2.3.3 IDE磁盘【译】

      现代个人计算机器磁盘是从IBM PC XT进化而来，XT的磁盘控制器位于插件卡中，控制着10MB的希捷磁盘。希捷磁盘由4个磁头，306个柱面，每个磁道有17个扇区。控制器能够操作两个驱动。操作系统读写磁盘的方式是：把参数放进CPU寄存器，然后调用PC内建只读内存中的BIOS（基本输入输出系统）。BIOS发布机器指令来加载硬盘控制器寄存器。
      从控制器位于分开的板子上，到控制器和驱动紧密集成，技术的飞速发展始于20世纪70年代中期的IDE驱动（电子集成驱动器）。然而，BIOS的调用规范由于向后兼容的原因并未发生变化。调用规范通过给磁头，柱面和扇区编号来给扇区编址，磁头和柱面从0开始编号，扇区从1开始。这种选择可能是来自早期BIOS程序员犯的错误，他在8088汇编器中编写他的杰作。磁头编号有4位，扇区编号有6位，柱面有10位，最大的驱动可能有16个磁头，63个扇区和1024个柱面，合计1032192个扇区。这样一个最大的驱动能存储504MB，在当时看起来似乎是无限的，在今天肯定不是。（你会抱怨今天新买的计算机不能驾驭超过1000TB的驱动吗？）
      很不幸的是，不久，504MB以下的驱动诞生了，但是它的结构是错的（比如，4个磁头，32个扇区，2000个柱面共计256000个扇区）。由于一成不变的调用规范，操作系统无法给扇区编址。就这样，磁盘控制器开始撒谎了，假装驱动结构处于BIOS的限制下，实际上把虚拟机构重新映射到物理结构上。虽然这种方法有效，但它产生了严重的破坏，操作系统不得不小心翼翼地放置数据来最小化寻址时间。
      最终，IDE驱动进化成了EIDE驱动（扩展的IDE），支持第二种编址模式LBA（逻辑区块寻址），给扇区编址为从0到最大数2^28-1。这种模式要求控制器把LBA地址转化成磁头，扇区和磁道地址，但是至少它超越了504M的限制。不幸的是，它的瓶颈是2^28 * 2^9字节（128GB）。在1994年，当EIDE标准被采纳后，没人能设想到128GB的磁盘。标准委员会成员，像政治家一样，用拖字诀把问题留给下一批继任者。
      EIDE驱动和控制器也有其他的改进。比如，EIDE控制器有两个通道，每个通道有一个主要驱动和一个辅助驱动。这种配置使得一个控制器最多能有四个驱动。CD-ROM和DVD驱动也是支持的，传输率从4MB每秒变成16.67MB每秒。
      随着磁盘技术一直在完善，EIDE标准也继续进化，由于某些原因，EIDE的继任者被称作ATA-3（AT嵌入式接口），参考IBM PC/AT（AT指的是当时让16位CPU以8MHz运行的先进技术）。下个版本，标准被称作ATAPI-4（ATA包接口）并且速度增加到33MB每秒。在ATAPI-5中达到66MB每秒。
      到现在，由28位的LBA地址产生的，128GB的限制被逐渐逼近了，所以ATAPI-6把LBA的大小改为48位。新标准还是会在磁盘变为2^48 * 2^9字节（128PB）时陷入麻烦。容量以每年50%的速度增长，48位的限制会在2035年产生。为了寻找解决办法，请翻阅本书的11版。我赌他们会把LBA改为64位。APAPI-6标准把传输速率增加到100MB每秒，并且首次提出磁盘噪音的问题。
      APAPI-7标准和过去做了彻底的决裂。相比于增加驱动连接头的数量（为了增加数据传输速率），该标准使用了被称作串行ATA的技术，通过7-pin连接头，一次传输一比特，速度从150MB每秒开始，有望在未来达到1.5GB每秒。通过把老旧的80线扁平电缆替换成只有几毫米厚的圆形电缆，能增加计算机内部的空气流通。还有，串行ATA用0.5伏的电压发送信号（ATAPI-6驱动是5伏），降低了耗电。几年内，所有的计算机都会使用串行ATA。磁盘的耗电问题变得更加重要，对有着巨大磁盘高端设备如数据中心，和低端设备如笔记本电脑都是如此。