Có thể bạn đã từng nghe nói tới, thậm chí đã từng gặp phải rắc rối khi mua ổ đĩa cứng mới để cài lên chiếc máy tính cũ kỹ (tuy rằng đôi khi cũng không cũ lắm) của mình, để rồi đối mặt với lỗi giới hạn kích cỡ, như khi như cỗ máy lạc hậu của bạn không nhận ra được kích thước đầy đủ của ổ đĩa cứng chẳng hạn.

Bài báo này sẽ giúp bạn lý giải nguyên nhân của tình trạng trên, giới thiệu các lỗi giới hạn không gian ổ đĩa có thể gặp, cũng như cách giải quyết vấn đề này. 

Lỗi giới hạn không gian xảy ra có thể do rất nhiều nguyên nhân, như giới hạn ổ cứng, giới hạn hệ thống file mà ổ cứng đang sử dụng, hay giới hạn hệ điều hành. 

Nhưng trước hết, bạn cần phải hiểu dữ liệu được lưu trữ trên ổ cứng ra sao. 

Ổ cứng là một hệ thống khép kín chứa một hoặc nhiều đĩa từ bên trong. Trên mỗi mặt đều có một đầu từ có chức năng đọc và ghi dữ liệu. Mỗi mặt của một chiếc đĩa từ được chia làm nhiều rãnh ( Track ) , mỗi rãnh lại được chia làm nhiều cung từ ( Sector ) . Mỗi cung từ chứa được 512 byte thông tin. Đơn vị nhỏ nhất mà mạch điều khiển ổ đĩa có thể truy cập chính là cung từ, tức là nếu như nó phải đọc duy nhất 1 byte từ một cung từ cho trước, thì nó cũng phải đọc toàn bộ cung từ. 

Số lượng byte trong một cung từ luôn được giữ cố định là 512 byte. Nhưng số lượng rãnh, số lượng cung từ trên mỗi rãnh, cũng như số lượng đầu từ mà một ổ cứng có được có thể thay đổi tuỳ từng model khác nhau. Số lượng đầu từ, rãnh, và cung từ trên mỗi rãnh của một ổ đĩa cứng được gọi chung là “geometry”.

Nếu nhân số lượng đầu từ với số lượng rãnh và số cung từ trên mỗi rãnh, bạn sẽ biết được một ổ cứng có bao nhiêu cung từ (đối với các loại ổ đĩa hiện đại, nhà sản xuất thường cung cấp luôn số lượng cung từ, thay vì số “geometry”). Tiếp tục nhân con số này với 512, bạn sẽ có được kích cỡ tổng của cả ổ cứng tính theo byte. 

Vấn đề đầu tiên ở đây là các nhà sản xuất vẫn hiểu sai ý nghĩa của kilobyte (KB), megabyte (MB), gigabyte (GB) và terabyte (TB), khiến chiếc ổ cứng bạn mua được có dung lượng thấp hơn những gì được quảng cáo. Thậm chí một số người còn tưởng rằng hệ điều hành chính là nguyên nhân gây ra lỗi thiếu dung lượng này, trong khi trên thực tế, chính các nhà sản xuất ổ cứng mới là thủ phạm, bởi họ lúc nào cũng thông báo rằng sản phẩm của mình có dung lượng lớn hơn thực tế.  

 

Ví dụ như, các nhà sản xuất ổ cứng cho rằng 1 GB tương đương với 1 tỉ byte, trong khi trên thực tế, 1GB tương ứng với 1,073,741,824 (2^30) byte.

Hãy thử lấy một ví dụ cụ thể, ổ đĩa cứng Seagate/Maxtor DiamondMax 21 được quảng cáo là có dung lượng “250 GB”, với 488,397,168 cung từ ( Sector ) . Từ đó, chúng ta có thể suy ra rằng dung lượng thực của chiếc ổ đĩa này là 250,059,350,016 byte, hay 232.88 GB chứ không phải 250 GB. Và đó chính là lý do tại sao chiếc ổ cứng 250 GB mới mua của bạn lại chỉ hiển thị được có 232GB, bởi nó là một ổ cứng 232GB!

Trước đây, PC nhận dạng mỗi cung từ trên ổ cứng qua vị trí vật lý của nó. Ví dụ như để tải (hoặc lưu trữ) một cung từ nhất định, PC sẽ phải thông báo với mạch điều khiển ổ cứng vị trí của đầu từ, rãnh, và cung từ trong rãnh đó (kiểu như “này mạch điều khiển, đem cho sửa máy tính tại nhà 512byte dữ liệu được lưu trữ trên cung từ 5, rãnh 10 của đầu từ 1”). Hệ thống này còn được gọi là CHS (Rãnh, đầu từ và cung từ – Cylinder , Head , Sector ). 

Vấn đề là PC chỉ có một số lượng giới hạn rãnh, cung từ và đầu từ có thể truy cập được. Thực ra có đến 2 giới hạn: một với BIOS – chương trình chứa trên bộ nhớ ROM của máy tính có nhiệm vụ chỉ cho CPU cách xử lý một số thiết bị ngoại vi như ổ đĩa mềm và ổ đĩa cứng; và một với giao diện ATA, có chức năng kết nối ổ cứng với PC (giao diện này còn có tên khác là PATA, ATA song song, hay IDE). 

Dưới đây là bảng tổng hợp các loại giới hạn

 

Như bạn đã thấy, BIOS nguyên bản của PC chỉ có thể truy cập tối đa 1,024 rãnh, 255 đầu từ và 63 cung từ. Như đã giải thích ở phần trước, nếu như nhân ba con số này lại với nhau, chúng ta sẽ có được số lượng cung từ tổng cộng trên ổ đĩa cứng, và tiếp tục nhân kết quả trên với 512, chúng ta sẽ có dung lượng tổng của ổ cứng tính theo byte. Do đó BIOS nguyên bản của PC chỉ có thể nhận được ổ đĩa tối đa 7.84 GB. Bạn cũng cần nhớ rằng vào thời điểm năm 1986, khi tiêu chuẩn IDE/ATA được thiết lập, mọi người đều nghĩ rằng giới hạn này sẽ không thể bị vượt qua, bởi khi đó, ổ cứng cao cấp nhất cũng chỉ có dung lượng 40 MB. Giới hạn này còn có tên là giới hạn 8GB (do việc hiểu sai định nghĩa về gigabyte như trên), và có thể giải quyết bằng cách nâng cấp BIOS đối với những máy tính sản xuất trước thời điểm năm 1999. Một điều quan trọng cần nhớ là thậm chí ngay cả khi bạn đã nâng cấp BIOS MS-DOS lên 6.22, máy tính cũng không thể nhận được đĩa quá giới hạn này.  

Windows NT cũng gặp phải giới hạn này, và không thể khởi động nếu như ổ cứng lớn hơn 7.84 GB, nhưng đây là hạn chế hệ điều hành chứ không phải hạn chế phần cứng. Chúng ta sẽ trở lại vấn đề này sau. 

Ngoài ra còn một số giới hạn khác như giới hạn giao diện ATA 127.5 GB (hay 136 GB nếu bạn sử dụng sai định nghĩa về gigabyte). Giới hạn này cần được chú ý nhiều hơn, và sửa máy tính cũng sẽ đề cập cụ thể hơn ở phần sau. 

Bên cạnh các giới hạn trên, còn có một giới hạn nữa ảnh hưởng đến các máy tính sản xuất trước năm 1995, đó là giới hạn 504 MB (hay 528 MB, nếu bạn hiểu sai định nghĩa megabyte). Sở dĩ giới hạn này tồn tại là do máy tính cần phải tuân theo cả giới hạn BIOS và ATA cùng một lúc. Ví dụ như, ngay cả khi giới hạn ATA cho phép nhận diện tới 65,536 rãnh, nhưng giới hạn BIOS lại thấp hơn, thì máy tính vẫn chỉ có thể nhận được 1,024 rãnh. Đối với đầu từ và cung từ cũng vậy. Và lần này, cách giải quyết vẫn là nâng cấp BIOS để máy tính có thể nhận diện được cung từ theo từng dãy thay vì theo vị trí vật lý. Vì vậy, giờ đây thay vì yêu cầu máy tính nhận diện cung từ 5 trên rãnh 16 của đầu từ 1, thì hệ thống chỉ cần thông báo “này, đem cho sửa máy tính tại nhà cung từ 1,186,612”.

Hiện nay các ổ cứng đều sử dụng mode LBA, vì thế có thể bạn sẽ nghĩ rằng giới hạn ổ cứng về dung lượng đĩa không còn tồn tại nữa. Nhưng giao diện ATA vẫn sử dụng biến 28bit để nhận dạng địa chỉ cung từ trong mode LBA, gây ra giới hạn 128 GB (hay 137 GB nếu bạn không hiểu ý nghĩa của gigabyte) (2^22 x 512 byte).

Tiêu chuẩn ATA-6 ( ATA/100) đã tăng kích thước biến LBA lên 48 bit, đẩy giới hạn chuẩn lên 128 PB (petabyte, mỗi petabyte tương đương với 2^50, vì thế 128 PB bằng 131,072 TB), một giới hạn có vẻ rất khó vượt qua (cứ thử chờ 10 năm nữa xem nhận định này còn đúng hay không). Còn nếu bạn sử dụng sai định nghĩa về petabyte, thì giới hạn này sẽ là 144 PB. 

Để giải quyết giới hạn 128 GB này, bạn cần làm hai việc: đầu tiên, cập nhật phiên bản bo mạch chủ BIOS mới nhất; và hai là chạy một chương trình kích hoạt chức năng nhận diện LBA 48 bit, bởi cả Windows ME, NT, 2000 và XP nếu không phải là SP1 hay SP2 thì đều không thể nhận được ổ đĩa quá 128 GB bởi chúng không hỗ trợ nhận dạng LBA 48 bit (Windows 95 không hỗ trợ ổ cứng quá 32 GB do giới hạn hệ thống không liên quan đến chủ đề của chúng ta ngày hôm nay, còn Windows 98 cũng không hỗ trợ ổ cứng quá 128 GB vì một nguyên nhân khác, vì thế đối với máy tính sử dụng Windows 98, không có cách nào để giải quyết giới hạn 128 GB này cả).

Trong phần trước, chúng ta đã biết đơn vị nhỏ nhất mà mạch điều khiển ổ cứng có thể truy cập chính là cung từ. Tuy vậy, khi Microsoft tạo ra DOS, họ lại quyết định rằng đơn vị nhỏ nhất mà hệ điều hành có thể truy cập không phải là cung từ, mà là một nhóm cung từ gọi là liên cung (cluster). 

Nhưng hệ điều hành lại cần một bảng liệt kê đầy đủ file nào đang sử dụng cung nào, và vấn đề ở đây là bạn sẽ phải có một bảng liệt kê đủ dài để chứa tất cả các cung trên ổ cứng, và còn chỗ để dành cho những ổ cứng lớn hơn trong tương lai nữa. Ví dụ như, với một ổ cứng 250 GB, sửa máy tính sẽ phải lập một danh sách gồm 488,397,168 mục. Trở lại năm 1983 khi ổ cứng đầu tiên ra đời với dung lượng 5 MB, việc liệt kê tất cả các cung từ sẽ chiếm rất nhiều chỗ trên ổ đĩa cứng.

Những phiên bản DOS trước 3.0 sử dụng một hệ thống mang tên FAT-12, tức là một File Access Table (bảng liệt kê được đề cập ở trên) sử dụng 12bit danh mục và những liên cung ( Cluster ) 4KB – ví dụ như thay vì truy cập trực tiếp từng cung từ một, thì hệ điều hành chỉ cần truy cập 1 nhóm 8 cung mỗi lúc (4 KB / 512 bytes = 8). Với 12 bit, bạn cần lập 2^12 = 4,096 danh mục. Do mỗi mục tương ứng với 4 KB liên cung, với hệ thống FAT-12 này, bạn có thể tăng dung lượng ổ đĩa của mình lên 16 MB (4,096 x 4 KB). Các phiên bản DOS trước 3.0 không thể nhận được ổ cứng quá 16 MB, nhưng tại thời điểm đó, ổ cứng chỉ có dung lượng 5 MB hoặc 10 MB nên hệ thống này vẫn hoạt động tốt. Hơn nữa, hiện tại hệ thống FAT-12 vẫn được sử dụng trong đĩa mềm.

Với các phiên bản DOS sau 3.0, Windows đều phát hành hệ thống FAT-16, sử dụng phương pháp nhận dạng 14-bit (chứ không phải 16-bit như tên gọi). Khi đó, số lượng danh mục trong bảng tăng lên đến 16,384, còn kích cỡ của mõi liên cung là 2 KB. Bằng một phép tính đơn giản, bạn sẽ biết được rằng kể từ phiên bản DOS 3.0 trở đi, hệ điều hành có thể nhận được đến 32 MB (16,384 x 2 KB) dung lượng ổ cứng.

Sau đó, khi DOS 4.0 ra đời, Microsoft mở rộng FAT-16 thành tiêu chuẩn nhận dạng 16bit thực sự, đồng nghĩa với 65,536 danh mục trong bảng liệt kê. Vẫn với 2 KB liên cung, tiêu chuẩn này cho phép hệ điều hành nhận dạng được ổ cứng có dung lượng lên tới 128 MB.

Còn với DOS 5.0, thì thay vì tăng kích thước tiêu chuẩn FAT, Microsoft lại quyết định thay đổi kích thước liên cung. Khi bạn format lại ổ cứng của mình, hệ điều hành sẽ chọn kích thước liên cung tùy theo dung lượng ổ đĩa (xem bảng dưới đây). Phiên bản DOS này chỉ cho phép liên cung có dung lượng tối đa 8KB, khiến hệ điều hành có thể nhận được ổ cứng có dung lượng đến 512 MB (65,536 x 8 KB).

 

Cuối cùng, với DOS 6.0 Microsoft đã mở rộng bảng trên lên liên cung có kích thước 16 KB và 32 KB, cho phép hệ điều hành nhận được ổ cứng lên tới 2 GB (65,536 x 32 KB). Đây cũng là phiên bản FAT-16 cuối cùng, và cũng có cùng hệ thống file với phiên bản Windows 95 đầu tiên. Đó là lý do tại sao hệ thống file FAT-16 vẫn có giới hạn 2 GB với mỗi phân vùng, tức là với FAT-16 bạn chỉ có thể cài đặt ổ đĩa 4 GB bằng cách tạo 2 phân vùng 2 GB, ví dụ như chia ổ cứng của bạn thành hai phần: ổ C 2 GB và ổ D 2 GB.

Windows NT cũng sử dụng được phân vùng FAT-16 với những liên liên cung có kích thước 64 KB (xem bảng trên), nhưng cấu hình này lại không được các hệ điều hành khác hỗ trợ, và các phân vùng được format bằng cấu hình này cũng không được các hệ điều hành khác nhận diện. 

Microsoft cũng có thể tiến hành tăng kích cỡ liên cung mãi mãi thay vì tăng các thông số khác như số lượng vị trí trong bảng phân phối, nhưng cách làm này sẽ dẫn đến tình trạng lãng phí không gian. Do đơn vị nhỏ nhất trên ổ cứng mà hệ điều hành có thể truy cập là liên cung (chứ không phải cung từ), nên mỗi file chứa trên ổ cứng phải có kích thước chia hết cho kích thước liên cung. Ví dụ như, trên ổ cứng 2 GB sử dụng tiêu chuẩn FAT-16, một file 100 KB sẽ chiếm hết 4 liên cung, hay 128 KB, do ổ cứng sử dụng liên cung 32 KB (100 KB / 32 KB = 3.125, không phải giá trị nguyên, nên nó cần đến 4 liên cung). 28 KB còn lại không chứa dữ liệu gì. Vì thế khi sử dụng liên cung kích thước lớn, ổ cứng sẽ lãng phí một lượng lớn không gian. 

Đến Windows 95 OSR2 (phát hành năm 1996 và là phiên bản thứ hai của Windows 95, hay còn gọi là Windows 95 B) Microsoft sử dụng FAT-32, một tiêu chuẩn phổ biến hơn trong Windows 98 hai năm sau đó. Với hệ thống nhận diện 32-bit, tiêu chuẩn này có khả năng truy cập đĩa có dung lượng tới 2 TB, tiếp cận trực tiếp cung từ thay vì liên cung, giúp giải quyết vấn đề lãng phí không gian. Tuy nhiên FAT-32 vẫn sử dụng liên cung:

 

* Theo lý thuyết, FAT-32 hỗ trợ cả phân vùng có kích thước lớn hơn 2 TB – ví dụ như lên đến 128 TB nếu sử dụng 32 KB liên cung (2^32 x 32 KB = 128 TB). Tuy vậy, do hạn chế về cung từ khởi động ổ cứng, nên giới hạn thực của FAT-32 chỉ có 2 TB (2^32 x 512 byte mỗi cung từ = 2 TB).

Vì thế vấn đề lãng phí không gian ở đây chủ yếu xoay quanh FAT-32.

Nhưng đây không phải là vấn đề duy nhất. Ngay cả với FAT-32, Windows 95 OSR2 vẫn không thể truy cập phân vùng có kích thước quá 32 GB còn Windows 98 không thể truy cập phân vùng quá 128 GB. Windows ME không gặp vấn đề này.

Windows NT, 2000 và XP (có thể cả Vista nữa) không thể format phân vùng FAT-32 quá 32 GB, mặc dù chúng có thể nhận được ổ cứng format bằng FAT-32 trong Windows ME với giới hạn lên tới 2 TB.

Ngoài ra, FAT-32 còn gặp một vấn đề khác, đó là các file không thể có kích thước quá 4 GB. Ngày nay, khi cả những người mới tập sử dụng máy tính cũng có thể tự làm đĩa DVD cho mình, thì đây quả là một rào cản khó chịu. 

FAT-32 cũng cho phép mỗi phân vùng chứa được tối đa 4,194,304 file. Có thể bạn sẽ chạm đến giới hạn này trước cả giới hạn phân vùng 2 TB.

Để giải quyết những vấn đề trên, bạn có thể sử dụng một hệ thống file khác, nếu như bạn là một người dùng Windows đã quá quen với việc sử dụng NTFS, hệ thống file được sử dụng lần đầu trong Windows NT từ năm 1993 và có mặt cả trong Windows NT, 2000, XP, 2003 và Vista. Trong thực tế, bạn nên sử dụng hệ file này nếu bạn đang dùng một trong số những hệ điều hành trên. Trong phần sau, chúng ta sẽ bàn luận kỹ hơn về hệ file này.   

Thực ra, tất cả những giới hạn được trình bày trong phần này đều có thể được giải quyết bằng cách nâng cấp hệ điều hành của bạn lên phiên bản mới hơn. 

NTFS là hệ thống file quen thuộc trong Windows NT, 2000, XP, 2003 và Vista, và nếu như bạn là người dùng Windows thì sửa máy tính tại nhà khuyên bạn nên sử dụng hệ thống file này. Tất nhiên bản thân NTFS cũng có một số hạn chế sẽ được sửa máy tính đề cập dưới đây, nhưng ít nhất chúng cũng có thông số cao hơn, kể cả so với tiêu chuẩn ngày nay.

Về lý thuyết thì NTFS có thể sử dụng phương pháp định dạng 64-bit, nhưng hiện tại nó vẫn đang sử dụng phương pháp 32 bit. NTFS vẫn tiếp tục sử dụng liên cung có kích cỡ mặc định 4KB cho các phân vùng ( Partition ) có kích cỡ tối thiểu 2 GB. Do đó, kích cỡ phân vùng ( Partition ) tối đa trên NTFS là 16 TB.

Bảng dưới đây tổng hợp kích cỡ liên cung mặc định cho phân vùng ( Partition ) NTFS. Từ “tất cả” trong mục “Hệ điều hành” có nghĩa là “tất cả các hệ điều hành có hỗ trợ NTFS”, như Windows NT, 2000, XP, 2003 và Vista chẳng hạn.

 

Đối với tất cả các phiên bản Windows NT, bảng trên chỉ áp dụng đối với các phân vùng ( Partition ) mới. Các phân vùng được tạo trong quá trình cài đặt hệ điều hành thường sử dụng liên cung 512 byte, khiến kích thước các phân vùng này chỉ đạt tối đa 2 TB (mặt khác, chúng sẽ sử dụng kích thước liên cung nhỏ nhất có thể, giúp những phân vùng tạo theo cách này không gặp vấn đề lãng phí không gian).  

Do liên cung NTFS có kích thước rất nhỏ so với hệ thống FAT, nên việc lãng phí không gian không phải là vấn đề nghiêm trọng đối với NTFS (trong trường hợp xấu nhất, bạn sẽ mất 4,093 byte mỗi file) – ít nhất là trong thời điểm hiện tại. Như bạn đã thấy trong bảng, các phiên bản Windows NT trước 3.5 sử dụng liên cung có kích thước 64 KB cho phân vùng trên 32 GB theo mặc định, nguyên nhân gây ra tình trạng lãng phí dung lượng trầm trọng. Kể từ Windows NT 3.51 trở đi, vấn đề này đã được giải quyết, vì thế hiện tại tất cả các hệ điều hành hỗ trợ HTFS sẽ format phân vùng với liên cung 4KB, nếu như chúng vượt quá 2GB. 

Tất cả các phiên bản Windows hỗ trợ NTFS đều có thể sử dụng liên cung trên 4KB, miễn là chúng có kích thước dưới 64 KB. Bạn chỉ nên thay đổi kích thước liên cung nếu như bạn cần hệ điều hành của mình nhận được phân vùng quá 16 TB. Muốn vậy, bạn cần format phân vùng bằng lệnh c: /a:xxxx, với c là phân vùng và xxxx là kích thước liên cung tính bằng byte (như 8192 cho liên cung 8 KB) để sử dụng được các tiện ích phân vùng như Phân vùng Magic. Nếu không, Windows sẽ sử dụng định dạng trong bảng trên. 

Còn bảng dưới đây cho bạn biết kích thước phân vùng tối đa với NTFS nếu bạn muốn thay đổi kích cỡ phân vùng. 

 

Bạn nhớ rằng chúng ta đang bàn đến hệ thống file NTFS, và các hạn chế liên quan đến hệ điều hành có thể khiến bạn không thể format ổ cứng của mình với toàn bộ dung lượng của nó. Ví dụ như, theo mặc định, Windows không hỗ trợ phân vùng quá 2TB làm phân vùng khởi động. Còn nếu bạn muốn máy tính của mình vẫn nhận được ổ đĩa có dung lượng lớn hơn thế trong một phân vùng đơn, bạn cần phải tạo lập tính năng cho phép kết hợp vài phân vùn g thành một phân vùng đơn duy nhất. 

Chúng ta đã được xem qua giới hạn đối với hai hệ thống file chính là FAT và NTFS. Tuy vậy, hệ điều hành của bạn cũng có thể gặp những giới hạn riêng khiến bạn không thể dạt đến kích thước phân vùng tối đa mà hệ thống hỗ trợ. Sau đây, sửa máy tính đã liệt kê tất cả những giới hạn có thể từ tất cả các hệ điều hành của Microsoft: 

Chúng sửa máy tính tại nhà vừa đem đến cho bạn một lượng lớn thông tin về tất cả giới hạn kích thước mà bạn có nguy cơ gặp phải khi cố format ổ cứng về đúng dung lượng thực của nó. Để tiện cho việc tra cứu, sửa máy tính đã tổng hợp một bảng ngắn gọn dưới đây, trong đó miêu tả tất cả những giới hạn đã đề cập trong bài báo này. Nếu bạn cần biết thêm thông tin về bất cứ giới hạn nào trong đó, chỉ cần quay trở lại phần trên. Trong mục “Limit”, sửa máy tính đã ghi cả hai loại dung lượng: dung lượng thực và dung lượng do hiểu sai khái niệm MB, GB và TB (nằm trong ngoặc đơn).