コンピュータのディスクストレージにおいて、セクターとは磁気ディスクまたは光ディスク上のトラックの細分化を指します。ほとんどのディスクでは、各セクターにはユーザーがアクセスできる一定量のデータが保存されます。ハードディスクドライブ（HDD）では従来512バイト、 CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROMでは2048バイトです。[ 1 ]新しいHDDとSSDは4096バイト（4 KiB ）のセクターを使用しており、これはAdvanced Format （AF）と呼ばれています。
セクターは、ディスクドライブの最小記憶単位です。[ 2 ]ほとんどのディスクパーティション方式は、ファイルの実際のサイズに関係なく、ファイルが整数個のセクターを占有するように設計されています。セクター全体を占めないファイルは、最後のセクターの残りの部分がゼロで埋められます。実際には、オペレーティングシステムは通常、複数のセクターにまたがるデータブロック上で動作します。 [ 3 ]
幾何学的には、 「セクター」という言葉は、中心、2つの半径、そして対応する円弧（図1のB参照）に囲まれた円盤の一部分、つまりパイのスライスのような形状を意味します。したがって、ディスクセクター（図1のC）は、トラックと幾何学的セクターの交点を指します。
現代のディスクドライブでは、各物理セクターはセクターヘッダー領域（通常は「ID」と呼ばれる）とデータ領域の2つの基本部分で構成されています。セクターヘッダーには、ドライブとコントローラが使用する情報が含まれています。この情報には、同期バイト、アドレス識別、欠陥フラグ、エラー検出および訂正情報などが含まれます。また、データ領域が信頼できない場合に使用される代替アドレスも含まれる場合があります。アドレス識別は、ドライブの機構が読み取り/書き込みヘッドを正しい位置に配置していることを確認するために使用されます。データ領域には、同期バイト、ユーザーデータ、およびデータに発生した可能性のあるエラーをチェックし、必要に応じて訂正するために使用される エラー訂正コード（ECC）が含まれています。
歴史
最初のディスクドライブである1957年のIBM 350ディスクストレージは、1トラックあたり100文字のセクターを10個備えていました。各文字は6ビットで、パリティビットが含まれていました。トラックあたりのセクター数は、すべての記録面において同一でした。各セクターに関連付けられた識別子フィールド（ID）は記録されていませんでした。[ 4 ]
1961年のIBM 1301ディスクストレージでは、IBMがレコードまたは物理レコードと呼んだ可変長セクターが導入され、各レコードにレコード内のデータとは別のレコードアドレスフィールドが追加されました。 [ 5 ] [ 6 ]現代のディスクドライブはすべて、セクター内のデータとは別に、IDフィールドと呼ばれるセクターアドレスフィールドを持っています。
1961年、ブライアント社は4000シリーズでゾーン記録（ZBR）の概念を導入しました。これは、トラックの直径に応じてトラックあたりのセクター数を変化させることを可能にしました。つまり、外側のトラックには内側のトラックよりも多くのセクターがあります。[ 7 ] 1980年代後半、ZBRはImprimis社とQuantum社によって発表されたディスクドライブで再び使用され、 [ 8 ] 1997年までに業界で広く使用されるようになりました。[ 9 ]
1964年にIBM System/360とともに発表されたディスクドライブやその他のDASDは、IBMがレコードまたは物理レコードと呼んだ、自己フォーマット可変長セクターを採用していました。これらのDASDは、前世代の文字単位のパリティ検出に代わる巡回冗長検査（CRC）を用いて、レコードの全フィールドのエラーを検出しました。これらのIBM物理レコードは、IDフィールドとして機能するカウントフィールド、データの検索を容易にするオプションのキーフィールド、そしてデータフィールドの3つの基本部分で構成されています。実際には、ほとんどのレコードにはキーフィールドがなく、キー長が0であることが示されています。これら3つのフィールドの構造は、レコードの CKDトラック形式と呼ばれています。
1970年のIBM 3330ディスクストレージでは、各レコードのデータフィールドのCRCをエラー訂正コード（ECC）に置き換え、ほとんどのエラーを検出し、多くのエラーを訂正できるようにすることでデータの整合性を向上させました。[ 10 ]最終的に、ディスクセクターのすべてのフィールドにECCが配置されました。
1980年代以前は、セクターサイズの標準化はほとんど行われていませんでした。ディスクドライブにはトラックあたりの最大ビット数があり、様々なシステムメーカーが自社のOSやアプリケーションに合わせてトラックを異なるセクターサイズに細分化していました。 1980年代初頭のPCの普及と、1980年代後半のIDEインターフェースの登場により、512バイトのセクターがHDDなどのストレージデバイスの業界標準セクターサイズとなりました。[ 11 ]
1970年代、IBMはCKD DASDシリーズに固定ブロックアーキテクチャの直接アクセスストレージデバイス（FBA DASD）を追加しました。CKD DASDは複数の可変長セクターをサポートし、IBM FBA DASDは512、1024、2048、または4096バイトのセクターサイズをサポートしていました。
2000年に業界団体の国際ディスクドライブ機器・材料協会（IDEMA）は、将来のデータストレージ容量の増加に対応するため、512バイトを超えるセクターサイズのフォーマットを規定する実装と標準を定義する作業を開始しました。[ 11 ] 2007年末までに、将来のIDEMA標準を見越して、サムスンと東芝は4096バイトセクターの1.8インチハードディスクドライブの出荷を開始しました。2010年にIDEMAは4096セクタードライブのアドバンスドフォーマット標準を完成させ、[ 11 ]すべてのメーカーに対して512バイトセクターから4096バイトセクターへの移行日を2011年1月に設定し、[ 12 ]アドバンスドフォーマットドライブはすぐに普及しました。
関連ユニット
セクターとブロック
セクターは具体的には物理的なディスク領域を意味しますが、ブロックという用語は小さなデータの塊を指すために広く使用されています。ブロックは文脈によって複数の意味を持ちます。データストレージの文脈では、ファイルシステムブロックはディスクセクターを抽象化したものであり、複数のセクターを包含する場合もあります。他の文脈では、データストリームの単位やユーティリティの操作単位となることがあります。[ 13 ]たとえば、Unixプログラムddでは、パラメータを使用して実行中に使用するブロックサイズを設定できますbs=bytes。これはddによって配信されるデータの塊のサイズを指定するものであり、セクターやファイルシステムブロックとは無関係です。
Linuxでは、ディスクセクターサイズは で決定できsudo fdisk -l | grep "Sector size"、ブロックサイズは で決定できますsudo blockdev --getbsz /dev/sda。[ 14 ]
セクターとクラスター
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コンピュータファイルシステムにおいて、クラスタ（アロケーションユニットまたはブロックと呼ばれることもあります）は、ファイルとディレクトリのディスク領域割り当て単位です。ディスク上のデータ構造の管理にかかるオーバーヘッドを削減するため、ファイルシステムはデフォルトでは個々のディスクセクターではなく、クラスタと呼ばれる連続したセクターのグループを割り当てます。
512 バイトのセクターを使用するディスクでは、512 バイトのクラスターには 1 つのセクターが含まれ、4キビバイト( KiB ) のクラスターには 8 つのセクターが含まれます。
クラスタとは、ファイルを保持するために割り当てることができるディスク領域の最小論理量です。したがって、大きなクラスタを持つファイルシステムに小さなファイルを保存すると、ディスク領域が無駄になります。このような無駄なディスク領域は、スラック領域と呼ばれます。平均ファイルサイズと比較してクラスタサイズが小さい場合、ファイルあたりの無駄な領域は統計的にクラスタサイズの約半分になります。クラスタサイズが大きい場合、無駄な領域は大きくなります。ただし、クラスタサイズが大きいほど、ブックキーピングのオーバーヘッドと断片化が軽減されるため、全体的な読み取りおよび書き込み速度が向上する可能性があります。一般的なクラスタサイズは、1セクター（512 B）から128セクター（64 KiB）の範囲です。
クラスターはディスク上で物理的に連続している必要はありません。複数のトラックにまたがる場合や、セクターインターリーブが使用されている場合は、1つのトラック内でも不連続になる場合があります。これは、セクターが論理的に連続しているため、 フラグメンテーションと混同しないでください。
「失われたクラスター」は、ファイルがディレクトリリストから削除されたが、ファイルアロケーションテーブル（FAT）にはまだファイルに割り当てられたクラスターが表示されている場合に発生します。[ 15 ]
DOS 4.0ではクラスタという用語がアロケーションユニットに変更されましたが、クラスタという用語は今でも広く使用されています。[ 16 ]
ゾーンビット記録
初期のハードドライブやほとんどのフロッピーディスクのように、セクターを半径とトラックの交点として定義すると、ディスクの外側のセクターはスピンドルに近いセクターよりも物理的に長くなります。各セクターに含まれるバイト数は変わらないため、外側のセクターは内側のセクターよりもビット密度が低くなり、磁気面を効率的に利用できません。この解決策はゾーンビット記録です。この方法では、ディスクを少数の連続したトラックを含むゾーンに分割します。各ゾーンはさらにセクターに分割され、各セクターの物理サイズはほぼ同じになります。外側のゾーンは内側のゾーンよりも円周が長いため、より多くのセクターが割り当てられます。これはゾーンビット記録として知られています。[ 17 ]
ゾーン ビット記録の結果、回転ごとにヘッドの下を通過するビット数が増えるため、連続した読み取りと書き込みは内側のトラックよりも外側のトラック (下位のブロック アドレスに対応) で著しく高速になります。この差は 25% 以上になることがあります。
高度なフォーマット
1998年、従来の512バイトのセクターサイズは、当時ムーアの法則を上回る速度で成長していた容量増加の障害の一つとして認識されました。4096バイトのセクターを使用するアドバンスド・フォーマットの実装によりデータフィールド長が長くなったことで、この障害は解消されました。これにより、データ領域効率が5～13%向上し、ECCの強度も向上したため、結果として大容量化が可能になりました。このフォーマットは2005年に業界コンソーシアムによって標準化され、2011年までにすべてのハードドライブメーカーのすべての新製品に組み込まれました。
参照
参考文献
- ^ 「UDF - OSDev Wiki」 . wiki.osdev.org . 2024年9月1日閲覧。
- ^ハミントン、スージー (2004年1月1日).コンピュータサイエンス. ロータスプレス. p. 42. ISBN 9788189093242。
- ^タッカー、アレン・B. (2004年6月28日).コンピュータサイエンスハンドブック 第2版. CRC Press. p. 86. ISBN 9780203494455。
- ^ 305 RAMACランダムアクセス方式の会計および制御操作マニュアル（PDF）。IBM 。 1957年。
- ^ IBM 1301 モデル1および2 ディスク・ストレージおよびIBM 1302 モデル1および2 ディスク・ストレージとIBM 7090、7094、および7094 IIデータ処理システム(PDF)。IBM。A22-6785。
- ^ IBM 1301 モデル1および2 ディスク・ストレージおよびIBM 1302 モデル1および2 ディスク・ストレージとIBM 1410および7010データ処理システム(PDF)。IBM。A22-6788。
- ^技術データ - シリーズ4000ディスクファイル(PDF)ブライアントコンピュータプロダクツ。1963年。
- ^ポーター、ジェームズ（1988年10月）「リジッド磁気ディスクドライブの仕様」1988年 DISK/TREND REPORT、リジッドディスクドライブ、DISK/TREND社、p.63、122。
- ^ Porter, James (1997年6月). 「リジッド磁気ディスクドライブの仕様」. 1997 DISK/TREND REPORT, RIGID DISK DRIVES . DISK/TREND, Inc.
- ^ IBM 3330シリーズディスクストレージのリファレンスマニュアル(PDF) . IBM. 1974年3月. GA26-1615-3.
- ^ a b c「Advanced Formatの到来」 IDEMA . 2013年11月18日閲覧。
- ^ Skinner, Heather (2010年6月29日). 「IDEMA、ハードディスクドライブのセクターフォーマット変更に業界を対応させる「準備はできていますか？」キャンペーンを開始」(PDF) . www.idema.org . 2020年12月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2020年12月14日閲覧。
- ^ 「ブロックサイズとクラスターサイズの違い」 unix.stackexchange.com . 2015年12月13日閲覧。
- ^ 「ファイルのディスクセクターとブロックの割り当て」 . stackoverflow.com . 2015年12月13日閲覧。
- ^ 「クロスリンクされたファイルまたは失われたクラスターによって発生するエラー」。2015年3月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年8月3日閲覧。
- ^ミューラー、スコット (2002). PCのアップグレードと修理, p. 1354. ISBN 0-7897-2745-5。
- ^ Kern Wong (1989年1月)、DP8459 Zoned Bit Recording (PDF)、National Semiconductor、2011年6月15日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ、 2010年3月10日取得
