目前为止大多数的资料、磁盘工具类软件中，采用的硬盘参数介绍
和计算方法却还是按照相对而言比较简单的CHS寻址模式，因此，CHS寻址模式是硬盘寻址模式的基础，理解CHS寻址模式，对目前而
言的硬盘使用和维护，还是很有用的。
CHS寻址模式：
① CHS寻址模式将硬盘划分为磁头（Heads）、柱面(Cylinder)、扇区(Sector)。
△磁头(Heads)：如本文第一条“了解硬盘的物理结构"第2小点所提到的，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，柱面就是磁道。
△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。
② 知道了磁头数、柱面数、扇区数，就可以很容易地确定数据保存在硬盘的哪个位置。也很容易确定硬盘的容量，其计算公式是：
硬盘容量＝磁头数×柱面数×扇区数×512字节
LARGE寻址模式：
LARGE寻址模式把柱面数除以整数倍、磁头数乘以整数倍而得到的逻辑磁头／柱面／扇区参数进行寻址，所以表示的已不是硬盘中的物理位置，
而是逻辑位置。LBA寻址模式是直接以扇区为单位进行寻址的，不再用磁头／柱面／扇区三种单位来进行寻址。但为了保持与
CHS模式的兼容，通过逻辑变换算法，可以转换为磁头／柱面／扇区三种参数来表示，但表示的也和LARGE寻址模式一样，已不
是硬盘中的物理位置，而是逻辑位置了。
参考：
http://www.360doc.com/content/14/0712/14/18521633_393882067.shtml
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