4k台式电脑.docx

时间：2022年3月5日
学海无涯
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4k台式电脑
篇一：硬盘高级格式4K扇区深度解析
高级格式化4KB扇区硬盘深度解析
4K 扇区引发的问题？
关于“高级格式化 地址标记 (Address Mark) 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。
ECC 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。
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（见表 1）。
表 。
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数据负载损害的百分比更高，因此需要更大的纠错强度。
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图 （更高的区域密度使同样大小介质缺陷带来的危害更高）
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。
过渡到 4K 扇区（高级格式化）
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）。2022 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，所有硬盘制造商还承诺，自 2022 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 2022 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。
图
4K 扇区的长期利益
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所有硬盘制造商一致同意，到 2022 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，以最小化潜在的负面作用。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。
通过降低错误纠正代码所用空间来提高格式化效率
图 4 显示了传统的 512 字节扇区布局。其中，在每个 512 字节扇区中，都留有 50 字节与数据无关的开销用于 ECC，以及另外 15 字节的开销用于间隙 (Gap)、同步 (Sync) 和地址标记 (Address Mark) 部分。这样就造成扇区格式化效率仅约为 88% (512/(512 + 65))。
图 512 字节扇区布局
新的高级格式化标准使得 4K 字节扇区有了不小进步，在 4K 字节扇区中，8 个传统 512 字节扇区合并为一个 4K 字节扇区（见图 5）。
图 ：4K 字节扇区布局
高级格式化标准用于间隙 (Gap)、同步 (Sync) 和地址标记 (Address Mark) 的字节数与传统扇区相同，但将 ECC 字段增加至 100 字节。这样，扇区格式化效率达到了 97% (4096/(4096 + 115))，比传统扇区提高了将近 10%。
这些格式化效率将逐渐发挥作用，有助于产生更高的容量和改善数据完整性。
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可靠性和错误纠正
硬盘扇