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.

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.

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

#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.

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.