Advanced Format: hard disk con settori da 4 KB

Nel mese di dicembre dello scorso anno, Western Digital ha presentato nuovi modelli di hard disk appartenenti alla serie Caviar Green con capacità di 1 TB (WD10EARS), 1,5 TB (WD15EARS) e 2 TB (WD20EARS), costituiti da piatti da 500 GB ognuno.

La novità non è in questo caso rappresentata dalla dimensione delle unità, ma dalla tecnologia impiegata per la loro formattazione fisica denominata Advanced Format (AF).

Fino ad allora, un hard disk era suddiviso in settori fisici grandi 512 byte, che da più di 20 anni rappresentava il miglior compromesso tra fattori tecnici e la necessità di ridurre al minimo lo spreco di spazio. Con l’aumentare delle capacità, però, è nata l’esigenza di aumentare questa dimensione e di portarla a 4096 byte (4 KB). Western Digital ha stimato che l’utilizzo di AF permette di incrementare lo spazio disponibile per i dati dal 7% all’11%.

L’aumento delle capacità degli hard disk è possibile grazie all’aumento della densità di registrazione (misurata in Gb per pollice quadrato), ma ciò comporta la diminuzione del rapporto segnale-rumore (SNR, misurato in dB) e una probabilità maggiore di perdere i dati. Per compensare questo problema, è necessario aumentare la dimensione dei blocchi ECC (Error Correction Code) e conseguentemente cresce lo spazio non utilizzabile per i dati.

snr

La maggior parte dei dischi rigidi in commercio sono realizzati suddividendo lo spazio in un numero variabile di settori da 512 byte, in cui saranno memorizzati i dati. Ad ogni settore corrisponde un blocco di dati ECC ampio 40 byte, per cui 8 settori richiedono 320 byte ECC in totale.

L’utilizzo dell’Advanced Format, invece, permette di sprecare solo 100 byte per un unico blocco ECC corrispondente al settore da 4 KB e, quindi, i produttori di hard disk potranno realizzare nuovi modelli con capacità maggiori di 2 TB, riducendo al minimo l’overhead.

512b-4kb

I file system (NTFS, EXT3 e HFS+) dei moderni sistemi operativi utilizzano cluster (la più piccola unità logica di storage) da 4 KB e dunque c’è una perfetta corrispondenza tra settore fisico e cluster del file system. Anche le pagine di memoria in un processore x86 sono larghe 4 KB. Questa sembra essere quindi la dimensione perfetta.

Purtroppo i sistemi operativi più vecchi, come Windows XP, non possono gestire settori da 4 KB, per cui ci sarà una breve fase di transizione durante la quale verrà adottata l’emulazione 512B. Il sistema operativo vedrà 8 settori logici da 512 byte, anche se in realtà c’è un unico settore da 4096 byte.

L’emulazione però può provocare il disallineamento di una partizione rispetto al settore fisico da 4 KB, con il risultato che il cluster del file system su quella partizione potrebbe sovrapporsi ai primi 512 byte del settore adiacente. Questo comporta una riduzione delle prestazioni specialmente durante le scritture casuali, in quanto l’aggiornamento di ogni settore richiederà una sequenza Lettura-Modifica-Scrittura invece di una scrittura diretta.

sovrapposizione settori

Tutti i sistemi operativi della famiglia Windows 6.x (Vista, 2008 e 7) gestiscono automaticamente il disallineamento di una partizione, mentre per quelli della famiglia Windows 5.x (2000, XP e 2003) e per i software di imaging/cloning è necessaria un’operazione preliminare per sfruttare i settori da 4 KB (senza perdita di prestazioni).

Subito dopo la creazione della partizione o il ripristino dell’immagine del sistema operativo o l’installazione di Windows, Western Digital consiglia di eseguire l’utility WD Align (solo se il disco rigido adotta la tecnologia AF) che muoverà la partizione nella giusta posizione.

wd-align

Come si può vedere nella tabella, nel caso di una sola partizione con Windows XP, è sufficiente inserire un jumper sui pin 7 e 8 del drive, prima della formattazione e del partizionamento. L’unico sistema operativo per cui non si verifica il disallineamento delle partizioni è Mac OS. La durata dell’operazione eseguita da WD Align dipende dalla quantità di dati memorizzati nella partizione.

Altri produttori di hard disk presenteranno quest’anno modelli con settori da 4 KB, mentre il 2011 dovrebbe essere l’anno dell’abbandono definitivo dei settori da 512 byte. Anche se il supporto per Windows XP terminerà solo nel 2014, questa potrebbe essere l’occasione giusta per passare a Windows 7 (o Mac OS X).