Что такое форматирование диска, простым языком

Форматирование диска — программный процесс разметки области хранения данных электронных носителей информации, расположенной на магнитной поверхности (жёсткие диски, дискеты), оптических носителях (CD/DVD/Blu-ray-диски), твердотельных накопителях (флэш-память - flash module, SSD) и др. Существуют разные способы этого процесса.

Само форматирование заключается в создании (формировании) структур доступа к данным, например, структур файловой системы. При этом возможность прямого доступа к находящейся на носителе информации теряется, часть ее безвозвратно уничтожается. Некоторые программные утилиты дают возможность восстановить некоторую часть (обычно — большую) информации с отформатированных носителей. В процессе форматирования также может проверяться и исправляться целостность носителя.

Процесс форматирования

Форматирование жёсткого диска включает в себя три этапа:

1. Низкоуровневое форматирование. Это базовая разметка области хранения данных, которая выполняется на заводе-изготовителе в качестве одной из заключительных операций изготовления устройства хранения данных. При этом процессе в области хранения данных создаются физические структуры: трэки - tracks (дорожки), секторы, при необходимости записывается программная управляющая информация. Впоследствии в подавляющем большинстве случаев эта разметка остаётся неизменной за все время существования носителя. Большинство программных утилит с заявленной авторами возможностью низкоуровневого форматирования на самом деле, в лучшем случае, перезаписывают только управляющую информацию.
2. Разбиение на разделы. Этот процесс разбивает объём винчестера на логические диски (например, C:, D:…; sda1, sda2…; hda1, hda2…). Это осуществляется с помощью встроенных служб самой операционной системы или соответствующими утилитами сторонних производителей (см.Программы для работы с разделами); метод разбиения существенно зависит от типа операционной системы. Этот шаг принципиально необязателен (если его пропустить весь объем носителя будет состоять из одного раздела), но в виду очень больших объемов современных жестких дисков (до 4 000 Гб) их разбиение на логические разделы обычно осуществляется.
3. Высокоуровневое форматирование. Этот процесс записывает (формирует) логические структуры, ответственные за правильное хранение файлов (файловые таблицы), а также, в некоторых случаях, загрузочные файлы для разделов, имеющих статус активных. Это форматирование можно разделить на два вида: быстрое и полное. При быстром форматировании перезаписывается лишь таблица файловой системы, при полном — сначала производится верификация (проверка) физической поверхности носителя, при необходимости исправляются поврежденные сектора, т.е. участки оптической поверхности, имеющие физические повреждения (маркируются как неисправные, что исключает в последующем запись в них информации), а уже потом производится запись таблицы файловой системы.

Низкоуровневое форматирование

Низкоуровневое форматирование (англ. Low level format) — операция, в процессе которой на магнитную поверхность жёсткого диска наносятся так называемые сервометки — служебная информация, которая используется для позиционирования головок диска. Выполняется в процессе изготовления жёсткого диска, на специальном оборудовании, называемом серворайтером.

Низкоуровневое форматирование — это процесс нанесения информации о позиции треков и секторов, а также запись служебной информации длясервосистемы. Этот процесс иногда называется «настоящим» форматированием, потому что он создает физический формат, который определяет дальнейшее расположение данных. Когда в первый раз запускается процесс низкоуровневого форматирования винчестера, пластины жесткого диска пусты, то есть не содержат абсолютно никакой информации о секторах, треках и так далее. Это последний момент, когда у жесткого диска абсолютно пустые пластины. Информация, записанная во время этого процесса, больше никогда не будет переписана.

Старые жёсткие диски имели одинаковое количество секторов на трэк и не имели встроенных контроллеров, так что низкоуровневым форматированием занимался внешний контроллер жёсткого диска, и единственной нужной ему информацией было количество трэков и количество секторов на трэк. Используя эту информацию, внешний контроллер мог отформатировать жёсткий диск. Современные жёсткие диски имеют сложную внутреннюю структуру, включая изменение количества секторов на трэк при движении от внешних трэков к внутренним, а также встроенную сервоинформацию для контроля за приводом головок. Также современные накопители используют технологию «невидимых» плохих секторов, могут автоматически помечать повреждённые секторы как нерабочие, исключая последующую возможность запись в них информации. Вследствие такой сложной структуры данных, все современные жёсткие диски проходят низкоуровневое форматирование только один раз — на заводе-изготовителе. Нет никакого способа в домашних условиях произвести настоящее низкоуровневое форматирование любого современного жёсткого диска, будь это IDE/ATA, SATA или SCSI винчестер. Причём это невозможно сделать даже в условиях сервисного центра.

Старые жёсткие диски нуждались в неоднократном низкоуровневом форматировании на протяжении всей своей жизни, в связи с эффектами температурного расширения, связанного с применением шаговых моторов в приводе головок, у которых перемещение головок было разбито на сетку с фиксированным шагом. С течением времени у таких накопителей смещалось физическое расположение секторов и трэков, что не позволяло правильно считывать информацию, применяя шаговый двигатель в приводе магнитных головок. Головка выходила на нужную, по мнению контроллера, позицию, в то время как позиция заданного трэка уже сместилась, что приводило к появлению сбойных секторов. Эта проблема решалась переформатированием накопителя на низком уровне, перезаписывая трэки и секторы по новой сетке шагов привода головок. В современных накопителях, использующих в приводе головок звуковую катушку, проблема температурного расширения ушла на второй план, вынуждая производить лишь температурную перекалибровку рабочих параметров привода головок.

Результатом выполнения «низкоуровневого» форматирования из BIOS может быть:

• отсутствие результата, то есть полное игнорирование винчестером этой процедуры. Позиционирование будет отработано, но никаких действий на дисках произведено не будет;
• запись нулей во все секторы, то есть простое стирание информации пользователя;
• возникновение проблем с жёсткими дисками старых серий, не обеспечивающих надёжную защиту от пользователя. Некоторые старые жёсткие диски ёмкостью 40-80 Гб могут на команду 50h отвечать ошибкой, что может привести к маркировке всех секторов как «bad» или наоборот, записать нулями часть служебных трэков, что приведёт к неработоспособности накопителя.

Информацию после проведения реального низкоуровневого форматирования восстановить нельзя никаким образом.

Высокоуровневое форматирование

Высокоуровневое полное форматирование — процесс, который заключается в создании главной загрузочной записи с таблицей разделов и (или) структур пустой файловой системы, установке загрузочного сектора и тому подобных действий, результатом которых является возможность использовать носитель в операционной системе для хранения программ и данных. В процессе форматирования также проверяется целостность поверхности носителя для исправления (блокировки) дефектных секторов. Известен также способ без проверки носителя, который называется «быстрым форматированием».

В случае использования, к примеру, операционной системы DOS команда format выполняет эту работу, записывая в качестве такой структуры главную загрузочную запись и таблицу размещения файлов. Высокоуровневое форматирование выполняется после процесса разбивки диска на разделы (логические диски), даже если будет использоваться только один раздел, занимающий весь объём накопителя. В современных операционных системах процессы разбиения винчестера на разделы и форматирования могут выполняться как в процессе установки операционной системы, так и на уже установленной системе средствами самой системы или утилитами сторонних производителей, с использованием графического интуитивно понятного интерфейса. Для примера я описал Как отформатировать флешку в FAT16, FAT32, NTFS / Как отформатировать флешку в Windows 7 / Windows Server 2008R2

Утилиты для форматирования дисков

Ниже я приведу список утилит, благодаря которым вы сможете легко отформатировать ваш жесткий диск:

• Встроенные средства операционной системы, например в Windows. Функция "управления дисками Windows", позволяет пользователям Windows просто форматировать и разбивать внешние диски.

• Утилита Diskpart
• EaseUS Partition Master - В настоящее время это легковесное приложение для Windows, являющееся одной из самых популярных утилит для жестких дисков на многих веб-сайтах, немного более интуитивно понятное, чем встроенная функция управления дисками Windows, предлагающее несколько дополнительных параметров и функций.

• MiniTool Partition Wizard Free - это бесплатная утилита разметки и форматирования диска, которая проста в использовании и эффективна. Интерфейс довольно прост, а программное обеспечение отлично подходит для упрощения сложных вариантов форматирования.

• Paragon Partition Manager free - еще одна замечательная небольшая утилита, которая поддерживает Windows 10 и имеет множество функций. Это четыре основные функции: резервное копирование и восстановление, менеджер разделов, очистка диска и копирование диска.

• AOMEI Partition Assistant - Про него я уже рассказывал, когда мы исправляли RAW состояние жесткого диска.

• Утилита HP Disk Storage Format  -  данную утилиту мы использовали, когда у нас не форматировалась флешка, так что уверен, что вы с ней знакомы.
• Утилита DiskGenius - мы ее применяли, когда исправляли защищенный GPT раздел на жестком диске, было бы странно, если бы утилита не обладала функцией форматирования дисков.

Уверен, что различных программ еще очень много, пишите свои в комментариях. С вами был Иван Семин, автор и создатель IT блога Pyatilistnik.org.