先進格式化

先進格式化（英文：Advanced Format）是由IDMEA（the International Disk Drive Equipment and Materials Association）2009年12月制定的格式化標準。IDMEA在2005年與Hitachi、Seagate、WD、LSI、Intel、Microsoft、Dell、HP、Lenovo等硬軟件廠商制定出1024字節、2048位組和4096字節三種幾種容量扇區配置，先進格式化是規範中的4096字節（4KB）配置。從2011年1月1日起，硬盤廠商新推出的產品，都將遵循Advanced Format（4KB）的設計。

長期以來，機械硬盤在儲存數據時，一直都是以512byte大小的扇區（Sector）為單位分割進行讀寫。隨着硬盤容量的不斷提升，這種古老的分配標準已經越來越顯的不合時宜。因此，硬盤行業決定將扇區容量擴大到4KB，該技術被稱為“先進格式化”（Advanced Format）。

每512byte的數據之間，需要間隔一個同步/分隔（Sync/DAM）區域和一個ECC錯誤校驗區域。而在“先進格式化”模式下，每4KB為一個扇區，相當於把之前的8個扇區合而為一，只需要一個同步/分隔區域和一個容量稍大的ECC校驗區。從右圖1中可以看到，其佔用的面積明顯更小。

先進格式化技術更有效的利用了磁盤盤片上寶貴的存儲面積，預計能夠將硬盤的可用容量提升7%到11%。以目前最先進的單碟500GB硬盤為例，格式化分區後的實際可用容量會提升10%，這已經相當可觀。比如一塊1TB硬盤，原本分區容量為930GB左右，使用新模式後可能將達到1000GB以上。因此，這種新技術的推出或許還能有一個附加效果，即讓很多人對硬盤容量縮水的質疑迎刃而解。

相信大家也都想到了，這種變化可能會帶來兼容性的問題。為避免這一問題，WD將4KB的物理扇區劃分為8個依然為512Byte的邏輯扇區，新舊標準的轉換工作依靠硬盤固件進行，“只要分區正確，性能就不會有損失”。

Windows 7和Vista可以直接管理扇區容量為4KB的分區，而Windows XP用户則需要下載一款免費的WD Align分區校準工具。另外，Windows 7和Vista用户在使用一些磁盤工具創建新分區時同樣也需要WD Align工具。

由於西部數據並不向用户提供磁盤固件刷新工具，因此這種“先進格式化”（Advanced Format）模式並不能在舊硬盤上實現，只能使用出廠即預裝新固件的硬盤。西部數據表示，首批支持該功能的硬盤為Caviar Green綠盤系列，500GB型號本週就會出貨，隨後是更大容量型號。

其型號標識為WD10EARS（舊版為EADS）。新版除了使用“先進格式化”（Advanced Format）技術，實際可用容量更大外，板載緩存容量也會從32MB擴大到64MB，無疑更具性價比，但WD表示價格並不會有任何變化。

早些時候，已經報道過西部數據將引入“先進格式化”（Advanced Format）技術，把硬盤行業期待已久的4KB扇區技術引入實用。日前，又得到了關於該技術的更多詳細信息。由於這樣一項技術既牽扯到硬盤固件、分區格式，也影響到操作系統，西部數據希望在低調推出產品前，首先進行一番普及教育，讓用户更多的瞭解該技術，避免今後的使用問題。這或許也就是我們還沒有在市場上見到新款綠盤的原因吧。

實際上早在十多年前就開始計劃4KB扇區技術。在硬盤容量以MB計的年代，每扇區512byte顯得非常合適。但隨着技術的進步，硬盤容量的增大，依舊保持512byte的扇區尺寸已經越來越不合時宜。具體來看，隨着存儲密度（Areal Density）的增大，磁頭讀取磁盤時的信噪比（SNR）會出現明顯的下降，也就是説讀取時會更容易出現錯誤。因此必須加入ECC校驗碼來保證數據可靠性，但ECC數據實際上消耗了磁盤上可用的存儲空間，有時甚至可能把存儲密度上升帶來的多餘空間完全抵消掉了。

更關鍵的問題在於，ECC校驗實際上在更大數據量的扇區尺寸下效率更高。比如，512byte的一個扇區需要40byte的ECC校驗區，而4KB扇區只需要100byte，直接節省了40x8-100=220byte的存儲空間。另外，更大的扇區還能讓糾錯時一次性更改更大量的數據，讓“突發糾錯”（burst error correction）效率更高。

為什麼選用4KB而不是2KB、8KB來替代512byte扇區？這是因為4KB在計算機系統中的特殊地位。在x86架構中，通常情況下內存的分頁（Page）容量即為4KB，而在磁盤文件系統中，包括NTFS、EXT3和HFS+格式的簇（cluster）容量也同樣是4KB。這樣一來，用4KB的磁盤扇區中讀取的數據可以正好裝滿一個內存頁，也映射着磁盤分區中的一個簇，自然是最佳選擇。

4KB扇區技術的最大裨益就是更大的格式化容量。西部數據稱，“先進格式化”可以讓磁盤格式化效率（格式化後容量）提升7%到11%，同時ECC校驗效率提升50%，整體容錯能力提升兩個數量級。因此，新技術還會讓磁盤的可靠性明顯提升。

不過，為了保證512byte扇區到4KB扇區的平穩過渡，西數使用了一種模擬技術，將一個4KB的邏輯扇區在固件中模擬為8個512byte的邏輯扇區，保證操作系統兼容性。但這樣依然存在問題，即扇區和簇的“校準”。

如果文件系統的4KB簇正好對應了一個4KB扇區，則一切正常。但如果簇對應的8個512byte邏輯扇區橫跨在兩個4KB物理扇區中，此時讀寫一個簇就需要操作兩個扇區，帶來明顯的轉換延遲。根據硬盤行業組織IEDMA（國際磁盤驅動器設備與材料協會）的測試，這種情況尤其會嚴重影響磁盤的隨機寫入性能。

問題具體來看，雖然推動4KB扇區的工作從1998年就已經開始，但直到近些年來才有了實質進展。導致在此之前推出的Windows 5.x系統中（Windows 2000/XP/2003等），第一個分區是從LBA 63(第63個512byte扇區)開始的。很明顯，63不能整除8，因此只要是在4KB扇區硬盤上使用Windows XP系統就會出現上述的校準問題。而Windows 6.x（windows7/vista/Server 2008）則已經提供了對4KB扇區的支持，只是在使用磁盤鏡像工具（如Ghost、Acronis Disk Director Suite等）進行分區恢復、拷貝等操作時容易出現問題。另外，根據西部數據的測試，Linux和Mac OS X系統不會出現這種分區校準問題，甚至SuperDuper這類磁盤鏡像工具也可直接使用。 ^[1] 

為解決這一問題，西部數據提供了兩種方案。首先，只要在硬盤上短接7號和8號跳線，硬盤控制器芯片即可提供一個邏輯分區的偏移量，使LBA63變成LBA64，解決校準問題。不過這種方案僅能針對全盤只有一個分區的情況。

第二種方案，則是一款名為WD Align的工具軟件。該工具可以移動分區和數據，“對齊”文件系統簇與4KB扇區。推薦使用Windows 5.x操作系統，或是需要磁盤鏡像軟件的用户使用該工具。由於WD Align需要移動全盤數據，因此最好在分區或操作系統安裝完畢後即使用該工具進行遷移。

西部數據表示，首批使用“先進格式化”技術的硬盤為Caviar Green綠盤系列的單碟500GB型號，型號標識為EARS。除了查看型號外，由於還沒有軟件能夠分辨磁盤的原生扇區尺寸，WD Align也是唯一的識別工具。

最後需要指出的是，4KB扇區技術並非西部數據的專利。該計劃由IDEMA（國際磁盤驅動器設備與材料協會）推動，預計在2011年之前，各大硬盤廠商都會推出自己的4KB扇區硬盤，只是可能在操作系統兼容性上的解決方案略有不同。至於何時才能夠直接使用原生4KB扇區，結束模擬512byte扇區的“過渡期”，預計是在徹底淘汰Windows 5.x系統的2014年（WinXP技術支持終止）左右。 ^[1]