[教學]ATA(IDE)硬碟and低階格式化 - 轉貼

小小狼

本文摘譯自 Development In ATA (AT interface)
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ATA(IDE)硬碟and低階格式化
許多 BBS 使用者對於 ATA 硬碟不能做低階格式化的原因多有疑問，這篇文
章可以說明其中原委。

在 PC 的使用領域中，越來越多的 ATA 界面已取代了 ST-412 界面，隨之而起
的便是對該類硬碟的設定與格式化問題。儘管 ATA 硬碟本身就有各種不同的容
量與規格，但是有一項最高原則是通用的，那就是『絕對不要對 ATA 硬碟做低
階格式化!!』

在解釋原因之前，我們有必要對格式化的觀念作一簡單復習。

實體格式化 (Physical)

以前的軟式磁碟片，都會在磁片的表面上一定距離的地方于以打洞，如此可
供軟碟機的機械裝置用以辨認磁區的開始處。但是這樣的作法，對高容量的硬
式磁碟機而言太過麻煩，於是就用實體上的磁軌配置 (track layout) 或格式
(format) 取代。硬碟機實體上被分為磁柱 (cylinders)﹑磁軌 (tracks) ﹑
磁區 (sectors) 等部份。每個磁軌都有一個特定的編號，而由距離最遠的磁
軌 (編號 0 ) 向內依序遞增。每個磁軌都含有固定的容量，稱作磁區。每個
磁區在磁軌上都有特定的編號，佔有一個固定的位置。

邏輯低階格式化 (Logical Low-Level)

在完美的境界中，沒有任何缺點 (defects) 的情況下，每一個實體的磁區都
可以拿來作資料的存取。在硬碟的烏托邦世界中，所有主機的 BIOS 都可以使
用到任何的實體磁區，與硬碟作正確的聯繫。最佳的效率很容易的達成，同時
也不須要有 interleave 與磁區傾斜 (sector skewing，註一) 這些技術了。
但是損壞的磁區 (defects)﹑rotational latency ﹑磁頭切換時間 (Head
Switch Time) ﹑與各種不同的系統 BIOS 等...，這些實際問題的存在，便是
硬碟須要由實體規格轉換成邏輯規格的基本原因。而且，複雜因素的程度越高
，轉換成的邏輯規格也越複雜。

主機透過指令可以對於硬碟作存取資料的控制，但是這種命令只能處理邏輯
上的位置，並且假定硬碟的實體配置方式與邏輯設定間有明確而單一的聯繫。
ST-412 界面硬碟的控制卡在將實體位置格式化成邏輯位置的過程中，也順便
處理損換的磁區 (defect map) 與 interleave 的資料。

既然控制卡已成為 ATA 界面硬碟的一部份， defect table﹑ translation
table (註二)﹑interleave and skewing 在工廠中即已格式化。

邏輯高階格式化 (Logical High-Level)

要在眾多的 20﹑40MB, 甚至更高容量的硬碟中作快速且方便的資料存取，對
作業系統而言，建立一些檔案目錄與索引是須要的。當你使用 DOS 的 format
指令時，就是在執行高階的邏輯格式化過程。DOS 的高階邏輯格式化，會將磁
碟機組織成四個部份: 啟動記錄 (boot record) ﹑檔案配置表 (FAT)﹑根目錄
區 (root directory)﹑及資料區域 (data area)。

UNIX 與 Novell 作縊系統也會對硬碟執行高階格式化。

Ｗｈｙ　Ｎｏｔ？？

─ ATA 界面硬碟絕不可以執行低階格式化的原因如下:

1. 低階格式的過程中，會刪除某些形式硬碟內的損壞磁區表 (defect tables)
在沒有任何工具程式可以重新輸入損壞磁區的資料 (事實上，你也沒有損
壞磁區的資料 "defect map" ) 的情況下，磁碟機會嘗試在實體上損壞的
磁區上寫入資料，如此一來，資料破壞 (Data Corruption) 與多次的讀寫
嘗試 (multiple read retries)，將會降低硬碟的效率。

2. 低階格式化硬碟將會刪除任何的磁區／磁軌傾斜 (sector/track skewing)
。失去了這項功能， rotaional latency 會降低資料傳遞 (data transfer)
的速度，尤其是在作跨磁軌邊界 (cross track boundaries) 的循序處理時。

3. ATA 界面硬碟是以 1:1 的 interleave 值作格式化的，而且原設計也只支
援這個比值。如果硬碟用 1:1 以外的比值作格式化，硬碟有可能無法正常
動作。

4. ATA 界面硬碟在製造過程中已經做好低階格式化，所以沒有必要再重作這
項耗時間的工作。

If you have any problem with Hard Disc Drive, please feel free to leave
a message at DDS HDD conference.

Ｃ　Ｎ　Ｃｈｕ　, May 31, 1992

【註一】 sector skewing

所謂的Head skewing 或 Sector skewing 或是 Cylinder skewing 都是把它
的磁區位置的順序轉一個角度以提高硬碟性能!!

【註二】 translation table

傳統的硬碟的磁區配置,它的位置順序都是由上而下, 沒一面都一樣的!!
這樣配置有一個很要命的缺點就是當它的儲存位置不相連的時候,它就必須
等到磁碟轉到才能繼續存取!!這樣對系統的性能的影響是蠻大的!!