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[二、 服务器](#二、 服务器)
[4、服务器 vs 普通PC](#4、服务器 vs 普通PC)
[4、机柜 vs 普通架子](#4、机柜 vs 普通架子)
[4、机房 vs 普通房间](#4、机房 vs 普通房间)
[CHS 转 LBA 寻址公式解析](#CHS 转 LBA 寻址公式解析)
[1. 基本概念](#1. 基本概念)
[2. 公式分解](#2. 公式分解)
[3. 公式推导步骤](#3. 公式推导步骤)
[4. 实例验证](#4. 实例验证)
[5. 为什么需要减1?](#5. 为什么需要减1?)
[6. 几何参数的虚拟化](#6. 几何参数的虚拟化)
[7. 总结](#7. 总结)
[LBA 转 CHS 寻址公式解析](#LBA 转 CHS 寻址公式解析)
[1. 基本概念](#1. 基本概念)
[2. 转换公式详解](#2. 转换公式详解)
[3. 分步解析](#3. 分步解析)
[4. 实例验证](#4. 实例验证)
[5. 边界情况验证](#5. 边界情况验证)
[6. 注意事项](#6. 注意事项)
[7. 几何意义](#7. 几何意义)
一、磁盘
磁盘是计算机中用于存储数据的核心设备,主要分为机械硬盘(HDD)和固态硬盘(SSD)两大类:

1、机械硬盘(HDD)
-
原理:通过磁头在高速旋转的磁性盘片上读写数据,依赖机械运动。
-
结构:由盘片、磁头、马达等机械部件组成。
-
特点:
-
容量大(可达数十TB)、成本低(单位容量价格低)。
-
速度较慢(因机械操作,寻道时间长)、功耗较高、怕震动。
-
2、固态硬盘(SSD)
-
原理:基于闪存芯片(NAND Flash),无机械部件,通过电子信号读写。
-
特点:
-
速度快(尤其随机读写)、抗震、低功耗、无噪音。
-
容量较小(主流为512GB-4TB)、成本较高、寿命受写入次数限制。
-
关键参数
-
容量:如1TB、2TB等。
-
接口:SATA、NVMe(影响传输速度)。
-
速度:SSD的IOPS(每秒操作数)远高于HDD。
应用场景
-
HDD:适合大容量冷存储(如备份、归档)。
-
SSD:适合系统盘、高频应用(如游戏、数据库)。
发展趋势
SSD因性能优势逐渐成为主流,但HDD在大容量存储中仍占成本优势。新技术如QLC闪存、PCIe 4.0/5.0接口进一步推动SSD发展。
二、 服务器
服务器(Server) 是一种高性能计算机,专门用于为其他设备(客户端)提供数据、服务或资源。它通常运行在网络环境中,承担存储、计算、应用托管等任务,是互联网、企业IT架构的核心设备。

1、服务器的主要功能
-
数据存储:如文件服务器、数据库服务器。
-
应用托管:运行Web服务(如网站)、邮件服务、游戏服务器等。
-
计算处理:高性能计算(HPC)、AI训练、大数据分析。
-
网络管理:DNS服务器、代理服务器、防火墙等。
2、服务器的分类
(1)按形态分类
-
塔式服务器:类似台式机,适合小型企业。
-
机架式服务器(1U/2U/4U):标准机柜安装,适用于数据中心。
-
刀片服务器:高密度计算,适合云计算和虚拟化。
-
超融合服务器:整合计算、存储、网络,简化IT架构。
(2)按用途分类
-
Web服务器(如Nginx、Apache)
-
数据库服务器(如MySQL、SQL Server)
-
文件服务器(如NAS、FTP服务器)
-
虚拟化服务器(如VMware、Hyper-V)
-
邮件服务器(如Exchange、Postfix)
(3)按架构分类
-
x86服务器(Intel/AMD CPU,通用性强)
-
ARM服务器(低功耗,适合云计算)
-
大型机/小型机(IBM Power、Oracle SPARC,高可靠性)
3、服务器的关键组件
-
CPU:多核高性能处理器(如Intel Xeon、AMD EPYC)。
-
内存:大容量ECC内存(纠错码,提高稳定性)。
-
存储:高速SSD(系统盘)+ 大容量HDD(数据存储)。
-
网络:万兆(10Gbps)或更高网卡,支持远程管理(如IPMI)。
-
RAID:磁盘阵列(提高数据冗余和性能)。
-
电源:冗余电源(防止断电故障)。
4、服务器 vs 普通PC
特性 | 服务器 | 普通PC |
---|---|---|
稳定性 | 24/7 运行,支持冗余(电源、硬盘) | 非持续运行,无冗余设计 |
性能 | 多核CPU、大内存、高速存储 | 普通CPU,内存较小 |
扩展性 | 支持多硬盘、多网卡、GPU加速 | 扩展能力有限 |
系统 | Server OS(如Linux、Windows Server) | 普通Windows/macOS |
5、发展趋势
-
云计算:虚拟化、容器化(Docker/K8s)降低物理服务器依赖。
-
边缘计算:分布式服务器(靠近数据源,减少延迟)。
-
绿色服务器:低功耗设计(如ARM架构、液冷技术)。
-
AI服务器:搭载GPU/TPU,加速机器学习训练。
三、机柜
机柜(Server Rack) 是一种标准化框架结构,用于集中安装和保护服务器、网络设备、存储设备等IT硬件,提供良好的散热、布线和管理环境,广泛应用于数据中心、企业机房和网络机柜间。

1、机柜的主要功能
-
设备安装:固定服务器、交换机、UPS等设备。
-
散热管理:提供风道设计,优化设备冷却。
-
布线整理:规范电源线、网线,减少杂乱。
-
物理安全:带锁门设计,防止未授权访问。
-
抗震防尘:保护设备免受环境影响。
2、机柜的分类
(1)按结构分类
-
开放式机架(Open Rack):无前后门,便于散热和维护,适合高密度计算环境(如超算中心)。
-
封闭式机柜(Enclosed Cabinet):带门和侧板,防尘降噪,适合企业机房。
(2)按尺寸分类
-
宽度:标准19英寸(48.26cm),兼容主流服务器/网络设备。
-
高度 :以 U(Unit,1U=1.75英寸≈4.45cm) 计算,常见规格:
-
网络机柜:6U-15U(用于交换机、路由器)。
-
服务器机柜:42U-48U(标准数据中心机柜)。
-
-
深度:
-
浅机柜(600-800mm):适合网络设备。
-
深机柜(900-1200mm):适合服务器、存储设备。
-
(3)按用途分类
-
服务器机柜:承载服务器、存储设备,支持高负载。
-
网络机柜:安装交换机、防火墙、配线架。
-
壁挂机柜:小型设备(如监控、路由器)安装。
-
抗震机柜:特殊加固,适用于地震多发地区。
3、机柜的关键组件
-
立柱(导轨):用于固定设备,支持19英寸标准安装。
-
层板/托盘:放置非机架式设备(如NAS、UPS)。
-
PDU(电源分配单元):提供多路供电,支持智能监控。
-
散热系统:风扇、空调挡板、通风孔设计。
-
线缆管理:理线槽、扎带、光纤管理盒。
-
安全配件:电子门锁、监控摄像头。
4、机柜 vs 普通架子
特性 | 标准机柜 | 普通架子/柜子 |
---|---|---|
兼容性 | 19英寸标准,支持U高度设备 | 无标准,设备摆放随意 |
散热 | 优化风道设计,支持强制散热 | 无专门散热,易过热 |
布线 | 理线槽、PDU,整洁规范 | 线缆杂乱,难管理 |
安全性 | 带锁门,防尘防干扰 | 开放,无保护措施 |
5、机柜选型要点
-
尺寸匹配:确保深度、高度适配设备(如服务器需≥900mm深)。
-
承重能力:重型机柜需支持800kg以上(全负载时)。
-
散热方案:选择前后通风或冷热通道封闭设计。
-
扩展性:预留空间供未来设备增加。
-
品牌与认证:主流品牌(如APC、华为、威图)符合国际标准(如TIA-942)。
6、发展趋势
-
模块化机柜:灵活扩展,适应云计算需求。
-
智能机柜:集成温湿度传感器、远程监控(如IoT管理)。
-
高密度机柜:支持液冷服务器,降低PUE(能耗比)。
四、机房
机房(Data Center/Computer Room) 是专门用于集中存放和管理服务器、网络设备及存储设备的物理空间,为IT设备提供稳定运行所需的电力、制冷、安防和网络环境,是企业和互联网服务的核心基础设施。
1、机房的核心功能
-
设备托管:存放服务器、交换机、存储等IT硬件。
-
环境控制:恒温恒湿、防尘、防火、防静电。
-
电力保障:不间断电源(UPS)、柴油发电机备份。
-
网络连接:高速光纤接入,低延迟互联。
-
安全管理:门禁监控、消防系统、防雷击。
2、机房的分类
(1)按规模分类
-
微型机房(<10㎡):企业小机房、边缘计算节点。
-
中小型机房(10-100㎡):企业自用数据中心。
-
大型数据中心(>1000㎡):云计算服务商(如AWS、阿里云)。
(2)按用途分类
-
企业机房:支撑内部IT系统(如ERP、OA)。
-
IDC(互联网数据中心):对外提供托管/云服务。
-
灾备机房:异地容灾,保障数据安全。
-
边缘机房:靠近用户侧(如5G基站机房)。
3、机房的关键系统
系统 | 功能与设备 |
---|---|
供配电 | 市电接入、UPS、蓄电池、柴油发电机 |
制冷 | 精密空调(CRAC)、冷热通道封闭、液冷 |
网络 | 核心交换机、光纤布线、BGP接入 |
安防 | 门禁系统、视频监控、红外报警、气体灭火 |
监控 | 动环监控(温湿度/电力/漏水检测) |
4、机房 vs 普通房间
对比项 | 专业机房 | 普通房间 |
---|---|---|
电力 | 双路供电+UPS,停电可续航数小时 | 无备份,断电即停 |
散热 | 精密空调,温度控制在22±2℃ | 依赖普通空调,易过热 |
安全 | 防火防雷防静电,7×24小时监控 | 无专业防护措施 |
网络 | 万兆光纤,多运营商冗余接入 | 普通宽带,单点故障风险 |
5、机房建设标准
-
国际标准:TIA-942(数据中心分级)、ISO 27001(信息安全)。
-
国内标准:GB 50174(数据中心设计规范)。
-
等级认证:
-
Tier I(基础可用性,99.671%)
-
Tier IV(容错级,99.995%,双活供电/制冷)。
-
6、发展趋势
-
模块化机房:预装式微模块(如华为FusionModule),快速部署。
-
绿色数据中心:液冷技术、自然冷却(PUE<1.2)。
-
智能化运维:AI预测性维护、机器人巡检。
-
边缘数据中心:低延迟场景(如自动驾驶、VR)。
五、光碟(光盘)存储技术
1、基本概念
光碟(Optical Disc)是一种利用激光技术进行数据读写的非易失性存储介质 ,属于外部存储设备 。与机械硬盘(HDD)不同,光碟采用光学读写方式,无机械磁头结构,因此具有更好的抗震性 和更长的保存寿命。

2、主要特点
-
存储方式 :数据以凹坑(Pits) 和**平面(Lands)**的形式存储在反射层上,通过激光反射差异读取信号。
-
读写方式:
-
只读型(ROM):如CD-ROM、DVD-ROM,数据出厂时写入,不可修改。
-
可记录型(R):如CD-R、DVD-R,允许用户一次性写入数据。
-
可擦写型(RW):如CD-RW、DVD-RW,支持多次擦写。
-
-
访问速度:比机械硬盘慢(CD-ROM典型速度约150KB/s,DVD约10.5MB/s),但比早期磁带存储快。
-
容量与成本:
-
CD(700MB) → DVD(4.7GB~17GB) → Blu-ray(25GB~128GB)
-
单位存储成本极低,适合大规模数据分发(如软件、影视发行)。
-
3、应用场景
-
数据存档:长期存储(理论寿命可达50~100年)。
-
多媒体分发:音乐CD、影视DVD/蓝光。
-
系统安装盘:操作系统或软件安装介质(如Windows安装盘)。
4、对比机械硬盘(HDD)
特性 | 光碟 | 机械硬盘(HDD) |
---|---|---|
存储原理 | 光学读写(激光) | 磁记录(磁头+盘片) |
速度 | 较慢(依赖转速,如8x~16x) | 较快(7200RPM~15000RPM) |
容量 | 较小(最大百GB级) | 较大(单盘可达20TB+) |
抗震性 | 高(无机械寻址) | 低(磁头易受震动影响) |
成本 | 极低(分发场景) | 较低(大容量存储) |
5、发展趋势
随着U盘、SSD、云存储 的普及,光碟在消费级市场的使用减少,但在长期归档存储 和特定行业(如影视、医疗) 仍具不可替代性。未来可能向更高容量(如全息存储)或专业领域发展。
六、磁盘、服务器、机柜、机房的层级包含关系
1、层级关系图示

2、详细包含关系
层级 | 说明 |
---|---|
磁盘 | 存储数据的硬件,直接安装在服务器内部(如HDD/SSD),是服务器的最小组成单元之一。 |
服务器 | 包含磁盘、CPU、内存等组件,是提供计算/存储服务的核心设备,通常以U为单位安装在机柜中。 |
机柜 | 用于集中安装和管理多台服务器及网络设备,标准19英寸宽度,提供电源、散热和理线支持。 |
机房 | 容纳多个机柜及配套设施(如空调、UPS、消防),是整个IT基础设施的物理空间载体。 |
3、协作流程示例
-
数据存储:磁盘 → 服务器 → 机柜 → 机房
用户数据存入磁盘 → 服务器处理数据 → 机柜整合多台服务器 → 机房保障服务器运行环境。
-
服务访问:机房 → 机柜 → 服务器 → 磁盘
用户请求通过机房网络进入 → 机柜内服务器响应 → 服务器从磁盘读取数据返回。
4、扩展说明
-
若缺少某一层:
-
无磁盘 → 服务器无法存储数据;
-
无机柜 → 服务器散乱,散热/管理困难;
-
无机房 → 设备暴露在风险环境(如断电、高温)。
-
-
云计算场景 :
虚拟化技术可抽象部分层级(如云服务器无需用户感知物理机柜/机房),但底层仍依赖此结构。
总结
四者形成**"磁盘∈服务器∈机柜∈机房"**的包含关系,共同支撑IT服务的稳定运行。理解层级有助于设计高可用的基础设施架构。
七、磁盘中的磁铁:数据存储的核心原理
1、磁铁的作用
在传统机械硬盘(HDD)中,**磁铁(磁性材料)**是数据存储的物理基础,通过磁化盘片表面的微小区域来记录二进制数据(0和1)。
2、关键组件与磁铁的关系
-
盘片(Platter):
-
由玻璃或铝合金制成,表面覆盖磁性材料层(如钴合金)。
-
数据通过磁头的磁场改变盘片上磁性颗粒的极性(北极/南极)。
-
-
磁头(Read/Write Head):
-
写入时:利用电磁铁产生磁场,改变盘片磁性颗粒的排列方向。
-
读取时:检测磁性颗粒的磁场方向(感应电流变化)。
-
3、磁铁的工作原理
-
写入数据 :
磁头通电流产生磁场,将盘片上的磁性颗粒磁化为不同方向(代表0或1)。
- 例如:北极向上=1,南极向上=0。
-
读取数据 :
磁头划过盘片时,磁性颗粒的磁场方向会引发磁头线圈中的电流变化,转换为电信号。
4、磁性材料的特性
-
高矫顽力:需较强磁场才能改变磁化方向,确保数据稳定性。
-
微小颗粒 :现代硬盘的磁性颗粒仅约10-20纳米,提升存储密度(如1TB盘片)。
5、对比固态硬盘(SSD)
-
SSD无磁铁:使用闪存芯片(NAND)存储电荷,无需磁性材料。
-
HDD依赖磁铁:机械结构限制速度,但成本更低,适合大容量存储。
6、磁铁技术的演进
-
垂直磁记录(PMR):磁性颗粒垂直排列,提升密度。
-
热辅助磁记录(HAMR) :激光加热辅助写入,未来可达**50TB+**容量。
总结
磁盘中的磁铁通过微观磁化实现数据存储,是机械硬盘(HDD)的核心技术。随着存储需求增长,磁记录技术仍在不断创新,但SSD的崛起正在改变存储市场格局。

八、磁盘的物理结构

九、磁盘存储结构

扇区: 是磁盘(HDD/SSD)存储数据的最小物理单位,由操作系统或磁盘控制器管理,通常大小为 512字节 (传统)或 4KB (现代高级格式化磁盘),是块设备!!!


1、如何定位一个扇区?
- 首先定位磁头(Header)
- 确定磁头要访问的柱面(磁道/Cylinder)
- 最后定位具体的扇区(Sector)
- 通过CHS地址完成最终定位
文件本质上就是数据,包含内容和属性,最终都存储在若干个扇区中。既然能定位单个扇区,自然也能定位多个连续扇区。

这个命令是 sudo fdisk -l
,用于以管理员权限列出系统中的磁盘分区信息。从输出内容来看,系统检测到一个磁盘 /dev/vda
,以下是解析:
2、磁盘基本信息
-
磁盘路径 :
/dev/vda
-
总容量: 42.9 GB(42,949,672,960 字节)
-
扇区数: 83,886,080 个
-
扇区大小: 512 字节(逻辑/物理大小一致)
-
I/O 大小: 最小/最优均为 512 字节
-
磁盘标签类型 :
dos
(MBR 分区表) -
磁盘标识符 :
0x000148e1
3、分区信息
分区 | 启动标志 | 起始扇区 | 结束扇区 | 块数 | 类型 ID | 系统类型 |
---|---|---|---|---|---|---|
/dev/vda1 |
*(可启动) | 2048 | 83,886,046 | 41,941,999+ | 83 | Linux |
-
分区设备 :
/dev/vda1,
是磁盘/dev/vda
的唯一分区。 -
启动标志 :
*,
表示该分区被标记为可启动(通常用于系统引导)。 -
起始和结束扇区:
-
从扇区 2048 开始,到扇区 83,886,046 结束。
-
起始偏移 2048 扇区(即 1MB 对齐,符合现代分区规范)。
-
-
块数: 约 41,941,999 个块(每块 1KB,即分区大小约 40 GB)。
-
类型 ID :
83,
表示这是一个 Linux 原生文件系统分区(如 ext4、xfs 等)。
4、总结
-
磁盘
/dev/vda
采用 MBR 分区表,只有一个分区/dev/vda1
,格式为 Linux 文件系统,占用几乎全部磁盘空间(约 40 GB),并设置为可启动。 -
可能是系统根分区(
/
),常见于云服务器或虚拟机的默认配置。
注意 : 命令需要
sudo
权限才能查看磁盘信息,普通用户需输入密码验证。
扇区是磁盘读写数据的最小单位,标准大小为512字节。
- 磁头(head)数量:每个盘片通常有上下两个磁头
- 磁道(track)数量:从外圈到内圈依次编号为0磁道、1磁道...,靠近主轴的同心圆仅用于停靠磁头,不存储数据
- 柱面(cylinder)数量:由磁道组成的柱面,其数量等于磁道数
- 扇区(sector)数量:每个磁道被等分为若干扇形区域,各磁道的扇区数相同
- 盘片(platter)数量:即磁盘中盘片的数量
磁盘容量计算公式:磁头数 × 磁道(柱面)数 × 每磁道扇区数 × 每扇区字节数
重要细节:传动臂上的所有磁头保持同步移动(此特性将在后续说明中起关键作用)
例如:
一个3盘片的硬盘有6个盘面(6个磁头),每个盘面有独立的磁道,但同一半径的6个磁道属于同一柱面。
5、CHS寻址
柱面(cylinder)、磁头(head)和扇区(sector)这三个参数可以准确定位数据,这种定位方式被称为CHS寻址:
CHS寻址方式在早期磁盘中非常高效,通过确定磁头、柱面和扇区位置即可准确定位数据。然而,CHS寻址支持的硬盘容量存在限制:系统采用8位存储磁头地址、10位存储柱面地址、6位存储扇区地址,每个扇区固定为512字节。因此,CHS寻址模式下硬盘最大容量为256×1024×63×512B=8064MB(按1MB=1048576B计算),若以1MB=1000000B换算则约为8.4GB。
CHS寻址参数定义
-
磁头地址(Heads) :8位 → 可表示范围
0~255
,共 256个磁头 -
柱面地址(Cylinders) :10位 → 可表示范围
0~1023
,共 1024个柱面 -
扇区地址(Sectors) :6位 → 可表示范围
1~63
(扇区编号从1开始),共 63个扇区/磁道 -
扇区大小固定 :512字节
十、磁盘的逻辑结构
1、理解过程

磁带上面可以存储数据,我们可以把磁带"拉直",形成线性结构

那么磁盘本质上虽然是硬质的,但是逻辑上我们可以把磁盘想象成为卷在一起的磁带,那么磁盘的逻辑存储结构我们也可以类似于:

这样每一个扇区,就有了一个线性地址(其实就是数组下标),这种地址叫做LBA。

2、真实过程
关键细节:传动臂上的磁头是同步运动的

柱面是一个逻辑概念,指的是各个盘面上半径相同的磁道在逻辑上组成的圆柱形结构。虽然磁盘在物理上由多个盘面组成,但从逻辑视角来看,整个磁盘可以视为由这些"柱面"层层卷绕而成,犹如下面的卷片:

磁盘的实际结构如下:磁道:某一盘面的某一个磁道展开

即:一维数组
柱面概念:所有盘面上同一磁道组成的圆柱形区域


- 柱面上的每个磁道包含相同数量的扇区
- 这实际上构成了一个二维数组结构
- 整个磁盘可以看作是由多个这样的二维数组组成的存储空间

可以将整个磁盘视为由多张二维扇区表组成的三维数组结构。访问特定扇区时,需要依次定位三个坐标:首先确定柱面(Cylinder),然后在选定柱面内定位磁道(即磁头位置,Head),最后确定具体扇区(Sector),这就是CHS寻址方式的原理。
从编程视角来看,虽然磁盘存储呈现三维结构,但底层实现本质上都是通过一维数组来完成寻址操作的,这与C/C++中的数组存储原理是一致的。

因此,每个扇区都有一个索引号,称为LBA(Logical Block Address)地址,也就是线性地址。那么如何计算这个LBA地址呢?

十一、LBA与CHS地址转换说明
1、核心要点
- 操作系统只需使用LBA地址即可
- CHS与LBA的转换由磁盘固件(硬件电路/伺服系统)自动完成
2、转换公式
CHS转LBA
单个柱面的扇区总数 = 磁头数 × 每磁道扇区数
LBA = 柱面号C × 单个柱面的扇区总数 + 磁头号H × 每磁道扇区数 + 扇区号S - 1
注意事项:
- 扇区号从1开始编号,而LBA地址从0开始
- 柱面和磁道都从0开始编号
- 磁盘会自动维护总柱面数、磁道数和扇区总数等参数
CHS 转 LBA 寻址公式解析
1. 基本概念
-
CHS(Cylinder-Head-Sector):传统硬盘的物理寻址方式,通过柱面、磁头、扇区号定位数据。
-
LBA(Logical Block Address):现代硬盘的线性寻址方式,直接按顺序编号所有扇区(从0开始)。
2. 公式分解
LBA地址由CHS参数转换而来,公式:LBA = C × (H_max × S_max) + H × S_max + (S - 1)
其中:
-
C:柱面号(Cylinder)
-
H:磁头号(Head)
-
S:扇区号(Sector)
-
H_max:最大磁头数(通常=磁头总数-1)
-
S_max:每磁道最大扇区数(通常=63)
3. 公式推导步骤
-
单个柱面的扇区总数
-
每个柱面包含所有磁头的磁道(每个磁头对应一个盘面)。
-
每个磁道的扇区数相同(
S_max
)。 -
因此:单个柱面的扇区总数 = 磁头数 × 每磁道扇区数 = H_max × S_max
-
-
计算当前柱面之前的扇区总数
-
柱面号
C
表示需要跳过C
个完整柱面。 -
跳过的扇区数 =
C × (H_max × S_max)
。
-
-
计算当前磁头之前的扇区总数
-
磁头号
H
表示需要跳过H
个磁道的扇区。 -
跳过的扇区数 =
H × S_max
。
-
-
计算当前磁道内的扇区偏移
-
扇区号
S
从1开始计数,而LBA从0开始编号。 -
因此需减去1:
(S - 1)
。
-
-
汇总
LBA地址 = 跳过的柱面扇区 + 跳过的磁头扇区 + 当前磁道偏移:
LBA = C × (H_max × S_max) + H × S_max + (S - 1)
4. 实例验证
假设:
-
柱面号
C = 2
-
磁头号
H = 1
-
扇区号
S = 3
-
最大磁头数
H_max = 15
(共16个磁头,编号0~15) -
每磁道扇区数
S_max = 63
计算:
-
单个柱面的扇区总数 =
16 × 63 = 1008
-
跳过的柱面扇区 =
2 × 1008 = 2016
-
跳过的磁头扇区 =
1 × 63 = 63
-
当前磁道偏移 =
3 - 1 = 2
-
LBA = 2016 + 63 + 2 = 2081
5. 为什么需要减1?
-
扇区号
S
在CHS中从1开始计数(历史原因,早期BIOS限制)。 -
LBA从0开始编号,因此需对齐:
-
CHS的
S=1
→ LBA的0
-
CHS的
S=63
→ LBA的62
-
6. 几何参数的虚拟化
现代硬盘的CHS参数(如H_max=255
、S_max=63
)是固件虚拟的,实际物理结构可能完全不同。LBA由硬盘控制器转换为真实物理地址。
7. 总结
-
公式本质:将三维CHS地址映射为一维线性LBA地址。
-
关键参数:磁头数和每磁道扇区数决定寻址范围。
-
应用场景:旧系统(如MBR分区表)需兼容CHS,现代系统直接使用LBA。
LBA转CHS
柱面号C = LBA // (磁头数 × 每磁道扇区数)
磁头号H = (LBA % (磁头数 × 每磁道扇区数)) // 每磁道扇区数
扇区号S = (LBA % 每磁道扇区数) + 1
注:// 表示除法取整
LBA 转 CHS 寻址公式解析
1. 基本概念
-
LBA(Logical Block Address):现代硬盘的线性寻址方式,所有扇区从0开始连续编号
-
CHS(Cylinder-Head-Sector):传统硬盘的三维物理寻址方式
2. 转换公式详解
给定:
-
总磁头数:
H_max
(磁头编号0 ~ H_max-1) -
每磁道扇区数:
S_max
(扇区编号1 ~ S_max) -
LBA地址从0开始
转换公式:
柱面号 C = LBA // (H_max × S_max)
磁头号 H = (LBA % (H_max × S_max)) // S_max
扇区号 S = (LBA % S_max) + 1
3. 分步解析
1) 计算柱面号 C
C = LBA // (H_max × S_max)
-
每个柱面包含
H_max × S_max
个扇区 -
整数除法得到当前LBA位于第几个完整柱面
2) 计算磁头号 H
H = (LBA % (H_max × S_max)) // S_max
-
先取余得到在当前柱面内的偏移量
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再除以每磁道扇区数,得到位于哪个磁头(磁道)
3) 计算扇区号 S
S = (LBA % S_max) + 1
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取余得到在当前磁道内的偏移量
-
加1因为扇区编号从1开始
4. 实例验证
假设:
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H_max = 16(磁头编号0~15)
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S_max = 63
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LBA = 2081
计算:
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每个柱面扇区数 = 16 × 63 = 1008
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C = 2081 // 1008 = 2
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剩余 = 2081 % 1008 = 65
-
H = 65 // 63 = 1
-
S = (65 % 63) + 1 = 2 + 1 = 3
结果:CHS = (2, 1, 3)
5. 边界情况验证
验证LBA = 2015(柱面2的第一个扇区):
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C = 2015 // 1008 = 1
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剩余 = 2015 % 1008 = 1007
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H = 1007 // 63 = 15
-
S = (1007 % 63) + 1 = 63
CHS = (1, 15, 63) # 柱面1最后一个扇区
LBA = 2016(柱面2的第一个扇区):
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C = 2016 // 1008 = 2
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剩余 = 2016 % 1008 = 0
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H = 0 // 63 = 0
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S = (0 % 63) + 1 = 1
CHS = (2, 0, 1) # 柱面2第一个扇区
6. 注意事项
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扇区编号从1开始,所以最后要加1
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磁头编号从0开始
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现代硬盘的CHS参数是逻辑参数,可能与物理结构不同
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当LBA ≥ (H_max × S_max × C_max)时会溢出
7. 几何意义
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将线性地址转换为三维坐标:
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柱面:确定径向位置
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磁头:确定盘面
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扇区:确定圆周位置
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3、实际应用
- 操作系统将磁盘视为一维扇区数组,直接使用LBA地址访问
- 每个扇区的LBA地址就是数组下标
- 磁盘内部自动处理地址转换,用户无需关心CHS地址