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虽然硬盘存储技术的进步越来越慢，但容量的增大是拦不住的。IDC最近预测称，2015年的时候单块硬盘的容量将到达 8TB(单碟容量怎么也得2TB)，是目前的两倍还多。由于 硬件、软件设计上的缺陷，大容量硬盘曾在历史上屡次 形成 费事 ，最近一次硬盘容量问题出现在2.2TB身上，因而 在开发Windows 8的时候，微软就充沛 考虑了大容量硬盘的完整支持问题，以及新的4KB扇区格式。
硬盘寻址方法
硬盘最初使用的寻址方法是柱面/磁头/扇区(CHS)，通过分别指定柱面、磁头、扇区来确定某个数据块确实 切位置，但这种方法在137GB以上容量硬盘面前就失效了。
取而代之的是逻辑区块寻址(LBA)，不再使用离散几何来指定扇区，而改用扇区编号来代表特定的数据块。每个扇区都有预定义的尺寸(之前是512字节)，从0开始顺序编号，最大就是总容量除以扇区尺寸。
磁盘分区机制
LBA寻址方法理论上支持超大硬盘容量，但实际上扇区的数量还受制于磁盘分区机制。
磁盘分区的概念可以追溯到二十世纪八十年代初，是系统管理员们为了方.便 使用不同文件系统存储数据而创造 的。主引导记录(MBR)分区表支持最多32-bit信息，换算成字节数就是2的32次方，也就是大约2.2TB。
你或许 会蔑视他们的“短视”，但在三十年前的人们看来，2.2TB简直 就是个高不可攀 的天文数字，要知道当时最大的民用硬盘也不过5MB，而价钱 超越 1500美圆 。
其实刚刚进入九十年代的时候，人们就已经认识 到了2.2TB容量限制问题，为此多家公司结合 制定了一种弹性的分区机制，这就是GUID分区表，简称GPT，并将其做为UEFI(统一可扩展固件界面)标准 的一部分。GPT支持最多64-bit信息，理论最大容量为9.4ZB，相当于9400000000TB。又是一个“天文数字”，不过说不定哪天就会成为第二个“2.2TB”。
Windows Vista 64位开始，微软就支持从GPT分区硬盘启动系统，但要求主板固件必须是UEFI，而不能是传统BIOS。
PC里的固件：BIOS、UEFI
BIOS的意义 就代表了其用处 ：基本输入输出系统。三十年前PC创造 的时候它就出现了，但时至今日基本都还是老样子。UEFI就是用来取代BIOS的，但长时间都未能投入适用 ，直到最新的Intel、AMD平台上才开始提高 。
UEFI从设计之初就考虑了对GUID分区表合超大容量硬盘的支持，比之那些通过BIOS绕道而行的方法牢靠 得多。Windows 8开始，微软将会全面完善对UEFI的支持，借助UEFI固件、GTP分区表、LBA寻址方法共同管理超大硬盘。
下边就是在一块3TB硬盘上通过上述方法安装、启动操作系统的样子。
▲图1
4KB扇区格式
一切 硬盘都内建了某种方式 的错误纠正信息和逻辑，以便在读取磁盘碟片的时候自动处理信噪比(SNR)。随着硬盘容量的增大，数据存储位越靠越近，SNR随之降低，硬盘的每个扇区就都不得不存储更多的ECC(错误校验码)，以补偿 读取错误，512字节的狭窄扇区空间渐渐 就不够用了。
于是，硬盘厂商将扇区容量扩展 到了4KB，称之为“高级格式”(AF)，并使用了新的ECC编码机制，可以更高效地纠正错误，所占存储空间也更少，同等 于扩展 了可用容量。目前，西数、希捷等硬盘厂商都逐步 提高 了4KB扇区格式。
扇区容量增大到4KB，数据的更新也必须依照 这个尺寸来，所以为了实现更小数据块的逻辑寻址，硬盘必须做一些额外的工作。
▲图2
如上图，一个4KB物理扇区依然 可以划分红 512字节逻辑扇区进行逻辑寻址。为了写入单独一个512字节的逻辑扇区，硬盘不能简单地把磁头挪到 4KB物理扇区上就写入，而是需要. 先把整个物理扇区中的数据读取到缓存中，在那里修改相应的512字节逻辑扇区，然后再整体写回去，掩盖 旧扇区。这叫做“读取-修改-写入”(Read-Modify-Write)。
有这种中间转换层的硬盘叫做“4K with 512-byte emulation”，缩写为512e，而没有的叫做“4K Native”，即一个是模仿 的，一个是原生的。
读取-修改-写入可能会在面临大容量非一致性数据的时候影响实际性能，由于 Windows必须确保应用程序可以 提取整个4KB物理扇区，应用程序则需要. 确保I/O的一致性以报告物理扇区尺寸。
汲取 了之前版本在高级格式上的经历 经验 之后，Windows 8将其做为了关键的设计点，将成为第一个完整支持512e、4K Native两种格式的操作系统，主要包括：
- 加强 现有API、引入新的API，方.便 应用程序更好地查询硬盘的物理扇区尺寸;
- 加强 NTFS文件系统的大容量扇区辨认 ，包括在执行扩展写入的时候确保合适的后续扇区(写入文件末尾的时候); www.gqgtpc.com
- Hyper-V虚拟化技术的新文件格式VHDx同样可以辨认 大容量扇区，完整支持两种格式;
- 加强 Windows启动代码，保证在4K Native原僵硬 盘上正确启动。
还有更多工作将在Windows 8里默默进行。 |
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