硬盘寻址

Posted 2021-07-30 锦衣admin

硬盘寻址

• 硬盘寻址
• • CHS寻址模式
  • LBA寻址模式

硬盘寻址

内存读写数据时需要到硬盘内进行。

CHS寻址模式

CHS寻址介绍：

早期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：使用时分别读取三个参数，然后再送到磁盘控制器去执行。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。

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

1. 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。
2. 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。
3. 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。

CHS寻址计算方式过程：

由于早期磁盘的每个磁道的扇区数一样多（外圈磁颗粒稀疏，耐用性强），整体磁盘空间大小也不大。所以在设计时用了24位来表示：10+8+6：

1. C, (柱面数) 可编程数为 2^10 =1024
2. H, (磁头数) 可编程数为 2^8 =256
3. S, (扇区数) 可编程数为 2^6 =64

• 由于1位用于特殊作用，均需要减1 即最大寻址空间为：
  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寻址方式的容量由CHS三个参数决定：硬盘容量 = 柱面数 × 磁头数 × 扇区数 × 512(扇区字节)

LBA寻址模式

LBA寻址介绍：

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（LBA寻址 ），即以扇区为单位进行寻址。

其中物理特性里，主要的几个关键参数均有改变：

1. 磁盘面的磁颗粒更高密+磁头更稳定更细(影响C)
2. 磁盘面的磁颗粒均匀分布（影响S）
3. 磁盘增加磁盘盘面（影响H）

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，由硬盘控制器将这种逻辑地址转换为实际硬盘的物理地址。

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。

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。

LBA寻址计算过程：

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）PHPS+（H-HS）*PS+(S-SS)