新硬盘的“免费”馅饼——高级格式化技术解析
技术空间
在2009年步入尾声之时，西部数据推出了一系列采用高级格式化（Advanced Format）技术的新型硬盘产品。西部数据声称，与之前的硬盘相比，新型硬盘将可以节省下7%～11%的存储空间，板载缓存的容量也从32MB扩大到了64MB，价格却与老产品完全一样。这等于为用户献上了一道免费的大餐，同时也勾起了许多玩家的好奇心：高级格式化技术究竟使用的是什么魔法呢？
了解高级格式化
在硬盘容量还在以MB计算的年代，机械硬盘在读取和写入数据时，都是以512byte大小的扇区（Sector）为单位进行划分。然而在硬盘容量飞速提升、各种操作系统和应用软件占用的空间动辄达到几百MB甚至是几GB的今天，这种传统的512byte扇区分配标准已经显得老态龙钟。
为了解决这一问题，硬盘行业早在1998年就开始了将扇区容量扩大到4KB的研究工作，这一技术就被称为“高级格式化”（Advanced Format）。为什么选择4KB来替代512byte，而不是2KB或8KB等其他标准？这是因为4KB在计算机系统中有着极为特殊的地位。在x86架构中，内存的分页（Page）容量就是4KB；在磁盘文件系统中，NTFS、EXT3、HFS+格式的簇（Cluster）容量同样也是4KB。这样4KB扇区不仅正好可以装满一个内存页，而且刚好映射着磁盘分区中的一个簇，理所当然成为了高级格式化技术的最佳选择。
随着技术的进步，硬盘的单碟容量和存储密度也在不断增大。但是这也会使磁头读取磁盘时的信噪比（SNR）出现明显下降，也就是说读取数据时会更加容易出现错误。为了提高数据读取的可靠性，硬盘厂商必须为其加入ECC校验码，但问题在于，增加的ECC校验码也需要占用一定的存储空间，也就消耗了部分存储密度上升所带来的多余空间。
对4KB扇区支持良好的Windows 7的上市，给高级格式化技术的推广带来了新的契机。按照传统的硬盘扇区分割机制，每两个512byte扇区的数据之间，都需要间隔一个同步/分隔（Sync/DAM）区域和一个ECC错误校验区域。而在高级格式化模式下，单个扇区容量达到了4KB，相当于将之前的8个512byte扇区合而为一，而以前的8个同步/分隔区域和8个ECC校验区也都浓缩到只有1个，同步/分隔区域与ECC检验区域对空间的占用也能大大减少，显然这就为硬盘节省出了更多的可用空间。
高级格式化的优点
明白了高级格式化技术的原理之后，我们再来看看这项技术理论上可以为硬盘节省下多少存储容量。
在扇区容量更大的情况下，ECC错误校验的效率也更高。例如1个512byte扇区需要40byte的ECC校验区域，这样8个512byte扇区的ECC校验区域就需要占用40×8=320byte的存储空间。而4KB扇区的ECC校验区域只需要占用100byte，这就为硬盘节省下了320-100=220byte的存储空间。
如果仅仅从ECC校验区的空间占用来看，4KB扇区较512byte扇区节约的空间大致为220byte/4096byte≈5%，为什么西部数据却声称可以节省7%～11%？
西部数据的解释是，根据碟片密度的不同，扇区之间还存在有一定的间隙“Sector Gap”。而采用高级格式化技术不仅可以节省7个同步/分隔区域和7个ECC检验区域，而且还能省下一定的Sector Gap间隙空间，因此一共可以为硬盘节省下7%～11%的容量。
高级格式化技术带来的好处还远远不止这些。因为扇区从512byte提升到4KB之后，还能够在纠错时一次性更改更多的数据，这样可以大大提升“突发纠错”（Burst Error Correction）的效率，而硬盘碟片的纠错性能也提高了50%，整体容错能力跃升了两个数量级。除此以外，高级格式化技术还可以提高硬盘碟片的格式化效率，包括硬盘的良品率、实用性和可靠性也都会有明显提升。
高级格式化的问题
由于采用高级格式化技术的新硬盘刚刚上市，并且只有Windows 7和Windows Vista等操作系统可以直接管理4KB扇区，所以为了保证与操作系统的兼容性，实现512byte扇区到4KB扇区的平稳过渡，西部数据采用一种模拟技术将4KB的逻辑扇区在硬盘固件中模拟为8个512byte的逻辑扇区。但是这种做法在硬盘扇区和簇的“校准”方面依然存在一个问题。如果用户电脑文件系统的4KB簇正好与硬盘中的4KB扇区完全对应，则不会产生任何问题。但是如果4KB簇所对应的8个512byte逻辑扇区横跨了2个4KB物理扇区，那么对1个簇的数据读写就需要同时对2个扇区进行操作。这样就会带来明显的转换延迟，尤其是会严重降低硬盘的随机写入性能。
在我们所熟悉的Windows操作系统中，Windows 5.x系列（包括Windows 2000、XP、2003等）的第一个分区是从LBA 63，也就是第63个512byte扇区开始的。4KB扇区相当于以前的8个512byte扇区，而63又并非8的整数倍，因此如果在4KB扇区硬盘上使用Windows 5.x系统，必然会出现前面所说的校准问题。
为了解决这一问题，西部数据提供了两种方案：一是短接硬盘的7号和8号跳线，这样硬盘控制器芯片就可以提供一个逻辑分区的偏移量，使LBA 63变成LBA 64从而解决校准问题。不过该方案只能适用于整个硬盘只有一个分区的情况。二是下载和安装一款免费的WD Align分区校准工具软件。该工具可以移动分区和数据，将文件系统簇与4KB扇区对齐。但是由于WD Align需要移动整个硬盘的数据，所以用户最好在分区或操作系统安装完毕后及时用该工具进行迁移。
因为当前不少硬件和软件都没有对高级格式化技术提供支持，所以即使用户电脑上的操作系统是支持4KB扇区的Windows 6.x系列（包括Windows 7、Vista、Server 2008等），在使用Ghost、Acronis Disk Director Suite等磁盘镜像工具时仍然可能会出现兼容问题。
并未增大的容量
理论上来说，由于采用先进格式化技术，硬盘省下了7％～11％的空间，那么采用这种技术的硬盘产品格式化后容量应该相应地增大。可惜事实往往不像愿望那样美好。
由于上市速度很快，市场上已经能看到WD10EARS和WD15EARS硬盘出售，笔者抢在第一时间购入了一块WD15EARS硬盘。然而在按照提示安装完新硬盘并运行WD Align软件之后，格式化后的新硬盘容量居然与普通的1.5TB硬盘一样，仍然是1.36TB，新型硬盘在格式化后的存储容量较老产品并无任何提升。
既然容量没有提升，那么难道是新硬盘上存储的数据可以占用更少空间？笔者将一块WD15EADS老硬盘与WD15EARS新硬盘同时接入系统，并将WD15EADS中的部分数据复制到WD15EARS中进行横向对比，结果不论是单个近10GB的大文件还是若干个小个头的零碎文件，在新老两块硬盘中占用的空间都完全相同。
在新硬盘拷入14.8GB数据并运行了长达一个小时的WD Align工具转换后，新硬盘容量比老硬盘增加了1500299390976－1500299264000=126976字节，完全可以忽略不计。将新硬盘格式化并删除分区，然后重新建立分区并格式化，容量又恢复到1500299264000字节。
那么高级格式化技术节省下的空间究竟去哪了？西部数据给出的解释是，高级格式化技术能够让硬盘厂商在碟片上省下更多空间，对降低产品的制造成本有所帮助。看来，对最终消费者来说，新产品更重要的是带来更强的纠错性能、更高的格式化效率以及更好的可靠性，至于那10%的容量么，只是一块吃不到嘴的“馅饼”。当然，或许我们可以期待，采用先进格式化技术的硬盘价格会有一定程度的降低，毕竟先进格式化也是硬盘发展的趋势所在。
延伸阅读：如何享用新硬盘
因为西部数据并不提供磁盘固件刷新工具，所以在规格较老的硬盘上是无法实现高级格式化的，只有预装了新固件的WD10EARS、WD15EARS、WD20EARS等Caviar Green绿盘系列产品才能支持该功能。如今1TB和1.5TB容量的WD10EARS、WD15EARS都已在市场上铺货，更大容量的WD20EARS预计在2010年1月底上市。
已经开始享受Windows 7的玩家，安装和使用新型硬盘的过程都较为简单。但是对于人数众多的Windows XP用户而言，安装和使用高级格式化硬盘时又应当注意哪些问题呢？
具体操作步骤如下：先为新硬盘分区并格式化，然后安装操作系统，之后再安装WD Align工具软件并按照提示运行。而且在变更系统分区之后，WD Align工具软件也需要重新安装。目前我们可以通过以下三种方式免费获得WD Align软件：
1. 访问WD官方中文网站：http://www.wdc.com/advformat
2. 垂询WD当地经销商，免费索取WD Align光盘和安装使用手册
3. 更多问题，可继续联络WD免费客户服务电话：8008206682
WD Align软件的大小是30MB，安装过程也非常简单，一般几分钟即可完成。用户只需按照使用手册或网站说明上的安装步骤执行即可。
