Какой размер сектора на жестком диске для записи данных

Обновлено: 04.07.2024

Объяснение размеров секторов диска и восстановление поврежденных секторов

Тим Фишер имеет более чем 30-летний опыт работы в сфере технологий. Он пишет о технологиях более двух десятилетий и является вице-президентом и генеральным директором Lifewire.

В этой статье

Перейти к разделу

Сектор — это раздел определенного размера на жестком диске, оптическом диске, дискете, флэш-накопителе или другом носителе данных.

Сектор также может называться сектором диска или, реже, блоком.

Что означают разные размеры секторов?

Каждый сектор занимает физическое место на устройстве хранения и обычно состоит из трех частей: заголовка сектора, кода исправления ошибок (ECC) и области, в которой фактически хранятся данные.

Обычно один сектор жесткого диска или дискеты может содержать 512 байт информации. Этот стандарт был установлен в 1956 году.

В 1970-х годах были введены более крупные размеры, такие как 1024 и 2048 байт, для увеличения емкости хранилища. Один сектор оптического диска обычно может содержать 2048 байт.

В 2007 году производители начали использовать жесткие диски Advanced Format, на которых можно хранить до 4096 байтов на сектор, чтобы увеличить размер сектора и улучшить исправление ошибок. Этот стандарт используется с 2011 года в качестве нового размера сектора для современных жестких дисков.

Эта разница в размере сектора не обязательно означает разницу в возможных размерах между жесткими дисками и оптическими дисками. Обычно емкость определяется количеством секторов, доступных на диске или диске.

Сектора диска и размер единицы размещения

При форматировании жесткого диска с помощью основных инструментов Windows или бесплатного инструмента для создания разделов диска вы можете задать собственный размер единицы размещения (AUS). По сути, это сообщает файловой системе, какая наименьшая часть диска может использоваться для хранения данных.

Например, в Windows вы можете отформатировать жесткий диск любого из следующих размеров: 512, 1024, 2048, 4096 или 8192 байта или 16, 32 или 64 килобайта.

Допустим, у вас есть файл документа размером 1 МБ (1 000 000 байт). Вы можете хранить этот документ на чем-то вроде гибкого диска, на котором хранится 512 байт информации в каждом секторе, или на жестком диске, у которого 4096 байтов на сектор. На самом деле не имеет значения, насколько велик каждый сектор, важно только, насколько велико все устройство.

Единственная разница между устройством, размер которого составляет 512 байт, и устройством, имеющим 4096 байт (или 1024, 2048 и т. д.), заключается в том, что файл размером 1 МБ должен занимать больше секторов диска, чем на Устройство 4096. Это связано с тем, что 512 меньше, чем 4096, а это означает, что в каждом секторе может существовать меньше "кусков" файла.

В этом примере, если документ размером 1 МБ отредактирован и теперь становится файлом размером 5 МБ, размер увеличивается на 4 МБ. Если файл хранится на диске с использованием размера единицы распределения 512 байт, части этого файла размером 4 МБ будут распределены по жесткому диску в другие сектора, возможно, в сектора, расположенные дальше от исходной группы секторов, которые содержат первый 1 МБ, вызывая так называемую фрагментацию.

Однако, используя тот же пример, что и раньше, но с размером единицы выделения 4096 байт, меньшее количество областей диска будет содержать 4 МБ данных (поскольку размер каждого блока больше), таким образом создавая кластер секторов, которые ближе друг к другу, что сводит к минимуму вероятность фрагментации.

Другими словами, чем больше AUS, тем больше вероятность того, что файлы будут располагаться ближе друг к другу на жестком диске, что, в свою очередь, приведет к более быстрому доступу к диску и повышению общей производительности компьютера.

Изменение размера единицы размещения диска

Windows XP и более новые операционные системы Windows могут запустить команду fsutil, чтобы увидеть размер кластера существующего жесткого диска. Например, если ввести это в инструмент командной строки, такой как Командная строка, будет найден размер кластера диска C::

fsutil fsinfo ntfsinfo c:

Изменение размера единицы выделения по умолчанию для диска не очень распространено.

У Microsoft есть эти таблицы, в которых показаны размеры кластеров по умолчанию для файловых систем NTFS, FAT и exFAT в разных версиях Windows. Например, AUS по умолчанию составляет 4 КБ (4096 байт) для большинства жестких дисков, отформатированных в NTFS.

Если вы хотите изменить размер кластера данных для диска, это можно сделать в Windows при форматировании жесткого диска, но это также можно сделать с помощью программ управления дисками от сторонних разработчиков.

Хотя проще всего использовать инструмент форматирования, встроенный в Windows, в нашем списке бесплатных инструментов для разметки диска есть несколько бесплатных программ, которые могут делать то же самое. Большинство из них предлагают больше вариантов размера блока, чем Windows.

Как исправить поврежденные сектора

Физически поврежденный жесткий диск часто означает физически поврежденные сектора на пластине жесткого диска, хотя также могут иметь место повреждения и другие виды повреждений.

Одним из наиболее неприятных секторов, где возникают проблемы, является загрузочный сектор. Когда в этом секторе возникают проблемы, операционная система не может загрузиться!

Несмотря на то, что сектора диска могут быть повреждены, их часто можно восстановить с помощью программы. Возможно, вам придется приобрести новый жесткий диск, если поврежденных секторов слишком много.

Если у вас медленный компьютер или даже жесткий диск, который издает шум, это не обязательно означает, что с секторами на диске что-то физически не так. Если вы все еще считаете, что с жестким диском что-то не так, даже после выполнения тестов жесткого диска, рассмотрите возможность сканирования компьютера на наличие вирусов или выполните другие действия по устранению неполадок.

Дополнительная информация о секторах диска

Сектора, расположенные ближе к краям диска, сильнее, чем те, которые расположены ближе к центру, но также имеют меньшую битовую плотность. По этой причине на жестких дисках используется так называемая запись битов зоны.

Зональная битовая запись делит диск на разные зоны, где каждая зона делится на сектора. В результате внешняя часть диска будет иметь больше секторов и, таким образом, будет доступна быстрее, чем зоны, расположенные ближе к центру диска.

Инструменты дефрагментации, даже бесплатное программное обеспечение для дефрагментации, могут использовать преимущества записи битов зоны, перемещая часто используемые файлы во внешнюю часть диска для более быстрого доступа. Это оставляет данные, которые вы используете реже, например большие архивы или видео, для хранения в зонах, расположенных ближе к центру диска. Идея состоит в том, чтобы хранить данные, которые вы реже всего используете, в областях диска, доступ к которым занимает больше времени.

Дополнительную информацию о записи зон и структуре секторов жесткого диска можно найти на сайте DEW Associates Corporation.

Используйте утилиту проверки диска Windows, чтобы проверить наличие поврежденных секторов. Эта утилита может помочь вам найти и восстановить поврежденные сектора диска. Хотя вы можете сделать то же самое с командной строкой.

Если проблема связана с программным обеспечением, восстановление сектора диска в некотором смысле «удалит» поврежденный сектор и заменит его рабочим сектором, но прямого способа удаления секторов диска не существует. Если у вас возникла аппаратная проблема, вызвавшая повреждение секторов, вы также не сможете восстановить сектор.

Когда в последний раз вам действительно приходилось заботиться о геометрии жесткого диска? Держу пари, что прошло как минимум 25 лет. Ну, не волнуйтесь! Мы снова беспокоимся о размере сектора жесткого диска! Потерпите меня, и я скажу вам, почему.

В настоящее время существует три варианта: 512 байт, 512e и 4K, и мы обсудим различия позже, но сначала немного предыстории.

От 512 Байт до 4 КБ

По мере того, как диски становятся больше, приходится отслеживать все больше и больше секторов, что требует все больших и больших накладных расходов. Каждый сектор имеет определенный объем служебных данных (около 65 байт), что неплохо, если у вас всего несколько тысяч секторов. Однако, когда вы начинаете иметь миллионы, они начинают складываться. Если нам не нужен такой очень маленький размер данных, почему мы теряем это пространство из-за накладных расходов? Есть еще более сложные проблемы, связанные с этими небольшими секторами, и индустрия жестких дисков еще в 2009 году заключила соглашение о переходе на 4K для размера сектора. Возьмем этот пример от Seagate: шесть секторов (3 КБ) занимают столько же места, сколько один сектор 4 КБ из-за накладных расходов. Это означает, что жесткие диски могут быть больше без увеличения плотности записи, отлично!

Отлично! Давайте исправим это. Эти сектора 4K звучат как хорошая идея. Если люди сказали, что мы переходим на него в 2009 году, значит, это не проблема, верно? Ну нет…

Компенсация смены (и штрафов за нее)

Проблема со всем этим заключается в том, что операционные системы должны изменить свои шаблоны доступа к диску (файловые системы), чтобы приспособиться к этому изменению с 512 на 4 КБ.Фундаментальная единица хранения должна быть узнаваемой и измененной, а для этого требуется много скрытой работы, чтобы на самом деле ничего не делать, кроме как заставить диск работать так же, как и всегда. Чтобы бороться с этим, производители дисков ввели сектора 512e, которые эмулируют 512-байтовые сектора поверх структуры 4k, которая фактически находится на диске. Каждый отдельный сектор 4K разделен на восемь секторов 512e, которые представляются операционной системе.

Другими словами, до 512e, если мне нужно было обновить сектор, я просто отправлял 512 байт на жесткий диск, и он записывал этот сектор. Однако с 512e все по-другому, потому что он использует то, что должно быть знакомо тем из вас, кто следит за нашими блогами и много читал о твердотельных накопителях: чтение-изменение-запись. Это означает, что если вы записываете на диски, он выделяет сектор размером 4 КБ, а затем разделяет его, но если вам позже потребуется обновить только один сектор ниже 512e этого большего, вы должны прочитать исходные данные, изменить их, а затем записать новый обновленный сектор 4K. Диск не может записывать на единицу меньше 4 КБ, поэтому, хотя изменился только 512-байтовый сектор, весь сектор 4 КБ должен быть перезаписан. Это налагает штраф за запись, если вы сталкиваетесь с такой ситуацией, которая может быть довольно частой, с серьезными последствиями … или редкой и незначительной, и на самом деле нет никакой возможности узнать заранее.

Наконец, есть уровни абстракции. Что, если это хранилище находится в SAN? Тот факт, что сами физические диски имеют размер 512e или 4K, не означает, что тома, представленные хостам, имеют размер 512e или 4K. Современные продвинутые SAN обычно могут отображать 512, даже если за ними стоят диски 4K или 512e. Это означает, что хосты могут работать с дисками 4K, даже если они не поддерживают его напрямую.

К настоящему моменту вы, вероятно, думаете: "Хорошо, это все здорово, но какое мне дело до этого?" Ответ появится в моем следующем блоге.

Жесткий диск — это запечатанный блок, содержащий несколько пластин в стеке. Жесткие диски могут быть установлены в горизонтальном или вертикальном положении. В этом описании жесткий диск установлен горизонтально.

Электромагнитные головки чтения/записи расположены над и под каждой пластиной. Когда пластины вращаются, приводные головки перемещаются к центральной поверхности и выдвигаются к краю. Таким образом, головки дисков могут достигать всей поверхности каждого диска.

Создание дорожек

На жестком диске данные хранятся тонкими концентрическими полосами. Головка привода, находясь в одном положении, может читать или записывать кольцевое кольцо или полосу, называемую дорожкой. На 3,5-дюймовом жестком диске может быть более тысячи дорожек. Секции внутри каждой дорожки называются секторами. Сектор — это наименьшая физическая единица хранения на диске, и почти всегда его размер составляет 512 байт (0,5 КБ).

На рисунке ниже показан жесткий диск с двумя пластинами.

Части жесткого диска

Структура старых жестких дисков (например, до Windows 95) будет относиться к обозначению цилиндр/головка/сектор. Цилиндр формируется, когда все головки дисковода находятся в одном и том же положении на диске.

Наложенные друг на друга гусеницы образуют цилиндр. Эта схема постепенно устраняется с современными жесткими дисками. Во всех новых дисках используется коэффициент перевода, чтобы фактическая аппаратная компоновка выглядела непрерывной, поскольку именно так работают операционные системы, начиная с Windows 95 и более поздних версий.

Для операционной системы компьютера дорожки имеют скорее логическую, чем физическую структуру, и устанавливаются при низкоуровневом форматировании диска. Дорожки нумеруются, начиная с 0 (крайний край диска) и заканчивая дорожкой с наибольшим номером, обычно 1023 (ближе к центру). Точно так же на жестком диске имеется 1024 цилиндра (пронумерованных от 0 до 1023).

Стопка пластин вращается с постоянной скоростью. Головка диска, расположенная близко к центру диска, считывает данные с поверхности, которая проходит медленнее, чем поверхность на внешних краях диска.

Чтобы компенсировать эту физическую разницу, дорожки рядом с внешней стороной диска менее плотно заполнены данными, чем дорожки ближе к центру диска. Результатом разной плотности данных является то, что один и тот же объем данных может быть прочитан за один и тот же период времени при любом положении головки диска.

Дисковое пространство заполняется данными по стандартному плану. Одна сторона одной пластины содержит пространство, зарезервированное для информации о позиционировании аппаратных дорожек, и недоступное для операционной системы. Таким образом, дисковая сборка, содержащая две пластины, имеет три стороны, доступные для данных. Данные о позиционировании трека записываются на диск во время сборки на заводе. Контроллер системного диска считывает эти данные, чтобы поместить головки дисков в правильное положение сектора.

Секторы и кластеры

Сектор, являющийся наименьшей физической единицей хранения на диске, почти всегда имеет размер 512 байт, поскольку 512 — это степень числа 2 (2 в степени 9).Число 2 используется потому, что в самых основных компьютерных языках есть два состояния — включено и выключено.

Каждый сектор диска помечен с использованием заводских данных о расположении дорожек. Данные идентификации сектора записываются в область непосредственно перед содержимым сектора и определяют начальный адрес сектора.

Оптимальный способ хранения файла на диске — непрерывная серия, т. е. все данные в потоке хранятся в одной строке от начала до конца. Поскольку размер многих файлов превышает 512 байт, файловая система сама должна выделить сектора для хранения данных файла. Например, если размер файла составляет 800 байт, для файла выделяется два сектора по 512 КБ.

Кластер может состоять из одного или нескольких последовательных секторов. Количество секторов всегда является показателем степени 2. Кластер может состоять из 1 сектора (2^0) или, что чаще, из 8 секторов (2^3). Единственное нечетное число a секторов, из которых может состоять кластер, равно 1. Это не может быть 5 секторов или четное число, которое не является показателем степени 2. Это не будет 10 секторов, но может быть 8 или 16 секторов.

Они называются кластерами, потому что пространство зарезервировано для содержимого данных. Этот процесс защищает сохраненные данные от перезаписи. Позже, если данные добавляются к файлу и его размер увеличивается до 1600 байт, выделяются еще два кластера, сохраняя весь файл в четырех кластерах.

Если непрерывные кластеры недоступны (кластеры, расположенные рядом друг с другом на диске), вторые два кластера могут быть записаны в другом месте на том же диске, в том же цилиндре или в другом цилиндре — везде, где файловая система найдет доступны два сектора.

Файл, хранящийся таким несмежным образом, считается фрагментированным. Фрагментация может снизить производительность системы, если файловая система должна направлять головки дисков по нескольким разным адресам, чтобы найти все данные в файле, который вы хотите прочитать. Дополнительное время, затрачиваемое головками на перемещение по ряду адресов, приводит к задержке перед получением всего файла.

Размер кластера можно изменить для оптимизации хранения файлов. Больший размер кластера снижает вероятность фрагментации, но увеличивает вероятность того, что в кластере останется неиспользуемое пространство. Использование кластеров размером более одного сектора уменьшает фрагментацию и уменьшает объем дискового пространства, необходимого для хранения информации об используемых и неиспользуемых областях на диске.

Большинство дисков, используемых сегодня в персональных компьютерах, вращаются с постоянной угловой скоростью. Дорожки ближе к внешней стороне диска менее плотно заполнены данными, чем дорожки ближе к центру диска. Таким образом, фиксированный объем данных может быть прочитан за постоянный период времени, даже несмотря на то, что скорость поверхности диска выше на дорожках, расположенных дальше от центра диска.

Современные диски резервируют одну сторону одной пластины для информации о расположении дорожек, которая записывается на диск на заводе во время сборки диска.

Он недоступен для операционной системы. Контроллер диска использует эту информацию для точной настройки расположения головок, когда головки перемещаются в другое место на диске. Когда сторона содержит информацию о положении дорожки, эта сторона не может использоваться для данных. Таким образом, дисковая сборка, содержащая две пластины, имеет три стороны, доступные для данных.

О нас

LSoft Technologies Inc. — частная североамериканская компания-разработчик программного обеспечения. Наша цель — создавать лучшие в мире решения для восстановления данных, безопасности и резервного копирования, обеспечивая высочайшую производительность, инновации и непревзойденное обслуживание клиентов.

Я начал путаться в том, как работает жесткий диск, особенно при записи и чтении данных на его пластинах.

Согласно этой статье:

жесткие диски записывают данные по линейному пути (как я полагаю). Если да, то для чего нужны сектора?

Почему нужно группировать байты в сегменты, когда данные записываются на дорожку, которая может занимать пару секторов?

Ваш вопрос: "Почему наименьшая единица данных, которую диск может записать, не совпадает с объемом, который диск может прочитать за один оборот?" Если да, то ответ таков: это ужасно много данных, и нет необходимости навязывать это требование. Хуже того, это означало бы, что ввод-вывод файловой системы должен был бы основываться на физических особенностях конструкции диска.

Кажется, я что-то здесь упускаю. Поскольку данные записываются на диск линейно, не означает ли это, что данные считываются с диска также линейно, пока не будет пройдена вся дорожка? Мой вопрос: "Зачем группировать данные в сектора, когда данные записываются в дорожки, и в этих секторах могут быть разные данные для каждой дорожки внутри этого сектора?"

@MywikiWitwiki — поскольку данные могут находиться в любом месте на диске. Возможно, раньше можно было не использовать сектор, когда вы говорили о 10 000 000-битных дисках.Сегодня вы говорите о 1 000 000 000 000+ битных дисков, это немного сложнее. Прочитайте любой материал курса «Операционная система», и вы поймете, почему на жестком диске есть сектора.

3 ответа 3

К сожалению, та статья, которую вы цитируете, не очень хороша. Автор использует концепцию «линейного пути», но диски также известны как устройства с произвольным доступом (в отличие от устройств с последовательным доступом, таких как магнитная лента). Предполагаемая «вторая концепция» о том, что «данные хранятся в первом доступном пространстве», является ложной, поскольку распределение определяется файловой системой ОС и основано на странных факторах (границах цилиндров?) как о чем свидетельствуют группы неиспользуемых кластеров в представлении дефрагментации WinXP. (И статья в Википедии ненамного лучше: в ней есть неточности и она ориентирована на ПК.)

Это (общая) единица магнитной записи.
Это единица доступа к данным и их передачи.
Это (базовая) единица распределения.

Магнитная запись

Для чтения и записи данных на магнитном носителе необходимо, чтобы носитель перемещался, а стирающие и записывающие головки включались и выключались вдали от существующих данных. Таким образом, данные на диск всегда записываются и считываются в единицах сектора (или, точнее, записи данных), чтобы сохранить расположение (или формат) каждой дорожки.

Суть в том, что при записи данных на диск необходимо избегать сбоев (при включении стирающих и записывающих головок) любых существующих данных, уже находящихся на диске. Данные на диске сгруппированы в записи. Область между записями называется промежутком между записями или просто зазором. Внутри этого промежутка находится специальная область, называемая склейкой записи. Головки стирания и записи должны включаться и выключаться только в этих областях склейки записи, чтобы никогда не повредить какие-либо существующие записанные данные (включая данные промежутков непосредственно перед и после каждой записи). Примечание: процесс (физического) форматирования жесткого диска — это процесс записи метки адреса, записи идентификатора, (пустой) записи данных. и все необходимые пробелы для каждого сектора на каждой дорожке HDD. Когда сектор "записывается", перезаписывается только запись данных (и ее начальный и конечный пробелы) сектора. адресная метка и идентификационная запись никогда не перезаписываются после форматирования.

Доступ к данным и их передача

Диски — это устройства с произвольным доступом. То есть каждый сектор является адресуемым, и секторы можно читать и записывать в любом порядке. Обратите внимание, что доступ к секторам может быть случайным, но байты внутри сектора упорядочены последовательно. Для сравнения, устройству последовательного доступа (например, магнитной ленте) может потребоваться обработать все предыдущие записи с начала носителя, прежде чем получить доступ к запрошенной записи.

Поскольку полный «сектор» всегда должен быть прочитан или записан с/на диск, само собой разумеется, что интерфейс между хостом и диском также будет передавать такое же количество байтов данных. Буферы на обеих сторонах интерфейса диска должны существовать для размещения данных сектора для передачи. На объем основной памяти (узла), выделяемой для дисковых буферов, и на время выполнения операций ввода-вывода в этих буферах (отрицательно) влияет большой размер сектора.

Читайте также: