硬盘容量限制 1957年IBM研制成功的350（RAMAC）(组图)

1957年，IBM成功开发了IBM 350（RAMAC），这是第一个真正的硬盘存储。经过长期的技术创新，1980年代初期推出了PC（个人计算机），容量仅为20-40M，经过十多年的发展，硬盘的容量逐渐增加，有些当时的设计错误导致了今天可能出现的硬盘容量限制问题。 （容量限制的问题：即系统无法完全识别或正常使用超过一定容量的硬盘）

容量限制问题的原因

要了解这个原因，我们需要对IDE接口硬盘的工作模式进行介绍。即使在今天，我们的IDE硬盘驱动器仍使用较早的DOS-BIOS（基于磁盘操作系统的基本输入/输出系统）分层。在结构上。它的基本工作模式是：程序调用-> DOS函数调用->文件管理设备-> INT 13中断管理（读/写）-> BIOS磁盘服务-> IDE（ATA）接口->磁盘控制器，即如果需要操作硬盘，则必须完成上述一系列步骤才能完成，所以让我们看一下这一系列步骤的效果。

文件管理设备：它负责文件与其在磁盘上的存储位置之间的映射关系，但是它需要通过磁盘读写中断INT13执行读写命令来存储和加载文件。保存新文件后，文件管理器确定其在当前目录中的存储位置，并在文件分配表中为此新文件添加文件目录条目，并将该文件写入磁盘。读取文件时，文件管理器会在FAT中找到文件在磁盘上的位置，然后加载文件。

IDE（ATA）接口：在介绍IDE（ATA）接口之前，先简要介绍一下硬盘的结构：硬盘分为一定数量的圆柱体（同心的轨道以硬盘的中心为中心）中心）和每个圆柱体都需要一个磁头来读取和写入数据。此外，硬盘上的数据以每个扇区512字节的格式存储，并且所有数据传输均基于扇区（圆柱体被均分的圆弧轨道）。 IDE（ATA）接口是寄存器驱动的并行总线。要传输数据，BIOS首先将数据的起始地址和数据传输的长度写入IDE（ATA）中的特定寄存器，然后将相关的读/写命令发送到特定的寄存器以开始数据传输。

当前的硬盘通常支持逻辑块寻址（LBA）和圆柱头扇区寻址（CHS）。让我们以CHS寻址为例：数据传输的起始地址被写入4个8位寄存器中。

汽缸低位寄存器

汽缸高位

扇区寄存器

设备/头寄存器

因此，柱面地址为16位[柱面低位寄存器（8位），柱面高位寄存器（8位）]。扇区地址是8位（注意：扇区寄存器中的第一个扇区是扇区1，而不是扇区0）。头地址是4位（未完全占用8位）。因此，硬盘柱面的最大数量为65,536（2到16次幂），磁头的最大数量为16（2到4次幂），最大扇区数为255（2到8次幂-1）。 ，请注意，刚才我们提到了扇区注册问题）。因此，可以寻址的最大扇区数为267,386,880（65,536x16x25 5)。一个扇区还是512字节，这意味着如果使用CHS寻址，则IDE硬盘的最大容量为13 6. 9GB。 LBA寻址模式，以上28位可用寄存器空间（16 + 8 + 4)）被视为完整的LBA地址，因为它包含位0（无法在CHS中从0开始计数扇区），可以找到该位。该地址处的扇区数为268,435,456（65,536x16x25 6)，这时IDE硬盘的最大容量为13 7. 4GB。

INT 13管理：INT 13管理实际上是根据寄存器模式设计的。其上层（文件管理器层）向CPU发出数据读取和写入命令以及相关参数，然后触发INT 13中断以激活BIOS Disk服务来执行数据传输。数据的起始地址被写入三个8位寄存器，分别是：

汽缸低位寄存器

汽缸高位/扇区寄存器

头部寄存器

柱面地址为10位（柱面低位寄存器占8位，柱面高位寄存器占2位），扇区地址为6位（已计算的高位寄存器的8位至2位） 。起始寄存器为8位。因此，如果是这种情况：柱面的最大数量为1024（2的10的幂），最大磁头数量为256（2的8的幂），最大扇区数为63（2的整数）。因此，通过INT 13管理可寻址的扇区数为16,515,072（1,024x256x6 3)。一个扇区为512字节，这意味着如果使用CHS寻址模式，则最大值IDE硬盘的容量为8.456GB。LBA寻址模式可寻址的扇区数为16,777,216（1024x256x6 4)，此时IDE硬盘的最大容量为8. 601GB。

看到这一点，我们应该感觉到硬盘容量限制的原因有些“眉毛”，那么我们到底是什么使硬盘成为所谓的限制：

1. 528MB容量限制：

由于较早的硬盘容量较小，因此在设计BIOS时，将地址从Int 13的地址寄存器转换为IDE（ATA）的地址寄存器时，只有10位柱面地址在INT 13的管理中，用来对应IDE（ATA）接口中的16位柱面寄存器，并将未使用的6位（高位寄存器）地址设置为0。只有6位扇区地址对应于IDE（ATA）接口的8位扇区寄存器，未使用的2位设置为0。INT13管理的头寄存器的4位（删除了4位）对应于IDE（ATA）。因此，此时的最大磁盘柱面数为1024（2到10次方），磁头的最大数量为16（2到4次方），最大扇区数为63（2到6次方）。 -1)。因此可以寻址的扇区数变为1,032,192（1,024x16x6 3)。一个扇区的容量为512字节，这意味着如果使用CHS寻址，则IDE硬盘的最大容量为52 8. 4MB。因此出现528MB硬盘容量限制。

2. 1GB容量限制：

这分为两部分，一部分是由磁盘服务的限制引起的，另一部分是由磁盘格式的引起的，通常我们将前者称为2. 1GB硬件容量限制，后者称为2.软件容量限制为1GB。

硬件容量硬件

当时，为了限制528MB的容量，人们提出了许多不同的方法。其中之一是保留INT 13服务的起始寄存器未使用的4位（准确地说是高2位）中的2位。使用汽缸编号的前1、个第12位数字。这样，最大打印头数为64（2到6的幂）。但是，当时的操作系统没有使用此转换方法，该方法认为头寄存器的所有位只能记录头的数量。例如，为了正确转换柱面数为2,04 8、个磁头为64的硬盘，操作系统需要将柱面数除以4（512个逻辑柱面），并将磁头数乘以4（256个逻辑头数）。但是，由于BIOS不会打开所有的机头号寄存器，因此当然不可能记录这样的机头号。因此，遇到这种操作机制的BIOS将导致系统在系统自检期间崩溃。

软件容量限制

当时DOS分区的限制由文件分配表（FAT）确定。 FAT处理存储空间基于群集。群集的最大长度为32,768字节，最多可以处理65,536个群集。如果将两个数字相乘，则DOS的最大分区限制值为2147483648字。 Section或2,048MB（2,147,483,648 / 1,024 2)。因此，如果硬盘超出此容量，则使用FAT格式，则可以识别2. 048GB的最大硬盘容量。

3. 2GB容量限制：

某些版本的BIOS无法识别具有超过6322个柱面的硬盘，但是这种类型的BIOS相对较少。由于柱面的限制，如果乘以512扇区容量，则支持的最大扇区数为6,372,576（6322x16x6 3））；如果是，则最大支持容量为6,372,576x512 = 3,262,758,912 / 1024 = 3. 18GB。

4. 2GB硬盘容量限制：

当时，某些操作系统使用8位寄存器来存储磁头数，因此当BIOS报告硬盘的磁头数等于256（最大容量）时，仅第一位磁头的数量（即0）已由系统保存）。导致硬盘配置错误。一旦硬盘的磁头数为16，柱面数就大于8,192（2到13的幂），因为磁头寄存器已经借用了寄存器的最后三位，实际上，存在一个问题转换突破了528MB的容量限制。由于此部分比较负责，我在这里不做详细介绍，我们只需要了解存在此限制），系统就无法正常识别它，因此它的最大值容量限制为4. 2GB = 8192x16x63x512 / 1024。

8. 4GB容量限制

我们已经知道INT 13服务的寻址模式可以支持低于4GB的8.容量（柱面数，磁头数和扇区数的最大值为16）分别为38 3、 16和63，并将三乘以8. 456GB）。因此，出现此容量限制将是一个时间问题。因此，此限制是最经常遇到的容量限制。为了解决此问题，一些制造商定义了新的扩展INT 13服务扩展标准。新的INT 13服务扩展标准不使用操作系统寄存器来传输硬盘寻址参数，而是使用存储在操作系统内存中的地址包。地址包保存64位LBA地址。如果硬盘支持LBA寻址，则低28位将直接传输到ATA接口。如果不是，操作系统将首先将LBA地址转换为CHS地址，然后将其传输到ATA接口。 。这样，基于ATA总线的CHS寻址的最大容量为13 6. 9 GB，LBA寻址的最大容量为13 7. 4GB。

3 3. 8GB容量限制

在CHS寻址中，由于IDE（ATA）接口的限制，柱面数最多支持65,535（2到16次幂1），因此，当柱面数大于65,535时，柱面数系统将无法识别这种硬盘，但是LBA由于其唯一的寻址模式而不会出现此问题，具体的容量限制为：65535x16x63x512 / 1024 = 3 3. 8GB。

137GB容量限制

我相信这个问题不必提及。当前的磁盘工作方法注定会在IDE硬盘上出现此问题。较早引入IDE（ATA）接口时，已经出现了此问题。那么当系统遇到容量限制的问题时，系统会发生什么呢？以及如何解决这些问题？

容量限制的症状和解决方案：

528 MB

症状：无论硬盘有多大，操作系统都不能识别超过528MB的空间。

解决方案：将硬盘设置为LBA模式，但是当时许多硬盘和BIOS不支持此设置，因此只能更换主板

2. 1 GB

硬件问题

症状：开机自检期间崩溃

解决方案：升级BIOS，强制使用硬盘跳线，将硬盘设置为LBA模式

软件问题

症状：进行分区时，发现主分区被划分为2. 1GB容量

解决方案：替换FAT 32文件分配（但是某些较早的软件无法使用，并且不能使用不支持此文件格式的操作系统）划分多个分区

3. 2GB

症状：开机自检期间崩溃

解决方案：升级BIOS，将硬盘设置为LBA模式

4. 2GB

症状：在硬盘上创建分区后，重新启动计算机时它会崩溃。

解决方案：升级BIOS，将硬盘设置为LBA模式

8. 4GB

症状：系统报告硬盘容量不超过8. 4GB，并且可能会报告硬盘参数错误并在BIOS自检期间崩溃

解决方案：升级BIOS并使用特殊的分区软件

3 3. 8GB

症状：自检过程中系统崩溃

解决方案：升级BIOS，使用专用的硬盘管理软件，强制使用硬盘跳线，使用LBA模式管理硬盘

137GB

症状：自检过程中无法识别硬盘或系统崩溃

解决方案：硬盘和主板（可以由ATA 133控制卡支持）都支持最新的ATA 133规范（ATA 133规范是Maxtor刚刚提出的新的硬盘传输规范，该规范将目前最高的28位可用寄存器空间已增加到48位，以支持更大的硬盘）

解决方案的重点：

硬件解决方案：

从硬件思想的角度来看，由于许多问题是由BIOS引起的，因此升级到合适的版本可能会突破许多容量限制，例如：3. 2GB，4. 2GB，8. 4GB，3 3. 8GB，这也是解决硬盘容量限制的最简单方法。

此外，选择BIOS扩展卡也是一种解决方案，但是此方法在旧主板上使用。当前的主板BIOS支持擦除和写入。使用BIOS扩展卡很麻烦，需要我们投入更多的钱。

软件解决方案

从上述解决方案中，只要硬盘支持LBA寻址模式，许多方法都可以解决问题。因此，一些公司引入了解决此问题的方法。最好的是迈拓的MaxBlast和Western Digital的。 EZ Drive，这两个解决方案实际上是软件解决方案，它们可以转换大容量硬盘的各种参数，从而达到完全使用硬盘的目的。但是，在启动操作系统后（在磁盘分区中创建了磁盘管理BIOS，并用于与系统BIOS进行通信），不会加载此类软件，但是会在BIOS启动之后且在启动BIOS之前加载该软件。操作系统已启动，因此实现也相对简单。

此外，使用专用的硬盘分区软件也是一个很好的解决方案。由于新版本的硬盘分区软件已经带有INT 13扩展标准，因此它可以支持更大容量的硬盘，但是与MaxBlast和EZ Drive相同。系统启动后，将加载INT 13扩展名。当硬盘分区表损坏或被覆盖时，磁盘使用率将再次出现问题。

操作系统限制：

当前，一些操作系统不支持大容量硬盘：DOS 6. 22或更低版本不支持大于8. 4 GB的硬盘，并且没有解决方案。 Windows 95（NT 3. 5x）支持INT 13扩展并支持更大容量的硬盘驱动器，但是FAT 16将每个分区的最大支持容量限制为仅2GB。此外，上述两个操作系统不支持FAT 32格式，因此，如果要使用大硬盘，请尝试不要使用上述操作系统。 Windows NT 4. 0有一个奇怪的问题：当启动分区的容量大于8. 4 GB时，NT无法使用超过8. 4 GB的其他硬盘空间，因此使用此操作时要小心系统。

总而言之，每个人都应该对磁盘容量限制的原因和解决方案有更直观的了解。一般来说，避免容量限制的问题是更新BIOS并尝试不使用CHS硬盘寻址模式。 。以上两点是解决容量限制的最简单，最有效的方法，因为我们不需要投资任何成本，并且它适用于所有硬盘，并且不需要繁琐的软件设置或安装。

附件：8.中4GB容量限制问题的新解决方案：

在BIOS中，大容量硬盘限制为8. 4GB。无论如何，请保存CMOS信息，启动系统以执行FDISK，并在系统可以识别的8. 4GB硬盘上创建分区（即，它是C驱动器，大小是任意的），并在Windows上安装WINDOWS系统。分隔的分区（C驱动器）。 （请注意，首先只能分离一个分区）然后，将此大硬盘连接到可以识别大硬盘的全部容量的计算机，并使用所有剩余容量（请注意，每个逻辑分区的容量不能为大于8. 4GB），最后，将此大硬盘驱动器重新连接到无法识别8. 4GB或更大容量的计算机。 CMOS仍认为此硬盘驱动器为8. 4GB。无论如何，请保存CMOS信息并重新启动系统，然后进入WINDOWS系统。发现所有逻辑磁盘都存在，并且可以在格式化后使用它们。

注意：以上分区必须按照FAT 32模式执行

此方法对于已停止更新BIOS且不需要任何软件干预的主板非常有用。如果有时间，请尝试一下。

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