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硬盘的物理地址和逻辑地址

2019年6月28日 / 3次阅读
计算机

从1957年IBM公司研制成功出第一台真正意义上的硬盘存储器到现在已将近半个世纪,在这短短的几十年时间里,硬盘逐渐成为电脑不可缺少的外部存储设备,被广泛应用。硬盘的容量成千上万倍地增长,从当初的数十MB发展到现在的数百GB,甚至达TB量级。

硬盘容量的大幅度增加,其寻址模式也随之不断变化。最早采用的是C/H/S(Cylinder/Head/Sector)寻址模式,它依据磁头数(Heads)、柱面数(Cylinders)和扇区数(Sectors)构成的绝对地址来寻址的,也称为硬盘的物理地址。通常DOS系统将“柱面/磁头/扇区”这样表示法称为“绝对扇区”表示法,但DOS不能直接使用绝对扇区进行磁盘上的信息管理(文件系统管理),而是用所谓“相对扇区”或“DOS扇区”——即按扇区号,磁头号和柱面号(磁道号)增长的顺序连续地分配DOS扇区号。(SSD硬盘的物理地址什么?)

在早期的硬盘中,由于每个磁道的扇区数相等,外磁道的记录密度远低于内磁道,因此造成很多磁盘空间的浪费。为了解决这一问题,人们改用等密度结构,即外圈磁道的扇区比内圈磁道多。此种结构的硬盘不再具有实际的3D参数,寻址方式也改为以扇区为单位的线性寻址,这种寻址模式便是LBA(Logic Block Address,逻辑块地址)。在这种模式下,硬盘的物理地址与逻辑地址的转换问题有一定必要性和复杂性。

所谓逻辑地址(逻辑扇区,LBA)是物理地址(物理扇区,C/H/S)的一组连续数字的编号,操作系统采用的一种扇区编号方式,其编号是从0开始到某个最大值方式排列,并连成一条线。使用逻辑地址主要有以下两个优点:

第一,逻辑地址的概念使硬盘的读写操作脱离了柱面、磁头和扇区的硬件参数;

第二,在硬盘中,每一定数目的扇区组成了数据文件的最小单位—— ,在对一个具体的簇进行读写操作时,操作系统划分一个一维的逻辑地址号要比使用三维物理地址简单很多,如果一个簇的扇区跨越在两个盘片,则使用“柱面、磁头和扇区”的表示方法就更加复杂了。

 

为了与使用C/H/S寻址的老软件兼容,硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器,它负责将C/H/S参数翻译成LBA地址。

同时,由于系统在写入数据时是按照从柱面到柱面的方式,当上一个柱面写满数据后才移动磁头到下一个柱面,而且是从柱面的第一个磁头的第一个扇区开始写入,从而使磁盘性能最优。那么在对物理扇区进行线性编址时,也是按照这种方式进行。即把第一柱面(0柱)第一磁头(0面)的第一扇区(1扇区)编为逻辑“0”扇区,把第一柱面(0柱)第一磁头(0面)的第二扇区(2扇区)编为逻辑“1”扇区,直至第一柱面(0柱)第一磁头(0面)的第63扇区(63扇区)编为逻辑“62”扇区,然后将磁头转到第一柱面(0柱)第二磁头(1面)的第一扇区(1扇区),接着上面其对应的逻辑编号为第“63”扇区,0柱面所有扇区编号完毕后才转到1柱面的0磁头1扇区,依次向下进行,直到将所有的扇区都编上号。我们需要注意的是,物理扇区C/H/S中的扇区编号是从“1”至“63”,而逻辑扇区LBA方式下扇区是从“0”开始编号,所有扇区编号按顺序进行。

硬盘逻辑地址与物理地址可以相互转换。

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