详解高级格式化4K扇区硬盘

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1、什么是高级格式化？   最近不少硬盘产品都戴上了高级格式化的帽子，比如西部数据的1TB绿盘、希捷2TB BarracudaGreen低功耗硬盘和希捷最大标准厚度的750GB Momentus笔记本硬盘等等，那么究竟什么事高级格式化硬盘呢？什么是高级格式化？   高级格式化是国际硬盘设备与材料协会（InternationalDiskDriveEquipmentandMaterialsAssociation，IDEMA）为新型数据结构格式所采用的名称，它定义了硬盘介质上所用基本扇区大小的增长量级。新的IDEMA标准规定

2、，硬盘扇区大小将从512字节变为4096（4K）字节。   硬盘行业正在经历一次变革。近年内，在存储密度大幅增长的同时，作为硬盘设计最主要因素之一的逻辑块格式化大小（也称为扇区）却仍然没有变化。   自2009年发轫，2010年加速，2011年力争成为主流，硬盘公司正在从传统的512字节扇区迁移到更大、更高效的4096字节扇区（一般称为4K扇区），国际硬盘设备与材料协会（InternationalDiskDriveEquipmentandMaterialsAssociation，IDEMA）将之称为高级格式化。背景

3、   30多年来，硬盘上储存的数据都要格式化到小的逻辑块中，这种逻辑块称为扇区。传统的扇区大小是512字节。实际上，现代计算机系统很多的设计方面仍假设硬盘扇区采用此基础格式标准。硬盘介质上的传统扇区布局   传统扇区格式中包含间隙（Gap）、同步（Sync）和地址标记（AddressMark）、数据和纠错代码（EEC）部分。   上图Gap、Sync、AddressMark、ECC的含义是什么？间隙（Gap）部分：间隙，用于分隔扇区。同步（Sync）部分：同步标记，用于表示扇区开始处并提供计时对齐。地址标记（Add

4、ressMark）部分：地址标记，包含可识别扇区号和位置的数据。还可提供扇区本身的状态。数据部分：数据，包含所有用户数据。EEC部分：ECC部分包含用于修复或复原读写过程可能受损的数据的纠错代码。产品：BarracudaGreen2TB5900转64MBSATA接口（ST2000DL003） 希捷 硬盘 为何要采用高级格式化   多年来，硬盘行业一直采用这种低级别的格式。然而，随着硬盘容量的不断增长，扇区大小日渐成为提高硬盘容量和纠错效率方面的限制性设计因素。例如，将以前的扇区大小和总容量的比率与最近硬盘的扇区大小

5、和总容量的比率相对比就可以发现，扇区分辨率已变得非常低。扇区分辨率（扇区大小和总存储大小的百分比）已经非常低，几乎可以忽略不计。总容量度量的扇区分辨率   管理小型离散数据时，分辨率越低越好。但是，现代计算系统中的常用应用管理的都是大型数据块，实际上远比传统512字节扇区大小要大得多。   另外，随着区域密度的增加，小型512字节扇区在硬盘表面上占用的空间也将越来越小。从纠错和介质缺陷风险方面看，更小的空间也会引发问题。如图2所示，硬盘扇区中的数据占据的空间越小，错误纠正就会变得越困难，因为同样大小的介质缺陷对总体

6、数据负载损害的百分比更高，因此需要更大的纠错强度。介质缺陷和区域密度   512字节扇区一般可纠正高达50字节长度的缺陷。现在，硬盘开始通过先进的区域密度来提高错误纠正的上限。因此，为了改善错误纠正和实现格式化效率，迁移到较大扇区是硬盘行业内的基本要求。   数年来，存储行业一直在通力协作，致力于向较大扇区硬盘格式过渡；至少5年以前，希捷以及硬盘行业内的同行就已开始努力，并获得了卓越的成果（见图3）。2009年12月，经过与IDEMA的通力合作，将高级格式化提名作为4K字节扇区标准的名称，并获得批准。此外，所有硬盘

7、制造商还承诺，自2011年1月开始，所发行的台式机和笔记本电脑产品的新型硬盘平台都采用高级格式化扇区格式。在此之前，高级格式化硬盘将开始逐步进入市场。从2009年12月起，西部数据就开始推出了高级格式化硬盘；有段时间，希捷也为OEM客户和品牌零售产品中提供过大扇区硬盘，其中值得关注的是USB连接外置硬盘，如 Seagate FreeAgent系列。高级格式化标准发展的重要里程碑产品：BarracudaGreen2TB5900转64MBSATA接口（ST2000DL003） 希捷 硬盘 采用4K扇区的长期利益4K扇区

8、的长期利益   所有硬盘制造商一致同意，到2011年1月，实现向高级格式化扇区设计的过渡，因此，硬盘行业需要适应并采用此更改，以最小化潜在负面副作用。短期内，最终用户不会明显感受到硬盘容量的增长。但是，迁移到4K大小扇区后，肯定能为实现更高的区域密度、硬盘容量和更强大的纠错功能提供一条捷径。传统的512字节扇区布局   上图显示了传统的512字节扇区布局。其