浅谈SSD固态硬盘为什么要4K对齐和需要的操作方法和原理。
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浅谈SSD固态硬盘为什么要4K对齐和需要的操作方法和原理。
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浅谈SSD固态硬盘为什么要4K对齐和需要的操作方法和原理。
作者：佚名&&&&文章来源：本站原创&&&&点击数：&&&&更新时间：&&&&
NTFS是Windows NT以及之后的Windows 2000、Windows XP、Windows Server 2003、Windows Server 2008、Windows Vista和 7的标准文件系统。NTFS取代了文件分配表（FAT）文件系统，为Microsoft的系列操作系统提供文件系统。NTFS对FAT和HPFS（高性能文件系统）作了若干改进，例如，支持元数据，并且使用了高级数据结构，以便于改善性能、可靠性和磁盘空间利用率，并提供了若干附加扩展功能，如访问控制列表（ACL）和文件系统日志。该文件系统的详细定义属于商业秘密 ，Micoft已经将其注册为知识产权产品。20 世纪 90 年代早期，Microsoft 和 IBM 组建了一个联合计划，目标是创建一个下一代的操作系统。该项目的结果是诞生了 OS/2，但由於 Microsoft 和 IBM 在很多重要问题上不能达成共识而最後分裂， OS/2 至今仍属於 IBM。Microsoft 开始研究
NT。OS/2 的文件系统 HPFS 包含了若干重要功能，而当 Micoft 开始创建他们自己的新操作系统时，他们的 NTFS 从中借用汲取了很多方面。NTFS 有五个正式发布的版本：v1.0，随 NT 3.1 一起发布[碓凑求]，发布于 1993 年中旬v1.1，随 NT 3.5 一起发布[碓凑求]，发布于 1994 年秋季v1.2，由 NT 3.51（1995 年中旬）和 NT 4（1996 年中旬）提供（有时候也被称为“NTFS 4.0”，因为操作系统版本是 4.0）v3.0 来自
2000（有时称作“NTFS 5.0”）v3.1 来自 Windows XP（2001 年秋季，有时称作“NTFS 5.1”），Windows Server
年春季，有时称作“NTFS 5.2”）， Windows Vista（2005 年中旬，有时称作“NTFS 6.0”）以及 Windows Server
年初）,Windows 7 和
Server 2008R2（有时称作"NTFS 6.1")V1.0 和 V1.1 以及所有以后版本不兼容，也就是说，使用 NT 3.5x 写入的卷无法被 NT 3.1 读取，除非使用 NT 3.5x 光盘更新 NT 3.1，并添加对 FAT 系统的长文件名支持。V1.2 支持压缩文件、命名流、基于 ACL（访问控制列表）的安全性等功能。V3.0 支持磁盘限额、加密、稀疏文件、重解析点，更新序列数（USN）日志、$Extend 文件夹以及其中的文件，并改进了安全描述符，以便于使用相同安全设置的多个文件一个安全描述符。V3.1 使用冗余 MFT 记录数（用于恢复受损的 MFT 文件）扩展了主文件表（MFT）项我们知道，机械硬盘从很早前，扇区大小就被定义为512B（字节），最新的先进格式机械盘终于把物理扇区提高到4KB(4096字节)，而我们现在使用的SSD，page数一般为4KB，（下一代25nm的为8KB），在NTFS6.x以前的规范中，分区offset一直是从63扇区（63X512B=31.5KB）开始，那么就会造成用户的第一个数据的前4KB会存放在系统"逻辑扇区"的31.5KB~35.5KB间，这样持续下去会造成后面所有的数据都会卡在2个物理扇区(page)容量之间，我们知道扇区(page)为磁盘写入的最小单位，如果卡在2个扇区(page)之间，写入的时候就需要进行读-改写操作（对SSD来说读-擦-写），造成性能的下降。VISTA之后的操作系统，NTFS为6.x，分区offset就会设置为2048扇区，这样就不会跨2扇区(page)，造成因扇区offset没对齐而出现的性能下降。应该说分区不对齐造成的影响也是要看SSD的固件算法的，理论来说对持续影响小，对随机影响大。分区不对齐造成的差别如下：Barefoot主控分区对齐和不对齐的性能差距图 SSD采用多通道读写技术以提高SSD的读写速度。以Barefoot主控来说，颗粒4KB的页，主控是4通道的，假设在算法设计上用比较简单的方式，例如一次读写操作单位为16KB（4KB X 4通道)，一次读写没有满16KB，那就会出现：读-改-写操作。如图上所示： 图中SSD出现分区没对齐问题，读写正好在2个16KB边界，所以需要做2次读-改-写操作，那么我们说这时候的操作所需时间就是原来的2倍。如果系统请求写入4KB，那么发生这种情况的概率就是25%（图中第一个4KB在边界，后面3个在16KB内，而第5个又到下个16KB边界了），性能为原本的80%。如果把写入请求提升到32KB的话，发生的概率就是8/9了，随着请求容量的增大，差距就会缩小。所以对持续速度来说，分区不对齐并不会影响很大。镁光C300分区对齐和不对齐性能差距图：可以发现C300分区不对齐4KB写入性能下降很厉害，这个和主控算法有关，过度偏向4KB随机的算法，如果因为不对齐造成脱离原本设计的框架，这个算法的所有优化就完全没有了，还带有严重的反作用。不管如何说，分区的对齐是为SSD做优化的第一步。我做了个关于检查分区对齐的excel文件:如下图：原版安装盘或2008 R2原版安装版，不是GHOST版本，进行分区，就会自动对齐！！！2.对于哪些偏偏不喜欢用Vista,,Win2008分区的朋友，要做到分区对齐就需要用某些第三方软件了。简单点的就是DISK GENIUS.操作如下：格式化）即可，调整磁头为32，扇区为33。对于不喜欢用做备份的朋友，可以使用Ghost 11.5.1版，支持整盘的备份还原offset对齐。(前提是要备份的分区是对齐的）&
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网络上不经意看到的，希望对大家有帮助~随着SSD技术的发展，越来越多的厂商加入到了SSD产业行列来，在前几年如果你对朋友说要买个固态硬盘，你朋友一定会说：“真奢侈。。。”，而现在的固态硬盘越来越便宜了，买一个128G的也只需要不到700大洋。当然相比传统硬盘还是贵很多的，但胜在它的性能是传统硬盘远远比不上的，而且它非常的安全（这当然视主人的暴力程度决定）。然而，我们一般用的SSD都是基于闪存的，所以它是有寿命的，到了这里，有人就慌了：“那不就是说固态硬盘很快就会坏掉了？”这里有一个误区，很多人都误解固态硬盘寿命低，先别急，让我细细说来。先来说说P/E，这代表SSD的擦写，1 P/E就代表SSD的一次擦写。怎么才算一次擦写呢？千万不要以为写入和删除一个文件就是一个擦写，如果是这样，你的系统还没装完你的SSD就报废了，当然这不可能是真的。其实一次P/E是指累计写入产品实际容量大小的资料，这才算是一次擦写。打比方说，我的SSD是128G的，寿命是3000 P/E，其实实际容量就是119G，那么我的SSD消耗一次P/E就必须写入119G的资料，用够3000个P/E才算把我的SSD写废。到了这里，就应该廓然开朗了吧。再来看看SSD的时间寿命公式：寿命(年)=（ 实际容量(GB) × P/E寿命）/（每天写入容量(GB/天) × 365(天)）从公式上看到，你的固态硬盘能用多少年，完全取决于你的固态硬盘的容量还有你怎么用 假如我平均一天写入60GB的资料，实际上我并不太可能会坚持每天写入60G的资料，而且我家那小水管宽带也不会让我BT那么多电影和游戏的，其次我的SSD的寿命是3000 P/E。我每天写入60G，那么我的硬盘能用： (119*3000)/(60*365)=16.30(年) 嗯，我还是觉得我每天应该写入256G的资料，那么我可以用3.82年谁会坚持每天写入256G的资料然后坚持写4年？不可能！可能4年后，一个游戏都可能会占掉200G的容量，10TB的固态硬盘也可能会跌得跟白菜一样的价格了，说不定那时候白菜还比它贵呢，更别说4年后人们都可以研发出比固态硬盘更厉害的存储介质了。谁又会想到2016年科技会发展成什么样呢？所以，我们为什么还要担心固态硬盘的寿命问题呢，我们把SSD买回来是给自己用给自己爽的，而不是买回来养的，这不是汽车。记住是我们玩SSD，而不是SSD玩我们。
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我的830 买来一年 只写入了不到1T 我算了下 至少可以用200年·····
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原来是这样啊，谢谢分享
对我来说，SSD寿命太短了。我64G的镁光M4，一天写入大概8T左右，不到一年，S M A R T统计里的理论寿命已经没有了。8个SSD不到一年坏了俩，寿命比机械硬盘要差。我做回写用的。看来得买SLC的。不过好贵呀
找你这么用，SLC也折腾不了多久吧？
我去年双11买的 才写入860G&&
感觉SSD没机械稳定经常出小毛病什么的……
呵呵！买SSD不能图便宜，想稳定好用得买质量过硬的！好不好得看闪存是不是A品，INTEL 的同步SSD得用520系列以上！
去年大约6月份买的64G的三星830，
每天上班大约12小时左右，结果是这样的： [attachment=2555672][attachment=2555704] 这样看来，用个3~5年不用担心磨损问题，当然硬件故障是没办法的。
年前买的金士顿200V+64G的，到三月底就挂了，害我损失不少资料！
气死我了！！
SSD有个坏块 貌似比 硬盘有个坏道 还容易~~~~
电子产品坏的最优最复杂的,SSD的主控最复杂当然也是最优先坏的,在主控不坏的前下目前市面上的正规SSD都可以用到淘汰后才坏,山寨杂牌/黑片不在商讨范围内
碎文件频繁写入修改 会加速损耗 减少寿命
现在登录一个QQ管理号码，几十个群不停的收到文件。都是小文件，一周就几个G的小文件，SSD能抗多久啊？
加个缓存软件 设置内存缓存 命中率高的话 可以减少百分之80 写或者你买128G的寿命翻好几倍不是两倍是因为 写入放大当你的SSD 接近满的时候 写入放大就大很多也就是 写入8T 实际消耗的写入次数是 20T 甚至80T
你可以设置存取位置在硬盘里啊
楼主貌似没算写入放大啊 而且写入放大 硬盘用的越满 数值越大吧
那么大的写入量怎么只用64G的。。至少要上好的256G嘛…另外你可以考虑用DRAM来做硬盘了- -
每天256g可以抗4年。每周2g。一天才300m不到。算下来800年吧。
。。。我用了半年。用的细心的，临时文件出了光盘刻录缓存全放在RAMDISK。半年写入不到0.3T。但是不做任何优化的那个已经写入几十T了。。。SSD是830，貌似还没开始掉速。写入超过理论值，因为只用了30%，但是读取差一点了
谢谢，说的挺明白的，
咋不说提供的性能比HDD高多了呢？
学习了，多谢楼主分享。
SLC的路过,无压力.
好文章，再也不用担心下载了
你这个公式看上去挺好，但是已经使用了的存储空间是不会参与重复擦写的，实际容量(GB)应该修改成剩余实际容量(GB)。
我的计算之后能用117年、。、
再三考虑，我给所有电脑都选了SLC盘
还有写入放大呢.
2016年了 还是白菜比较便宜
找个网盘备份好&& 做好备份
我四月份买的120GSSD，八月末就挂了，邮回去换新的，刚入手还没使用。不知能到什么时候。
现在是2017年7月份，目前SSD依然是性价比最高的提升电脑流畅度的手段，虽然距楼主发帖时间已经4年了，但是现在市场主流依然是128G的，因为闪存芯片涨价了，价格依然很贵，高性能的128G要400元以上，现在MLC是高端，TLC是大众。不过TLC寿命是否高于1500PE没人敢保证。
写入2pE，坏块15%
理论不能脱离实际
2016还是这死样10t更不可能民用
:我的830 买来一年 只写入了不到1T 我算了下 至少可以用200年····· 不好意思 三星的pe最多800次 都是tlc的&&3000是mlc
2017年穿越回来的人表示SSD还是很贵，容量大了，PE少了；至于新技术，Intel出了个傲腾，还只能用在7代及以上CPU
呵呵&&都17年了 SSD贵的都坐火箭了
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IT之家学院：谈谈固态硬盘的二三事
来源：作者：Nice2meetU责编：白猫
感谢IT之家网友&&的原创投稿今天和大家聊聊固态硬盘。固态硬盘的三大部件：闪存、主控、缓存。本文主要讲闪存。固态硬盘使用的闪存颗粒主要有SLC、MLC和TLC。其中，SLC价格最贵，速度最快，存储密度最小，寿命最长；TLC价格最便宜，速度最慢，存储密度最大，寿命最短；MLC介于两者之间。QLC是一种比TLC还要廉价的颗粒，但由于寿命短的可怜，还需要很长时间的改良。随着3D NAND的投产，TLC逐渐代替了MLC成为市场主流。从2016年年中开始，由于智能手机存储容量翻倍等原因导致供不应求，闪存价格一路走高，一些一线厂商只能降低产量，固态硬盘、U盘、存储卡等均大幅涨价，这就给了某些厂商可乘之机。成本上涨的另一个原因就是制程的进步带来的良品率的降低。目前各家厂商都在努力提高新制程的良品率，相信闪存的价格未来也会得到适当的控制。闪存颗粒由晶圆制成，晶圆是非常薄的圆形高纯度硅。搭载闪存的晶圆会被按照着要求切成许多矩形，那些不完整的，不稳定的边角料会按照废品处理掉，叫做“黑片”。合格品封装成颗粒，封装后检测不合格的叫做“白片”，也要当作废片处理。最终合格的NAND颗粒称为“原片”。目前国内没有任何一家可以自行生产闪存颗粒。固态硬盘的成本主要集中在闪存颗粒上。一线的固态厂商基本都在使用原片，成本虽然高，但是经过严格筛选，质量过硬，自然赢得了消费者的信赖。而某些厂商出于价格的考虑，会购买废弃的白片，这已经是公开的秘密了。筛选质量较好的白片制成的固态硬盘价格比原片低得多，对于一些不愿意花太多钱的人来说诱惑很大，各种硬件论坛上关于原片和白片的争论也很多，但是，对于黑片，人们的反应很一致：垃圾就是垃圾。毕竟需求摆在那里，一线厂商削减产量给了二三线厂商可乘之机。许多不知名的固态硬盘厂商大肆使用黑片和回收的固态硬盘，导致大量质量低劣的固态硬盘流入消费市场。在以往，黑片大多被他们用来生产U盘和存储卡，最常见的就是假冒金士顿的三无U盘，几块钱能买一大把，这些U盘的质量完全无法和真正的金士顿U盘比。黑片被这些厂商封装后，打上原厂的标志，做成固态硬盘等产品流入市场，根本就没有经过严格的检测，容量缩水，寿命奇短，专门靠华丽的广告和低廉的价格欺骗那些对此并不了解的小白。目前这已经形成了一条黑色链条，很多企业的出货量甚至超过了长期处于领先地位的一线厂商，而这上面的中国企业足足有上百家之多。这些固态硬盘的主要流通方向是实体店、网店和OEM厂商。近年来各种互联网电脑品牌如雨后春笋般出现，这其中不乏有使用劣质零部件以降低成本，而绝大多数消费者对此并不了解，也不知道这其中的危害有多么可怕，被商家五彩斑斓的广告忽悠一通儿，就被拽上了“贼船”。金钱有价，数据无价，购买这些劣质的固态硬盘等存储品无异于一场豪赌，因此，请看到这篇的朋友们，选择正规渠道，购买国际一线厂商的产品，切勿拿数据开玩笑。
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IT之家，软媒旗下科技门户网站 - 爱科技，爱这里。
Copyright (C) , All Rights Reserved.国际奥委会官方已认证电子竞技为正式的体育项目，观众们最早在2024年的巴黎就可以见证电子竞技比赛出现在奥运赛场上。火爆的电竞行业推动着电脑配件及外设的快速发展，玩家更加追求高速、高效，随着游戏画面质量越做越精细，游戏也越来越大了，玩家对游戏的存储、读写有了新的要求，安装快、读取游戏也要快；所以固态硬盘（SSD）也成了玩家的首选，SSD的价格也在稳中有降的进行中。
玩家应该选择多大容量的SSD呢?首先建议系统盘预留100G用于安装系统及常用软件（如office等）。游戏盘预留100G，用于下载安装游戏（现在游戏文件规模庞大，动辄几十G，安装几个大型常玩游戏还是可以的），所以一块240G的固态基本满足需求。如果家中有200M以上的网速，当你的硬盘存储速度慢影响了下载更尴尬&
最近新入手了一块东芝TR200 240G固态硬盘，下面做一些测试看看这款SSD性能到底如何? 东芝TR200采用64-layer 3D Bics FLASH,即三阶存储单元（TLC）技术。
3D NAND闪存是通过把内存颗粒堆叠在一起来解决2D或者平面NAND闪存带来的限制。
东芝TR200外包装采用和硬盘一样的色调的绿黑色调包装，包装的正面能看到TR200的照片和防伪标贴。
包装盒下面可以看到TR200的主要特性介绍。
2.5英寸极薄7mm高度，Bics FLASH ，支持TRIM，三年有限质保。
包装内还有使用手册和保固。
TR200有三个型号参数，可以看到读、写速度是比较均衡的。
TR200采用金属外壳做工精细，即安全可靠又显示出大厂的品质，正面贴有绿黑相间的标签。
金属外壳下面可以看到TR200的参数及获得的各种认证。
TR200外壳的拆卸，外壳的两边各有两个卡口，轻轻掰开即可打开。
TR200 240G采用正反各4颗闪存颗粒，每颗容量为30GB。
采用TOSHIBA F5875 TAIWAN17369AE TC58TFG8T23TA09 TLC颗粒。
TR200的主控型号是TC58NC1010GSB。
TR200的PCB板只有外壳的2/3，如果不是为了安装固定，完全可以做的更小。
通过东芝的官网可以下载SSD Utility管理软件，但神奇的是下载页面的网址跳到OCZ饥饿鲨，原来东芝收购了OCZ。
通过SSD Utility可以查看到硬盘的参数、健康度、温度，还可以固件升级。
还可以对磁盘的性能进行测试,500M以上的读到速度，464M/S 写入速度 ，下面通过常用硬盘测试软件综合对TR200进行性能测试,两个平台对比测试。
图左平台I5 4590、B85主板、GTX730显卡
图右平台I5 8400、Z370主板、GTX1060 显卡
固态硬盘测速工具 AS SSD Benchmark
4K写入IOPS超过1W，写入超过2W。
不同的状态下调用的传输速度速率和持续时间。
读写速度近500MB/S
Crystal DiskMark也是常用的测试软件，新平台下读写速度超过500M/S，特别是读取速度高达558M/S。
PCMark8可以对电脑硬件设备进行跑分，将对SSD进行单独测试。
鲁大师测试TR200，硬盘性能得分轻松上万。
新平台得到吃鸡认证
同一块TR200固态硬盘在不同平台下得到的结果也不同，新平台性能优异，能更好的发挥其性能，老平台还是有些瓶颈的，所以在买配件时买新不买旧。
我之前用的SSD空间太小，只能当系统盘，游戏只能安装在机械硬盘(每次游戏都要等很久)，现在有了TR200能快速提高游戏载入速度，LOL游戏中更能得心应手轻松5杀。
特别在现在大型单机游戏如GT5还有现在游戏的吃鸡游戏，让玩家对电脑的性能要求越来越高，庞大的游戏文件让玩家对磁盘读写有了有更高的要求，谁敢不想在漫长的等待后才进行游戏，那样的话一个好心情也没了。高性能的固态硬盘能让玩家快速进入游戏，在处理游戏大场面时也能流畅的读写操作。
现在家用网络已进入百兆速度，在不久的将来进入千兆时代，每秒几百兆的下载速度也成为现实，如果用一块读写速度差的硬盘那就更尴尬了。
不管你电脑的CPU与显卡性能多强，系统盘必须得上一块SSD固态硬盘，所以固态硬盘不光可以提高系统的开机速度，游戏的读取速度，还可让玩家享受优质生活的同时减少等待时间，提高幸福感！
相信大家了解固态硬盘的话都知道，很多厂商生产的SSD采用的是东芝的闪存芯片，所以选择原厂的固态硬盘就像选用CHERRY原厂的机械键盘一样，品质保障的同时又有一种优越感。
由于不同电脑配置不同、测试软件的版本不同，测试得到的结果也不同，以上数据仅供参考！3D NAND闪存颗粒的普及，大大的加速了SSD的发展，同时SSD价格也向平稳，当前的240GB SSD已经彻底成为主流.
总结点评：东芝TR200 高速、极薄、安全、稳定
东芝TR200配有东芝原厂闪存颗粒稳定可靠，金属外壳能更好的保护硬盘；TR200读写性能比较均衡，读写速度较快，在大文件操作时更能体现其优势，东芝完全可以把这款TR200 SSD做的更精致。
缺点：实际测试结果和产品介绍是有误差的，所以厂商应提示在哪些基础平台上可以达到这种测试结果。少了灯的元素，应该配有插件或预留端口，玩家可以自由创造加灯改造。现在固态硬盘的故障率越来越低，东芝应做到行业内首位4年保的SSD厂商。
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谈谈SSD固态硬盘的设计
在2004年的时候本人采用Nand Flash作为存储器对收费站的客运记录进行记录保存。当时采用的是三星的Nand Flash芯片，通过Philips（后来的NXP）的LPC2000系列ARM控制器实现对Nand Flash的操作。Nand Flash采用的是标准IO接口，所以开发操作Flash的Firmware并不是十分困难的事情。由于信息记录采用的是日志方式，因此，不会涉及到SSD遇到的写平衡和写放大等问题。我开发的第一块Nand Flash数据存储卡如下图所示：
Nand Flash单芯片容量这几年增长的非常迅速，在2008年的时候，一个Intel SSD（X25）的容量只能达到64GB。但是，今天单芯片容量已经达到了1Tb（128GB），单芯片容量超过了几年前的一个SSD固态硬盘。这种容量的剧增，主要还是存储领域对Nand Flash容量需求导致的。通常，Nand Flash内部分成若干Block、Page和LUN，一个LUN的结构如下图所示：
这是Micron的Nand Flash（MT29E512G08CUCAB型号）内部结构，一个Page页大小为8KB（有的 Flash page页大小为4KB），一个block块拥有256页，一个LUN有4096个块。因此，一个LUN的总大小为8GB。一个芯片可以封装多个LUN，如果封装了8个LUN，那么整个Nand Flash芯片容量可以达到64GB。
从上图可以看出，每个Nand Flash芯片提供了多组读写接口（传统的Nand Flash芯片只拥有一个读写接口），每个Target拥有一个读写接口，每个接口都可以采用同步或者异步操作方式。读写操作可以针对一个Page页或者单字节进行操作；写操作前需要将整个Block块擦除，然后才能进行写入操作。Nand Flash的问题也就在于Block擦除，如果上层软件想要更新Block块中的一个Page页，那么首先需要擦除整个Block，然后才能写入最新的Page数据，这就是典型的写放大问题。另外，每个Block的擦除次数是有限的，所以这种频繁的擦除操作会导致Nand Flash块损坏。为了解决这个问题，需要在Nand Flash控制器中的Firmware做很多工作。
Nand Flash控制器内部结构不是十分复杂，其芯片（JMicro）内部结构如下图所示：
其内部核心模块分为：多路Flash控制器、SATA控制器、内存控制器以及CPU处理器。如上图所示的JMF605拥有四个Flash接口控制器，因此，可以与四片传统的Nand Flash接口芯片相连（采用JMF605构成的SSD如下图所示）。如果采用Micron的MT29E512G08CUCAB芯片，JMF605只能连接一片MT29E512。
从硬件的角度看，采用现有的控制器和Nand Flash构建SSD并不是什么问题，其最大的问题还是在于如何解决Nand Flash与生俱来的问题。所以，很多SSD厂商的技术核心也就在于Firmware的算法，该算法采用了很多存储虚拟化的方法。
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