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CHS 到 LBA 映射 -（磁盘存储）

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CHS 到 LBA 映射 -（磁盘存储）

在 LBA 之前，您只是拥有磁盘的物理映射，最初在旧的 IBM-PC 兼容机器上使用 BIOS 进行磁盘访问看起来如下所示：

  • 汽缸数：（10b）
    • 0-1024（1024 = 2^10）
  • 头数： (8b)
    • 0-256（256 = 2^8）
  • 扇区号： (6b)
    • 0 通常保留用于“引导扇区“（C-0，H-0，s-0）
    • 1-64 (63 = 2^6 - 1) *0 为保留

总 CHS 地址：24b (10+8+6)

过去，平均（文件|块|扇区）大小为 512B。

示例来自维基百科：

512(bytes) × 63(sectors) x 256(heads) × 1024(cylinders) = 8064 MiB (yields what is known as 8 GiB limit)

我感到困惑的是头实际上是 LBA 公式中提到的 heads-per-cylinder。这对我来说没有意义，因为据我所知，头部是头，除非它是可移动媒体每个拼盘有两个 (顶部、底部)，每个表面各一个。

在此处输入图片描述

在我看来，将它们称为heads-per-disk或更有意义heads-per-surface，因为圆柱体穿过整个磁盘（多个盘片）。

在此处输入图片描述

逻辑块寻址：

公式：A = (c ⋅ Nheads + h) ⋅ Nsectors + (s − 1)

  • A- 逻辑块地址
  • Nheads- 磁盘上的磁头数量heads-per-disk
  • Nsectors- 磁道上的扇区数sectors-per-track
  • c,h,s- 是磁柱、磁头、磁扇区号24-bits total (10+8+6)

看看第一个例子这里：

For geometry 1020 16 63 of a disk with 1028160 sectors CHS 3 2 1 is LBA  3150=(3× 16+2)× 63

几何学：（这是由制造商定义的）

  • 气缸 - 1020
  • 头数：16
  • 部门 - 63

答案1

总的来说，您的术语使用得相当马虎，因此这会造成进一步的混淆。

1024 位可寻址数（1024 = 2^10）

IBM PC/XT 使用 Western Digital WD1010 磁盘控制器，该控制器使用（在硬件寄存器中）10 位柱面编号。
第一个柱面的地址为 0，因此共有 1024 个柱面地址。
"可寻址号码“是无稽之谈。”

-1 表示“引导扇区”（c-0、h-0、s-0），
63 位可寻址数（63 = 2^6 - 1）

第一个扇区（每个磁道的）地址为 1，因此 6 位扇区号可以寻址每个磁道上最多 63 个扇区（扇区号 1 到 63）。
没有扇区地址为零。它不是保留的。它不存在。
减去此偏移量是算术上的必需，与引导扇区没有任何关系。使用磁盘驱动器的第一个扇区（或任何扇区）进行引导（或任何功能）与减去起始偏移量的需要无关。

因此，我可以得到以下理论最大地址：

512（字节）× 63（扇区）x 256（磁头）× 1024（磁柱）= 8064 MiB

不，这是最大容量。
磁盘地址是针对扇区的，而不是针对字节的。

我理解头部号码是一个 246 位可寻址数字......

嗯？？？“可寻址数字”？？？
驱动器参数之一是磁头数（在一个磁柱中）。CHS
地址中的数字之一是磁头数。246
位？？？

我感到困惑的是，当提到头部时，它到底是什么heads-per-track。

Heads-per-track是您编造的，因为 PC 中使用的典型 HDD 没有这样的参数（即该数字始终为 1）。
特定轨道只能由一个特定的 R/W 磁头读取和写入。
每个表面有一个 R/W 磁头。（您不太可能使用双端口驱动器。）
R/W 磁头安装在臂的末端。
所有 R/W 磁头和臂都包含一个由执行器移动/旋转的组件。
（但也有固定的磁头磁盘驱动器，例如每个磁道一个磁头，寻道时间为零。）

这些术语对我来说没有任何意义，因为据我所知，磁头是（实际执行读/写操作的臂），除非是可移动介质，否则每个盘片都有两个磁头（顶部、底部），因此将它们称为每盘片磁头数或每盘磁头数更有意义……而实际上应该是每磁道扇区数，对吗？

那么显然你搞不清楚磁头是什么。
你还把“盘片”和“表面”搞混了。
没有要求必须使用盘片的两面，因此每个表面都被视为一个单元，而不是盘片作为一个单元。
有一个名为 的驱动器参数sectors per track。

heads-per-track现在，当您查看从 CHS 到 LBA 的转换时就会出现这个术语。

再次，你似乎编造了一些东西。每条轨道的磁头数是统一的。

但是几何 1020,16,63 如何转换为 CHS 3,2,1 有人可以向我解释一下吗？

LBA 是扇区地址。CHS
也是扇区地址。
为了将一种地址格式转换为另一种地址格式，您需要指定驱动器几何结构：

. number of cylinders  
. number of heads (per cylinder)  
. number of sectors per track

您无法将几何图形*翻译*为地址；您使用几何结构来转换地址。如果驱动器几何结构为，则
CHS 地址3,2,1相当于 LBA 地址。31501020,16,63

修订后课题的附录

在我看来，将它们称为“每盘磁头数”或“每表面磁头数”更有意义，因为一个圆柱体穿过整个磁盘（多个盘片）。

在我读过的众多技术文档（来自磁盘驱动器制造商）中，单端口驱动器的规格表会列出读写头数量和盘片数量heads per disk。从来就不存在、heads per surface或的比率heads per platter。

在我作为软件/固件工程师开发控制器固件、磁盘设备驱动程序和文件系统处理程序的工作中，我从未关心过或不得不使用盘片数量。盘片数量或盘片可能有两个表面是机械性能与 CHS 寻址的驱动器几何形状完全无关。

CHS 中的 C 表示磁柱地址。磁盘驱动器必须（以机电方式）寻找到请求的气缸地址/位置，以便 R/W 头组件正确定位。

CHS 中的 H 表示读写头地址。磁盘控制器（电气上）选择请求的 R/W 磁头（寻道完成后）按其地址访问正确的磁道。所有其他 R/W 磁头均被（电气）禁用。

CHS 中的 S 表示扇区地址。磁盘控制器（以编程方式）扫描每个扇区（在寻道和选择磁头之后），当它在（选定的）R/W 磁头下旋转时，直到找到请求的扇区（例如，读取扇区的 ID 记录，并执行地址比较）。

此外，
如果您熟悉维度分析，那么将磁盘驱动器的磁头数量指定为heads per cylinder比 更有意义heads per drive。

我了解几何 CHS 数，但是 (3,2,1) 元组 CHS 数来自哪里？

这只是一个任意选择的 CHS 地址，用于转换为 LBA 地址的示例。

顺便提一句
用终端用户术语来说，“磁盘”==磁盘驱动器。
用专业 HDD 术语来说，“磁盘”==磁盘盘片。

答案2

以下是用 Python 实现的转换、历史怪癖和正确术语的便捷快速摘要。大写字母指定几何，小写字母指定(c,h,s)扇区地址的组成部分。

默认几何(C,H,S)结构给出了现代大磁盘在 MBR/BIOS 样式启动早期通常使用的值。

def chs(lba,C=1024,H=255,S=63):
  """
  'lba' linearly addresses sector, indexing from zero.
  'C','H','S' specify geometry - fixed for a given disk:
     1 <= C <= 1024 (10 bits)
     1 <= H <= 255  (8 bits) not 256 due to WD1010 quirk
     1 <= S <= 63   (6 Bits) not 64 due to WD1010 quirk
   Returns address as c,h,s tuple:
     0 <= c <= 1023 (10 bits) modulo C
     0 <= h <= 255  (8 bits) modulo H
     1 <= s <= 63   (6 Bits) not 64 due to WD1010 quirk
  """
  if C<1 or H<1 or S<1 or C>1024 or H>255 or S>63:
    raise ValueError, \
      "Invalid (C,H,S) geometry: ({},{},{})". \
        format(C,H,S)
  t,s = divmod(lba,S); s+=1 # tracks, sector offset
  c,h = divmod(t,H)
  if c>=C: raise ValueError, \
    "Unaddressable lba value: {} for ({},{},{}) geometry.". \
      format(lba,C,H,S)
  return (c,h,s)

def lba(c,h,s,C=1024,H=255,S=63):
  """
  'C','H','S' specify geometry as for function 'chs'.
  'c','h','s' address a sector in this geometry.
  """
  if C<1 or H<1 or S<1 or C>1024 or H>255 or S>63:
    raise ValueError, \
      "Invalid (C,H,S) geometry: ({},{},{})". \
         format(C,H,S)
  if c<0 or h<0 or s<1 or c>=C or h>=H or s>S:
    raise ValueError, \
      "Unaddressable (c,h,s) value: ({},{},{}) for ({},{},{}) geometry.". \
         format(c,h,s,C,H,S)
  return (c*H+h)*S+(s-1)

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