รูปแบบขั้นสูง (AF)

โลโก้Advanced Format 512e
มาตรฐานรุ่นที่หนึ่ง
4096 ไบต์ (4  กิโลไบต์ ) ต่อเซกเตอร์
หมวดหมู่รุ่นที่หนึ่ง
การจำลอง 512 (512e)	เซกเตอร์ทางกายภาพขนาด 4K บนสื่อบันทึกข้อมูลแบบลอจิกขนาด 512 ไบต์
4K native (4Kn)	เซกเตอร์ทางกายภาพขนาด 4K บนสื่อบันทึกข้อมูล และการกำหนดค่าขนาด 4K ที่รายงานไปยังโฮสต์
โฮสต์ที่พร้อมใช้งาน 4K [ 1 ]	ระบบโฮสต์ที่ทำงานได้ดีทั้งกับฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์รุ่นเก่า 512 และ 512e
มาตรฐานปีที่สำเร็จ
มีนาคม 2553
สร้างโดย
คณะกรรมการภาคส่วนข้อมูลระยะยาวของ IDEMA ประกอบด้วยDell , Fujitsu (ปัจจุบันคือToshiba Storage Device Corporation), Hewlett-Packard , Hitachi Global Storage Technologies , IDEMA, LSI Corporation , Maxtor (ปัจจุบันคือSeagate ), Microsoft , Phoenix Technologies , Samsung , Seagate TechnologyและWestern Digital

รูปแบบขั้นสูง ( Advanced Format หรือ AF ) คือ รูปแบบ เซกเตอร์ของดิสก์ ใดๆ ที่ใช้จัดเก็บข้อมูลใน HDD, SSD และ SSHD ที่มีขนาดเกิน 528 ไบต์ต่อเซกเตอร์ โดยส่วนใหญ่จะเป็นเซกเตอร์ขนาด 4096, 4112, 4160 หรือ 4224 ไบต์ เซกเตอร์ขนาดใหญ่ขึ้นของไดรฟ์รูปแบบขั้นสูง ( AFD ) ช่วยให้สามารถผสานรวม อัลกอริธึม การแก้ไขข้อผิดพลาด ที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้น เพื่อรักษาความสมบูรณ์ของข้อมูลที่ความหนาแน่นในการจัดเก็บข้อมูลที่สูงขึ้น

การใช้เซกเตอร์ข้อมูลยาวได้รับการเสนอแนะในปี 1998 ในเอกสารทางเทคนิคที่ออกโดย National Storage Industry Consortium (NSIC) ^{[ 2 ]}โดยให้ความสนใจกับความขัดแย้งระหว่างความหนาแน่นของพื้นที่ ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง และรูปแบบ 512 ไบต์ต่อเซกเตอร์แบบดั้งเดิมที่ใช้ในฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์^{[ 3 ]}หากไม่มีความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเทคโนโลยีระบบบันทึกแม่เหล็ก ความหนาแน่นของพื้นที่ และความจุในการจัดเก็บข้อมูล ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ก็คาดว่าจะหยุดนิ่ง

องค์กรการค้าอุตสาหกรรมการจัดเก็บข้อมูล International Disk Drive Equipment and Materials Association (IDEMA) ได้ตอบสนองโดยการจัดตั้งคณะกรรมการ IDEMA Long Data Sector ในปี 2000 ซึ่ง IDEMA และซัพพลายเออร์ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ชั้นนำได้ร่วมมือกันในการกำหนดและพัฒนามาตรฐานที่ควบคุมเซกเตอร์ข้อมูลยาว รวมถึงวิธีการที่จะรองรับความเข้ากันได้กับส่วนประกอบคอมพิวเตอร์รุ่นเก่า^{[ 3 ]}ในเดือนสิงหาคม 2005 Seagate ได้จัดส่งไดรฟ์ทดสอบที่มีเซกเตอร์ทางกายภาพ 1K ให้กับพันธมิตรในอุตสาหกรรมเพื่อทำการทดสอบ^{[ 4 ] : รูปที่ 3} ในปี 2010 มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับเซกเตอร์ข้อมูลยาวรุ่นแรกอย่างเป็นทางการโดยใช้การกำหนดค่า 4096 ไบต์ต่อเซกเตอร์ หรือ 4K ได้เสร็จสมบูรณ์ ผู้ผลิตฮาร์ดไดรฟ์ทั้งหมดได้ให้คำมั่นที่จะจัดส่งแพลตฟอร์มฮาร์ดไดรฟ์ใหม่สำหรับผลิตภัณฑ์เดสก์ท็อปและโน้ตบุ๊กด้วยการจัดรูปแบบเซกเตอร์ Advanced Format ภายในเดือนมกราคม 2011 ^{[ 4 ] [ 5 ]}

คำว่า Advanced Format ถูกสร้างขึ้นเพื่อครอบคลุมสิ่งที่คาดว่าจะกลายเป็นเทคโนโลยีเซกเตอร์ข้อมูลยาวหลายรุ่น และโลโก้ถูกสร้างขึ้นเพื่อแยกแยะฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ที่ใช้เซกเตอร์ข้อมูลยาวออกจากไดรฟ์ที่ใช้เซกเตอร์ 512 ไบต์แบบเดิม ดิสก์ระดับองค์กรสามารถฟอร์แมตด้วยฟิลด์ความสมบูรณ์ของข้อมูล 8 ไบต์เพิ่มเติม ส่งผลให้มีเซกเตอร์ทางกายภาพขนาด 520 หรือ 528 ไบต์^{[ 6 ]}

รูปแบบขั้นสูงรุ่นที่หนึ่ง เทคโนโลยีเซกเตอร์ 4K ใช้สื่อพื้นผิวการจัดเก็บข้อมูลอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการรวมข้อมูลที่เคยจัดเก็บในเซกเตอร์ขนาด 512 ไบต์จำนวน 8 เซกเตอร์ เข้าเป็นเซกเตอร์เดียวที่มีความยาว 4096 ไบต์ องค์ประกอบการออกแบบหลักของสถาปัตยกรรมเซกเตอร์ขนาด 512 ไบต์แบบดั้งเดิมยังคงรักษาไว้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เครื่องหมายระบุและซิงโครไนซ์ที่จุดเริ่มต้น และ พื้นที่ การเข้ารหัสแก้ไขข้อผิดพลาด (ECC) ที่ส่วนท้ายของเซกเตอร์ ระหว่างส่วนหัวของเซกเตอร์และพื้นที่ ECC จะมีการรวมเซกเตอร์ขนาด 512 ไบต์จำนวน 8 เซกเตอร์เข้าด้วยกัน ทำให้ไม่จำเป็นต้องมีพื้นที่ส่วนหัวที่ซ้ำซ้อนระหว่างข้อมูลขนาด 512 ไบต์แต่ละส่วน คณะกรรมการเซกเตอร์ข้อมูลยาวได้เลือกความยาวบล็อก 4K สำหรับมาตรฐาน AF รุ่นแรกด้วยเหตุผลหลายประการ รวมถึงความสอดคล้องกับขนาดเพจจิ้งที่ใช้โดยโปรเซสเซอร์และระบบปฏิบัติการ บางระบบ ตลอดจนความสัมพันธ์กับขนาดของธุรกรรมมาตรฐานในระบบฐานข้อมูลเชิงสัมพันธ์^{[ 8 ]}

ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นจากการจัดรูปแบบโครงสร้างเซกเตอร์ 4K อยู่ระหว่าง 7 ถึง 11 เปอร์เซ็นต์ในพื้นที่แผ่นดิสก์ทางกายภาพ^{[ 9 ]}รูปแบบ 4K ให้พื้นที่เพียงพอสำหรับการขยายฟิลด์ ECC จาก 50 เป็น 100 ไบต์เพื่อรองรับอัลกอริธึม ECC ใหม่ การครอบคลุม ECC ที่ได้รับการปรับปรุงช่วยเพิ่มความสามารถในการตรวจจับและแก้ไขข้อผิดพลาดของข้อมูลที่ประมวลผลได้เกินกว่าความยาวข้อบกพร่อง 50 ไบต์ที่เกี่ยวข้องกับรูปแบบเซกเตอร์ 512 ไบต์แบบ ดั้งเดิม ^{[ 10 ]}มาตรฐานรูปแบบขั้นสูงใช้ การกำหนดค่า ช่องว่างการซิงค์และเครื่องหมายที่อยู่ แบบเดียวกัน กับเค้าโครงเซกเตอร์ 512 ไบต์แบบดั้งเดิม แต่รวมเซกเตอร์ 512 ไบต์แปดเซกเตอร์เข้าเป็นฟิลด์ข้อมูลเดียว^{[ 11 ]}

เนื่องจากมีการจัดส่งฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์แบบเก่าที่มีขนาดเซกเตอร์ 512 ไบต์จำนวนมากจนถึงกลางปี ​​2010 ระบบ โปรแกรม และแอปพลิเคชันจำนวนมากที่เข้าถึงฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์จึงได้รับการออกแบบโดยยึดตามมาตรฐาน 512 ไบต์ต่อเซกเตอร์ การหารือกับคณะกรรมการเซกเตอร์ข้อมูลยาว (Long Data Sector Committee ) ตั้งแต่เนิ่นๆ ทำให้ผู้ผลิตชิ้นส่วนและซอฟต์แวร์มีโอกาสเตรียมพร้อมสำหรับการเปลี่ยนไปใช้รูปแบบขั้นสูง (Advanced Format)

ตัวอย่างเช่นWindows Vista , Windows 7 , Windows Server 2008และWindows Server 2008 R2 (เมื่อติดตั้ง hotfix บางตัวแล้ว) รองรับ ไดรฟ์รูปแบบ 512e (แต่ไม่ใช่4Kn ) ^{[ 12 ]} เช่นเดียว กับFreeBSDเวอร์ชันปัจจุบัน^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}และLinux ^{[ 16 ] [ 17 ]} Mac OS X Tigerและเวอร์ชันต่อๆ ไปสามารถใช้ไดรฟ์รูปแบบ Advanced Format ได้^{[ 18 ]}และOS X Mountain Lion 10.8.2 ยังรองรับการเข้ารหัสไดรฟ์เหล่านั้นด้วยWindows 8และWindows Server 2012ก็รองรับ 4Kn Advanced Format เช่นกัน ^{[ 12 ]} Oracle Solaris 10 และ 11 รองรับฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ 4Kn และ 512e สำหรับระบบไฟล์ ZFS ที่ไม่ใช่ root ในขณะที่เวอร์ชัน 11.1 ให้การสนับสนุนการติดตั้งและการบูตสำหรับอุปกรณ์ 512e ^{[ 19 ]}ก่อนWindows Vista , Windows 2000และWindows XPใช้ขนาดหน่วยการจัดสรรเริ่มต้น 4096 ไบต์เมื่อใช้NTFSในการฟอร์แมตฮาร์ดดิสก์ภายในเครื่อง แต่ไม่ได้จัดเรียงให้ตรงกับขอบเขต 4096 ไบต์

ในบรรดาโครงการริเริ่มรูปแบบขั้นสูงที่ดำเนินการโดยคณะกรรมการภาคส่วนข้อมูลระยะยาว วิธีการรักษาความเข้ากันได้กับโซลูชันการประมวลผลแบบเดิมก็ได้รับการพิจารณาด้วยเช่นกัน ด้วยเหตุนี้ จึงได้มีการสร้างอุปกรณ์รูปแบบขั้นสูงหลายประเภทขึ้นมา

ฮาร์ดแวร์ และซอฟต์แวร์ของคอมพิวเตอร์โฮสต์จำนวนมาก สันนิษฐานว่าฮาร์ดไดรฟ์ได้รับการกำหนดค่าโดยใช้ขอบเขตเซกเตอร์ขนาด 512 ไบต์ ซึ่งรวมถึงอุปกรณ์หลากหลายประเภท เช่น ชิปเซ็ตระบบปฏิบัติการ เอ็นจิ้ นฐานข้อมูล เครื่องมือแบ่ง พาร์ติชั่น และ สร้าง อิมเมจฮาร์ดไดรฟ์ โปรแกรม สำรองข้อมูลและ ยูทิ ลิ ตี้ ระบบไฟล์รวมถึงแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์ อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง เพื่อรักษาความเข้ากันได้กับส่วนประกอบคอมพิวเตอร์รุ่นเก่า ผู้ผลิตฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์หลายรายจึงสนับสนุนเทคโนโลยี Advanced Format บนสื่อบันทึกข้อมูลควบคู่กับเฟิร์มแวร์ แปลงเป็น 512 ไบต์ ฮาร์ดไดรฟ์ที่กำหนดค่าด้วยเซกเตอร์ทางกายภาพขนาด 4096 ไบต์พร้อมเฟิร์มแวร์ขนาด 512 ไบต์ เรียกว่า Advanced Format 512e หรือไดรฟ์จำลอง 512 ในไดรฟ์ 512e หนึ่งLBAเท่ากับ 512 ไบต์

การแปลงรูปแบบทางกายภาพดั้งเดิมขนาด 4096, 4112, 4160 หรือ 4224 ไบต์ (พร้อมฟิลด์ความสมบูรณ์ของข้อมูล 0, 8, 64 หรือ 128 ไบต์ ) ไปเป็นรูปแบบเสมือนขนาด 512, 520 หรือ 528 ไบต์นั้นโปร่งใสต่อเอนทิตีที่เข้าถึงฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ คำสั่งอ่านและเขียนจะถูกส่งไปยังไดรฟ์ Advanced Format ในรูปแบบเดียวกับไดรฟ์แบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม ในระหว่างกระบวนการอ่าน ฮาร์ดไดรฟ์ Advanced Format จะโหลดเซกเตอร์ขนาด 4096 ไบต์ทั้งหมดที่มีข้อมูลขนาด 512 ไบต์ที่ร้องขอลงในหน่วยความจำที่อยู่บนไดรฟ์ เฟิร์มแวร์จำลองจะแยกและจัดรูปแบบข้อมูลเฉพาะนั้นใหม่เป็นส่วนขนาด 512 ไบต์ก่อนที่จะส่งข้อมูลไปยังโฮสต์ กระบวนการทั้งหมดนี้โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นโดยแทบไม่มีการลดประสิทธิภาพลงเลย

กระบวนการแปลจะซับซ้อนมากขึ้นเมื่อเขียนข้อมูลที่ไม่ใช่พหุคูณของ 4K หรือไม่ตรงกับขอบเขต 4K ในกรณีเหล่านี้ ฮาร์ดไดรฟ์จะต้องอ่านเซกเตอร์ขนาด 4096 ไบต์ทั้งหมดที่มีข้อมูลเป้าหมายลงในหน่วยความจำภายใน รวมข้อมูลใหม่เข้ากับข้อมูลที่มีอยู่ก่อนหน้านี้ แล้วเขียนเซกเตอร์ขนาด 4096 ไบต์ทั้งหมดลงบนสื่อดิสก์ การดำเนินการนี้เรียกว่าการอ่าน-แก้ไข-เขียน (RMW) ซึ่งอาจต้องมีการหมุนของดิสก์แม่เหล็กเพิ่มเติม ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานของระบบลดลงอย่างเห็นได้ชัดสำหรับผู้ใช้ การวิเคราะห์ประสิทธิภาพที่ดำเนินการโดย IDEMA และผู้จำหน่ายฮาร์ดไดรฟ์ระบุว่าประมาณร้อยละ 5 ถึง 10 ของการดำเนินการเขียนทั้งหมดในสภาพแวดล้อมผู้ใช้พีซีธุรกิจทั่วไปอาจไม่ตรงแนวและเกิดการลดประสิทธิภาพ RMW ขึ้น^{[ 20 ] [ 21 ]}

เมื่อใช้ไดรฟ์ Advanced Format กับระบบปฏิบัติการรุ่นเก่า จำเป็นต้องปรับแนวไดรฟ์ดิสก์ใหม่โดยใช้ซอฟต์แวร์ที่ผู้ผลิตฮาร์ดดิสก์จัดหาให้ การปรับแนวดิสก์ใหม่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อหลีกเลี่ยงสภาวะที่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงที่เรียกว่าcluster straddlingซึ่งพาร์ติชันที่เลื่อนไปทำให้คลัสเตอร์ของระบบไฟล์ครอบคลุมเซกเตอร์ทางกายภาพของดิสก์บางส่วน เนื่องจากการกำหนดการจัดเรียงคลัสเตอร์กับเซกเตอร์จะทำเมื่อสร้างพาร์ติชันฮาร์ดไดรฟ์ ซอฟต์แวร์การปรับแนวจึงถูกใช้หลังจากแบ่งพาร์ติชันดิสก์แล้ว ซึ่งจะช่วยลดจำนวนการเขียนที่ไม่ตรงแนวที่สร้างขึ้นโดยระบบนิเวศการประมวลผล กิจกรรมเพิ่มเติมเพื่อให้แอปพลิเคชันพร้อมสำหรับการเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยี Advanced Format ได้รับการริเริ่มโดยคณะกรรมการเทคโนโลยี Advanced Format (เดิมคือคณะกรรมการ Long Data Sector ) ^{[ 22 ] [ 23 ]}และโดยผู้ผลิตฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]}

สำหรับฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ที่ทำงานใน โหมด 4K ดั้งเดิมจะไม่มีเลเยอร์การจำลองใดๆ และสื่อดิสก์จะเปิดเผยขนาดเซกเตอร์ทางกายภาพ 4096, 4112, 4160 หรือ 4224 ไบต์โดยตรงให้กับเฟิร์มแวร์ระบบและระบบปฏิบัติการ ด้วยวิธีนี้ การจัดระเบียบเซกเตอร์เชิงตรรกะที่มองเห็นได้จากภายนอกของไดรฟ์ 4K ดั้งเดิมจะถูกแมปโดยตรงกับการจัดระเบียบเซกเตอร์ทางกายภาพภายใน ตั้งแต่เดือนเมษายน 2557 ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ 4K ดั้งเดิมระดับองค์กรได้วางจำหน่ายในตลาดแล้ว^{[ 27 ] [ 28 ]}

ความพร้อมในการรองรับเซกเตอร์เชิงตรรกะขนาด 4096 ไบต์ภายในระบบปฏิบัติการนั้นแตกต่างกันไปตามประเภท ผู้ผลิต และเวอร์ชัน[ ^{12 ] ตัวอย่าง} เช่นMicrosoft Windowsรองรับไดรฟ์เนทีฟ 4K ตั้งแต่Windows 8และWindows Server 2012 (ทั้งสองรุ่นวางจำหน่ายในปี 2012) ในUEFI ^{[ 29 ]}ไดรฟ์เนทีฟ 4K อาจใช้งานได้บนระบบปฏิบัติการรุ่นเก่า เช่นWindows 7แต่ไม่สามารถใช้เป็นไดรฟ์บูตได้^{[ 30 ]}

Linux รองรับไดรฟ์ 4K ดั้งเดิมตั้งแต่เคอร์เนล Linuxเวอร์ชัน 2.6.31 และutil-linux-ngเวอร์ชัน 2.17 (เผยแพร่ในปี 2009 และ 2010 ตามลำดับ) ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}

โลโก้เวอร์ชันสีที่บ่งบอกถึงไดรฟ์ 4K ดั้งเดิมนั้นแตกต่างจากโลโก้ 512e เล็กน้อย โดยมีมุมโค้งมนสี่มุม พื้นหลังสีฟ้า และข้อความ "4Kn" อยู่ตรงกลางโลโก้^{[ 34 ]}

• การจัดเรียงพาร์ติชัน

• IDEMA: เทคโนโลยีการจัดรูปแบบขั้นสูง (เก็บถาวรเมื่อวันที่ 29 กันยายน 2554)
• Coughlin Associates: การปรับตัวให้เข้ากับอนาคตของการจัดเก็บข้อมูล (เก็บถาวรเมื่อวันที่ 5 พฤษภาคม 2555)
• Western Digital: เอกสารไวท์เปเปอร์เกี่ยวกับรูปแบบขั้นสูง (กันยายน 2018) และฉบับเก่ากว่า (เมษายน 2010)
• บริษัทฮิตาชิ โกลบอล สตอเรจ เทคโนโลยี: ข้อมูลสรุปเทคโนโลยีการจัดรูปแบบขั้นสูง
• รายงานด้านเทคโนโลยี: Western Digital นำเทคโนโลยี Advanced Format มาใช้กับ Caviar Green (เก็บถาวรเมื่อ 4 มิถุนายน 2012 ที่Wayback Machine)
• เดลล์: การสนับสนุน: การสนับสนุนอิมเมจระบบสำหรับฮาร์ดไดรฟ์รูปแบบขั้นสูงบนโน้ตบุ๊กและเดสก์ท็อป Dell Business Client