硬盘4K高级格式化

2009年年底，业内正在逐渐步入4K高级格式化时代，而西部数据成了第一个吃螃蟹的厂商。他们于2009年年末发布的WD10EARS成为了业内首款采用4K高级格式化技术的硬盘产品。当然作为这个时代的产品，WD10EARS采用的是单碟500GB的规格。

西部数据业内首款4K高级格式化技术硬盘WD10EARS

由于当时Windows 7操作系统刚刚发布，Windows Vista显得不太成功，Windows XP系统仍然是当时的绝对主流。Windows XP由于时代较老根本不支持4K扇区，因此必须使用WD Align软件进行校准、对其。很多消费者由于忽略了该步骤，导致在系统中出现性能大跌的问题。并不断在网上抱怨，甚至怀疑是硬盘本身的硬件问题。不过随着时间的迁移，Windows 7的渗透率逐渐攀高，今天4K高级格式化技术的风波已经逐渐平息。

WD10EARS曾让很多忽视对齐步骤的Windows XP用户困惑

●为什么引入4KB高级格式化技术？

我们知道硬盘内部存储的最小单位是扇区，传统的硬盘这一扇区大小都是512byte，同时每512byte都要有40byte空间作为ECC校验区。而硬盘在进入垂直记录技术时代后，这一扇区格式被保留了下来。随着硬盘容量的不断增加，所需要的校验区域也就越多，无形之中减少了用户可以使用的空间。

另外，容量的增加也使得磁密度变大，这样就造成了磁头读取时的信噪比（SNR）变大，因此在操作中就更容易出现读取错误。为了避免这样的错误发生就需要设置更多的校验区间来反复地进行校验，这同样会使可用空间进一步减少，介于校验操作的频繁也会使得性能产生下降。所以最好的解决途径就是改变扇区格式，增大扇区容量，这也就催生了4KB扇区格式的应用。

相比之下4KB扇区格式只需要100byte的校验区间，在一定程度上降低了扇区间隙所占用的磁盘空间，据悉其幅度可在7%到11%之间。

●从512Byte过渡到4KB会遇到哪些问题？

可惜的是，我们目前系统从底层依然按照512字节的扇区大小进行数据的访问操作，所以在硬盘方面就需要进行一个映射操作，将4KB扇区硬盘模拟为512字节进行运作。但是必须保证原有的扇区逻辑块起始地址和4KB物理扇区相“对齐”，否则要进行“读取-修改-写入”的操作，严重影响硬盘效率。

没有进行“对齐”的，硬盘性能会下降30%~40%

数据统计，没有采取任何“对齐”的对策，硬盘性能会下降30%~40%。操作系统方面，Windows XP下所有分区都不能够和4KB扇区对齐，因为其第一个分区是从LBA 63（第63个512byte扇区）开始的。简单来说，63不能整除8。而目前最新的Windows 7已经提供了对4KB扇区的支持，直接在Windows 7系统下进行格式化操作即可“对齐”。

●西部数据与希捷的解决方案

西部数据采用的WD Align校准工具

刚刚提到，西部数据的解决方案是利用分区校准工具WD Align进行软件模拟，这显然需要消耗额外的时间和处理步骤。而希捷提出了自己的技术 “SmartAlign”，能够在硬盘的固件内部实时、动态监测和管理“读取-修改-写入”状况，并交给系统使用，几乎不会造成任何延迟和性能损失。就是说，用户不用花费额外的时间在处理对齐的问题上了。希捷在Momentus 750GB、Barracuda Green之后的所有采用4K高级格式化技术的硬盘中都采用了此项技术。

 

关于2.1容量界限的问题，这个渊源和现有的分区形式大有关联。目前我们系统中硬盘采用的寻址方式为LBA（Logical Block Addressing，逻辑区块寻址），LBA 0存放有MBR（Master Boot Record）主引导记录分区形式，BIOS也是通过查看LBA 0的信息获知系统的引导启动方式。

在MBR分区形式下的LBA寻址能力为32位，也就是说可以用来描述扇区地址的信息长度为32位，即4G个。以现有硬盘的一个扇区的大小为512字节来看，4G个512字节即2,199,023,255,552字节，也就是2.19TB，这只是人为叫法（也说2.2TB），按照操作系统以1KB=1024byte的计算方式来看则正好为2TB。总之就是这样一个数字，限制由此产生。

在Windows 7系统下我们转换成GPT分区即可正常使用3TB硬盘

解决MBR只能管理2TB硬盘的问题就是换用GPT（Globally Unique Identifier Partition Table Format）分区表。但此时就需要3个LBA来管理这种磁盘的信息：第一块LBA0是无用的，里面没有任何信息，第二块LBA1存放描述GPT磁盘的信息，最后一块LBA-1用来备份LBA1。

GPT硬盘的最大好处就是支持分区超过2TB的硬盘，最大可以支持18EB。而GPT也被目前最新的64位LBA或长LBA（Long LBA）所支持，同时也是英特尔的EFI（可扩展固件接口）系统的一部分。目前所有的安腾系统和基于英特尔方案的Mac电脑支持GPT。

GPT硬盘要做启动盘的话要求相当严格

容量超过2TB硬盘的应用在不同场合也有不同的要求，首先是操作系统方面，Windows XP系统的多数版本是不支持GPT分区形式的，在该系统下它会识别为保护分区，只有x64版本能够对GPT磁盘进行数据操作，可惜这个系统目前使用率少之又少。Windows Vista和Windows 7均支持GPT，但是如果要从GPT硬盘引导启动操作系统，也只有x64的版本可以做到。

对于外置硬盘来说，只要SATA转USB控制器支持即可，即便是Windows XP系统使用也没有压力。如果作为从盘使用，使用Windows Vista和Windows 7转换为GPT即可使用。

早期购买西部数据3TB绿盘时会附带一个HighPoint Rocket 620转接卡

使用3TB硬盘作为系统盘是最为麻烦的事情，除了必须使用64位操作系统之外，主板芯片组也必须支持EFI BIOS，同时还要支持长LBA（Long LBA）的驱动。在2010年底很多主板芯片组还不支持的时候，购买3TB硬盘之后厂商会附带一个HighPoint Rocket 620转接卡。随着后来英特尔发布了支持长LBA的AHCI驱动之后，这个问题也就不是问题了。

希捷DiscWizard v13软件可通过模拟方式使用3TB硬盘

相比硬件层面的诸多限制，通过软件解决是最为省事的办法。比如希捷的DiscWizard v13软件，它是通过将不能被识别的那部分容量模拟成另外一款硬盘即可，这样老系统的用户也就不必再担心GPT和MBR之间的差异了，即便是安装Windows XP系统也可以在安装完之后再用这款软件来模拟虚拟硬盘。据悉未来大于6.6TB的硬盘出现后，这种方案能模拟更多的虚拟硬盘出来。