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海量存储的精彩 日立3TB硬盘深度评测

  Long long ago,在PC技术还处于初步发展的时候,IBM和微软为磁盘制定了一些规范,一直延用到今天,比如磁盘扇区大小为512byte,三十年后的今天再回头看看,这些巨头肯定是没预料到PC技术日新月异,发展的实在是太快了,完全超越了他们当时的“高瞻远瞩”。

  初遇8.4GB极限

IOps读写性能测试
硬盘示意图

  最初,人们采用柱面数(Cylinders)、磁头数(Heads)和扇区数(Sectors)的方式对磁盘进行寻址,也就是CHS(Cylinder/Head/Sector)寻址,这三个参数能唯一确定磁盘上的数据区域。CHS采用的是24bit数据操作方式,其中柱面数为8bit数据,磁头数为10bit,扇区数为6bit,每个扇区的大小为512byte,因此从理论上讲,当时磁盘容量的极限为:

  28 * 210 * 26 * 512 byte = 8589 MB = 8.4 GB

  很显然,计划赶不上变化,磁盘容量一直在突破中,业界开始放弃古老的CHS寻址模式,采用了新的LBA(Logical Block Addressing)逻辑块寻址模式。

  再遇137GB极限

  在LBA模式中,地址不再表示实际磁盘的实际物理地址(柱面、磁头和扇区),LBA编址方式将CHS三维寻址方式转变为一维的线性寻址,系统效率得到大大提高,在访问磁盘时,由磁盘控制器再将这种逻辑地址转换为实际磁盘的物理地址。

  开始时,LBA的寻址数据只有28bit,比CHS模式的24bit提高有限:

  228 * 512 byte = 137438 MB = 137 GB

  137GB的极限问题很多人可能还记忆犹新,几年前当160GB磁盘潮涌而来时,不少玩家发现他们的主板不能识别新的磁盘,或者只能使用137GB的容量。当然解决的办法也很简单,提升LBA的寻址数据空间。

  新的2.1TB极限

  Technical Committee T13(T13技术委员会,ATA存储设备规范协议制订组织)为了解决28bit LBA寻址模式的限制,对于ATA/ATAPI-6标准进行了一些修改,通过48bit LBA来支持更多的扇区,但是古老的MBR(Main Bootable Record,主引导记录)只能是32bit的,因此即使是48bit LBA,其最大能寻址的磁盘容量也只能达到2.1TB:

  232 * 512 byte = 2199023 MB = 2.19 TB

  虽然在目前来说,大多数人的磁盘容量还没有超过2TB,但是3TB的磁盘却已面世。

  3TB是一件难事

  历史悠久的512byte扇区大小非常之根深蒂固,像磁盘控制芯片、BIOS和操作系统等方面都是以此为基础的,虽然希捷等厂商有推出4KB扇区的磁盘,但还是非主流,真正在操作系统中应用时还是模拟成512byte才能得以应用的。

  同样历史悠久的MBR,让寻址寄存器定格在32bit,传统的LBA模式只得再求新变,采用一个新的LBA模式是一个很好的解决途径,也就是Long LBA,它增加了CDB(命令描述块)的字节数。

  CDB是用于磁盘和主机间进行通讯的数据格式,其中包含了LBA信息以便磁盘可以知道所要寻址的扇区位置。一个标准的CDB由10个字节组成,其中4字节将用于LBA信息。对于Long LBA来说CDB的字节数增加到了16或32位,其中可以容量8个字节的LBA信息,也就是扇区寻址空间达到64bit,理论上可以支持磁盘容量达到9000EB(1EB=106TB)。

  Long LBA需要操作系统支持才行,目前Windows 7/Vista 64位系统和部分linux和Mac OS X可以支持这种模式,但Windows XP不行,像3TB磁盘仅能显示990MB。

  Long LBA只是个权宜之计,只能在操作系统中当作非系统盘使用,还不能用来安装、引导操作系统,因为目前的主板BIOS基本上是基于MBR的,2.1TB是MBR的极限。

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