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磁盤的尋址方式

硬盤有兩種尋址模式,壹種就是C/H/S(Cylinder/Head/Sector)尋址模式,也可以稱為三維地址模式,這是硬盤最早采用的尋址模式,當時硬盤的容量還非常小,人們采用與軟盤類似的結構生產硬盤,也就是硬盤盤片的每壹條磁道都具有相同的扇區數,由此產生了所謂的3D參數(Disk Geometry),既磁頭數(Heads)、柱面數(Cylinders)、 扇區數(Sectors),以及相應的尋址方式。

在老式硬盤中,由於每個磁道的扇區數相等(與軟盤壹樣),所以外磁道的記錄密度要遠低於內磁道,因此會浪費很多磁盤空間。為了解決這壹問題,進壹步提高硬盤容量(C/H/S尋址的容量是有限制的,後面會提到),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。采用這種結構後,硬盤不再具有實際的3D參數,尋址方式也改為線性尋址,即以扇區為單位進行尋址,這種尋址模式叫做LBA,全稱為Logic Block Address(即扇區的邏輯塊地址)。

扇區的三維物理地址與硬盤上的物理扇區壹壹對應,即三維物理地址可完全確定硬盤上的物理扇區。而在LBA方式下,系統把所有的物理扇區都按照某種方式或規則看做是壹個線性編號的扇區,即從0到某個最大值方式排列,並連成壹條線,把LBA作為壹個整體來對待,而不再是具體的實際的C/H/S值,這樣只用壹個序數就確定了壹個惟壹的物理扇區,顯然線性地址是物理扇區的邏輯地址。

為了與使用C/H/S尋址的老軟件兼容(如使用BIOS Int13H接口的軟件)在硬盤控制器內部安裝了壹個地址翻譯器,由它負責將C/H/S參數翻譯成LBA地址。

那麽LBA地址到底如何與實際的C/H/S值相對應呢?如何把C/H/S地址轉換為LBA地址,把LBA地址轉換成C/H/S值呢?

首先,我們來了解壹下從C/H/S到LBA線性地址的轉換規則。由於系統在寫入數據時是按照從柱面到柱面的方式,在上壹個柱面寫滿數據後才移動磁頭到下壹個柱面,並從柱面的第壹個磁頭的第壹個扇區開始寫入,從而使磁盤性能最優,所以,在對物理扇區進行線性編址時,也按照這種方式進行。即把第壹柱面(0柱)第壹磁頭(0面)的第壹扇區(1扇區)編為邏輯“0”扇區,把第壹柱面(0柱)第壹磁頭(0面)的第二扇區(2扇區)編為邏輯“1”扇區,直至第壹柱面(0柱)第壹磁頭(0面)的第63扇區(63扇區)編為邏輯“62”扇區,然後轉到第壹柱面(0柱)第二磁頭(1面)的第壹扇區(1扇區),接著上面編為邏輯“63”扇區,0柱面所有扇區編號完畢後轉到1柱面的0磁頭1扇區,依次往下進行,直至把所有的扇區都編上號。

另外還要註意C/H/S中的扇區編號從“1”至“63”,而LBA方式下扇區從“0”開始編號,所有扇區順序進行編號。

掌握了這個關系,我們就可以列出公式來對兩種尋址模式進行相互轉換。

從C/H/S到LBA的轉換公式:

這裏規定用C表示當前柱面號,H表示當前磁頭號,S表示當前扇區號,CS表示起始柱面號,HS表示起始磁頭號,SS表示起始扇區號,PS表示每磁道扇區數,PH表示每柱面磁道數,所以公式為:

LBA=(C–CS)﹡PH﹡PS+(H–HS)﹡PS+(S–SS)

壹般情況下,CS=0,HS=0,SS=1,PS=63,PH=255。

下面帶入幾個值驗證壹下:

當C/H/S=0/0/1時,代入公式得LBA=0

當C/H/S=0/0/63時,代入公式得LBA=62

當C/H/S=0/1/1時,代入公式得LBA=63

這裏不再過多驗證,請讀者自己進行跟多值的驗證,下面來看從LBA到C/H/S的轉換關系。

首先介紹兩種運算DIV和MOD(這裏指對正整數的操作)。DIV稱做整除運算,即被除數除以除數所得商的整數部分。比如,3 DIV 2=1,10 DIV 3=3;MOD運算則是取商的余數。比如,5 MOD 2=1,10 MOD 3=1。DIV和MOD是壹對搭檔,壹個取整數部分,壹個取余數部分。

各參數仍然按上述假設進行,則從LBA到C/H/S的轉換公式為:

C=LBA DIV (PH﹡PS)+CS

H=(LBA DIV PS)MOD PH+HS

S=LBA MOD PS+SS

同樣可以帶入幾個值進行驗證:

當LBA=0時,代入公式得C/H/S=0/0/1

當LBA=62時,代入公式得C/H/S=0/0/63

當LBA=63時,代入公式得C/H/S=0/1/1