什麼是4Kn硬碟？與512的硬碟有什麼區別？

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什麼是4Kn硬碟？與512的硬碟有什麼區別？

2019-4-26 王智偉 測試部技術長

摘要
在與磁碟相關的知識中，我們經常可以看到512與4Kn的字眼，到底512磁碟和4Kn磁碟是什麼？它們之間又有什麼差異呢？在本文中您將找到相應的答案。

硬碟的512與4K格式

在過去很長的一段時間中，硬碟的單位磁區格式是512位元組，但是這部分空間無法全部用來存儲資料，因為還有用於ECC校驗、位址標記等代碼，這些功能性代碼約佔用了65位元組，因此單位磁區格式為512位元組的磁碟真正用於存儲的空間利用率不到90%。

隨著磁碟技術的發展，為了提高磁碟容量，生產廠商開發出了名為“進階格式化磁碟“(Advanced Format)的技術，該技術將磁碟的單位磁區改為4K，這相當8個512位元組格式的整合，而且這8個512位元組磁區共用一套功能性代碼，因此整體的存儲效率得到了大大的提高。4K磁碟的儲存空間利用率，能達到97%以上。

關於512與512e硬碟

由於傳統上硬碟的單位磁區大小是512 位元組，因此BIOS、作業系統、應用程式等很長時間以來都默認這個定律，並以此進行開發設計，所以激進地直接推出進階格式化硬碟一定會造成相容問題。為了説明這些舊式作業系統都能過渡到單位磁區大小為4K的先進格式，硬碟廠發佈了512e格式的硬碟，即單位磁區大小為4K的硬碟，但它具有一個模擬的功能，能將4K的硬碟類比成512位元組的邏輯磁區，以此來支援更多不同的舊系統與舊應用程式。

格式	邏輯磁區大小	物理磁區大小
512	512B	512B
512e	512B	4KB

什麼是4Kn硬碟？

”4Kn ”為 4K native 的縮寫，意為原生4K sector進階格式化硬碟。不再像512e以類比的方式類比512位元組/磁區的傳統硬碟。但是，原生4Kn仍然與部分作業系統以及應用存在相容性的問題，目前原生4Kn的硬碟仍然是少數，但可以預見這將是日後硬碟技術的發展趨勢。一般來說，硬碟廠商都會在包裝的標識上標明該硬碟所採用的格式化方式，使用者在購買時根據需求選擇即可。


512e	4Kn

雖然512e仍然是市場的主流產品，但4Kn硬碟也逐漸有不少的產品推出，比如希捷的ST600NM004、ST600NM008、ST1000NX0323，TOSHIBA的MG04ACA400A以及HGST的HGS#0F27408等。

什麼是4K對齊？

正如上文提到的，磁碟的讀寫操作都是以磁區作為最小單位，大多數傳統老式磁碟每個磁區的單位是512位元組，而512e與4Kn硬碟均為4K。由此，引申出對現代硬碟的基本要求：4K對齊。

所謂的4K對齊，實際上是物理磁區與資料簇之間的對齊，當我們沒有在4K對齊的磁碟上創建分區時，分區始終不會從物理磁區的起始位置開始讀寫，這意味著當進行讀寫操作時，物理磁區和資料簇會發生偏移。因此，讀取保存在一個資料簇的內容時，磁碟將會訪問兩個磁區，從而增加存取時間並減慢讀寫速度，同理，寫入檔案時同樣會對兩個物理磁區進行操作，必然會增加寫入次數並浪費了磁碟空間。

簡單來說，沒有4K對齊的磁碟在進行讀寫時，需要進行兩次的磁區資料調取操作，進行4K對齊後就能將資料與磁碟的最小存儲單元對應，在一次讀寫操作中就能完成一份檔案資訊的調取。

如何對SSD進行4K對齊？

無論是512e還是4Kn硬碟，您在為硬碟進行格式化分區時，使用的是微軟Windows 7以上的系統內置磁碟管理工具的話，那麼實際上在完成格式化分區操作後，分區就默認成為了4K對齊的分區，用戶無需再額外進行設定。如果您的作業系統版本低於Windows 7，或者當前分區還未進行4K對齊但又不想重灌作業系統，那麼可能需要借助協力廠商軟體來實現。