Festplattensektor - Disk sector
- Spur
- Geometrischer Sektor
- Festplattensektor
- Cluster
Bei der Computerplattenspeicherung ist ein Sektor eine Unterteilung einer Spur auf einer Magnetplatte oder einer optischen Platte . Jeder Sektor speichert eine feste Menge an benutzerzugänglichen Daten, traditionell 512 Byte für Festplattenlaufwerke (HDDs) und 2048 Byte für CD-ROMs und DVD-ROMs . Neuere HDDs verwenden 4096-Byte (4 KiB ) Sektoren, die als Advanced Format (AF) bekannt sind.
Der Sektor ist die minimale Speichereinheit einer Festplatte. Die meisten Festplattenpartitionierungsschemata sind so konzipiert, dass Dateien unabhängig von der tatsächlichen Größe der Datei eine ganzzahlige Anzahl von Sektoren belegen. Bei Dateien, die keinen ganzen Sektor ausfüllen, wird der Rest des letzten Sektors mit Nullen aufgefüllt. In der Praxis arbeiten Betriebssysteme typischerweise mit Datenblöcken , die sich über mehrere Sektoren erstrecken können.
Geometrisch bedeutet das Wort Sektor einen Teil einer Scheibe zwischen einem Zentrum, zwei Radien und einem entsprechenden Bogen (siehe Abbildung 1, Punkt B), der wie ein Stück eines Kuchens geformt ist. Somit bezieht sich der Plattensektor (Abbildung 1, Punkt C) auf den Schnittpunkt einer Spur und eines geometrischen Sektors .
In modernen Plattenlaufwerken besteht jeder physikalische Sektor aus zwei grundlegenden Teilen, dem Sektor- Header- Bereich (typischerweise als "ID" bezeichnet) und dem Datenbereich. Der Sektor-Header enthält Informationen, die von Laufwerk und Controller verwendet werden; diese Informationen umfassen Sync-Bytes, Adressidentifikation , Fehlerkennzeichen und Fehlererkennungs- und -korrekturinformationen. Der Header kann auch eine alternative Adresse enthalten, die verwendet wird, wenn der Datenbereich unzuverlässig ist. Die Adresskennung dient dazu, sicherzustellen, dass die Mechanik des Antriebs den Schreib-/Lesekopf an der richtigen Stelle positioniert hat. Der Datenbereich enthält die Sync-Bytes, Nutzdaten und einen Fehlerkorrekturcode (ECC), der verwendet wird, um eventuell in die Daten eingebrachte Fehler zu überprüfen und ggf. zu korrigieren.
Geschichte
Das erste Plattenlaufwerk, das 1957er IBM 350 Plattenspeicher , hatte zehn 100-Zeichen-Sektoren pro Spur; jedes Zeichen war sechs Bit lang und enthielt ein Paritätsbit. Die Anzahl der Sektoren pro Spur war auf allen Aufzeichnungsoberflächen identisch. Es gab kein aufgezeichnetes Kennungsfeld (ID), das jedem Sektor zugeordnet war.
Der Plattenspeicher IBM 1301 von 1961 führte Sektoren mit variabler Länge ein, die von IBM als Datensätze bezeichnet werden, und fügte jedem Datensatz ein von den Daten in einem Datensatz (Sektor) getrenntes Datensatzadressfeld hinzu. Alle modernen Plattenlaufwerke haben Sektoradressfelder, sogenannte ID-Felder, die von den Daten in einem Sektor getrennt sind.
Ebenfalls 1961 führte Bryant mit seiner 4000er-Serie das Konzept der Zonenaufzeichnung ein, das es erlaubte, die Anzahl der Sektoren pro Spur als Funktion des Spurdurchmessers zu variieren - es gibt mehr Sektoren auf einer äußeren Spur als auf einer inneren Spur. Dies wurde in den 1990er Jahren in der Industrie üblich und ist heute Standard.
Die 1964 mit dem IBM System/360 angekündigten Plattenlaufwerke erkannten Fehler in allen Feldern ihrer Sektoren (Datensätze) mit einer zyklischen Redundanzprüfung (CRC), die die Paritäts-pro-Zeichen-Erkennung früherer Generationen ersetzte. Die Sektoren (Datensätze) von IBM fügten zu diesem Zeitpunkt dem physischen Sektor ein drittes Feld hinzu, ein Schlüsselfeld, das bei der Suche nach Daten hilft. Diese physischen IBM-Sektoren, Datensätze genannt, haben drei grundlegende Teile, ein Zählfeld, das als ID-Feld fungiert, ein Schlüsselfeld, das in den meisten Plattenlaufwerkssektoren nicht vorhanden ist, und ein Datenfeld, das häufig als CKD- Format für einen Datensatz bezeichnet wird.
Der IBM 3330-Plattenspeicher von 1970 ersetzte die CRC im Datenfeld jedes Sektors durch einen Fehlerkorrekturcode (ECC), um die Datenintegrität zu verbessern, indem die meisten Fehler erkannt und die Korrektur vieler Fehler ermöglicht wurde. Letztendlich hatten alle Felder von Festplattensektoren ECCs.
Vor den 1980er Jahren gab es wenig Standardisierung der Branchengrößen; Plattenlaufwerke hatten eine maximale Anzahl von Bits pro Spur und verschiedene Systemhersteller unterteilten die Spur in verschiedene Sektorgrößen, um ihren Betriebssystemen und Anwendungen zu entsprechen. Die Popularität des PCs ab den 1980er Jahren und das Aufkommen der IDE-Schnittstelle in den späten 1980er Jahren führte dazu, dass ein 512-Byte-Sektor zu einer branchenüblichen Sektorgröße für HDDs und ähnliche Speichergeräte wurde.
In den 1970er Jahren fügte IBM seiner CKD- DASD- Produktlinie Direct Access Storage Devices (FBA-DASDs) mit fester Blockarchitektur hinzu . CKD DASD unterstützte mehrere Sektoren variabler Länge, während das IBM FBA DASD Sektorgrößen von 512, 1024, 2048 oder 4096 Byte unterstützte.
Im Jahr 2000 begann die Industrie-Handelsorganisation, die International Disk Drive Equipment and Materials Association ( IDEMA ), mit der Arbeit, um die Implementierung und Standards zu definieren, die Sektorgrößenformate von mehr als 512 Byte regeln, um zukünftige Erhöhungen der Datenspeicherkapazitäten zu ermöglichen. Ende 2007 begannen Samsung und Toshiba in Erwartung eines zukünftigen IDEMA-Standards mit der Auslieferung von 1,8-Zoll-Festplattenlaufwerken mit 4096 Byte-Sektoren. Im Jahr 2010 hat IDEMA den Advanced Format- Standard für 4096-Sektor-Laufwerke abgeschlossen und das Datum für den Übergang von 512- auf 4096-Byte-Sektoren für alle Hersteller auf Januar 2011 festgelegt, und Advanced Format-Laufwerke wurden bald weit verbreitet.
Sektoren versus Blöcke
Während Sektor speziell den physischen Plattenbereich bezeichnet, wurde der Begriff Block lose verwendet, um sich auf einen kleinen Datenblock zu beziehen. Block hat je nach Kontext mehrere Bedeutungen. Im Kontext der Datenspeicherung ist ein Dateisystemblock eine Abstraktion über Plattensektoren, die möglicherweise mehrere Sektoren umfasst. In anderen Kontexten kann es sich um eine Einheit eines Datenstroms oder eine Betriebseinheit für ein Dienstprogramm handeln. Das Unix- Programm dd ermöglicht beispielsweise die Einstellung der Blockgröße, die während der Ausführung mit dem Parameter verwendet werden soll bs=bytes. Dies gibt die Größe der von dd gelieferten Datenblöcke an und hat nichts mit Sektoren oder Dateisystemblöcken zu tun.
Unter Linux kann die Sektorgröße der Festplatte mit fdisk -l | grep "Sector size"und die Blockgröße mit bestimmt werden blockdev --getbsz /dev/sda.
Zonenbit-Aufzeichnung
Wenn ein Sektor als Schnittpunkt zwischen einem Radius und einer Spur definiert wird, wie dies bei frühen Festplatten und den meisten Disketten der Fall war, sind die Sektoren zur Außenseite der Platte physikalisch länger als die näher an der Spindel. Da jeder Sektor immer noch die gleiche Anzahl von Bytes enthält, haben die äußeren Sektoren eine geringere Bitdichte als die inneren, was eine ineffiziente Nutzung der magnetischen Oberfläche darstellt. Die Lösung ist die Zonenbitaufzeichnung, bei der die Platte in Zonen unterteilt ist, die jeweils eine kleine Anzahl aneinandergrenzender Spuren umfassen. Jede Zone wird dann in Sektoren unterteilt, so dass jeder Sektor eine ähnliche physikalische Größe hat. Da äußere Zonen einen größeren Umfang haben als innere Zonen, werden ihnen mehr Sektoren zugewiesen. Dies wird als Zonenbitaufzeichnung bezeichnet .
Eine Folge der Zonenbitaufzeichnung ist, dass zusammenhängende Lese- und Schreibvorgänge auf äußeren Spuren (entsprechend niedrigeren Blockadressen) merklich schneller sind als auf inneren Spuren, da bei jeder Drehung mehr Bits unter dem Kopf passieren; dieser Unterschied kann 25 % oder mehr betragen.
Erweitertes Format
1998 wurde die traditionelle Sektorgröße von 512 Byte als ein Hindernis für die Erhöhung der Kapazität identifiziert, die zu dieser Zeit mit einer Geschwindigkeit wuchs, die das Mooresche Gesetz übertraf . Das Erhöhen der Länge des Datenfelds durch die Implementierung von Advanced Format unter Verwendung von 4096-Byte-Sektoren beseitigte dieses Hindernis; es erhöhte die Effizienz der Datenoberfläche um fünf bis dreizehn Prozent und erhöhte gleichzeitig die Stärke des ECC, was wiederum eine höhere Kapazität ermöglichte. Das Format wurde 2005 von einem Industriekonsortium standardisiert und bis 2011 in alle neuen Produkte aller Festplattenhersteller integriert.