Western Digital. Технология Advanced format. Western Digital Advanced Format: осторожный дебют Что такое advanced format в жестком диске

: «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):

#Advanced_Format #512e #4K

Advanced Format - формат разметки области хранения данных на жестких дисках нового поколения, выполненных по технологии 4K (использование физических секторов размером 4 килобайт вместо традиционных 512 байт), разработанный IDEMA Long Data Sector Committee. Технология впервые была применена в Western Digital.

В настоящее время эта технология внедрена или внедряется всеми производителями жёстких дисков.

За счёт ликвидации лишних межсекторных промежутков удается выиграть примерно 7-11% полезного дискового пространства (по данным производителя). Также улучшается сохранность данных благодаря более эффективной системе исправления ошибок.

Однако длительное время размер сектора в 512 байт был стандартом де-факто, поэтому для работы с существующим программным обеспечением с технологией Advanced Format вынуждены эмулировать секторы такого размера, размещая в одном физическом секторе восемь логических.

Операционные системы Windows 7 и Windows Vista не требуют каких-либо мер для достижения оптимального быстродействия, уже поддерживая технологию Advanced Format, а для более старых ОС (в первую очередь - Windows XP) для выравнивания расположения логических секторов относительно физических необходимо воспользоваться программой WD Align, либо ее аналогами, для подготовки диска к работе под ОС Windows XP или перед клонированием диска, содержащего разделы с этой ОС. Также оптимизация возможна запуском этой программы уже после установки ОС.

Основным недостатком этой технологии является падение скорости работы с мелкими (менее 4096 байт) файлами по понятным причинам, однако если не произвести выравнивания разделов при установке или клонировании ОС, не имеющей встроенной поддержки 4K Cluster(другое название технологии Advaced Format), то могут наблюдаться более серьезные проблемы вплоть до трёхкратного падения скорости записи.

Получить дополнительные сведения о технологии WD Align и скачать программу WD Align можно на www.wdc.com

В настоящее время аналогичные технологии с 4Кб сектором стали применять в некоторых своих HDD фирмы Samsung и Seagate.

512e (emulation)

При выборе накопителей для сервера или настольного компьютера учитывайте особенности жестких дисков с 4K-секторами.

1. Жесткие диски с поддержкой технологии Advanced Format не работают с контроллерами Adaptec Series 6 и ниже. Исключение - накопители из публикуемого Adaptec списка поддерживаемых контроллером HDD. К контроллерам Adaptec Series 6/6E относятся Adaptec ASR-6405, ASR-6805, ASR-6405E и другие.
2. Для использования дисков с Advanced Format как загрузочных на контроллерах Adaptec Series 7/7E и выше активируйте UEFI Boot в настройках BIOS. Понадобятся поддерживающие загрузку UEFI современные материнская плата и операционная система. К жестким дискам с физическим сектором 4K и эмуляцией 512 байт (512e) указанное ограничение не относится. Накопители с эмуляцией 512e работают так же, как и традиционные диски с блоком в 512 байт.

Advanced Format - это новый формат разметки жестких дисков, необходимый для адресации больших объемов дисковой памяти. Все производители современных жестких дисков, в том числе HGST, переходят на этот формат.
Одна из основных особенностей Advanced Format - увеличение размера сектора с 512 до 4096 байт. Для сохранения совместимости с программами, рассчитанными на прежний формат, новые диски имеют режим эмуляции, который называется «512e».
Большая часть современных операционных систем поддерживает Advanced Format. Для достижения оптимального быстродействия ввода-вывода необходимо, чтобы разбивка диска была осуществлена корректно, и чтобы данные записывались 4-килобайтными блоками как операционной системой, так и прикладными программами. Новейшие операционные системы по умолчанию выполняют все условия, необходимые для эффективной работы с Advanced Format. При использовании же более старого программного обеспечения для настройки дисковой подсистемы на оптимальное быстродействие могут потребоваться специальные утилиты.

Устройство Advanced Format
В средней части рисунка 1 изображены восемь идущие подряд 512-байтных секторов. Помимо пользовательских данных, каждый сектор содержит служебную информацию: данные разметки и код коррекции ошибок. При замене восьми 512-байтных секторов одним 4-килобайтным количество необходимой служебной информации сокращается (см. нижнюю часть рисунка). Таким образом, при работе с большими файлами (а средний размер файлов по сравнению со временами, когда использовался 512-байтный формат, вырос) дисковое пространство используется эффективнее. Кроме того, под код коррекции ошибок выделено больше места, благодаря чему лучше обеспечивается целостность данных.

Рис. 1. Сравнение 512-байтного и 4-килобайтного форматов(1).

Обеспечение совместимости
Значительная часть находящихся в эксплуатации технических и программных средств рассчитаны на размер сектора 512 байт и ожидают, что данные будут пересылаться 512-байтными блоками. Эмуляция такого обмена реализована в новых дисках на уровне интерфейса. При запросе на чтение блока диск считывает сектор целиком (на что не уходит много времени) и передает программе только необходимый блок. Если же от программы поступает запрос на запись блока, то диск считывает целый сектор, помещает в него полученный блок и перезаписывает сектор целиком (см. рис. 2). Между считыванием и записью проходит время, диск может за это время совершить несколько оборотов.

Рис. 2. В режиме эмуляции при записи 512-байтного блока диск вначале считывает сектор, помещает в него блок и затем записывает сектор

Обеспечение быстродействия
Для достижения наивысшего быстродействия необходимо, чтобы формат записи на диск соответствовал формату диска. В идеальном случае запись должна выполняться 4-килобайтными блоками и каждый блок должен записываться в один сектор. Это условие выполняется в том случае, если и операционная система, и прикладные программы настроены на работу с 4-килобайтными блоками, а разбиение диска выполнено корректно.
Большинство современных операционных систем используют файловые системы, в которых дисковое пространство выделяется 4-килобайтными блоками, или кластерами. 4-килобайтный блок соответствует восьми 512-байтным секторам (см. рис. 3).

Рис. 3. Соответствие кластера сектору в режиме эмуляции.

Выравнивание границ разделов
При использовании операционных систем, записывающих данные 4-килобайтными кластерами (большинство современных ОС), важно, чтобы их границы были выровнены по границам секторов диска. В режиме эмуляции 512e диск не может предотвратить размещение раздела с блока, номер которого не кратен восьми. Если такое произойдет, один кластер будет размещаться в двух секторах (см. рис. 4). Таким образом, при чтении или записи 4-килобайтного кластера потребуется соответственно считать или записать 8 килобайт - вдвое больше. И если при чтении разница в скорости будет не большая, то при записи она окажется заметной.

Рис. 4. Размещение кластера не с начала сектора.

Операционные системы, поддерживающие Advanced Format
В следующих операционных системах размер кластера составляет 4 Кбайт, а при установке разбиение диска выполняется корректно:
Microsoft Windows Vista SP1 и новее;
Microsoft Windows 7;
Microsoft Server 2008;
Mac OS X 10.4 и новее;
Linux Ubuntu 8.04+, SUSE, Linux kernel 2.6.34+ (необходимо использовать Linux Partitioning Utility).

Операционные системы, не обеспечивающие автоматическое соответствие кластеров секторам:
Microsoft Windows XP;
Microsoft Server 2003;
Microsoft Windows Home Server V1.

HGST Align Tool
Для исправления логической разметки дисков, разделы на которых не выровнены по границам секторов, можно использовать выпускаемую HGST утилиту для Windows. Ее можно загрузить по адресу www.hgst.com/support/downloads .
Кроме того, Advanced Format поддерживается рядом утилит работы с дисками, выпускаемых сторонними производителями:

Средства разбиения дисков
Для Linux:
GPARTED 2.1+ (с опциями -a optimal или -a minimal).
www.gnu.org/software/parted/manual/parted.html

Для Windows:
Acronis Disk Director Home 11 или Paragon Partition Manager 11.

Для Mac:
Disk Utility (в комплекте с Mac OS X 10.4+), создает раздел GPT (GUID Partition Table).

Дополнительные сведения:
www.idema.org (документы по Advanced Format, в том числе спецификации)
en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Format
www.t13.org , документ: ATA8-ACS (ATA Command Set)
www.t10.org , документ: SBC-3 (SCSI Block Commands)
Microsoft Windows 7 and Advanced Format Hotfix (KB981208):
support.microsoft.com/kb/982018
Intel Rapid Storage Technology (RST): www.intel.com/support/chipsets/imsm/sb/CS-031502.htm

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.

Расширенный формат (Advanced Format, AF) - это стандарт, повышающий эффективность форматирования за счет увеличения размеров секторов данных в жестких дисках сверх традиционного размера 512 байт. Стандарт «Расширенный формат» был разработан ассоциацией International Disk Drive Equipment and Materials Association (IDEMA), в которую входят корпорация Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation и другие производители жестких дисков. Ассоциация IDEMA утвердила стандарт «Расширенный формат» с целью обеспечить совместимость устройств хранения данных различных производителей с поколениями файловых и операционных систем, поддерживающих технологию AF.

Технология «Расширенный формат» повышает эффективность форматирования за счет уменьшения количества ненужных заголовков. Таким образом, благодаря мощным алгоритмам обнаружения и исправления ошибок повышается надежность хранения записанных данных.

Некоторые поколения файловых и операционных систем уже поддерживают логические секторы, размер которых соответствует размеру 4096-байтового физического сектора. Такие хост-системы обозначаются термином 4Kn (4K native - «с поддержкой размера 4K»). Поскольку размеры физического и логического секторов (4096 байт) совпадают, эмуляция устаревших 512-байтовых секторов не требуется, благодаря чему хост-система 4Kn эффективнее использует доступное место накопителя с форматом сектора 4Kn. Мы предлагаем жесткие диски с эмуляцией 512-байтовых секторов, а также накопители с форматами сектора 4Kn и 512n, чтобы клиенту было проще выбрать оптимальную технологию работы с секторами для своей хост-системы.

Приведенные ниже обозначения не обязательно присутствуют на изделиях, обладающих указанными характеристиками.

Эмуляция 512-байтовых секторов (512e) Символами «Advanced Format AF» (расширенный формат AF) и «AF», как правило, обозначаются диски с поддержкой эмуляции 512-байтовых секторов, однако они также могут использоваться на дисках, поддерживающих работу как в режиме 512e, так и в режиме 4Kn.

4K native (4Kn) Символами «Advanced Format 4Kn» (расширенный формат 4Kn) и «4Kn» обозначаются диски, поддерживающие только секторы размером 4096 байт.

Средство Toshiba Alignment Tool для жестких дисков с форматом секторов «Расширенный формат» уже недоступно для загрузки

Компания Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation и ее зависимые компании (далее именуются Toshiba) предоставляли средство Partition Alignment Tool для заказчиков, использующих жесткие диски Toshiba с технологией «Расширенный формат» на основе технологии 4K в операционной системе Microsoft ® Windows ® XP. В связи с тем, что 8 апреля 2014 г. корпорация Microsoft ® завершает полную поддержку операционной системы Windows ® XP, Toshiba больше не будет предоставлять средство Partition Alignment Tool.

Заказчикам, планирующим использовать операционную систему Windows ® XP с жесткими дисками Toshiba, оснащенными технологией «Расширенный формат», следует использовать средства выравнивания секторов сторонних производителей, так как это может повысить общую производительность системы.

Одним из таких сторонних поставщиков, поставляющих средство выравнивания для использования жестких дисков с технологией «Расширенный формат 4K», является Paragon Software (http://www.paragon-software.com/home/partition-alignment/). Важно понимать, что компания Toshiba не собирается рекомендовать или одобрять использование программных утилит для выравнивания секторов по технологии 4K компании Paragon Software или любого другого стороннего поставщика. Использование такого программного обеспечения осуществляется исключительно по усмотрению пользователя. Пользователь самостоятельно несет все связанные с этим риски. Компания Toshiba не несет никакой ответственности за использование такого программного обеспечения.

• Microsoft и Windows являются товарными знаками или зарегистрированными товарными знаками Microsoft Corporation в США и/или других странах.