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48位寻址模式支持详解(48bit LBA)

2012-06-17 16:15来源:未知编辑:冰幻 浏览量:
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    48位寻址模式支持的最大单个硬盘是144PT(144000GB),但目前主流的操作系统是32位的,所以即便是主板已支持144PT的大硬盘,但实际上32位的操作系统支持的最大单个硬盘是2200GB。 下附主

      

      48位寻址模式支持的最大单个硬盘是144PT(144000GB),但目前主流的操作系统是32位的,所以即便是主板已支持144PT的大硬盘,但实际上32位的操作系统支持的最大单个硬盘是2200GB。

    下附主板支持最大单个硬盘的发展历史

    前言和容量限制历史

    自1980年开始,硬盘容量限制问题已成为个人电脑界内不争的事实,在过去15年间存储业内至少发生过10次左右的容量障碍问题,最为人们熟悉的可能就是 528MB及 8.4GB的硬盘容量限制。这些已经发现的容量限制问题都已被成功解决,因而人们都慢慢淡望了它的存在,但旧问题的解决并不意味着就没有新问题的出现,根据对目前硬盘设计机制及工作原理的分析,不难看出,下一个将出现的容量障碍点将是 137GB。

    而据业内调查显示,按照目前存储业的发展速度继续前进,只需到2001年下半年,硬盘供应商们就将推出容量超过 137GB的产品,因此现在如何突破硬盘容量新障碍,使用户能正常使用上超大容量硬盘已成为迫在眉捷的事情,硬盘容量限制问题再次成为人们关注的焦点。 www.upan.cc

    在本文开始分析最新的 137GB容量障碍的产生原因及其解决方案之前,先让我们来简单来回顾一下历史曾经发生的一些容量限制,这对于大家理解 137GB容量障碍也有帮助。

    按硬盘发展历史来看,容量限制问题总是不断地被发现接着被解决,然后又新问题产生,再寻求解决方案…,而全球存储业也在这一次又一次的发现问题、解决问题中得到了迅猛的发展。追溯存储业发展的足迹,不难发现,其实大多数的容量限制问题是由于设计开发者们没有着眼于未来而导致得,因为许多年前,当人们设计这些产品结构等时,有谁会想到若干年后用户会用到xxxxGB这么大的容量呢?既然用不到,那在设计时就朝节省及容易实现方向考虑,例如使用更少的寻址范围等,而这就为现在的硬盘容量限制问题埋下了巨大的隐患。

    最早被人们所发现得就是非常有名的“528MB 容量限制”,它的起因是由于早期的BIOS设计者没有想到硬盘容量会超过500MB,因此当把13号中断(INT13,系统就是通过此中断来读写硬盘)的地址寄存器转换为 ATA的地址寄存器时,只把 INT13中的10位柱面地址存到 ATA接口中的16位柱面寄存器中,而柱面寄存器的高6 名全部填0 。同时将6 位的扇区地址存到 ATA接口的8 位扇区寄存器中,其中高2 位全部填0 ,而且那时BIOS认为磁头数是不会超过16(即2的4次方),所以只把 INT13磁头寄存器的低4 位往 ATA接口里传递。上面的三点导致了当时硬盘的最大柱面数只有1024,最大磁头数为16,最大扇区数为63,所以能寻址的最大扇区数即只有 1,032,192(1024X16X63),一个扇区是 512字节,系统采用CHS寻址方式,所以当时的 IDE硬盘最大容量即只有 528.4MB,这就是比较著名的“528MB 容量限制”的缘由。如果用户在非常旧系统上安装容量大于 528MB的硬盘时,就有可能发现系统不能完全识别出全部容量,原因就出在所谓的“528MB 容量限制”问题上。由于这样的系统太陈旧,所以只有极少数用户会碰到这样的问题。 U盘之家

    而在“528MB 容量限制”问题后发现的“2.1GB 容量限制”问题,应该说会有相当大部份的用户曾经遇过,特别是在那段 DOS 操作系统风靡全球的岁月里更加常见。它的产生更多是由操作系统引起得,因为 DOS的文件分配表(FAT)处理存储空间是以簇为单位,一簇最大为 32,768KB,DOS 系统最多能处理65,536个簇,两者两乘即可得到 DOS系统的最大分区限值是 2,147,483,648KB=2.1GB,这也就是“2.1GB 容量限制”,正因此在 DOS系统下,一个分区的大小无法超过 2.1GB。

    2.1GB 容量限制”在硬盘容量障碍史上只算一个“插曲”,在其后面出现的一个比较重要的障碍就是广为人知的“8.4GB 容量限制”,相信很多用户都碰到过这个问题:明明自己买回来的20GB硬盘怎么装上去以后,系统只认到 8GB左右呢?看完下面部份,你就清楚为什么了。
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    在 IDE接口之后,硬盘厂商们对其进行了扩展并且定义为 EIDE接口,它支持 LAB(逻辑块寻址模式,Logical Block Addressing),突破了 528MB 的容量限制。但由于老式的 BIOS使用10位用于表示柱面数,用 8 位来表示磁头数,用6 位来表示扇区数,由此导致了老式BIOS支持的最大容量只有 512×63×255×1024=8.4GB。而在一年前硬盘就已经突破了 8.4GB,对于超过 8.4GB的大容量硬盘总不能当作 8.4GB产品来用吧!为了突破 8.4GB的容量障碍,人们想到了定义新的扩展 INT13,扩展 INT13不使用操作系统的寄存器传递硬盘的寻址参数,它使用了自己的地址包,地址包里保存的是64位 LBA地址,如果硬盘支持 LBA寻址,就把低28位地址直接传递给 ATA界面,如果不支持,操作系统就先把 LBA地址转换为 CHS地址,再传递给 ATA界面。通过这种方式,能实现在 ATA总线基础上 CHS寻址最大容量是 136.9GB,而 LBA寻址最大容量是 137.4GB,这样就完全解决了所谓的“8.4GB 容量限制”。



    经过上面的介绍,对经常听到的“528MB 容量限制”、“8.4GB 容量限制”是不是已经有所了解。从上面的介绍中还可以看出,虽然 8.4GB的容量障碍解决了,但是却产生了 137GB容量限制的新问题,“挑战容量,超越极限”又再一次成各硬盘厂商讨论的主题。

    那到底是什么原因导致了新的137GB容量限制问题呢?分析原因,是由于设计 ATA接口硬盘时只使用了28位寻址,这在上面突破 8.4GB容量限制时也提到了,采用 28位寻址就意味着一块硬盘上能支持的最大扇区数为 268,435,456,而每个扇区可以存储 512KB的数据,因此对一块 ATA硬盘所能支持的最大容量就只有 137.4GB,这就是 137GB容量限制问题的产生缘由。

    知道了 137GB容量障碍产生的原因,突破新极限的方法就可以从这里入手,即进一步扩展 ATA硬盘的寻址范围,将寻址位数由原来的 28位增加到 44位,这也就是 Big Drive的技术精髓。48 位的寻址范围使将来的硬盘能够管理高达 144PB(相当于 144,000GB)的大容量,即将来硬盘能存取的资料比现在硬盘的极限还超出100,000 倍。Big Drive 的另一个重要特点是将单命令可转移扇区数由原来的 256个(相当于131KB)增加到了 65536个(相当于 33MB),即硬盘的指定扇区数改由 16位来实现,这在需要移动大批量数据的场合(例如 A/V 处理或多媒体应用)特别有好处。这就好比是将水管的直径增宽了许多,水管变粗了水流自然会变得通畅及快速,而在此处单指令可传输更大数据量就意味着能大幅度地提升硬盘的数据传输率。 www.upan.cc

    为了使新系统能支持旧系统,即向下兼容问题,Big Drive 在执行 48位寻址时将同时执行 28位寻址,也就是说 48位与28位寻址是混合进行得。只有硬盘是采用 LAB 寻址模式时才会启用 48寻址方式,而且在“标识设备”响应数据时将显示支持的 48位寻址指令集。如果在某一设备中执行了 48位寻址指令时,被寻址所用的寄存器实际上是一个双字节的FIFO(先入先出),即每次当任何一个寄存器被涮新时,新写入的信息总是被放置于“最近涮新”单元,而寄存器中存储的上个信息将被移动到“上级内容”单元,而主机读取得正是寄存器中的“上级内容”。

    另外,要使电脑系统能真正支持到 144PB,除了硬件存储系统及其接口芯片方面的改造外,还需要使操作系统对硬盘的寻址改成 48位甚至更高,而这项工作对于所有软件开发团体来说都是一个重大的挑战,因为目前所有的软件,包括操作系统本身如 Windows 9x/ME、Windows NT4、Windows 2000、Windows XP及许多版本的 Linux, Mac OS 9.x等都是采用 32位的编码模式,所以对硬盘的寻址自然最大也只有 32位,虽然将其改编成 48位命令非常简单,但却有可能影响其它软件的正常使用。可以看出,在 144PB之前还将会出现一次由于操作系统引起的硬盘容量障碍,它的容量限制大小根据 32位计算,可以得出是 2.2 TB(相当于 2,200 GB)。即目前的操作系统在没有得到合适的解决方案之前,它们所能存储的最大硬盘容量将被限制在 2.2TB,这些问题将留给软件工程师们来解决。 U盘之家

    上面介绍得这些技术细节,对于用户可以不需要搞清楚是怎么回事,但对驱动器制造商及一些硬件、软件工程师们必须非常了解,因为他们需要开发驱动器的新型接口芯片及其软件,以使新设备或软件能使接受并解码新的 48位寻址方式。目前已经有康柏电脑、微软公司、威盛科技、CMD/Silicon 科技、ONTRACK 国际数据公司、Phoenix 公司、Promise工业以及 Storage Soft 公司等都表示支持下一代 ATA接口规格“Big Drive”。而ANSI T13技术委员会(也称为ANSI ATA 委员会)与迈拓公司正在共同依此制定了新一代的ATA标准?D?DATA/ATAPI-6,Big Drive 就是其核心。

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    48位寻址模式支持详解(48bit LBA):http://www.upan.cc/ssd/share/48bit_LBA.html

     

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