CHS（Cylinder-Head-Sector，柱面-磁头-扇区）是一种早期硬盘寻址方式，用于定位磁盘上的数据位置

CHS（Cylinder-Head-Sector，柱面-磁头-扇区）是一种早期硬盘寻址方式，用于定位磁盘上的数据位置。在早期PC BIOS和MBR分区表中，系统通过指定柱面号、磁头号和扇区号来访问硬盘数据。由于CHS的地址空间有限（例如传统的24位CHS限制为1024柱面 × 16磁头 × 63扇区 ≈ 8.4GB），随着硬盘容量增长，这一限制成为瓶颈。

为了突破8.4GB的限制，引入了扩展CHS（ECHS），也称为“伪CHS”或“LBA模拟”。ECHS通过在BIOS中对物理LBA地址进行转换，映射成更大的虚拟CHS值，从而让旧操作系统误以为硬盘仍使用CHS寻址，实际上底层已采用逻辑块寻址（LBA）。这是一种过渡性解决方案，兼容性较好但不够稳定，因不同厂商的转换算法不一致可能导致兼容问题。

最终，现代系统全面转向LBA（Logical Block Addressing，逻辑块寻址）。LBA将整个硬盘视为一个连续的逻辑扇区序列，从0开始编号，极大简化了寻址过程，并支持更大容量（如LBA-48可支持超过128PB）。如今，在AHCI协议的SATA设备和NVMe固态硬盘中，全部基于LBA进行数据访问。CHS在现代系统中仅作为向后兼容的抽象存在，BIOS或操作系统可能将其显示为虚拟值，不再反映真实的物理结构。

# 示例：将LBA转换为虚拟CHS（简化模型）
def lba_to_chs(lba, sectors_per_track=63, heads_per_cylinder=16):
    cylinder = lba // (heads_per_cylinder * sectors_per_track)
    head = (lba // sectors_per_track) % heads_per_cylinder
    sector = lba % sectors_per_track + 1  # 扇区从1开始
    return (cylinder, head, sector)

# 示例：LBA 1000 转换为 CHS
print(lba_to_chs(1000))  # 输出: (1, 7, 35)

MBR（主引导记录）分区表中的CHS字段用于描述每个分区的起始和结束位置，使用传统的柱面（Cylinder）、磁头（Head）、扇区（Sector）三元组进行寻址。在MBR的16字节分区项中，分别存储了：

• 起始CHS地址（3字节：1字节磁头 + 2字节柱面/扇区组合）
• 结束CHS地址（3字节，格式相同）

其中，柱面占用10位（来自2字节中的部分位），磁头7位，扇区6位（实际用5位表示1–63）。这种编码方式最多支持：

• 柱面数：1024（0–1023）
• 磁头数：256？但受限于CHS字段仅7位磁头 → 最大128（0–127）
• 实际常用限制为：1024柱面 × 16磁头 × 63扇区

每扇区大小为512字节，因此最大可寻址空间为：

1024 × 16 × 63 × 512 = 528,482,304 字节 ≈ 504 MB

但这只是早期限制。后来通过BIOS扩展和操作系统支持，引入了“扩展INT13”规范，允许使用更大的虚拟CHS映射，最终形成业界通用的最大CHS为 1024×16×63，对应约 8.4GB 的关键瓶颈（准确为 1024×255×63×512 ≈ 8.4GB，当允许255个磁头时）。

真正导致MBR只能管理8.4GB以下硬盘的原因是：
✅ MBR本身使用CHS作为主要分区寻址方式，而其CHS字段长度有限（各3字节），无法表示更大的磁盘位置。
✅ 即使后来引入LBA，为了兼容旧系统，MBR仍需保留CHS字段，且许多BIOS和引导程序依赖这些值。
✅ 当硬盘超过CHS编码能力时，系统无法正确定位分区，导致无法识别或访问超出部分。

因此，在1990年代末期，随着硬盘容量突破8.4GB，这一限制变得不可接受，从而催生了新的解决方案：

• LBA模式：绕过CHS，直接使用线性地址。
• GPT分区表：作为EFI/GPT标准的一部分，彻底弃用CHS，支持高达ZB级容量。
• MBR的替代：虽然现代系统仍可用“保护性MBR”，但真正的分区管理已由GPT完成。

综上，MBR中的CHS字段因其固有的位数限制（尤其是10位柱面、7位磁头、6位扇区），导致最大仅能寻址约8.4GB空间，成为早期PC硬盘容量发展的硬性瓶颈。