3TB仅仅是一个起点 磁盘容量极限之路

这篇文章讲的是即将遇到的2TB容量限制还有以前遇到的容量限制问题，估计有不少童鞋已经有2TB的盘了吧，过一段时间3TB降价到合适价位，想入手个都得考虑考虑
     要换的东西太多啦，神马64位系统+GPT云云的

     
     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

     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
　　3TB是一件难事，可能你会说，希捷和西数都有3TB的磁盘发布了，何难之有?之所以这么说，是因为生产一个3TB容量的磁盘并不难，难就难在怎么让你的软硬件平台去支持这个超过2.1TB极限的磁盘。

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，虽然西数等厂商有推出4KB扇区的磁盘，但在系统盘中还是非主流，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。
GPT分区表，绕过MBR
　　MBR先天不足，如果将一块超过2TB的磁盘设置为启动盘的话，依照现有的BIOS架构规范是无法启动的，使得我们不得不抛弃它，转投到全新的分区表GPT怀抱中。

　　首先要了解一下GUID(Globally Unique Identifier，全局唯一标识符)，它通过特定算法产生的一个128bit的数字，在空间上和时间上具有唯一性，保证同一时间不同地方产生的数字不同

      正因为GUID的唯一性得以广泛应用，而基于GUID的分区表就是GPT(GUID Partition Table)。GPT是作为Extensible Firmware Interface(EFI)计划的一部分引入的，相对于以往PC普遍使用的主引导记录MBR方案，GPT提供了更加灵活的磁盘分区机制。

　　理论上，GPT磁盘在长度上最大可达264个逻辑块，也就是和前面Long LBA一样的，整个磁盘容量可以达到9000EB，当然实际上最大分区(磁盘)容量受操作系统版本的影响。

　　Windows XP和Windows Server 2003的原始版本中，每个物理磁盘的最大容量为2TB，包括所有分区。对于Windows Server 2003 SP1/Windows XP x64版本和以后的版本，支持的最大原始分区为18EB(NTFS文件系统目前的限制为每个256TB)。

　　另外，GPT分区基本没什么限制，不过Windows系统最多只支持128个分区，而MBR最多只能支持4个主分区。

　　目前，除了32位的Windows XP/NT/2000和Windows 95/98不能对GPT磁盘进行数据操作外(只能查看Protective MBR)，其它较新的Windows系统都能良好支持GPT磁盘，并且可以和MBR传统磁盘混用。

　　但是，需要使用GPT磁盘作启动盘的话，传统的主板BIOS(基于MBR)是不支持GPT磁盘的，需要支持UEFI的主板才能正确识别和使用GPT磁盘。
UEFI：传统BIOS的埋葬者
　　传统BIOS通过16位汇编代码、寄存器参数调用方式、静态链接以及1MB以下内存固定编址的形式存在了几十年，虽然由于各大BIOS厂商近年来的努力，有许多新元素添加到产品中(如支持USB)，但BIOS的根本性质没有得到任何改变。

　　在讲GPT时已说过，它是EFI计划的一部分，EFI由英特尔推出的一种在未来的类PC的系统中替代BIOS的升级方案，从目前的趋势来看，EFI将是传统BIOS的埋葬者，在未来的两三年内逐渐走向主流。

       与传统BIOS相比，EFI是用模块化、C语言的参数堆栈传递方式和动态链接的形式构建系统，较BIOS而言更易于实现，容错和纠错特性更强，缩短了系统研发的时间。它运行于32位或64位模式，乃至未来增强的处理器模式下，突破传统16位代码的寻址能力，达到处理器的最大寻址。

　　EFI让我们第一次进入到了生动的图形化开机界面中，远离了单调而熟悉的蓝底白字界面。早在2005年Intel就发起了Unified EFI Form(UEFI行业联盟)，目的就是想使业界接受EFI。

　　UEFI确实是一件新生的架构，底层开发与BIOS完全不同，UEFI就像是一个小型的操作系统，要触及许多系统子模块。同时还需要保证旧有BIOS用户能很快上手。当然更重要的是，像以前通过汇编代码在BIOS中实现的各种独有功能(比如一键超频)也要在UEFI中实现，开发难度加大。

　　正如华硕公关主管曾经指出的那样，UEFI程序的编写非常困难，这不仅仅是执行难的问题，我们要从零开始，有许多问题要应对。UEFI与BIOS就像是Windows与DOS的差别那样大。

　　目前支持UEFI系统的主板还少之又少，只有微星等推出了一些产品，距离普及还有十万八千里，而传统的主板BIOS是不能通过刷新来变成UEFI的，所以消费者不要有这个痴心妄想。

                                    3TB只是一个起点
　　磁盘容量极限之路其实也是PC技术发展必由之路，今天3TB容量磁盘悄然而至，让我们意识到“2.1TB容量墙”这个类千年虫的问题，同时也伴随着像UEFI和GPT这样新兴技术的诞生，只不过这次是对整个行业规范的大颠覆，3TB仅仅是一个起点。

　　未来两三年内，3TB将成为消费PC的标配。而未来的磁盘容量必定飞速发展，随着单扇区容量突破512字节，新的记录介质发明等，18EB也不是梦想，或许在下一个三十年后，我们将再次遭遇“18EB容量墙”。

      或许我们即将见证微型计算机的一场革命········老的寄存器寻址，微程序，貌似要慢慢的被淘汰了···············

PS，N久之前的容量墙就不列出来了，就说点最近的

看了樓主的文章，學了不少知識

但…小小的ADSL...要下滿2T的資料，還真有點難度阿 (嘆)

好专业的帖子。谢谢。

强烈支持3T的硬盘，来个10T的更舒服{:2_126:}

说实话，没看下去！太专业了 {:2_101:}

楼主是技术帝 很专业  估计只看电影的不关心了

学习了！！！！！

看了樓主的文章，學了不少知識

要是网速能来个10t别的时候就爽了

看来我要换的东西还有点多啊

容量是一方面，持续读写速度也是一方面。机械硬盘走入了瓶颈，内部传输速度和外部传输速度不匹配啊，SSD才是王道。

带宽明显跟不上硬盘的发展速度{:2_132:}

带宽跟不上硬盘的发展速度

即使现在4M的ADSL宽带还很慢，但一个2T的硬盘也只是2/3个月也就装满了，即使是10T的硬盘，也只能将我感兴趣的高清资源收入大部分。所以相对于现在高清的发展速度，硬盘容量增加的并不快。

學習中,學習中, 收下了

呵呵  什么时候来PB级别的

呵呵  什么时候来PB级别的
天际幻影 发表于 2011-4-13 11:57

PB不急，先把速度提升上去才是很重要的事情

学习了
总会有好的解决方案的
3T暂没用过，2T服役中。。。
2000年初曾经的137G限制还历历在目。。。

觉得还是2.5寸携带方便

提高网速才是王道呐。。。