Advanced Format

1. Что такое Advanced Format?

Технология Advanced Format(AF) была применена компанией Western Digital в 2009 г. Advanced Format предназначена для увеличения емкости жесткого диска и заключается в изменении размера физического сектора с 512 до 4096 байт (4К). Чтобы обеспечить совместимость с приложениями, поддерживающими только 512-байтные физические сектора, жесткие диски поддерживают их эмуляцию. В связи с этим можно встретить в спецификациях такие обозначения:

- 512e, что означает emulation (эмуляция),
- 512n, что означает natural (естественный).

2. Как Advanced Format работает?

Исторически сложилось так, что жесткие диски хранят информацию в 512-байтных физических секторах. Помимо пользовательских данных, которые составляют 512 байт, в каждом секторе находится и служебная информация:

- код коррекции ошибок (ECC), который позволяет восстановить пользовательские данные в случае их повреждения;
- информацию о формате накопителя;
- интервал между секторами (Gap);
- поле синхронизации (Sync Filed);
- отметка об адресе данных (Data Address Mark – DAM);

Advanced Format использует секторы, содержащие 4096 байт данных. Что в восемь раз больше чем у 512-байтных секторов. 4096-байтные секторы также содержат служебную информацию. Однако общий её объем меньше, чем объем всей служебной информации восьми 512-байтных секторов, если ее сложить. Поэтому Advanced Format позволяет на 10% увеличить емкость жесткого диска без изменения его конструкции или метода записи. Это первое преимущество усовершенствованного формата. Второе заключается в более значительном и эффективном коде коррекции ошибок (ECC), обеспечивающем сохранность данных.

3. Как Advanced Format обеспечивает совместимость?

Большое количество оборудования и программного обеспечения разработано для работы с данными в виде 512-байтных блоков. В связи с этим, жесткие диски с Advanced Format обеспечивают совместимость путем эмуляции 512-байтных секторов (512e - emulation). Эмуляция заключается в разбивке 4096-байтных секторов на 8 логических 512-байтных блоков перед отправкой данных, как если бы это были физические 512-байтные сектора и, в обратно объединении 512-байтных логических блоков в физический 4096-байтный сектор.

Чтение. При запросе 512-байтного блока данных будет считан 4096-байтный сектор, из которого будет выделен и отправлен соответствующий логический блок.

Запись. Процесс записи логического блока в физический сектор происходит так:

- чтение физического 4К-блока и разбивка его на 8 логических 512e-блоков;
- замещение соответствующего логического блока прибывшими данными;
- обратное соединение логических блоков в физический 4К-сектор.

4. Какова производительность Advanced Format?

Чтобы обеспечить максимальную скорость чтения/записи, важно обеспечить выравнивание записи на диск. В идеале запись должна выполняться в 4К-блоках, которые будут записаны в физический сектор 4K на диске. Это может быть достигнуто тогда, когда операционная система и приложения будут записывать данные в 4К-блоки. Также важно, что накопитель был правильно разбит на разделы.

В большинстве современных операционных систем используется файловая система, которая распределяет память в 4-килобайтных блоках или кластерах. В современном жестком диске 4К-блок состоит из восьми 512-байтовых секторов:

4.1 Выравнивание разделов

Так как современные операционные системы записывают данные в 4K-блоках, важно, чтобы каждый 4K-логический блок был привязан к физическому блоку 4K на диске. Функция эмуляции 512-байтных секторов не может предотвратить создание некорректных разделов на диске, которые могут привести к тому, что логические блоки файловой системы будут сдвинуты относительно физических секторов: то есть, один логический 4К-блок будет находиться на двух 4Х-физических секторах одновременно (см. рис.6). В этом случае одно чтение/запись 4K- блока приведет к чтению/записи двух физических секторов. И если процедура чтение почти не повлияет на его скорость, то запись такого логического блока на два физических сектора приведет к существенному падению производительности накопителя.

При создании разделов на жестком диске необходимо, чтобы логический раздел начинался с физической границы 4К-сектора. Для логического размера блока 512 байт это может быть достигнуто обеспечения того, чтобы раздел начинался с кратного 8.

4.2. Поддержка операционными системами Advanced Format

Операционная система	Поддержка файловых систем с 4К-блоками	Автоматическое выравнивание разделов системой
MS Windows XP	да	нет
MS Windows Server 2003	да	нет
MS Windows Home Server V1	да	нет
MS Windows Vista SP1, SP2	да	да
MS Windows 7, 8, 8.1, 10	да	да
MS Windows Server 2008	да	да
Mac OS X 10.4+	да	да
Linux Ubuntu 8.04+, SUSE, Linux kernel 2.6.34+	да	Утилита для разбивки Linux

Для лучшей производительности рекомендуется, чтобы жесткий диск был правильно разделен при первом использовании. Создавая выровненные разделы, один 4K блок чтения или записи приведет к тому, что один физический сектор будет читать или записывать на жесткий диск.

Операционные системы Microsoft Windows имеют встроенное программное обеспечение для разбиения накопителей на разделы.

Многие сторонние программные средства также могут правильно создавать выровненные разделы.

5. Программы для работы с разделами жестких дисков

= Linux =

- GPARTED
- Gnu Parted 2.1+ use “-a optimal” or “-a minimal” options
- http://www.gnu.org/software/parted/manual/parted.html

= Windows =

- Acronis Disk Director Home 11
- Paragon Partition Manager 11

= Mac-Based =

- Disk Utility (provided with Mac OS X 10.4+), creates a GPT (GUID Partition Table) partition.