Объём жёсткого диска

Динамика роста ёмкости жёстких дисков с 1980 года. Ось Y в логарифмическом масштабе, поэтому аппроксимирующая линия соответствует экспоненциальному росту

Объём жёсткого диска (также используются термины размер, ёмкость) в максимальное количество информации, которое способен вместить жёсткий магнитный диск.

Ограничения ёмкости

По мере развития жёстких дисков их максимальная ёмкость стремительно увеличивалась. На пути этого увеличения время от времени возникали препятствия в ограничения широко используемых программных и аппаратных интерфейсов, используемых способов адресации, а также характеристики ПО. В этом списке приводятся ограничения (большей частью исторические) существующие или существовавшие в персональных компьютерах на размер жёстких дисков, разделов и/или файловых систем.

8 МБ

CP/M имела ограничение на 8Мб на диск (при общем числе не более 16 дисков).

10,4 МБ

PC/XT имела фиксированный размер диска: 312 цилиндров, 4 головки, 17 секторов на трек.

15 MБ

Максимальный размер раздела для MS-DOS 1 и 2

16 МБ

Предельный размер для FAT12

32 МБ

Ограничение на размер раздела для MS-DOS 3 для файловой системы FAT16: размер кластера 2кб, не более 16384 кластеров.

128 МБ

Ограничение на размер FAT16 в MS-DOS 4: число кластеров до 65526, размер кластера 2кб.

504 МБ

Ограничение MS DOS на допустимое число головок в 16 (1024 цилиндра, 63 сектора на трек, 16 головок, 512 байт на сектор)

Программное обеспечение времен начала 1990-х, такое, как MS-DOS, для работы с жёстким диском использовало вызов Int 13h.

Адресация блоков диска в вызове Int 13h выглядит как номера цилиндра (cylinder), головки (head) и сектора (sector) в C/H/S. При этом на C отводится 10 бит, на H в 8, на S в 6.

Обработчик Int 13h в BIOS вписывает эти номера в управляющие регистры контроллера IDE. В этих регистрах на C отводится 16 бит, на H в 4, на S в 8.

Совокупность того и другого приводит к общему ограничению C/H/S = 10/4/6 бит (всего 20 бит), что позволяет адресовать $2^{10}*2^4*(2^6-1)=1024*16*63=$1 032 192 секторов. При размере сектора в 512 байт это даёт 528 482 304 байт (504 Мб).

Максимум	BIOS	IDE	Общее ограничение
Секторов/трек	63	255	63
Поверхностей (головок)	256	16	16
Треков	1024	65536	1024
Объём	8064 Мбайт	127,5 Гбайт	504 Мбайт

Данное ограничение стало ощутимым в 1994в1995 годах, примерно во время первых микропроцессоров Pentium. Для его обхода была придумана трансляция значений CHS в коде обработчика Int 13h в BIOS. Среди алгоритмов трансляции был и LBA (Linear Block Addressing), когда CHS-адрес преобразовывается в линейный адрес, который уже и передаётся в контроллер диска.

Теоретически, разные методы трансляции должны давать одинаковый результат, однако из-за особенностей некоторых реализаций трансляции, а также организации структур данных (разделов) на дисках, информация, записанная на диск в одной трансляции, могла быть недоступна в других трансляциях. Для смены режима трансляции диска необходимо было «переразбить» диск (пересоздать таблицу разделов), что означало потерю информации, уже записанной на диск.

2 ГБ

Максимальный размер файловой системы FAT16 при 32кб кластере. Для операционной системы NT это величина за счёт 64кб кластеров была равна 4Гб.

2,1 ГБ

Некоторые материнские платы выделяли 12 бит на хранение числа цилиндров. 4095*16*63 в 2.1Гб

3,2 ГБ

Ошибка некоторых биосов Phoenix (4.03 и 4.04), приводящая к зависанию в CMOS setup, если диск превышает в размере 3277 Мб.

4 ГБ

1. Лимит на размер FAT16 раздела в Windows NT.
2. Лимит раздела, создаваемого Windows NT 3.51/4.0 Workstation при установке (связано с тем, что при установке создаётся FAT16 раздел, который конвертируется потом в NTFS).

4,2 ГБ

Прямая трансляция числа секторов/головок методом последовательного уменьшения в 2 раза числа цилиндров и удвоения числа головок (т. н. 'Large' или ECHS (Extended CHS)) приводила к лимиту в 1024 головки: 1024*128*63*512 в 4.2Гб

7,8 ГБ (1996)

Лимит на размер системного диска Windows NT 4.0

7,9 ГБ

При уменьшении числа головок до 15, ECHS (revised ECHS) позволял методом удвоения получить конфигурацию с 15*2*2*2=240 головками, что давало предел в 7.9Гб.

8,4 ГБ

Максимально возможная величина для прерывания INT 13, 1024 цилиндра, 63 сектора, 255 головок. Ограничение многих BIOSв™ов того времени (P1-P2), при попытке определить диск с размером больше 8Гб такие биосы висли, так как число головок обязано быть меньше 256.

В интерфейсе Int 13h для номера цилиндра отведено 10 бит, для номера головки в 8, для номера сектора в 6, всего 24 бита. Это позволяет адресовать $2^{10}*2^8*(2^6-1)=1024*256*63=$16 515 072 секторов, что при размере сектора в 512 байт даёт 8 455 716 864 байт (8064 Мб, 7,875 Гб).

К тому времени, когда это стало проблемой в около 1997в1998 годов в стали массово использоваться полноценные многозадачные ОС, такие, как GNU/Linux, FreeBSD и Windows NT. Так как код Int 13h в BIOS никогда не разрабатывался с учётом многозадачности (в частности, он нагружает процессор бесконечным циклом в ожидании прерывания от контроллера), эти ОС не могли пользоваться Int 13h в своей работе. Вместо этого они в как ранее Novell NetWare в включали драйвер IDE, напрямую обращающийся к аппаратуре контроллера. Это снимало связанные с Int 13h ограничения при работе уже загруженной ОС, но проблема с загрузкой (запуском загрузчика системы из раздела диска, расположенного за доступной для BIOS границей) оставалась.

Для решения проблемы разработчики BIOS расширили Int 13h новыми подфункциями, принимавшими номер сектора как 64-битное целое число (LBA) без деления на C/H/S. Разработчики ОС внедрили поддержку этого новшества в загрузчики (в Windows в это один из пакетов обновления для Windows NT 4.0 в 1997 году), после чего проблема перестала существовать.

32 ГБ

1. Искусственное ограничение на размер FAT32-раздела в Windows 2000, XP. Разделы большего размера форматировать система отказывалась
2. Максимальный поддерживаемый размер диска Windows 95

33,8 ГБ

Большие диски сообщают о себе 16 головок, 63 секторах и 16383 цилиндрах. При использовании для вычисления реального числа цилиндров (деления ёмкости на 16*63), число цилиндров получается больше, чем 65535, что приводит к зависанию некоторых биосов. Именно из-за этой проблемы на многих ЖД того времени присутствовали джамперы ограничения ёмкости до 32Гб.

128 ГБ

1. Лимит в Windows XP SP1 на размер раздела NTFS (исправлено в SP2)
2. Максимальный размер FAT32, создаваемый Windows 98
3. Максимальный размер SFS, в OS семейства Amiga.

Аппаратный интерфейс регистров IDE-контроллера стандартов с ATA-1 по ATA/ATAPI-5 использует 16 бит для номера C, 4 в для H и 8 в для S, всего 28 бит. Это позволяет адресовать $2^{16}*2^4*(2^8-1)=65536*16*255=$267 386 880 секторов, что при размере сектора в 512 байт даёт 136 902 082 560 байт (127,5 Гб).

Решение проблемы с таким ограничением возможно только на уровне аппаратуры (и обновления драйверов для использования новых возможностей аппаратуры). Оно было принято в стандарте ATA/ATAPI-6 в виде отправки адреса в контроллер дважды в определённой последовательности (48-bit LBA).

В семействе Windows поддержка 48-bit LBA была добавлена в SP4 для Windows 2000 и в SP2 для Windows XP. Кроме того, в Windows 2000 также требуется явно активизировать эту поддержку с помощью редактирования реестра.

137 ГБ (2001)

Максимальная величина числа цилиндров (28-бит) согласно спецификации ATA. Ограничение печально известно тем, что при определённых обстоятельствах приводило к «циклической» перезаписи информации (данные, адресованные выше 137Гб записывались по адресу «адрес в 137Гб»). В ATA-6 количество битов изменено с 28 до 48 (лимит в 137 петабайт).

2 ТБ

1. Максимальный размер диска (не раздела!), поддерживаемый MBR.

   Ограничения MBR: размер раздела, а также расстояние от начала раздела до контейнера (до начала диска в случае primary раздела, до начала extended partition в случае logical volume) в есть 32битное число секторов, то есть и тот, и другой параметр не может быть выше 2Тб.

2. Максимальный размер файловой системы ext3 на 32-битной архитектуре
3. Максимальный размер раздела для загрузки Windows XP (в силу ограничений MBR).

8 ТБ

Предел FAT32

16 ТБ

1. Максимальный размер файловой системы ext3 на 64-битной архитектуре (4кб блок), на Alpha при 8кб блоке может быть до 32Тб.
2. Максимальный размер NTFS при 4кб кластере
3. Максимальный размер файловой системы ReiserFS 3.6
4. Максимальный размер файловой системы ISO 9660 (используемой на оптических дисках).

64 ТБ

Лимит на размер 'spanned' массива дисков в Windows 2003

256 ТБ

Максимальный размер файловой системы NTFS (при 64 кб кластере) в существующих 32-битных реализациях

48-bit LBA способно адресовать до $2^{48}=256*2^{40}$ байт, что составляет 256 ТиБ. По состоянию на сентябрь 2011 на рынке присутствуют внутренние жесткие диски объёмом не более 4 Тб. Учитывая экспоненциальную тенденцию скорости роста объёмов жестких дисков это ограничение станет ощутимо после 2020 года.

512 ТБ

Рекомендуемый максимальный размер файловой системы exFAT

4 ПБ

Лимит JFS при 4кб блоке

8 ПБ

Лимит NFS

137 ПБ

Лимит адресации секторов ATA-6 (48-bit LBA).

1 ЭБ

Максимальный размер ext4

8 ЭБ

Лимит XFS

16 ЭБ

Лимит HFS+

64 ЭБ

Теоретический максимальный размер файловой системы exFAT

1 ЙБ

(1024 ЭБ) Теоретический предел NTFS при 64 кб блоках и 64-битной адресации (в настоящий момент используется 32-битная)

Другие ограничения

Помимо ограничений интерфейсов IDE и BIOS, имелись и другие барьеры в ошибки и ограничения в программах, ОС и в коде BIOS.

Например, DOS не поддерживает работу с количеством головок больше 255, поэтому в этой операционной системе не приемлема геометрия, в которой количество головок равно 256. Это означает, что в компьютерах, где в BIOS не поддерживалась трансляция с заменой количества головок 256 на 255, доступ к дискам объёмом больше $2^{10}*2^7*(2^6-1)=1024*128*63=$8 257 536 секторов был под вопросом. При размере сектора в 512 байт это даёт 4 227 858 432 байт (4032 Мб, 3,94 Гб).