Advanced Format жестких дисков. 4 Кб вместо 512 байт на сектор - зачем нужно?

До сегодняшнего дня мы достаточно подробно разбирали универсальные жесткие диски, такие как Seagate Barracuda 7200.14 и WD Caviar Blue/Black. При этом многие пользователи в прайс листах компьютерных магазинов могут заметить существование таких жестких дисков, как Western Digital AV-25, Western Digital Caviar Green, Seagate Barracuda Green, Seagate Barracuda ST1000DM003, Western Digital AV-GP. Стоимость данных винчестеров не сильно отличается от универсальных продуктов, но при этом все они обладают одной уникальной особенностью - поддержкой технологии Advanced Format.
Как можно понять из названия самой технологии, Advanced Format, предполагает расширенный режим форматирования жесткого диска. При этом если стандартные жесткие диски имеют физические сектора размерами по 512 байт, то жесткие диски с технологией Advanced Format имеют физический сектор размерами 4 килобайта, то есть содержат в себе четыре стандартных сектора. Данная технология была разработана IDEMA Long Data Sector Committee.

Ключевой необходимостью внедрения данной технологии является удешевление стоимости современных жестких дисков, которые при стандартных габаритах в 3,5 дюйма имеют объемы хранения данных до 4 Тб и уже через некоторое время обещают покорить заветные 8 ТБ. При этом жесткие диски переходят на работу с секторами по 4 килобайта и производят чтение/запись данных сразу по 4 Кб, а не по 512 байт, как в обычных решениях. При этом теоретически уменьшается количество механических движений головок и пластин жесткого диска с одновременным снижением энергопотребления, шумности и расширяются возможности использования более высокотехнологичных магнитных дисков с дорожками по 70 нанометров.

-- Картинка кликабельна --

Необходимость Advanced Format назрела давно
Необходимость перехода на 4 килобайтные сектора назрела достаточно давно, так как современные операционные системы даже в рамках популярной файловой системы NTFS используются кластера размерами по 4 килобайта, то есть фактически, операционная система все равно работает данными по 4 килобайта. В реальных же условиях файловая система с кластерами по 512-1024 байта использовалось лишь в операционных системах DOS, Windows 95/Windows 98 и в некоторых случаях Windows Vista. Поэтому необходимость создания секторов по 512 байт является обузой для производителей жестких дисков, так как производить разметку новых более технологичных жестких дисков на мелкие 512 байтные сектора в разы труднее, нежели их разметка на сектора размерами по 4 килобайта.

-- Картинка кликабельна --

Advanced Format - больше места на диске
Переход на новый формат Advanced Format подразумевает увеличение свободного пространства жесткого диска. При разметке жесткого диска на сектора по 512 байт, каждый сектор дополняется 50 байтами для кода коррекции ошибок, тем самым пользователь получает лишь 87% фактического места на магнитном диске жесткого диска. В случае использования технологии Advanced Format на каждый сектор размером в 4 килобайта используется 100 байт пространства для кода коррекции ошибок, тем самым экономится 50% пространства и пользователь получает возможность использования 96% физического пространства каждого магнитного диска.

-- Картинка кликабельна --

Совместимость жестких дисков Advanced Format
На сегодняшний день полноценная поддержка нового формата жестких дисков реализована начиная с Windows Vista, поэтому современные компьютеры на базе Windows 7 и Windows 8 готовы к работе с новинками. Как правило, пользователи вовсе не замечают какой-либо разницы от использования нового типа жестких дисков.

Реализована полноценная поддержка Advanced Format в последних дистрибутивах операционной системы Linux и решениях от Apple под управлением Mac OS X. А вот от использования Windows XP покупателям жестких дисков Advanced Format придется отказаться. Связано это с тем, что данная операционная система не готова к работе с секторами по 4 килобайта, поэтому контроллер жесткого диска совместно с драйверами будет вынужден эмулировать обычные 512 байтные сектора в рамках одного 4 килобайтного реального сектора. Это приводит к повышению нагрузки на вычислительную часть и тормозит процесс чтения/записи данных. Как правило, отмечается падение производительности вплоть до нескольких мегабайт в секунду и работа становится практически не выносимой.

Самое плохое от использования Windows XP на жестких дисках Advanced Format заключается в том, что жесткий диск из-за необходимости эмуляции оказывается вынужденным многократно считывать один и тот же сектор, что ведет к повышенному износу его механической части.

Определенные нюансы использования Windows XP на жестких дисках Advanced Format заключается также в том, что первый раздел данная операционная система начинает с 63 сектора, в то время как для жестких дисков Advanced Format критичным является начало раздела с 64 сектора, чтоб он был строго кратен восьми. Это позволяет жесткому диску перестать за один запрос кластера считывать два сектора по 4 килобайта и повысить производительность даже в условиях работы под управлением старой Windows XP.

Производители жестких дисков Advanced Format имеют утилиты и собственные технологии для решения данной проблемы. Компания Seagate предлагает технологию Seagate SmartAlign, которая самостоятельно решает проблему форматирования жестких дисков Advanced Format, а компания Western Digital своим покупателям предлагает пользоваться утилитой WD Align System или специальным джампером на жестком диске, которые реализован не на всех экземплярах.

-- Картинка кликабельна --

Насколько актуален Advanced Format
Естественно, в условиях старой размерности сектора по 512 байт не может продолжаться дальнейшее развитие жестких дисков, т.е. увеличения их объема. Рано или поздно жесткие диски со стандартными секторами в 512 байт полностью исчезнут с рынка. Внедрение технологии Advanced Format было начато в 2009 году, массовый пользователь увидел новые жесткие диски в 2010 году. Предполагалось, что стремительное внедрение нового формата будет закончено уже в 2011 году, а в 2012 году стандартные жесткие диски с секторами по 512 байт вовсе покинут прилавки магазинов. Объективно мы не наблюдаем массового вытеснения. Скорее можно отметить параллельное существование на рынке жестких дисков со стандартными 512 байтными секторами и жестких дисков с секторами по 4 килобайта в рамках технологии Advanced Format.

Производители жестких дисков переход на новый формат Advanced Format объясняют не сколько необходимостью увеличения вместимости самих жестких дисков, сколько необходимостью повышения надежности хранения данных за счет улучшения технологии коррекции ошибок. В частности, считается, что использование 512 байтных секторов в условиях пластин менее 80 нанометров достаточно проблематично, так как появление микрочастиц между головкой жесткого диска и пластиной приведет к появлению ошибок чтения или записи данных. Если же жесткий диск будет оперировать данными по 4 килобайта - этого удастся легко избежать.

Недостатком жестких дисков Advanced Format является то, что при необходимости записи мелких данных размер которых менее 4 килобайт жесткий диск оказывается вынужденным либо заполнить весь сектор в 4 килобайта данными менее этого размера, или дождаться появления новых данных у пользователя. Как правило, контроллер копит данные по 512 килобайт в своей кэш-памяти и как только набирает 4 килобайта данных для заполнения сектора - записывает их. Тем самым, если вы работаете с фалами менее 4 килобайт достаточно часто, имеет смысл позаботиться о резервном источнике питания для уменьшения вероятности потери данных. Для большинства пользователей, которые хранят на жестких дисках музыку, видеофайлы, компьютерные игры по 20 Гб - это не актуально.