: «Мне кажется, любому пользователю всегда будет достаточно объёма оперативной памяти в 640 …», – а сегодня нам и 4 не кажется много!..

Кажется, ещё совсем недавно нам вполне хватало 500- винчестера, – а сегодня покупаем 3- , – и это не кажется нам много (не зря же народная мудрость гласит, что памяти – и дисковой, и оперативной – никогда не бывает много!..).

Спрос на всевозможные цифровые носители неуклонно растёт, – при этом требуется, чтобы они вмещали всё больше информации. А посему производителям приходится ломать голову над тем, как повысить (и продолжать повышать!) ёмкость носителей.

Существует 3 основных способа повышения ёмкости носителя:

– повысить продольную плотность записи;

– увеличить плотность дорожек (количество дорожек на дюйм);

– увеличить количество используемых поверхностей (увеличить площадь пластин и/или их количество ).

Наилучшие результаты даёт повышение плотности записи данных. Преимущество повышенной плотности записи состоит в том, что она используется на каждой дорожке каждой из сторон носителя.

В 2009 г. компания Western Digital Technologies – один из пионеров и лидеров индустрии накопителей на магнитных дисках – представила технологию Advanced Format .

***

Что такое Advanced Format

Классическая архитектура накопителей

Каждая дорожка винчестера представляет собой последовательность секторов (сектор – это минимальная единица хранения данных на носителе).

В настоящее время данные, хранимые на носителе, располагаются в 512-байтовых секторах (здесь необходимо различать физические и логические секторы). Между секторами есть промежутки – пустые промежуточные области, разделяющие секторы и не содержащие данных. Каждый сектор начинается с поля Sync/DAM (вводная запись). Кроме того, каждый сектор имеет поле ECC (Error Correcting Code ), содержащее информацию для исправления ошибок:

Western Digital увеличила размер сектора в 8 раз – с 512 до 4096 байт. При этом используется 1 межсекторный промежуток вместо 8. Таким образом удается увеличить ёмкость носителя на 7 – 11%. Кроме того, использование увеличенного ECC повышает эффективность коррекции ошибок на 50%, что обеспечивает более высокий уровень целостности данных:

Преимущества Advanced Format :

– увеличение ёмкости носителя;

– повышение плотности записи;

– более высокий уровень целостности данных;

– увеличение скорости поиска и чтения данных;

– уменьшение количества ошибок при чтении;

– повышение производительности накопителя;

– уменьшение износа механических частей носителя;

– увеличение срока службы;

– …

***

Практическое применение Advanced Format

Интерфейсы дисковых накопителей, позволяющие использовать секторы увеличенного размера (Long Data Sector , LDS ), разработаны уже давно. Однако, размер сектора в 512 байт был стандартом на протяжении более 30 лет. Поэтому многие компоненты вычислительных систем (например, , DVR , PSP , мобильные телефоны) неспособны работать ни с какими другими секторами, кроме 512-байтовых. Для обеспечения совместимости с этими устройствами в изделиях с технологией Advanced Format используется эмуляция 512-байтовых секторов, – то есть эти устройства будут «видеть» диски AFDs , как диски со стандартными секторами, а накопитель сам будет преобразовывать 8 логических секторов в 1 физический и работать с ним на аппаратном уровне:

В дисках с технологией Advanced Format используются соответствующие пластины, они разбиты на физические секторы размером 4096 байт, состоящие из 8 логических секторов по 512 байт:

***

Как использовать диски Advanced Format

Технология Advanced Format предназначена для работы с большинством современных операционных систем, таких как , + , Mac OS . В этих заложена поддержка Advanced Format на программном уровне.

Для тех, кто пользуется :

– если винчестер содержит один раздел (single partition ), нужно установить перемычку на контакты 7 и 8 (jumper pins 7 – 8):

Дата публикации: 12.01.2011

Случилось так, что мне срочно понадобился терабайтный HDD со скоростью вращения шпинделя 5400 (для чего - это отдельная печальная песня..). А в магазине был только один подходящий - Western Digital серии Green Power WD10EARS с технологией Advanced format .
Если не считать слегка пугающей Advanced format, нормальный диск: SATA-300, 64 МБ кэша, тихий.. Вот такой:

Заметки на полях: Технология парковки головок гарантирует, что записывающая головка ни при каких обстоятельствах не будет соприкасаться с поверхностью диска.

Так как владельцы зеленых "вестернов" уже сталкивались с проблемой чрезвычайной медлительности Green-ов, я не поспешил ставить диск в систему, а полез в сеть… читать…

Всё, что написано будет ниже, придумал не я. Но автора указать не могу.
Во-первых: их не один.
Во-вторых: примерно одно и то же копируется с сайта на сайт, со статьи в статью, и кто у кого спёр цитату мне неизвестно.
И в третьих: я немножко тоже приложил руку.
В любом случае: спасибо авторам.

Теоретически и кратко Advanced format это:
Пластины на обладателях этой технологии разбиты на сектора не по 512 байт, а по 4 КБ, т.е., если прежде четырехкилобайтный файл хранился на восьми секторах, теперь для этого нужен лишь один. Соответственно, в восемь раз становиться меньше разных служебных блоков (Sync/DAM, ECC), межсекторных промежутков и секторов, лишь частично заполненных информацией.

Что это даёт?
Меньшее количество простоев, меньшая вероятность появления ошибок, большая вероятность восстановления ошибочно считанных данных, увеличение плотности записи, бла-бла-бла..

Что в этом плохого?
Windows 2000/XP не умеет работать с такими дисками совсем .
Windows Vista и Windows 7 - умеют. Но не совсем:

Но программное обеспечение, начиная с BIOS, создавалось и создается в подавляющем большинстве из расчета на то, что сектор имеет размер 512 байт .
И Western Digital сделала такой финт: физически, на поверхности пластин, создаются 4-кБ сектора, а вот логически диск рапортует о том, что он работает с секторами по 512 байт. То есть, каждый физический сектор содержит в себе восемь логических. Этакая вот эмуляция..

И тут я приведу полностью ЦИТАТУ :

"... Дело в том, что до сих пор более чем популярная Windows XP (а также все ее предшественники) использует очень интересную схему форматирования жесткого диска.

При создании раздела на диске первые 63 сектора (с нулевого по 62) резервируются, а сам раздел начинается с 63-го сектора. Этот самый 63-й сектор в случае использования физических 4-кБ секторов приходится ровно на восьмой логический сектор в восьмом физическом секторе. А дальше в дело вступает файловая система NTFS, работающая с жестким диском кластерами по 4 кБ.

И мы получаем крайне неприглядную картину: из-за сдвига на 512 байт (тот самый 63-й сектор) каждый кластер файловой системы располагается сразу на двух физических 4k-секторах, несмотря на то, что по размерам они равны. При чтении это приводит лишь к тому, что мы теряем эффективность из-за необходимости чтения чуть большего количества информации, чем надо, и вычленения из нее нужных кусков данных. А вот на записи кластера жесткому диску каждый раз приходится считывать два блока, изменять в них только те восемь логических секторов, которые соответствуют по адресам кластеру файловой системы, и лишь после этого писать их обратно на диск. Запись 512-байтного сектора, а именно такими запросами происходит изменение информации в системных данных, соответственно, порождает чтение физического 4K-сектора, замену в нём данных соответствующего логического 512-байтного сектора и запись на диск физического 4K-сектора...

.. Понятно, что по производительности это бьет весьма сильно. Что побудило компанию Microsoft выбрать размер стартового отступа именно 63 сектора - сейчас уже никто не знает, но если раньше это проявлялось лишь при работе с RAID-массивами (там страйпы тоже оказывались сдвинуты относительно кластеров операционной системы) и SSD-дисками (из-за блочного доступа), то сейчас стало довольно большой проблемой... Радует одно: в системах Windows Vista и Windows 7 такой проблемы нет, поскольку эти системы подходят к разметке диска совсем по-другому..."

Кто виноват, более-менее ясно. Теперь о том, что делать.

На самом диске имеется вот такая картинка:

Это она же, крупнее:

Что означает примерно следующее:

* в Windows XP: если хотите разбить диск на несколько разделов, либо для использования программ клонирования - используйте программу WD Align.
* в Windows XP: если предполагается использовать всего один раздел, занимающий вседисковое пространство - установите перемычку 7-8 перед установкой диска или используйте WD Align * Для всех остальных операционных систем - диск готов для использования "как есть", т.е. ничего делать не требуется.

Про перемычку: если её поставить, то диск сдвинет всю свою логическую структуру на один логический сектор так, что 63-й, с точки зрения операционной системы, сектор на самом деле будет 64-м, то есть попадет аккуратно на начало физического сектора. Что решает проблему. Пока перемычка стоит..
Но.
Я не знаю, как поведет себя диск с перемычкой, если у Вас 2 операционные системы, например Windows XP и Win7.

А если вы перемычку зачем-то (ну вдруг?) снимите?.. Врать не буду - тоже не знаю. А вы? Кое-кто считает, что в этом случае инфу можно потерять. Можете проверить, кстати:)

То, что я сейчас посоветую, и что проделал со своим диском, можно найти на просторах рунета, порывшись в его залежах. Ну.. я для вас и за вас всё собрал, проанализировал, выбрал лучшее, попробовал и расскажу и покажу.

Если захотите поставить на Green Power (а они уже есть и со скоростью 7200) операционную систему, настоятельно рекомендую проделать нижеприведённую процедуру на компьютере с уже установленной операционной системой . Иначе может получиться так, что при загрузке Ваш диск не определиться как террабайтник, а система будет считать объём кэша объёмом диска.

Поехали:
Для пользователей дисков Western Green бесплатно доступна программа Acronis True Image WD Edition на русском языке. Точно так же бесплатна и русская Acronis AlignTool.

Обе программы в архиве можно скачать здесь: http://narod.ru/disk/23115273000/WD.rar.html
Размер: 163.81 МБ
md5:
пароль - drbobah.com

В обеих программах пошаговый мастер не даст права на ошибку, только читайте внимательно.

Установите Acronis AlignTool.

Установите Acronis True Image WD Edition.

После установки Acronis True Image WD Edition потребуется перезагрузка. Выключите комп, подключите жесткий диск Western Green Power, после входа в систему запустите Acronis True Image WD Edition.

Почему я выделил красным именно первичный , а не логический ?

Если Вы не собираетесь ставить на диск систему и он до скончания века будет стоять у вас в системном блоке - тогда можете создать логический (при этом автоматически создастся ещё малюсенький раздел для служебных файлов).

Но если вы решите логический диск отнести к приятелю - при подключении к чужому компу (особенно по USB) весьма вероятны проблемы в случае логического диска.
Так, что я выбираю первичный .

Теперь диск появился в системе. Но это ещё не всё !

Запустите Acronis AlignTool.

Программа сама найдёт нужный диск и определит, что это Не оптимально выровненный раздел.

Видите, - нашла и определила: "Не оптимально выровненный раздел".

Кстати, один скрин я сделать просто не успел - всё происходит очень быстро. Потому, что диск девственно чист. А вот если на нём уже есть данные - всё будет гораздо дольше.

Нажмите "Вернуться к мастеру ", чтобы убедиться, что всё в порядке:

Собственно - и всё.

Кстати, раз: после этой процедуры копирование 600 с лишним гигабайт на вестерн (а не забываем - скорость вращения у него 5400) заняло минут на 15 меньше, чем копирование тех же файлов на Hitachi со скоростью вращения 7200. Уж не знаю, почему.

Кстати, два: то, что у винчестеров семейства Caviar Green скорость вращения шпинделя меняется от 5400 до 7200 об/мин в зависимости от нагрузки - миф. Скорость постоянна . Может быть чуть разной, в зависимости от модели, но постоянной . 5000, или 5400.

Кстати, три:
P.S. Если я где-то ошибся - поправьте.
Или дополните.
Фак по исправлению ситуации, когда объём диска определяется объемом его кэша, мне пока писать лень.
Да и некогда.. Да и вообще - не дай бог...

Если вам понравился совет и вы считаете, что он лучший среди советов, присланных в январе на Конкурс советов, проголосуйте за него в форме для конкурсного голосования слева. Возможно именно ваш голос будет решающим и автор полезного совета получит ценный приз!

Последние статьи раздела «Компьютеры & Интернет»:

Вам помогла эта статья? Вы тоже можете помочь проекту, пожертвовав любую сумму по своему усмотрению. Например, 50 рублей. Или меньше:)

Традиционный путь развития жестких дисков основывается на постепенном увеличении плотности записи на магнитные пластины, однако он сопряжен с большими затратами времени, усилий и средств. Поэтому разработчикам приходится обращаться к новым технологиям, и одна из них - Long Physical Sector, представленная недавно Western Digital под названием Advanced Format.

Восьмая ревизия стандарта ATA/ATAPI предусматривает введение двух новых параметров, ранее не применявшихся для жестких дисков: Long Physical Sector (LPS, длинный физический сектор) и Long Logical Sector (LLS, длинный логический сектор). Первый подразумевает, что на этапе литографии, когда на магнитной пластине создаются секторы для последующей записи данных, она будет размечаться по-новому: вместо традиционных секторов по 512 байт будут применяться более емкие, по 1, 2 или 4 КБ. LLS же введен для того, чтобы разграничить понятия физического и логического сектора, к которому обращается ОС при файловых операциях (также известного как LBA). В традиционных HDD с секторами по 512 байт эти понятия фактически идентичны, потому ранее нужды в разделении LPS и LLS попросту не было. Теперь же возникает целый ряд нюансов, которые производителям жестких дисков придется решать.

Для начала поговорим о том, что дает переход на использование длинных физических секторов. Каждая ячейка на магнитной пластине снабжается служебной зоной Sync/DAM, служащей для позиционирования головок чтения/записи, и зоной ECC, хранящей коды коррекции ошибок на случай ошибки чтения. Кроме того, между всеми ячейками имеется небольшое пространство, минимизирующее взаимное влияние магнитных полей в них и деградацию заряда. Объем зоны ECC в современных HDD и эффективность алгоритмов восстановления данных при ошибке - один из ключевых факторов, влияющих на надежность хранения и скорость работы с содержимым. Чем большей плотности записи добиваются разработчики, тем хуже становится соотношение сигнал/шум, и следовательно, возникает больше ошибок чтения. Если контроллеру не удастся исправить их с помощью ECC, придется повторно считывать ячейку, что означает как минимум один дополнительный оборот пластин. На сегодняшний день типичным объемом зоны ECC считаются 40 байт на каждый 512-байтовый сектор. В будущем при дальнейшем увеличении емкости пластин разработчикам придется пойти на удвоение этого показателя, чтобы повысить шансы успешного восстановления.

Традиционные пластины с секторами по 512 байт

Переход на использование длинных секторов позволяет, во-первых, уменьшить число зон Sync/DAM и межсекторных промежутков во столько же раз, во сколько они длиннее обычных 512-байтовых, однако на самом деле это верхушка айсберга. Специфика алгоритмов восстановления данных по кодам ECC такова, что чем больший объем был считан, тем они эффективней, и следовательно, требуется меньше места для кодов. На практике это означает, что если для одного 512-байтового сектора необходимо 40 байт ECC, то для 4 КБ достаточно уже 100 байт. Несложно посчитать, что при этом экономится 220 байт. В сумме с другими служебными зонами, по данным WD, уже на современных HDD эффективность использования дискового пространства увеличивается на 7-11%, а в сравнении с будущими дисками с 80-байтовыми зонами ECC - и на все 22%. В первую очередь это играет на руку потребителю - на базе одних и тех же пластин и головок (что составляет львиную долю затрат на разработку HDD) вендоры смогут предложить на 10-20% более емкие накопители. В конце концов, использование физических секторов по 512 байт на сегодняшний день фактически бессмысленно: ни одна из современных файловых систем не использует кластеров такого размера, стандартным параметром NTFS при форматировании раздела является как раз 4 КБ, и запись и считывание данных осуществляется именно такими порциями.

Новые пластины с длинными секторами по 4 КБ

Есть у LPS/LLS и менее явные достоинства: устраняется лимит на емкость раздела более 2 TiB, существующий при 32-битной адресации и 512-байтовых секторах; большая эффективность алгоритмов коррекции ошибок означает, что быстродействие при чтении вырастет; меньшее количество физических секторов означает меньшую вероятность возникновения так называемых bad-блоков; уменьшенное в восемь раз число логических секторов означает радикальное уменьшение размера таблиц адресации и неизбежный рост эффективности работы контроллера при высокой нагрузке (большом числе запросов на случайное чтение и запись). Правда, на сегодняшний день об этом речь не идет, о чем - во второй части описания технологии.

WD Advanced Format: сложное решение под простым названием

Western Digital Advanced Format - вовсе не простое маркетинговое название LPS/LLS. Дело в том, что работу с физическими секторами по 4 КБ поддерживают не все ОС: в семействе Windows она появилась лишь с Vista, Server 2008 и 7, а остающиеся популярной XP и Server 2003 этой поддержки лишены. В стане MacOS и Linux все несколько оптимистичней: все мало-мальски актуальные версии этих ОС нормально работают с длинными секторами. Также стоит вопрос обратной совместимости и на аппаратном уровне: BIOS материнской платы, прошивка и драйвер контроллера дисков также должны поддерживать длинные ячейки. Поэтому WD пошла на сложный, однако необходимый на сегодняшний день шаг: в жестких дисках компании, использующих Advanced Format, на уровне контроллера реализована эмуляция обычных 512-байтовых секторов из физических 4-килобайтовых.

Advanced Format - эмуляция старого диска на новых пластинах

Накопитель при инициализации сообщает материнской плате, что по-прежнему используются короткие ячейки, а при получении от файловой системы логического адреса блока (LBA) транслирует его в адрес физического сектора. В результате появляется полная совместимость со старыми операционными системами, однако возникают и свои сложности. Во-первых, эта эмуляция требует дополнительной операции на пути между запросом на чтение/запись и осуществлением этой операции и, соответственно, увеличивает время исполнения. Во-вторых, она вызывает дополнительную нагрузку на вычислительное ядро контроллера диска и, таким образом, снижает эффективность работы прошивки. В-третьих, в любом случае теперь при чтении даже 512 байт данных физически диску придется считать 4 КБ и 3,5 КБ из них отбросить (очень похоже на write amplification в SSD), а если нужно считать подряд два логических сектора, принадлежащих разным физическим - придется обрабатывать сразу 8 КБ. В-четвертых, и это самое важное, появляется главная проблема этой технологии - огромное падение производительности при использовании неправильно созданных разделов.

Дело в том, что старые операционные системы (до Vista) при создании раздела начинают разметку с блока №63 (LBA63), это «наследие» еще DOS, ныне ничем не обоснованное. Подчеркнем, что проблема эта возникает только при разметке диска из-под Windows XP и более ранних ОС либо клонировании разделов с помощью утилит, не поддерживающих 4-килобайтовые секторы, в любой ОС. Windows Vista и 7 размечают первый раздел с 2048-го сектора, а следующие - с ближайшего после окончания первого раздела кратного восьми, поэтому они сразу получается выровненными. Для HDD с секторами по 512 байт никакой проблемы также нет - каждая из ячеек существует физически и может быть адресована напрямую. Для 4-килобайтовых ячеек начало с нечетного логического сектора означает, что кластер операционной системы будет размещен сразу на двух физических ячейках, и производительность HDD очень сильно снизится.

Невыровненный кластер файловой системы на двух физических секторах

К примеру, если диску нужно подряд считать или записать n кластеров, на самом деле придется обращаться к n+1 ячеек, а если речь идет об операциях со случайным доступом и малым размером блоков, можно смело говорить об удвоении фактически считываемых и записываемых данных. В случае же если две ячейки находятся на разных дорожках, то к обычному процессу «адресация-позиционирование-чтение» добавляется еще поворот пластин, поиск второго сектора и позиционирование, что для HDD с частотой вращения 7200 об/мин добавляет минимум 8,3 мс. Поэтому крайне важно, чтобы созданный на диске раздел был «выровнен» с физическими ячейками, т.е. его начало совпадало с началом сектора на HDD.

Выравнивание разделов - залог быстродействия

Добиться этого WD предлагает несколькими способами. Первый - можно просто замкнуть 7 и 8 контакты диска перемычкой. Тогда контроллер при адресации станет прибавлять 1 к получаемому от ОС LBA (соответственно, при обращении в LBA63 HDD на самом деле обратится в 64-й логический сектор), весь массив адресов сдвинется и совпадет с физическими ячейками. Этот вариант работает только в случае создания единственного раздела и только до разметки диска, если установить перемычку после нее - раздел перестанет распознаваться, если создать второй раздел - он не будет выровнен, поскольку между ним и первым снова будет промежуток в 63 логических сектора.

Второй, более универсальный вариант, предполагает использование утилиты WD Align, доступной бесплатно с сайта производителя. Она разработана компанией Paragon Software, известной своим ПО для работы с дисками, и позволяет «на лету» выровнять разделы в соответствии с физическими секторами без потери данных и необходимости их куда-либо копировать. Поддерживается работа как с загрузочного диска (при этом операция пройдет быстрее), так и прямо из-под работающей ОС (выравнивание происходит после перезагрузки, аналогично клонированию раздела). При этом уже записанные файлы копируются на новое место (скорость при этом примерно соответствует обычному копированию), а пустое пространство просто быстро переразмечается с внесением соответствующих изменений в MFT. К примеру, пустой раздел емкостью 2 ТБ был выровнен примерно за 3 минуты. При запуске утилита проверяет, действительно ли используется диск с Advanced Format и раздел не выровнен, поэтому риска случайного выравнивания нормального раздела нет.

Тестирование

Перейдем от теории к практике. На сегодняшний день единственными HDD, в которых применены секторы емкостью 4 КБ, являются Western Digital Caviar Green с суффиксом EARS в названии модели. Что характерно, это первые накопители экономичной серии, предназначенной в качестве дисков для высокоемких, тихих и холодных систем хранения, в которых применен буфер емкостью 64 МБ - необходимость оперировать 4-килобайтовыми блоками вместо 512-байтовых предъявляет повышенные требования к кэшу.

Мы протестировали топовую модель этой серии - WD Caviar Green WD20EARS емкостью 2 ТБ. Диск форматировался в Windows XP и Windows 7 (таким образом снимались показания для выровненного и не выровненного разделов). Для сравнения использовался HDD WD AV-GP WD20EVDS - аналог Caviar Green, позиционируемый как накопитель для медиасерверов, записывающих устройств и т.п. Этот диск использует пластины с обычными секторами и оснащен буфером емкостью 32 МБ. Оба тестируемых устройства основаны на четырех пластинах емкостью 500 ГБ, однако напрямую их сравнивать нельзя: AV-GP оптимизированы под однопотоковые линейные операции, а у WD20EARS еще и вдвое больший кэш. Однако представление о том, какое влияние на быстродействие оказывает эмуляция в контроллере и как сказывается на ней невыровненность раздела, можно составить. Для снятия показателей линейных скоростей и времени отклика, а также для эмуляции рабочей станции, файлового и веб-серверов использовалась утилита IOMeter в режиме дискового доступа (без разбиения на разделы), также из-за особенностей работы IOMeter с разделами для иллюстрации необходимости выравнивания вместо него использовался Intel NAS Performance Toolkit.

Как видно из диаграмм, на линейных операциях необходимость трансляции логических адресов в физические на уровне контроллера практически не сказывается. WD20EARS демонстрирует неплохую производительность, заметно опережая своего собрата. Сложно сказать, чем обусловлено это превосходство: более емким буфером, большей итоговой плотностью записи из-за отсутствия большинства сервисных зон, или просто особенностями прошивки. Неудивительно, что WD решила «обкатать» Long Physical Sector именно на серии Caviar Green - эти HDD предназначены в первую очередь для домашних высокоемких хранилищ, где в основном на них записываются крупные мультимедийные файлы. В таком случае характер обращений к ним будет именно линейным (если не считать файлообменных систем), и проблем из-за эмуляции возникать не будет, поскольку в значительной мере они будут нивелироваться эффективностью кэширования.

В то же время, судя по показателям времени доступа на чтение и запись, эмуляция 512-байтовых секторов при адресации сказывается очень сильно: если для чтения показатели еще терпимы (20,5 мс у WD20EARS против 17,4 мс у WD20EVDS), то при записи этому диску не помогает даже кэширование - почти 33 мс ставят крест на возможности использования этого HDD в качестве системного.

Наиболее ужасны показатели производительности при работе с мелкими файлами: вплоть до размера блока 16 КБ WD20EARS записывает их со скоростью до 5,5 МБ/с (4 КБ, которым равен один кластер файловой системы, пишутся в среднем при 1,4 МБ/с, а пресловутые 512 байт - вообще на смехотворных 50 байтах в секунду). Причина этому проста: чем меньше файлы и чем их больше, тем тяжелее нагрузка на контроллер, которому приходится выполнять намного больше операций для нахождения реального места назначения отправленных ему на сохранение данных. Лишь начиная с 32 КБ эффективность эмуляции резко возрастает - аж до 92,6 МБ/с.

Диаграммы Intel NAS Performance Toolkit намекают, что WD стоит не просто наклеивать на упаковку своих новых HDD скромную инструкцию о том, как нужно их размечать под разными ОС, а не мешало бы это делать крупными красными буквами. Скорость записи на невыровненный раздел по сравнению с правильно размеченным HDD отличается почти в 4 раза! Под тяжелой нагрузкой эффективность падает в 5 раз, при одновременной работе двух потоков с линейным доступом - в полтора-два раза. Лишь при линейном чтении в один поток разницы почти нет - диску все равно, как соотносятся кластеры с секторами, поскольку он все равно проходит по ним последовательно.

Итоги

Однозначные выводы по итогам этого тестирования делать сложно. С одной стороны, переход на использование секторов емкостью 4 КБ - оправданная и давно назревшая мера, к которой в ближайшее время начнут обращаться и другие производители жестких дисков. Преимуществ у этого подхода много, а недостаток всего один - несовместимость с ОС прошлых поколений. Бороться с ним можно активно, как это делает WD посредством эмуляции в поддерживающих Advanced Format дисках, а можно пассивно - выжидая, когда инсталляционная база ПК с аппаратными ограничениями на использование 4-килобайтовых ячеек в HDD и под управлением Windows XP станет достаточно малой, чтоб ею можно было пренебречь. Вероятнее всего, этот момент настанет ближе к 2014 г., когда Microsoft окончательно прекратит поддержку Windows XP. Однако это не означает, что до тех пор мы сможем наблюдать новую технологию только в виде Advanced Format, вполне вероятно, что накопители более высокого класса для производительных ПК будут выпущены с отключенной эмуляцией и позиционированием на современные ПК, работающие под управлением современных ОС.

Что касается конкретных HDD Western Digital Caviar Green серии EARS, то, рассматривая их в качестве варианта покупки, нужно быть осторожным: они подойдут только в качестве хранилища, если же планируется мало-мальски серьезная нелинейная нагрузка - стоит обратить внимание на традиционные модели с суффиксом EADS. В данном же случае перед нами скорее «полевое испытание», и WD в чем-то даже заслуживает похвалы за то, что в компании рискнули самостоятельно начать подготовку рынка к будущему переходу на использование длинных секторов.

Жесткие диски

Переход к жестким дискам с секторами размером 4 КБ (Advanced Format)

Преимущества и возможные риски при переходе от секторов размером 512 байт к секторам размером 4096 байт

Обзор

В отрасли жестких дисков происходят серьезные перемены. В то время как в прошедшие годы наблюдался стремительный рост плотности хранения данных, один из базовых параметров конструкции жестких дисков — размер логического блока, называемого сектором — оставался неизменным.

Примерно с 2010 года производители жестких дисков начали переход от традиционного размера сектора (512 байт) к новому, более эффективному размеру 4096 байт. Его обычно называют размером 4 КБ, а теперь он получил название Advanced Format (расширенный формат), присвоенное Международной ассоциацией производителей жестких дисков IDEMA.

В этой статье рассказывается о причинах такого перехода и перспективных преимуществах для потребителей, а также о возможных «подводных камнях», которых следует избегать при переходе от секторов размером 512 байт к секторам размером 4 КБ.

Вместо предисловия

Уже более 30 лет данные на жестких дисках форматируются в виде небольших логических блоков по 512 байт, называемых секторами. Этот стандартный формат до сих пор принимается за основу при проектировании современных компьютеров.

Такой сектор содержит раздел интервала, раздел синхронизации, раздел метки адреса, область данных и область кода обнаружения и исправления ошибок (рис. 1).

Рис. 1. Расположение традиционных секторов на носителе жесткого диска

Сектор диска имеет следующую структуру

• Интервал: промежуток между секторами.
• Код синхронизации: метка синхронизации, обозначающая начало сектора и позволяющая синхронизировать работу диска.
• Метка адреса: метка, содержащая данные для идентификации номера и расположения сектора. В ней также хранится информация о состоянии сектора.
• Область данных: в этой области хранятся данные пользователя.
• Область исправления ошибок: в этой области хранятся коды исправления ошибок, с помощью которых исправляются и восстанавливаются данные, которые могли быть повреждены во время чтения или записи.

Этот низкоуровневый формат используется в нашей отрасли уже многие годы. Однако в связи с ростом емкости жестких дисков размер сектора неизбежно становится конструктивным ограничением для дальнейшего повышения емкости дисков и эффективности исправления ошибок. К примеру, если соотнести размер сектора с емкостью устаревших и современных дисков, то можно увидеть, что разрешение сектора многократно уменьшилось. Разрешение сектора (отношение размера сектора к общей емкости диска, выраженное в процентах) в значительной мере сократилось и, как следствие, стало неэффективным (таблица 1).

Низкое разрешение подходит для управления небольшими разрозненными последовательностями данных. Однако современные приложения, как правило, оперируют блоками данных, которые намного больше размера сектора 512 байт.

И что еще более важно, небольшие сектора размером 512 байт занимают все меньшую площадь поверхности диска по мере повышения плотности записи. Это становится проблемой в контексте исправления ошибок и вследствие дефектов покрытия. На рис. 2, например, данные в секторе жесткого диска занимают меньшую площадь, что делает исправление ошибок сложнее, так как дефекты покрытия, имеющие прежний размер, повреждают больший процент данных и для их восстановления требуются более совершенные средства.

Рис. 2. Дефекты носителя и плотность записи

В секторе размером 512 байт, как правило, можно исправить дефект длиной до 50 байт. Современные жесткие диски с наибольшей плотностью записи практически достигли предела в области исправления ошибок. Поэтому основной потребностью отрасли для дальнейшего развития средств исправления ошибок и повышения эффективности жестких дисков стал переход к секторам большего размера.

Переход к секторам размером 4 КБ (расширенный формат)

В индустрии хранения данных уже несколько лет ведутся совместные работы над переходом к секторам большего размера. Компания Seagate вместе с партнерами проводит масштабные работы в этом направлении с 2005 года (рис. 3). В декабре 2009 года в результате совместных усилий IDEMA был создан и утвержден новый формат Advanced Format. Это название стало официальным для стандарта секторов размером 4 КБ. Кроме того, все производители жестких дисков договорились начать поставки новых моделей накопителей этого формата для настольных и переносных ПК к январю 2011 года. Однако накопители расширенного формата появились на рынке даже раньше. Компания Seagate первой начала поставлять такие накопители производителям вычислительной техники и включать их в свои продукты.

Рис. 3. Основные вехи разработки стандарта Advanced Format

Перспективные преимущества секторов размером 4 КБ

Поскольку производители жестких дисков договорились перейти к новому формату секторов к январю 2011 года, остальным участникам отрасли ИТ нужно было подготовиться к этому переходу, чтобы избежать возможных негативных последствий. В краткосрочной перспективе преимущества таких дисков были не слишком заметны конечным пользователям, потому что новый формат не привел к моментальному увеличению емкости, однако в долгосрочной перспективе переход на секторы размером 4 КБ позволил увеличивать плотность записи данных и емкость жестких дисков, а также повышать надежность исправления ошибок.

Повышение эффективности формата за счет сокращения пространства, занимаемого кодом исправления ошибок

На рис. 4 показана структура традиционного сектора размером 512 байт, из которой видно, что для каждого 512-байтного сектора на диск дополнительно записываются 50 байт, содержащие код исправления ошибок, и еще 15 байт с интервалом, кодом синхронизации и меткой адреса. В результате эффективность секторного 1 формата составляет примерно 88% (512/(512 65)).

Рис. 4. Структура традиционного сектора размером 512 байт

В новом стандарте Advanced Format размер сектора составляет 4 КБ, то есть восемь традиционных секторов размером 512 байт каждый объединяются в один сектор размером 4 КБ (рис. 5).

Рис. 5. Новый формат: структура сектора размером 4 КБ

В новом формате под интервал, код синхронизации и метку адреса отводится столько же места, сколько и раньше, а код исправления ошибок увеличен до 100 байт. В результате эффективность секторного 1 формата увеличивается до 97% (4096/(4096 115)), то есть почти на 10%.

Со временем такое повышение эффективности формата окупится и поможет добиться большей емкости и повышения целостности данных.

Надежность и исправление ошибок

Физический размер секторов на дисках уменьшается, и каждый сектор занимает все меньше места, в то время как размеры дефектов поверхности остаются прежними. На рис. 6 показаны предметы, которые мы считаем очень мелкими. Однако по сравнению с величиной зазора между головкой чтения-записи и поверхностью жесткого диска эти предметы оказываются большими. Дефекты на поверхности жесткого диска могут появиться от микроскопических частиц, которые значительно меньше показанных на рисунке.

Рис. 6. Величина зазора между головкой и жестким диском в масштабе

В секторе размером 4 КБ нового формата Advanced Format размеры блока ECC увеличены почти вдвое 2 , с 50 до 100 байт, что обеспечило давно ожидаемое повышение эффективности исправления ошибок и устойчивости к мелким частицам и дефектам поверхности.

Таким образом, совместный выигрыш от возросшей эффективности нового формата и повышения надежности исправления ошибок делает переход на сектора размером 4 КБ вполне оправданным. Главная задача производителей жестких дисков — правильно организовать этот переход, чтобы в перспективе достичь наибольшей отдачи с минимальными побочными эффектами.

Последствия перехода на сектора размером 4 КБ

Как уже отмечалось, во многих случаях современные компьютерные системы по-прежнему исходят из того, что размер сектора всегда равен 512 байтам. При переводе целой отрасли на новый стандарт 4 КБ нельзя ожидать, что все эти устаревшие предположения тут же изменятся. Конечно, со временем произойдет переход к использованию секторов размером 4 КБ, когда и компьютер и жесткий диск будут при обмене данными использовать блоки именно такого размера. Но до этого момента производителям жестких дисков придется организовывать переход на сектора размером 4 КБ с использованием приема, называемого эмуляцией секторов размером 512 байт.

Эмуляция секторов размером 512 байт

Внедрение секторов размером 4 КБ во многом зависит от технологии эмуляции секторов размером 512 байт. Этим термином называют процесс преобразования данных из нового формата с размером сектора 4 КБ, используемого новыми дисками, в традиционный формат с размером сектора 512 байт, используемый компьютерами.

Эмуляция секторов размером 512 байт допустима, поскольку не требует серьезных изменений в существующих компьютерных системах. Однако она может привести к снижению производительности, особенно при записи данных, размер которых не кратен восьми традиционным секторам. Чтобы пояснить это, рассмотрим подробнее процессы чтения и записи, которые будут применяться при эмуляции секторов размером 512 байт.

Процессы чтения и записи при эмуляции

Процесс чтения данных из секторов размером 4 КБ в режиме эмуляции секторов размером 512 байт оказывается достаточно простым, как это видно на рис. 7.

Рис. 7. Возможная последовательность чтения данных в режиме эмуляции секторов размером 512 байт

Чтение блока данных размером 4 КБ и переформатирование конкретного сектора размером 512 байт, запрошенного компьютером, выполняется в динамической памяти диска и не оказывает заметного влияния на производительность.

Процесс записи может оказаться несколько сложнее, особенно когда данные, которые компьютер пытается записать на диск, являются подмножеством физического сектора размером 4 КБ. В этом случае жесткий диск сначала вынужден считать нужный сектор размером 4 КБ целиком, объединить считанные данные с новыми и затем записать весь сектор размером 4 КБ (рис. 8).

Рис. 8. Возможная последовательность записи данных в режиме эмуляции секторов размером 512 байт

Жесткому диску приходится выполнять дополнительные механические действия — чтение сектора размером 4 КБ, изменение его содержимого и запись данных. Этот процесс называется циклом «чтение-изменение-запись» и является нежелательным из-за негативного влияния на производительность диска. Для того чтобы переход на сектора размером 4 КБ прошел безболезненно и с наименьшим количеством затруднений, важнее всего снизить до минимума вероятность и частоту возникновения циклов «чтение-изменение-запись».

Предотвращение циклов «чтение-изменение-запись»

1. Запросы на запись не выровнены по границам секторов из-за несоответствия логической структуры раздела диска его физической структуре
2. Запросы на запись с объемом данных меньше 4 КБ.

Соответствие и несоответствие логической и физической структуры разделов

До текущего момента мы не обсуждали, как согласуется положение сектора на носителе между компьютером и жестким диском. Пора поговорить о логических адресах блоков (Logical Block Address, LBA).

Каждому сектору размером 512 байт назначается уникальный логический адрес с номером от 0 до максимального значения, которое зависит от емкости диска. Компьютер обращается к нужному блоку данных по его логическому адресу. Когда компьютер передает запрос на запись данных, логический адрес блока возвращается после записи как информация о том, куда записаны данные. Это становится важным при переходе на сектора размером 4 КБ, поскольку появляются восемь различных вариантов того, где начинается логический блок.

Если логический адрес блока 0 соответствует первому виртуальному блоку размером 512 байт в физическом секторе размером 4 КБ, такое состояние сопоставления физической и логической структуры в режиме эмуляции секторов размером 512 байт называется «Выравнивание 0». Возможен вариант, когда логический адрес блока 0 назначен второму виртуальному блоку размером 512 байт в физическом секторе размером 4 КБ. Такое состояние сопоставления называется «Выравнивание 1». Сравнение этих состояний приведено на рис. 9. Есть еще шесть возможностей в случаях, когда логическая структура раздела не соответствует его физической структуре, что приводит к возникновению циклов «чтение-изменение-запись». Эти случаи аналогичны случаю «Выравнивание 1».

Рис. 9. Состояния выравнивания

Состояние «Выравнивание 0» очень хорошо работает с новыми секторами размером 4 КБ в расширенном формате. Жесткий диск может легко сопоставить восемь последовательных секторов размером 512 байт с одним сектором размером 4 КБ. Это достигается за счет хранения запросов на запись секторов размером 512 байт в кэш-памяти жесткого диска до тех пор, пока не получено достаточное количество последовательных блоков размером 512 байт для записи сектора размером 4 КБ. Поскольку современные приложения, как правило, работают с последовательностями данных, размер которых превышает 4 КБ, «карликовые» блоки возникают очень редко. В то же время состояние «Выравнивание 1» вызывает определенные трудности.

Если разделы жесткого диска созданы так, что логическая структура не соответствует физической, как это показано на рис. 9, начинают возникать циклы «чтение-изменение-запись», что ведет к снижению производительности жесткого диска. При внедрении жестких дисков нового формата этого состояния следует избегать прежде всего, как рекомендуется ниже.

Запись небольших объемов данных

В современных приложениях данные, такие как документы, изображения и потоковое видео, имеют размер гораздо больше 512 байт. Поэтому жесткий диск легко может хранить запросы на запись этих блоков в кэш-памяти до тех пор, пока не будет накоплено достаточное количество блоков размером 512 байт для записи сектора размером 4 КБ. Если логическая структура разделов диска соответствует его физической структуре, то жесткий диск может легко сопоставить сектора размером 512 байт сектору размером 4 КБ без ущерба для производительности. Однако существуют низкоуровневые процессы, которые могут заставить жесткий диск работать с «карликовыми» блоками, независимо от соответствия логической и физической структуры. Это происходит в редких случаях, когда компьютер отправляет жесткому диску отдельные запросы, размер которых меньше 4 КБ. Как правило, такие запросы отправляет операционная система при работе с файловой системой, журналировании и выполнении других подобных низкоуровневых задач. В общем случае такие запросы встречаются нечасто и не оказывают существенного влияния на производительность. Однако проектировщикам ПО рекомендуется пересмотреть подобные процессы, чтобы добиться оптимальной производительности после перехода к секторам размером 4 КБ.

Подготовка и организация перехода к секторам размером 4 КБ

Теперь, когда преимущества перехода к секторам размером 4 КБ, а также возможное влияние такого перехода на производительность понятны, настало время определить наилучший способ организации перехода. Правильнее всего обсуждать эту тему в контексте двух самых популярных современных операционных систем: Windows и Linux.

Организация перехода к секторам размером 4 КБ в ОС Windows

Самый главный вопрос организации перехода к секторам размером 4 КБ — это вопрос соответствия физической и логической структуры, уже рассмотренный выше. Диски нового формата хорошо работают в состоянии «Выравнивание 0», в котором физическая и логическая начальные точки совпадают. Состояние выравнивания возникает в тот момент, когда создаются разделы жесткого диска. Разделы создаются программным обеспечением, которое можно разделить на две категории:

1. Версии ОС Windows.
2. Специальные средства разбиения жесткого диска на разделы.

Когда разделы созданы ОС Windows, следует рассмотреть три версии этой ОС: Windows XP, Windows Vista и Windows 7. Компания Microsoft участвовала в обсуждении и планировании перехода к большему размеру сектора. В результате начиная с Windows Vista с пакетом обновления Service Pack 1 в ее продуктах появилась поддержка секторов размером 4 КБ. Программные продукты, создающие разделы с «Выравниванием 0» (разделы, хорошо работающие с новым форматом), называются продуктами с поддержкой секторов размером 4 КБ. В таблице 2 отражена ситуация для текущих поколений ОС Microsoft Windows.

Версия операционной системы	Поддержка секторов размером 4 КБ	Результаты
Windows XP	Нет	Создается первичный раздел в состоянии «Выравнивание 1» (без выравнивания)
Windows Vista — без пакета обновления Service Pack 1	Нет	Поддерживаются сектора большого размера, но разделы создаются неправильно (без выравнивания)
Windows Vista — с пакетом обновления Service Pack 1 или более поздней версии	Да
Windows 7	Да	Создаются разделы в состоянии «Выравнивание 0» (с выравниванием)
Windows 10	Да	Создаются разделы в состоянии «Выравнивание 0» (с выравниванием)

Очевидно, что новые компьютеры с последними версиями Windows лучше всего подготовлены к использованию жестких дисков нового формата. Однако на компьютерах с Windows XP или Windows Vista без пакета обновления Service Pack 1 существует значительный риск снижения производительности при использовании разделов, созданных операционной системой.

Помимо риска несоответствия логической и физической структуры диска при использовании старых версий ОС Windows, существует несколько средств, которыми активно пользуются сборщики систем, производители вычислительной техники, реселлеры и ИТ-менеджеры. Использование этих средств также может стать причиной несоответствия между логической и физической структурой диска. Фактически чаще можно встретить разделы, созданные с помощью этих средств, чем с помощью ОС Windows. Поэтому велик риск создания разделов, в которых логическая структура не соответствует физической, что приводит к потере производительности при использовании дисков с размером сектора 4 КБ. Еще больше эта проблема осложняется тем, что сегодня поставляемые вместе с компьютерами жесткие диски обычно содержат несколько разделов. Это означает, что каждый из разделов такого диска должен быть создан с помощью программы с поддержкой секторов размером 4 КБ, чтобы обеспечить соответствие между логической и физической структурой, а значит, и высокую производительность. На рис. 10 показаны возможные результаты создания нескольких разделов на жестком диске с использованием программы, не поддерживающей секторы размером 4 КБ.

Рис. 10. Несколько разделов и условия выравнивания

Разделы с несоответствием между логической и физической структурой

Есть три способа избежать несоответствия между логической и физической структурой диска или исправить это несоответствие, чтобы предупредить потери производительности.

1. Использовать новую версию ОС Windows или приобрести средство разбиения на разделы с поддержкой секторов размером 4 КБ.
2. Выровнять разделы жесткого диска с помощью специального средства.
3. Положиться на поставщика жесткого диска в части производительности, независимо от состояния структуры диска.

Использование версии Windows с поддержкой секторов размером 4 КБ — это самый простой и короткий путь обеспечить соответствие между логической и физической структурой диска. Поставщики других средств разбиения на разделы могут сообщить вам, существуют ли версии их средств с поддержкой секторов размером 4 КБ. Если такие версии есть, переходите на них, чтобы предупредить возникновение проблем.

Некоторые производители жестких дисков предлагают специальные средства, позволяющие проверить структуру разделов на жестком диске и изменить выравнивание разделов при необходимости. Для этого нужно потратить дополнительное время и выполнить дополнительные действия при сборке или обновлении компьютера.

Наконец, производители жестких дисков будут разрабатывать все более совершенные способы работы с разделами, в которых есть несоответствие между логической и физической структурой. Эти способы помогут избежать потерь производительности.

По мере роста популярности расширенного формата применяются все три способа, и каждый из них помогает потребителям добиться наибольшего полезного эффекта и избежать потерь производительности.

Организация перехода к секторам размером 4 КБ в ОС Linux

Основная стратегия перехода к секторам размером 4 КБ в Windows применима и в ОС Linux. У большинства пользователей Linux есть доступ к исходным кодам операционной системы, что дает им возможность подстраивать ее поведение под свои потребности. Это дает возможность заранее обновить ОС Linux для правильной работы с жесткими дисками нового формата.

Если внести нужные изменения в ОС Linux, то можно предупредить большинство проблем, связанных с выравниванием разделов в соответствии с новым форматом дисков и возникновением «карликовых» запросов на запись, которые создает операционная система.

Как в ядре, так и в дополнительных средствах Linux сделаны необходимые изменения для поддержки дисков нового формата. Эти изменения обеспечивают точное выравнивание всех разделов на дисках нового формата по границам секторов размером 4 КБ. Поддержка дисков нового формата в ядре ОС реализована начиная с версии 2.6.31. Поддержка разбиения на разделы и форматирования дисков нового формата реализована в следующих дополнительных средствах Linux.

Fdisk: GNU Fdisk — это инструмент командной строки для разбиения жестких дисков на разделы. Начиная с версии 1.2.3 поддерживаются диски нового формата.

Parted: GNU Parted — это графическое средство для разбиения жестких дисков на разделы. Начиная с версии 2.1 поддерживаются диски нового формата.

Заключение

Индустрия ИТ неизбежно отказывается от традиционного размера секторов 512 байт. Производители жестких дисков договорились внедрить расширенный формат не позднее января 2011 года для новых моделей жестких дисков для портативных и настольных компьютеров.

Разработчики жестких дисков продолжают увеличивать плотность записи данных и повышать надежность исправления ошибок. Потребители получают преимущества, поскольку жесткие диски, как и прежде, обладают самой большой емкостью и лучшей удельной стоимостью, а также традиционно ожидаемой от них надежностью.

Залогом безболезненного перехода стало обучение пользователей систем хранения данных, чтобы те смогли избежать «подводных камней». Самым главным условием успешного перехода к секторам размером 4 КБ является распространение средств разбиения жестких дисков на разделы, поддерживающих секторы размером 4 КБ. Всем сборщикам систем, производителям вычислительной техники, интеграторам, специалистам в области ИТ и даже конечным пользователям, собирающим компьютеры или определяющим их конфигурацию, рекомендуется принимать следующие меры.

• Создавать разделы жесткого диска с помощью Windows Vista (с пакетом обновления Service Pack 1 или новее) или Windows 7.
• При использовании стороннего ПО и средств для создания разделов на жестком диске удостовериться у производителя этих средств, что используемая версия поддерживает сектора размером 4 КБ.
• Если какой-либо заказчик регулярно создает и использует образы жестких дисков, убедиться, что используемое ПО для создания образов поддерживает сектора размером 4 КБ.
• При использовании Linux удостовериться у поставщика версии Linux или в обслуживающей организации, что в ОС сделаны необходимые изменения для поддержки секторов размером 4 КБ.
• Обратиться к своему поставщику жестких дисков за рекомендациями и советами по применению жестких дисков нового формата.

Вместе с нашими коллегами по отрасли и заказчиками мы можем обеспечить безболезненный и эффективный переход к новому формату жестких дисков с размером сектора 4 КБ и воспользоваться перспективными преимуществами для всей отрасли систем хранения данных.

Сноски

1 Секторный формат относится только к секторам данных и не рассматривает дополнительное пространство, занимаемое служебными данными, и другое неэффективно используемое дисковое пространство.

2 Не в каждой реализации секторов размером 4 КБ при переходе от секторов размером 512 байт область исправления ошибок увеличивается ровно в два раза.

До сегодняшнего дня мы достаточно подробно разбирали универсальные жесткие диски, такие как 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.

Wi-Fi