Từ tháng 1/2011, các hãng sản xuất đĩa cứng sẽ áp dụng công nghệ mới có tên Advanced Format, mang đến một sự thay đổi lớn cho công nghệ đĩa cứng tương lai. Như bạn đã biết, cung từ (sector) là đơn vị lưu trữ nhỏ nhất trong ổ đĩa cứng. Từ thuở sơ khai cách đây khoảng 30 năm, khi máy tính còn dùng hệ ...
Từ tháng 1/2011, các hãng sản xuất đĩa cứng sẽ áp dụng công nghệ mới có tên Advanced Format, mang đến một sự thay đổi lớn cho công nghệ đĩa cứng tương lai.
Như bạn đã biết, cung từ (sector) là đơn vị lưu trữ nhỏ nhất trong ổ đĩa cứng. Từ thuở sơ khai cách đây khoảng 30 năm, khi máy tính còn dùng hệ điều hành (HĐH) DOS, ổ đĩa cứng đã được định dạng thành những sector có kích thước 512 byte.
Hình 1: Cấu trúc sector truyền thống so với cấu trúc Advanced Format.
Mỗi sector 512 byte đều bao gồm khối chứa địa chỉ vị trí dữ liệu (Sync/DAM) và một vùng để lưu trữ mã sửa sai ECC (Error Correcting Code). Ngoài ra, giữa các sector còn có một khoảng trống nhỏ, do đó dung lượng hữu dụng của ổ đĩa cứng luôn nhỏ hơn thông báo của nhà sản xuất.
Việc chia thành các sector 512 byte hữu dụng với ổ đĩa cứng có dung lượng vài megabyte (MB) trước đây. Nhưng với sự phát triển của công nghệ, dung lượng của ổ đĩa cứng ngày nay lên đến hàng terabyte (TB), và định dạng sector 512 byte của ổ đĩa cứng hiện nay đã cho thấy những mặt hạn chế, gây lãng phí dung lượng lưu trữ.
Nâng sector 512 byte lên 4KB
Để khắc phục vấn đề này, Hiệp hội quốc tế về thiết bị và vật liệu ổ đĩa IDEMA (International Disk Drive Equipment and Materials Association) và các hãng sản xuất đĩa cứng hàng đầu đã đưa ra công nghệ Advanced Format (định dạng cao cấp), nhằm nâng dung lượng mỗi sector từ 512 byte lên thành 4.096 byte (4KB).
Hiện nay, tập tin tạo ra từ các phần mềm hầu như có kích thước trung bình lớn hơn 512 byte. Đó là lý do kích thước 512 byte của một sector trở nên “lạc hậu” và cũng là lý do để các hãng sản xuất tăng kích thước sector lên 4KB.
Mỗi vùng ECC trong cấu trúc sector 512 byte có kích thước 40 byte. Do đó, 8 sector 512 byte (tương đương 4KB) sẽ cần đến 320 byte để lưu mã ECC. Trong khi đó, mỗi sector 4KB chỉ cần 100 byte để lưu dữ liệu ECC, tiết kiệm đến 220 byte so với cấu trúc sector 512 byte.
Hình 2: Logo AF của công nghệ Advanced Format.
Theo Western Digital, một trong những hãng tiên phong trong việc sử dụng Advanced Format, định dạng mới với các sector 4KB sẽ giúp tiết kiệm dung lượng ổ cứng nhiều hơn, giảm không gian lãng phí khoảng 8 lần, hiệu suất cũng sẽ được nâng lên 7-11%. Đồng thời, công nghệ Advanced Format cũng giúp cải tiến việc sửa lỗi theo khối đến 50% thông qua việc sử dụng đoạn mã ECC lớn hơn.
Từ tháng 1/2011, các hãng sản xuất đĩa cứng trên thế giới cam kết sẽ áp dụng việc chuyển đổi này cho các sản phẩm mới của họ, và ổ đĩa cứng sử dụng công nghệ sector Advanced Format đều sẽ mang logo AF.
AF ảnh hưởng đến HĐH như thế nào?
Như đã đề cập ở phần trên, công nghệ AF sẽ giúp tăng hiệu suất của hệ thống lên đến 7-11%. Nhưng đó chỉ là đối với các HĐH mới sau này, chẳng hạn Windows Vista, Windows 7, Mac OS X Tiger, Leopard, Snow Leopard, và các phiên bản Linux ra đời sau tháng 9/2009. Theo Seagate, ổ đĩa cứng công nghệ AF mới nhưng chạy HĐH cũ thì tốc độ sẽ chậm hơn.
Hình 3: Dữ liệu ghi lên sector theo công nghệ Advanced Format không đúng vị trí trong Windows XP.
Cụ thể là, các ổ đĩa sử dụng công nghệ AF vẫn tương thích ngược với cấu trúc sector 512 byte bằng cách ánh xạ 8 sector 512 byte luận lý vào 1 sector vật lý. Nhưng không may là cách làm này sẽ gặp vấn đề trên Windows XP. Mặc định, Windows XP tạo ra phân vùng chính tại địa chỉ khối luận lý LBA (logical block address) số 63, là vị trí thiếu một khối để chia hết cho 8. Kết quả là dữ liệu được ghi đè lên 2 biên của khối sector 4KB vật lý. Tốc độ đọc và tốc độ ghi tuần tự không bị ảnh hưởng nhiều, nhưng tốc độ ghi ngẫu nhiên hay ghi các tập tin nhỏ sẽ bị chậm nhiều.
Tuy vậy, để hỗ trợ cho người dùng muốn sử dụng ổ cứng công nghệ AF mới trên HĐH Windows XP, WD đã cung cấp phần mềm WD Align (tải xuống tại wdc.com) cho phép các ổ đĩa theo chuẩn mới hoạt động với hiệu năng tối đa trên Windows XP.
Từ tháng 1/2011, các hãng sản xuất đĩa cứng bắt đầu đưa Advanced Format, công nghệ hứa hẹn thay đổi cách ổ cứng tổ chức dữ liệu trong nhiều năm tiếp theo. Điểm thay đổi cốt lõi nằm ở sector, đơn vị lưu trữ nhỏ nhất trên ổ đĩa cứng, vốn giữ kích thước 512 byte suốt khoảng 30 năm. Kích thước này xuất hiện từ thời máy tính sử dụng hệ điều hành DOS, khi dung lượng ổ cứng chỉ được tính bằng vài megabyte.
Mỗi sector 512 byte truyền thống không chỉ chứa dữ liệu người dùng, mà còn gồm khối xác định vị trí Sync/DAM cùng vùng mã sửa sai ECC. Giữa các sector tồn tại những khoảng trống nhỏ, khiến dung lượng thực tế có thể sử dụng luôn thấp hơn con số nhà sản xuất công bố. Khi ổ cứng hiện đại đạt dung lượng hàng terabyte, những phần phụ trợ lặp lại quá nhiều bắt đầu bộc lộ sự lãng phí đáng kể.
Hiệp hội quốc tế về thiết bị và vật liệu ổ đĩa IDEMA, cùng các hãng sản xuất hàng đầu, đề xuất nâng kích thước sector từ 512 byte lên 4.096 byte. Công nghệ mới mang tên Advanced Format, thường được gọi tắt là AF, gom lượng dữ liệu tương đương tám sector cũ vào một sector vật lý lớn hơn. Thay đổi này phù hợp thực tế hiện nay, bởi tập tin do phần mềm tạo ra thường có kích thước trung bình vượt xa 512 byte.
Trong cấu trúc cũ, mỗi sector 512 byte dành 40 byte cho mã ECC, nên tám sector tương đương 4KB phải sử dụng tổng cộng 320 byte cho việc sửa sai. Với sector 4KB, toàn bộ khối dữ liệu chỉ cần khoảng 100 byte cho ECC, tiết kiệm 220 byte so với tám sector 512 byte riêng biệt. Phần dung lượng được giải phóng giúp giảm khoảng trống lãng phí, đồng thời tạo thêm không gian hữu dụng cho người dùng.
Theo Western Digital, một trong những hãng tiên phong áp dụng Advanced Format, sector 4KB có thể giảm không gian lãng phí khoảng tám lần so với cấu trúc cũ. Hãng này cũng cho biết hiệu suất ổ cứng có thể tăng từ 7 đến 11%, tùy hệ thống, cách sử dụng và loại tác vụ được thực hiện. Ngoài ra, đoạn mã ECC lớn hơn còn cải tiến khả năng sửa lỗi theo khối đến 50%, giúp dữ liệu có thêm lớp bảo vệ.
Các nhà sản xuất đĩa cứng trên thế giới cam kết áp dụng chuyển đổi này cho sản phẩm mới từ tháng 1/2011, nhằm chuẩn hóa dần thế hệ ổ cứng tiếp theo. Những ổ đĩa sử dụng sector Advanced Format được nhận diện bằng logo AF, dấu hiệu giúp người mua phân biệt công nghệ mới với sản phẩm truyền thống. Tuy nhiên, lợi ích thực tế không giống nhau trên mọi máy tính, vì hệ điều hành phải biết cách phân vùng và truy cập sector phù hợp.
Advanced Format phát huy hiệu suất 7 đến 11% trên những hệ điều hành mới hơn, gồm Windows Vista, Windows 7, Mac OS X Tiger, Leopard, Snow Leopard và các phiên bản Linux sau tháng 9/2009. Theo Seagate, ổ cứng AF vẫn chạy được với hệ điều hành cũ, nhưng tốc độ có thể giảm, đặc biệt khi hệ thống xử lý nhiều thao tác ghi nhỏ. Nguyên nhân nằm ở cơ chế tương thích ngược, khi tám sector luận lý 512 byte được ánh xạ vào một sector vật lý 4KB.
Windows XP gặp trở ngại rõ rệt vì mặc định tạo phân vùng chính tại địa chỉ LBA số 63, vị trí không chia hết cho tám. Khi ranh giới phân vùng lệch như vậy, dữ liệu có thể nằm vắt qua hai biên của sector vật lý 4KB, khiến ổ đĩa phải xử lý phức tạp hơn. Tốc độ đọc tuần tự và ghi tuần tự thường không giảm nhiều, nhưng ghi ngẫu nhiên hoặc ghi các tập tin nhỏ có thể chậm đáng kể.
Để hỗ trợ người dùng Windows XP, Western Digital cung cấp phần mềm WD Align, cho phép căn chỉnh lại dữ liệu trên ổ đĩa AF. Công cụ này giúp phân vùng và dữ liệu nằm đúng ranh giới sector 4KB, từ đó hạn chế thao tác đọc ghi bổ sung gây suy giảm hiệu năng. Người dùng có thể tải WD Align tại wdc.com, nhưng cần kiểm tra đúng mẫu ổ đĩa và hướng dẫn tương thích trước khi tiến hành.
Advanced Format không chỉ là thay đổi con số từ 512 byte lên 4KB, mà còn là cách ngành ổ cứng giảm chi phí lưu trữ phụ trợ khi dung lượng thiết bị tăng mạnh. Cấu trúc mới giữ khả năng tương thích với chuẩn cũ, đồng thời tận dụng tốt hơn không gian vật lý trên bề mặt đĩa. Với hệ điều hành được hỗ trợ, người dùng có thể hưởng lợi về dung lượng, hiệu suất và khả năng sửa lỗi, còn Windows XP cần căn chỉnh bằng công cụ chuyên dụng.
