硬盤容量限制問題的形成以及解決方案

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡(luò)整理，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝！硬盤容量限制問題的形成以及解決方案1957年IBM公司研制成功的IBM350（RAMAC）是第一臺真正意義上的硬盤存儲器，之后經(jīng)歷了漫長的技術(shù)革新，于80年代初期引入PC（個人電腦），當(dāng)時的容量僅為20-40M，而經(jīng)過10幾年的發(fā)展，硬盤的容量逐步提高，而當(dāng)時一些是系統(tǒng)無法完全識別或正常使用超過一定容量的硬盤）要明白這個原因我們需要對IDE們今天的IDE硬盤驅(qū)動依舊使用早先的DOS-BIOS（磁盤操作系統(tǒng)-基本輸入/輸出系統(tǒng)）的分層結(jié)構(gòu)上。它的基本工作模式就是：程序調(diào)用->DOS功能調(diào)用->文件管理設(shè)備->INT13中斷管理（讀/寫）->BIOS磁盤服務(wù)->IDE（ATA）界面->才能完成，那么我們以下一起來看看這一系列步驟的作用。過磁盤讀寫中斷INT13FAT中找到文件在磁盤上的位置，接著就調(diào)入文件。IDE（ATA）界面：在介紹IDE（ATA）界面前，簡單說說硬盤的結(jié)構(gòu)：硬盤分為512傳輸都是以扇區(qū)（柱面被等分的園弧磁跡）為單位的。IDE（ATA）界面是寄存器驅(qū)動式的并口總線。要傳輸數(shù)據(jù)，BIOS首先往IDE（ATA）里特定的寄存器寫入數(shù)據(jù)的開始地址和數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈L度，再把有關(guān)的讀/寫命令往特定的寄存器里發(fā)送從而開始數(shù)據(jù)傳輸?，F(xiàn)在的硬盤一般都支持邏輯塊尋址(LBA)和柱面磁頭扇區(qū)尋址(CHS),我們以CHS尋址方式來舉例：數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始地址是寫到4個8位寄存器里的，分別是：因此，柱面地址是16位[柱面低位寄存器（8位），柱面高位寄存器（8位）]。扇區(qū)地址是8位（注意：扇區(qū)寄存器里第一個扇區(qū)是1扇區(qū)，而不是0扇區(qū)）。而磁頭地址是4位（沒有完全占用8位）。因此，硬盤柱面的最大數(shù)是65,536（2的16次方），磁頭的最大數(shù)是16（2的4次方），扇區(qū)的最大數(shù)是255（2的8次方-1，注意剛剛我們提到的扇區(qū)寄存器問題)。所以，能尋址的最大扇區(qū)數(shù)是267,386,880(65,536x16x255)512CHSIDE硬盤的最大容量為136.9GBLBA尋址方式，上述的總共28位可用的寄存器空間(16+8+4)被看作一個完整的LBA地址，因為包括位0（CHS里扇區(qū)不能從0開始計算），其能尋址的扇區(qū)數(shù)是268,435,456(65,536x16x256)，這時IDE硬盤的最大容量為137.4GB。INT13管理：INT13管理其實也是按照寄存器的模式來設(shè)計的，它的高層即文件管理器層發(fā)布數(shù)據(jù)讀寫命令和有關(guān)的參數(shù)給CPU，然后觸發(fā)INT13中斷的進(jìn)行，激活BIOS的磁盤服務(wù)來執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)的開始地址被寫到3個8位寄存器里，分別是：柱面地址是10位（柱面低位寄存器占用8位、柱面高位寄存器占用2位），扇區(qū)地址為68位－已經(jīng)被計算過的高位寄存器的28位。因此如果這樣的話：柱面的最大數(shù)是1024（2的10次方），磁頭的最大數(shù)是256（2的8次方），扇區(qū)的最大數(shù)是63（2的6次方-1)。所以，通過INT13管理能尋址的扇區(qū)數(shù)是16,515,072(1,024x256x63)。一扇區(qū)是512字節(jié)，也就是說如果以CHS尋址方式，IDE硬盤的最大容量為8.456GB。LBA尋址方式能尋址的扇區(qū)數(shù)是16,777,216(1024x256x64)IDE硬盤的最大容量為8.601GB。具體來到底是什么讓硬盤出現(xiàn)了所謂的限制：BIOS的時候當(dāng)把地址從Int13的地址寄存器轉(zhuǎn)換為IDE（ATA）的地址寄存器時，僅僅把INT13管理中10位的柱面地址用來對應(yīng)IDE（ATA）界面中的16位柱面寄存器，而把沒有用到的6位（高06位的扇區(qū)地址來對應(yīng)IDE（ATA的8位扇區(qū)寄存器，其中沒有用到的2位設(shè)置為0。并且INT13管理的磁頭寄存器4位（又去掉了4位）來對應(yīng)IDE（ATA）。因此，此時的磁盤柱面最大數(shù)為1024（2的10次方），磁頭的最大數(shù)是16（2的4次方），扇區(qū)的最大數(shù)是63（2的6次方-1)。因此能尋址的扇區(qū)數(shù)就成了1,032,192(1,024x16x63)。一個扇區(qū)的容量是512字節(jié)，也就是說如果以CHSIDE硬盤的最大容量為528.4MB。因此528MB的硬盤容量限制就出現(xiàn)了。2.1GB2.1GB的軟件容量限制。硬件容量硬件528MB是INT13服務(wù)的磁頭寄存器沒有用到的4位中的2位（確切的說是高2位）保留給柱面數(shù)的第11、12位使用。這樣，最大的磁頭數(shù)就是64（2的6次方）。能記錄磁頭數(shù)。比如，為了正確地轉(zhuǎn)換柱面數(shù)為2,048、磁頭數(shù)為64的硬盤，就需要操作系統(tǒng)把柱面數(shù)除以（512（256個邏輯磁頭數(shù)）。不過由于BIOS中并沒有開放所有的磁頭數(shù)寄存器，當(dāng)然無法記錄這樣的磁頭數(shù)。因此遇到這種運行機制的BIOS，在系統(tǒng)自檢的時候就會造成系統(tǒng)當(dāng)機。當(dāng)時DOS分區(qū)的限制是由文件分配表（FAT）決定的。FAT處理存儲空間是以簇32,76865,536果將兩個數(shù)字相乘，就會得到DOS的最大分區(qū)界限值是2,147,483,648字節(jié)或2,048MB(2,147,483,648/1,0242)。因此超過這個容量的硬盤，如果使用FAT格式，就最大只能識別2.048GB的硬盤容量。一些版本的BIOS不能識別超過6322柱面的硬盤，不過這種BIOS比較少見，由于柱面有限制，其最高支持扇區(qū)數(shù)為6,372,576（6322x16x63），如果乘以512扇區(qū)容量的話，其最高支持容量為6,372,576x512＝當(dāng)時一些操作系統(tǒng)使用8位寄存器來存儲磁頭數(shù)，這樣當(dāng)BIOS報告硬盤的磁頭數(shù)等于256(最高容量)時，只有磁頭數(shù)的最先一位（即0）被系統(tǒng)保存，從而導(dǎo)致硬盤配置錯誤。一旦硬盤的磁頭數(shù)是16，柱面數(shù)大于8,192(2的13次方，由528MB容量限明白有這個限制就夠了)，系統(tǒng)就無法正常識別了，因此其最大的容量就被限制在了4.2GB＝8192x16x63x512/1024。我們已經(jīng)知道INT13服務(wù)的尋址方式最高可以支持8.4GB16,38316和638.456GB的容量限制。為了解決這個問題，一些廠商定義了新的擴展INT13服務(wù)擴展標(biāo)準(zhǔn)。新的INT13服務(wù)擴展標(biāo)準(zhǔn)不使用操作系統(tǒng)的寄存器傳遞硬盤的尋址參數(shù)，它使用存儲在操作系統(tǒng)內(nèi)存里的地址包。地址包里保存的是64位LBA地址，如果硬盤支持LBA尋址，就把低28位直接傳遞給ATA界面，如果不支持，操作系統(tǒng)就先把LBA地址轉(zhuǎn)換為CHSATA在ATA總線基礎(chǔ)上CHS尋址最大容量是136.9GB，而LBA尋址最大容量是137.4GB。在CHS尋址中，由于IDE(ATA)界面的限制，柱面數(shù)最高支持（2的16次方－165,535不過LBA由于獨特的尋址模式就不存在這個問題，這個容量限制具體為：65535x16x63x512/1024=33.8GB。相信這個問題就不用提了，目前的磁盤工作方式就注定IDE硬盤存在這個問題，前面介紹IDE(ATA)那么遇到容量限制問題的時候，系統(tǒng)會出現(xiàn)什么狀況呢？并且遇到這些問題如何解決呢？癥狀：無論硬盤容量有多大，操作系統(tǒng)識別不超過528MB。解決方法：LBA模式設(shè)置硬盤，不過當(dāng)時很多硬盤和BIOS都不支持這種設(shè)置，因此只能更換主板癥狀：在加電自檢時當(dāng)機解決方法：更換FAT32文件分配（不過早先的一些軟件就無法使用了，并且不支持這個文件格式的操作系統(tǒng)也無法使用）劃分多個分區(qū)癥狀：在加電自檢時當(dāng)機癥狀：在硬盤上創(chuàng)建分區(qū)后，再啟動機器時當(dāng)機。癥狀：系統(tǒng)報告硬盤容量不超過8.4GB，在BIOS自檢的時候可能會報硬盤參數(shù)錯誤并當(dāng)機解決方法：升級BIOS、采用專用的分區(qū)軟件解決方法：升級BIOS，使用專用的硬盤管理軟件、強制硬盤跳線、使用LBA模解決方法：需要硬盤和主板（可以用ATA133控制卡來支持）都支持最新的ATA133規(guī)范（ATA133規(guī)范是剛剛由Maxtor提出的一種新的硬盤傳輸規(guī)范，其把目前最高的28位可用的寄存器空間提高到48位，從而支持更大的硬盤）從硬件思路上來看，既然很多問題都是由BIOS引起的，那么升級到合適的版本也就可以突破很多容量限制了，比如：3.2GB、4.2GB、8.4GB、33.8GB，這也是目前解決硬盤容量限制最簡單的辦法了。另外選擇BIOS擴展卡也是一個解決方法，不過此方法用于老主板上，目前的主板的BIOS都支持擦寫，BIOS擴展卡使用起來即麻煩又要我們多投入一些金錢。LBA尋址模式就可以解決問題了，因此一些公司推出了針對這個問題修補方法，其中最優(yōu)秀的就是Maxtor的MaxBlast和WesternDigital的EZDrive了，這兩種解決方法其實就是軟件的管理BIOS，通過它來同系統(tǒng)BIOS進(jìn)行聯(lián)系），而是在BIOS啟動后、操作系統(tǒng)啟動前加載的，所以實現(xiàn)也比較簡單。軟件已經(jīng)附帶了INT13擴展標(biāo)準(zhǔn)因此可以支持更大容量的硬盤，不過它也是同MaxBlast和EZDrive一樣會系統(tǒng)啟動后加載INT13擴展，當(dāng)遇到硬盤分區(qū)表破壞或者覆蓋后，磁盤使用會再次出現(xiàn)問題。目前又幾種操作系統(tǒng)不支持大容量的硬盤：DOS6.22或更低的版本，不支持大于8.4GB的硬盤，并且沒有辦法解決。Windows95（NT3.5x）支持INT13擴展、支持更大容量的硬盤，不過FAT16限制其每分區(qū)最大支持的容量僅為2GB。另外以上兩種操作系統(tǒng)都不支持FAT32格式，因此要使用大硬盤盡量不要采用以上的操作系統(tǒng)。WindowsNT4.0存在一個奇怪的問題：當(dāng)啟動分區(qū)的容量大于8.4GB時，NT就不能使用超過8.4GB的其它硬盤空間了，因此使用此操作系統(tǒng)要注意。吧，一般來說避免容量限制問題的出現(xiàn)就是：更新BIOS，盡量不是用CHS硬盤何費用，并且對所有用硬盤都適用，并且無須進(jìn)行煩瑣的軟件設(shè)置或安裝。BIOS中限制僅為8.4GBCMOS系統(tǒng)執(zhí)行FDISK，在系統(tǒng)認(rèn)出的8.4GB硬盤上