実験　 137Gbytes超IDEディスクの正しい使い方 1．IDEハードディスクの「容量の壁」とは？ デジタルアドバンテージ　島田広道 2002/01/22

　まず最初に、「137Gbytesの壁」とは一体どんな障害なのか、はっきりさせておこう。PCの歴史を振り返ると、ハードディスクの容量が増加する一方で、PCのハードウェアやソフトウェアの仕様が急速な容量増大に追い付かず、それが原因でソフトウェアからハードディスクの全容量を正しく認識できない、というトラブルがしばしば生じてきた。これは「容量の壁（Capacity Barrier）」などと呼ばれている。

　下図はIDEハードディスクからなるPCのディスク・サブシステムの構成を簡略化して表したものだ。図中の各コンポーネントは右から左へ、ディスクをアクセスする指令を伝えていくのだが、その際、アクセス対象のブロック（セクタ）を指定するアドレス情報も伝わる。このアドレス情報の表現方法（データ・サイズ）や取り扱い方法により、アクセス可能な最大セクタ番号（＝アクセス可能な容量の上限）が決まる。それが実際のIDEハードディスクの容量を下回る場合、ユーザーには容量の壁として見えるようになる。

IDEハードディスクからなるPCのディスク・サブシステムの構成

図の右側が上位レベルのソフトウェアで、左に向かうにつれて下位レベルのソフトウェアやハードウェアになる（ディスク関連ツールの一部は、直接IDEへアクセスする場合があり、点線の矢印はそれを表している）。ディスクBIOSはOSのブート時やディスク関連ツールから利用され、IDEドライバはOS本体やその上位のアプリケーションから利用される。容量の壁は、図中の各コンポーネントにて取り扱える容量の上限に起因する。そのため、原因となるコンポーネントによって、ユーザーから見える制限の症状も異なる。

　例えば、3年ほど前に問題となった「8.4Gbytesの壁」は、ディスクBIOSとその上位プログラム（DOSやOSのブート・ローダなど）の間でやり取りされるディスクのセクタ・アドレス情報が、CHSパラメータ＊1という古い仕様に沿っていたことが原因で発生した。これは、CHSパラメータからLBA＊2に変更することで解決された。そのほかにも容量の壁はソフトウェアのバグで生じたこともある。

＊1　CHSとはCylinder（シリンダ）／Head（ヘッド）／Sector（セクタ）それぞれの頭文字からなる略称で、ディスク内のセクタの位置を特定するアドレス情報の1種である。ハードディスク内部にある複数のプラッタ（磁気記録の円盤）の構造をそのまま反映しているのが特徴だ。 　 シリンダはプラッタ上にある記録トラックを、またヘッドは複数のプラッタ上にある記録面を、セクタは1本の記録トラック上にあるブロック（セクタ）を、それぞれ特定するためのパラメータである。もっともBIOSやIDEインターフェイス、パーティションなどで取り扱うCHSパラメータは論理的なもので、ハードディスクの物理構造からはかけ離れている。 　 CHSは古くからあるアドレス情報だが、1つのセクタを特定するのに3つのパラメータを指定しなければならないなど扱いが面倒なことから、最近では後述のLBAが主流になっている。

＊2　LBAとはLogical Block Address（Addressing）の略で、ディスク内の各セクタに、0から順番に番号を割り当て、それをアドレス情報として用いるというものだ。CHSとは対照的に、ハードディスクなどストレージ・デバイスの構造に依存していないのが特徴である。 　 OS内部はもとより、最近ではディスクBIOSやIDEインターフェイスでもLBAが主流になっており、CHSは廃れてきている（パーティション・テーブルなどで、まだCHSが残っているが）。

「137Gbytesの壁」が生じる理由とその対策

　そしていま、単体の容量が100Gbytesを超えるハードディスクが登場し始めた現在、IDEが直面している容量の壁は、137Gbytesにある。この壁の原因はソフトウェアのバグなどではなく、既存のIDEハードディスクの仕様そのものにある。

　現在のIDEハードディスクでは、ソフトウェアからアクセス先のセクタを指定するのにLBAを使用するのが一般的だ。従来のIDEハードディスクの仕様では、LBAで指定されるセクタ・アドレスのサイズ（LBAのbit幅）は28bitであり、0〜（2の28乗-1）の数値を表現できる。逆にいえば、最大でも2の28乗＝268,435,456個のセクタしか取り扱えない。そのため、ソフトウェアからアクセス可能なセクタの総容量は、これにIDEハードディスクのセクタ・サイズである512bytesをかけた137,438,953,472bytes、すなわち約137Gbytesまでとなる。これが137Gbytesの壁が生じる理由だ。

　そこでハードディスク・ベンダのMaxtorは2001年6月に「Big Drive」という名称で、LBAを28bit幅から48bit幅に増やし、この「137Gbytesの壁」を解消するための仕様を発表した（日本マックストアによるBig Driveのプレスリリース）。これは「48bit LBA」という名称でIDEの正式規格「ATA/ATAPI-6」にも取り込まれており、今後のIDEの標準仕様となることが確実だ（なお従来のLBAは「28bit LBA」と呼ばれる）。48bit LBAの仕組みや実装方法については、「動向解説：IDEディスクの壁を打ち破る最新ディスク・インターフェイス　１．容量の壁を打ち破る『Big Drive』」を参照していただきたい。

　LBAを48bit幅に広げることにより、アクセス可能な総容量は約144Pbytes（PbytesはPeta bytesの略で1Peta bytesは1,000,000Gbytes）と劇的に増える。これで当分の間、IDEハードディスクの仕様が原因で、容量の壁が生じることはないだろう。

「137Gbytesの壁」を破る48bit LBAの対応状況

　実際にエンド・ユーザーのレベルで137Gbytesの壁を解消するには、IDEに関わる各コンポーネントが新しい48bit LBAに対応する必要がある。具体的には、前出の図のうち、IDEハードディスクとIDEドライバ、ディスクBIOSは、48bit LBAに対応するために、何らかの仕様変更が強いられる。実際のところ、既存のPCのほとんどは48bit LBAに対応しておらず、これらのコンポーネントのうちどれかをアップデートしなければならない。

■IDEハードディスク
　標準規格に採用されている以上、137Gbyetsを超える容量のハードディスクには、必ず48bit LBAが実装されるようになるだろう。Maxtor製160Gbytesハードディスクには、すでに48bit LBAが実装されている。そのため、PC側（IDEインターフェイスやソフトウェアなど）さえ48bit LBAに対応していれば、全容量が使えるようになる。

　また、たとえ137Gbytesを超えるハードディスクでも、従来の28bit LBAも必ず実装することが規定されている。従って、PC側が48bit LBAにまったく対応してなくても、137Gbytesを超えるハードディスクがまったく使えないということはない。28bit LBAで制御されるため、全容量137Gbytesのハードディスクとして利用できる。

　エンド・ユーザーとしては、IDEハードディスクの48bit LBA対応を気にする必要は特にない。137Gbytesを超えるハードディスクを入手したら、それは48bit LBA対応のはずであり、137Gbytesの壁に遭遇するかどうかはPC側の対応で決まるからである。その点で、ほかのコンポーネントの48bit LBA対応の方が、はるかに重要だ。

■IDEホスト・コントローラ
　IDEホスト・コントローラとは、PC側のIDEインターフェイスを制御するチップのことだ（ハードディスク側はIDEディスク・コントローラなどと呼ばれる）。48bit LBAの仕様は、従来のIDEホスト・コントローラの仕様をなるべく変更することなく実装できるよう設計・規定されている。そのため、既存のIDEホスト・コントローラのまま、IDEドライバのアップデートだけで137Gbytesの壁を解消できる場合がある。

　その一方で、コントローラ内部の電子回路レベルで28bit LBAに依存した部分があり、48bit LBAに対応できないIDEホスト・コントローラも存在するようだ。具体的には、IDEの性能を高めるために、ソフトウェアではなくハードウェアでLBAの値（セクタ・アドレス）をIDEハードディスクへ送出するようなコントローラが挙げられる。IDE RAIDコントローラには、こうした仕様のものが存在するという。このようにハードウェア的な「制限」がある場合、IDEドライバなどソフトウェア・レベルではカバーしようがなく、IDEホスト・コントローラ自体を48bit LBA対応のものに交換するしかない。例えば、48bit LBA対応のPCI IDEカードをPCIスロットに装着し、それに137Gbytesを超える容量のハードディスクを接続するといった具合だ。

　既存のIDEホスト・コントローラにおけるハードウェア的な制限の有無は、エンド・ユーザーのレベルでは調べようがないので、IDEホスト・コントローラあるいはPCのベンダに問い合わせて、48bit LBAに対応可能かどうか確認するしかない。ただ、48bit LBA対応のIDEドライバがいつまでもベンダからリリースされない場合は、制限がある可能性が高い。その点では、IDEホスト・コントローラよりむしろそのIDEドライバに48bit LBA対応版のアップデートがあるかどうか注目すべきだ。

　48bit LBA対応を明記したIDEホスト・コントローラやIDEカードは、少ないながらすでに市販が始まっている。

■IDEドライバ
　IDEドライバの48bit LBA対応は、137Gbytesの壁を解消するにあたって必須である。IDEハードディスクを直接制御して48bit LBAを取り扱うのは、OSの起動時を除けば、このIDEドライバだからだ。

　しかし、48bit LBA対応を謳ったIDEドライバはまだ少ない。Windows OSの標準IDEドライバは48bit LBAをサポートしていない。特にWindows XPについては、当初48bit LBAをサポートするとされていたが、Service Pack 1での対応に変更されたようだ。つまり、既存のPC環境のほとんどは、IDEドライバを48bit LBA対応版にアップデートしないと、137Gbytesの壁を克服できない可能性が非常に高い。

　OS標準のIDEドライバ以外としては、IntelやVIA Technologiesといったチップセット・ベンダが、チップセット内蔵のIDEホスト・コントローラ向けに提供しているIDEドライバが有名だ。この両社は、すでに48bit LBA対応のIDEドライバのアップデートをWebサイトで提供し始めている。

■ディスクBIOS
　ディスクBIOSは、OSの起動時あるいはインストール時にディスクをアクセス際に利用されるため、48bit LBAに対応していることが望ましい。現在、数は少ないものの、マザーボード・ベンダがBIOSのアップデートによる48bit LBA対応を開始している。

マザーボード・ベンダによる48bit LBA対応BIOSの配布

これはGigabyte Technologyというマザーボード・ベンダのサポートWebページの1つ。最新のBIOSアップデートに関する説明がごく簡単に記されている。

「Support 137GB HDD」という一文から、このBIOSアップデートでディスクBIOSが48bit LBAをサポートできるようになるようだ。

　

関連記事（PC Insider内）
動向解説	IDEディスクの壁を打ち破る最新ディスク・インターフェイス １．容量の壁を打ち破る「Big Drive」

　

関連リンク
日本マックストア	Big Driveのプレスリリース

　

INDEX
	［実験］137Gbytes超IDEディスクの正しい使い方
	1. IDEハードディスクの「容量の壁」とは？
	2. 48bit LBAに未対応だと、どんな不具合が生じるのか？
	3. 160GbytesハードディスクへWindows 2000をインストールする
	4. 48bit LBA対応IDEインターフェイス・カードを利用する

　

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