Известно, что жесткие диски оснащаются собственной буферной памятью сравнительно небольшого объема. Буфер используется как встроенная кэш-память при выполнении операций чтения и записи, позволяя оптимизировать работу и минимизировать требующие существенного времени обращения к магнитным пластинам. Например, когда в буфере имеется свободное место, контроллер может временно поместить туда данные, которые необходимо записать, и подождать удобного момента, когда нет запросов от системы (хоста). Выполняя запросы на чтение, контроллер хранит последние считанные данные на случай, если хост запросит их повторно – тогда не потребуется еще раз обращаться к диску. Контроллер часто выполняет упреждающее чтение, пытаясь спрогнозировать следующие запросы хоста, и считанные таким образом данные также помещает в буфер. Получается, что буфер используется жестким диском постоянно, и его роль очень важна.
Постоянная угловая скорость Но основная идея заключается в том, что внешний край диска движется быстрее, чем внутренний край диска. Это связано с тем, что окружность внешнего края больше. Подумайте, как машина поворачивает за угол. Человек на внешнем краю линии должен пройти дальше, чтобы добраться до конца угла одновременно с лицом внутреннего края. Поскольку внешний и внутренний края покрывают более линейную массу, сохраняя при этом ту же угловую скорость, количество данных, которое считывающая головка может читать, изменяется в зависимости от того, насколько близко она находится к середине или к краю.
Производители жестких дисков всегда стремились нарастить объем буферной памяти. Сегодня это сделать легче, поскольку обычные микросхемы синхронной динамической памяти (SDRAM), а в жестких дисках применяются именно они, стоят совсем недорого. В конце 90-х годов настольные винчестеры оснащались буфером 512 KB, потом большинство моделей получило 2 MB памяти, а сегодня наиболее распространены винчестеры с буфером 8 MB. Впрочем, нет предела совершенству: компания WD обновила свою массовую линейку винчестеров Caviar SE, дополнив ее моделями Caviar SE16. Основное их отличие, как вы уже догадались, заключается в увеличенном вдвое объеме буферной памяти.
Надеюсь, что это поможет, и если у вас есть больше вопросов, не бойтесь спрашивать. Ответ: Ответ Сагара в значительной степени это. Представьте, что вы находитесь в библиотеке, и вы хотите проверить 100 книг. Вы перевозите свою тележку туда, где находятся первые 10 книг, и поместите их в корзину. найдите следующие 15, затем следующие 5 и так далее, пока не найдете их все. Это может занять время, потому что они разбросаны повсюду. Теперь представьте, что все 100 книг выстроились в хорошем ряду на одной полке. только время, которое требуется, чтобы получить книги, - это время, необходимое для загрузки их в корзину, вам не нужно беспокоиться о том, чтобы бегать по всей библиотеке, ища их всех.
Зачем нам 16 MB?
Казалось бы, чем больше объем буферной памяти, тем выше будет производительность жесткого диска. Контроллер больше данных сможет поместить в буфер, а значит, реже будет обращаться к магнитным пластинам. Впрочем, не все так просто, как кажется на первый взгляд.
Алгоритмы кэширования обычно используют метод ассоциативного поиска для определения, имеются ли требуемые данные в буфере. Чтобы увеличить объем хранимых в кэше данных, следует либо увеличить объем одного блока (строки кэша), либо увеличить количество строк. А это чревато появлением дополнительных проблем с ассоциативным поиском и обменом данными с кэшем.
Когда файлы, которые вы хотите скопировать, разбросаны, диск должен «трэш» искать их и это замедляет его. Когда они ближе друг к другу, это не займет много времени. Это часть того, почему скорость передачи меняется. Хранение кэша Чтение с диска происходит очень медленно по сравнению с доступом к памяти. Кроме того, часто приходится прочитывать одну и ту же часть диска несколько раз в течение относительно коротких периодов времени. Например, сначала можно прочитать сообщение электронной почты, а затем прочитать письмо в редакторе при ответе на него, а затем перепрограммировать почтовую программу при копировании в папку.
Впрочем, для жесткого диска скорость кэширования не так важна, поскольку оно в любом случае ничтожно по сравнению с задержками при доступе к магнитному носителю. Другое дело, действительно ли контроллеру нужен дополнительный объем памяти. Вполне возможно, что жесткий диск не настолько загружен работой, чтобы полностью использовать весь доступный объем буфера. Например, при простом копировании и загрузке программ кэшировать ничего не нужно, так как данные считываются лишь однократно. Зато при работе в серверной среде, когда запросы поступают хаотично и непрерывно, большой буфер – существенный плюс для винчестера. Собственно, поэтому серверные винчестеры всегда оснащались буфером не менее 8 MB. Но в настольном компьютере важнее скорость чтения и доступа, чем эффективность буферизации.
Читая информацию с диска только один раз, а затем сохраняя ее в памяти до тех пор, пока она больше не понадобится, можно ускорить все, кроме первого чтения. Это называется дисковой буферизацией, а память, используемая для этой цели, называется буферным кэшем. Так как память, к сожалению, является ограниченным, но ограниченным ресурсом, буферный кэш обычно не может быть достаточно большим. Когда кеш заполняется, данные, которые были неиспользованы в течение самого длительного времени, отбрасываются, и освобожденная память используется для новых данных.
(Правда, не будем забывать о технологии NCQ. C ее помощью винчестер может управлять очередью запросов, меняя порядок их обслуживания. Поскольку в этом случае характер доступа к носителю тоже меняется, дополнительная буферизация может помочь в улучшении производительности. Но увы – большинство пользователей до сих пор не знает, каким образом можно использовать NCQ, поскольку одной лишь поддержки со стороны винчестера тут недостаточно).
Дисковая буферизация работает и для записи. С одной стороны, данные, которые записываются, часто скоро читаются снова, поэтому хорошая идея заключается в том, чтобы помещать данные в кеш. С другой стороны, только помещая данные в кеш, не записывая их на диск сразу, программа, которая пишет, работает быстрее. Затем записи могут выполняться в фоновом режиме, не замедляя работу других программ. Большинство операционных систем имеют буферные кеши, но не все они работают в соответствии с вышеприведенными принципами.
Некоторые из них являются сквозными: данные записываются на диск одновременно. Кэш называется обратным обращением, если записи выполняются позднее. Запись с обратной записью более эффективна, чем запись, но также немного более подвержена ошибкам: если машина выходит из строя или отключается питание в плохой момент, или дискета удаляется с диска, прежде чем данные в кеше ожидающие написания записываются, изменения в кеше обычно теряются. Это может даже означать, что файловая система не находится в полном рабочем состоянии, возможно, потому, что неписаные данные содержат важные изменения в бухгалтерской информации.
Получается, что большой объем буфера вряд ли окажет существенное влияние на общую скорость. Поставить микросхему более высокой емкости недостаточно для улучшения быстродействия. Разработчикам следует не только переработать микрокод, но и улучшить скорость чтения/записи носителя и пропускную способность интерфейса.
Caviar SE16. Особенности конструкции
Таким образом, также каталоги, суперблоки, другие учетные данные файловой системы, Кэш-память файловой системы кэшируется. Эффективность кеша в основном определяется его размером. Небольшой кеш близок к бесполезному: он будет хранить так мало данных, что все кэшированные данные будут удаляться из кеша до его повторного использования. Единственный способ узнать - экспериментировать. Если кеш имеет фиксированный размер, это тоже не очень хорошо, потому что это может сделать слишком мало свободной памяти и вызвать обмен.
За исключением следующих правильных процедур отключения и удаления дискет, вам не нужно беспокоиться об этом. Буфер содержит данные, которые хранятся в течение короткого промежутка времени, как правило, в памяти компьютера. Целью буфера является хранение данных до его использования. Например, при загрузке аудио или видеофайла из Интернет, он может загрузить первые 20% его в буфер, а затем начать играть. Поскольку клип воспроизводится из буфера, а не напрямую из Интернета, вероятность того, что звук или видео остановится или пропустите при перегрузке сети.
Нам удалось сопоставить модель WD2500KS, входящую в линейку Caviar SE16, с моделью WD2000JS из "стандартной" линейки Caviar SE. Как оказалось, у них минимум отличий: маркировки гермоблока, разъемов, платы электроники совпадают. Даже версия микрокода одна и та же. Следовательно, разработчики из WD использовали прежнюю технологию, просто заменив одну микросхему памяти на другую.
Буферизация используется для улучшения нескольких других областей производительности компьютера. Большинство жестких дисков используют буфер, чтобы обеспечить более эффективный доступ к данным на диске. Видеокарты отправляют изображения в буфер до их отображения на экране. Компьютерные программы используют буферы для хранения данных во время их работы. Если бы не буферы, компьютеры работали бы намного менее эффективно, и мы ждали бы гораздо больше.
Если вы обнаружите, что это определение буфера полезно, вы можете ссылаться на него, используя ссылки цитирования выше. Диски представляют собой устройства массовой памяти, которые основаны на магнитном носителе данных, на котором данные постоянно хранятся и сохраняются без питания. Жесткие диски обычно устанавливаются на компьютере. Все данные и приложения компьютера хранятся на жестких дисках.
Для тех, кто не в курсе особенностей жестких дисков WD, сообщим следующее. Этот производитель применяет только проверенные технологии и особенно заботится о защите дисков от повреждений. Конструкция гермоблока стандартная: массивный корпус и плоская верхняя крышка герметично соединены, на крышке сверху имеется вентиляционное отверстие. Но плата электроники по традиции перевернута микросхемами внутрь и прижата к корпусу, имеется термопроводящая прокладка. Подобный прием позволяет защитить микросхемы от перегрева и внешних воздействий. Разъемов питания два – стандартный 4-контактный и новый плоский, в соответствии с требованиями Serial ATA. Для защиты интерфейсного разъема Serial ATA от случайного отключения WD предлагает использовать специальный кабель SecureConnect, имеющий защелки.
Жесткий диск был назван по способу его встроенного в компьютер. Диски могут хранить гораздо больше данных, чем гибкие диски. С тех пор многое произошло. Плотность памяти, в частности, привела к тому, что мы сегодня знаем о емкости хранилища. В принципе, сегодняшний жесткий диск работает так же, как и первые модели.
Жесткие диски отличаются своей надежностью, скоростью, емкостью хранения и, следовательно, также в цене. Для разных приложений производители жестких дисков имеют разные типы дисков. По сравнению с другим хранилищем данных, жесткие диски имеют очень хорошее соотношение цены и производительности. Это означает низкую стоимость байт. Если эти жесткие диски предназначены только для специальных приложений.
Серия Caviar SE16 выпускается только с поддержкой интерфейса Serial ATA. Причем контроллер жесткого диска поддерживает "вторую скорость" 3 GB/s (300 MB/s). Другие технологии, в частности, NCQ, пока не реализованы – тут WD отстает от других производителей.
Заявленные параметры жестких дисков WD Caviar SE/SE16 В ходе дальнейшего развития полупроводниковой памяти также была разработана флэш-память, которая, как и данные на жестком диске, может постоянно храниться без питания. Флэш-память используется в твердотельных накопителях, которые сопоставимы с обычным жестким диском. Результатом является более высокая скорость чтения и записи, часто в других проектах, меньшее потребление энергии и, конечно же, бесшумная работа. В закрытом металлическом корпусе находятся все компоненты, которые важны для функционирования жесткого диска. Чтобы предотвратить проникновение пыли и грязи в корпус, отдельные части жесткого диска закрыты в почти герметичном корпусе. Единственный контакт с компьютерной системой - это соединительная полоса для интерфейса, через который передаются данные. Фактическим хранением данных на жестком диске является один или несколько металлических дисков, покрытых намагничиваемым материалом. Чтобы увеличить объем памяти, несколько срезов расположены один над другим. |
||
|
Маркировка |
||
|
Скорость вращения шпинделя, об/мин |
||
|
Плотность записи, GB на пластину |
||
|
Объем кэш-буфера, MB Диски устанавливаются вокруг оси вращения с помощью удерживающих зажимов и, таким образом, отделены друг от друга. Головки головки чтения / записи входят в зацепление между металлическими дисками. На этих руках - пружинная подвеска. Голова, которая используется для чтения и записи данных, прикреплена к этой голове. Расстояние между головой и диском меньше, чем частицы волос, пыли или дыма. Контакт между головкой и диском приводит к крушению головы, что, в свою очередь, приводит к потере данных. Носитель данных уничтожен, что делает жесткий диск непригодным для использования. |
||
|
Подшипники |
||
|
Интерфейс |
||
|
Поддержка NCQ |
||
|
Диапазон емкостей |
120, 160, 200, 250 |
|
|
Внутр. скорость обмена данными, Mbit/s Обычно головка и пластина не могут касаться. Это связано с тем, что воздушная подушка формируется между головкой и пластиной с высокими скоростями вращения, во время которой вращается жесткий диск. Ручки чтения / записи управляются двигателем, который используется для позиционирования головы. Для управления двигателем рядом с ним расположена электроника оружия. Ниже вся эта конструкция - монтажная плата, на которой расположена электроника привода. Во время работы диска диски вращаются непрерывно. Во время процесса записи или чтения руки и, таким образом, головы перемещаются вперед и назад. Чтобы предотвратить повреждение головок чтения / записи во время транспортировки, рычаги приводятся в положение парковки и блокируются в случае потери мощности. Требуемый ток генерируется генератором, который использует инерцию вращения диска. Таким образом, возможно, что парковочное положение также может быть принято в случае внезапного сбоя питания. |
||
|
Средняя скорость доступа: средняя, мс |
||
|
- по максимальному радиусу, мс |
||
|
- переход между дорожками, мс |
||
|
- скорость доступа при записи, мс Скорость жесткого дискаЧем быстрее будет жесткий диск, тем плавная загрузка данных и запуск программ. Особенно в начале операционной системы и приложений пользователь чувствует быстрый жесткий диск. И только с быстрым массовым хранением компьютер экономит большое количество данных без усилий. Следующие четыре критерия делают диск быстрым. Объем жесткого дискаСкорость вращения выражается в оборотах в минуту. Чем ниже скорость, тем больше доступ к случайным образом выбранным секторам. Это требует дополнительного охлаждения. Это стандартная скорость вращения. Чем больше дисков на жестком диске, тем выше его емкость. Однако скорость чтения и записи также увеличивается, когда поток данных суммируется по нескольким голосам чтения и записи. |
||
|
Устойчивость к удару (offline), G |
||
|
Устойчивость к удару (online), G |
||
|
Уровень шума при простое, дБ |
||
|
Уровень шума при позиционировании, дБ Плотность данных на дисках данныхЧем выше плотность данных, тем больше бит в секунду проходит голова чтения и записи и может быть прочитана или записана. Время доступа указывает, сколько времени требуется для того, чтобы жесткий диск мог найти нужные данные в своей записи данных и поставить первые биты. Время доступа - это сумма времени поиска и времени ожидания и в основном определяется скоростью вращения жесткого диска. Чем быстрее вращается диск, тем ниже время. После этого требуется некоторое время, прежде чем данные пройдут под считывающей головкой. |
||
Тестирование
В тестировании принимали участие жесткие диски трех производителей – WD, Seagate и Samsung. На момент написания статьи именно их продукция была представлена в широком ассортименте. Экземпляр рассматриваемого в обзоре жесткого диска серии Caviar SE16 имел следующие параметры:
- маркировка WD2500KS-00MJB0;
- объем 250 GB;
- версия микрокода 02.01C03;
- режим "тихого позиционирования" (AAM) отключен (0FEh).
Мы будем сравнивать с ним следующие жесткие диски:
- Caviar SE, из линейки с буфером 8 MB, объем 200 GB:
- маркировка: WD2000JS-00MHB0;
- объем буфера – 8 MB;
- интерфейс – Serial ATA 3 Gbit/s, NCQ не поддерживается;
- версия микрокода – 02.01C03 (та же самая);
- режим "тихого" позиционирования (AAM) отключен (0FEh).
- Samsung SpinPoint P120, 200 GB:
- маркировка SP2004C;
- объем буфера – 8 MB;
- интерфейс – Serial ATA 3 Gbit/s, NCQ поддерживается;
- версия микрокода – VM100-33;
- режим "тихого" позиционирования включен (код 00h).
- Seagate Barracuda 7200.8, 200 GB:
- маркировка ST3200826AS;
- объем буфера – 8 MB;
- интерфейс – Serial ATA 1.5 Gbit/s, NCQ поддерживается;
- версия микрокода – 3.03;
- режим "тихого" позиционирования заблокирован (управление недоступно).
Жесткие диски Seagate и Samsung имеют более высокую плотность записи, чем WD Caviar. К тому же Seagate имеет более высокую заявленную скорость позиционирования (8 мс против 8.9 мс у Samsung и WD), а Samsung работает тише. То есть WD формально не имеют преимуществ по сравнению с дисками других производителей. Но на практике может быть все наоборот.
Жесткие диски подключались ко второму порту контроллера Serial ATA, встроенного в южный хаб ICH5 чипсета Intel 865G. К сожалению, чипсеты серии 865 не поддерживают скорость 3 Гбит/с и технологию NCQ, поэтому возможности современных винчестеров полностью раскрыть не позволяет. Другие параметры тестовой конфигурации:
- хост-винчестер, с которого выполнялась загрузка ОС и запуск тестов – Seagate Barracuda 7200.7 PATA 80 GB;
- процессор Intel Pentium 4 2.80 (шина 800 МГц);
- материнская плата Intel D865GBF (Intel 865G);
- память 2 x 256 DDR400, включен двухканальный режим работы;
- видеокарта GeForce FX 5600;
- винчестеры устанавливались в 2.5-дюймовую корзину корпуса Inwin J551, специальное охлаждение не применялось.
Низкоуровневые тесты
Использование программ, работающих с диском напрямую, позволяет измерить теоретические параметры винчестера – скорость случайного доступа, усредненную (sustained) скорость чтения и записи, эффективность отложенной записи. При этом влияние алгоритмов кэширования минимально, так как доступ осуществляется непрерывно и по простой схеме.
Низкоуровневые параметры рассчитывались с помощью программ:
- IOMeter 2004.07.30;
- HDTach 2.68;
- HDTach 3.0.1.0;
- Winbench 2.0 (диск форматировался под один большой раздел NTFS).
Скорость доступа оказалась выше у Caviar, поскольку винчестеры WD не используют алгоритмы замедления позиционирования (AAM). Seagate, несмотря на отличные заявленные цифры, оказался последним. Как ни странно, Caviar SE16 немного (0.3 мс) уступил своему собрату, что можно объяснить либо естественной разбежкой технологических параметров (все же механика имеет некоторые отклонения в ту или иную сторону), либо влиянием третьей пластины (чем больше число головок, тем больше будет задержка на их переключение). Конечно, отличия на самом деле очень небольшие, и говорить о серьезном отставании Caviar SE16 мы не будем. По скорости доступа при записи винчестеры WD сравнялись, обеспечив двукратное ускорение по сравнению со скоростью доступа при чтении. Объясняется это влиянием алгоритма отложенной записи.
По скорости последовательного чтения/записи Caviar SE16, наоборот, слегка опередил Caviar SE. Но их обогнал винчестер Seagate (+10%), что закономерно ввиду применения более высокой плотности записи, а Samsung, наоборот, настолько же отстал.
Более точный анализ скорости чтения/записи позволяет провести IOMeter. Если другие программы работают с блоками 64 KB, IOMeter может варьировать размер блока.
По чтению лидирует Seagate: он существенно лучше (+20%) справляется с мелкими и крупными блоками. Samsung, как оказалось, с мелкими блоками работает совсем плохо. А WD отлично показали себя в тестах записи, обойдя Seagate при работе с блоками менее 64 KB.
Программа Winbench’99, несмотря на свой почтенный возраст, довольно точно строит график последовательно чтения.
Оба диска WD имеют одинаковую форму графика, с отсутствием пиков и провалов, что свидетельствует о высокой стабильности чтения. График Caviar SE16 более вытянут, что связано с большей его емкостью. Увеличение масштаба графика позволяет рассмотреть кратковременные, но сильные провалы скорости у Seagate и Samsung (работа алгоритмов исправления ошибок ECC, задержки на переключения головок и смену дорожек) и отсутствие таковых у WD. И пусть плотность записи у WD хуже, проверенная технология производства имеет свои плюсы – выше стабильность работы.
Имитация работы приложений
Шаблон Workstation теста IOMeter позволяет генерировать нагрузку на дисковую подсистему, близкую к реальной (сбор статистики проводился по тесту Winstone 2002 Content Creation). Так вот, этот тест более чувствителен к скорости доступа, чем к скорости чтения/записи, плюс он учитывает работу алгоритмов кэширования, так как запросы поступают с нарастанием глубины очереди.
Согласно полученным данным, оба диска WD слегка опередили Samsung и буквально разгромили Seagate. Caviar SE опять чуть лучше Caviar SE16, так как у них есть небольшая разница по скорости доступа.
На тест PCMark05 мы возлагали большую надежду, так как именно он должен показать преимущество большого кэш-буфера. Этот тест использует шаблоны, записанные с помощью тестового пакета Intel IPEAK SPT при выполнении определенных задач. Следовательно, PCMark05 может более-менее правдоподобно смоделировать работу винчестера в реальных условиях.
Так вот, если по скорости загрузки Windows XP, копирования файлов и сканирования на вирусы винчестеры WD почти не отличаются, то по скорости загрузки приложений и доступу к данным во время работы приложений Caviar SE16 на 10-15% быстрее Caviar SE, не говоря уже о Samsung и Seagate.
Преимущество винчестера с большим буфером заметно и в тесте Winstone, особенно если используется файловая система FAT32.
Выводы
Результаты тестирования доказывают: положительный эффект от увеличения буфера есть. Он небольшой, в пределах 10-15%, и проявляется только при работе винчестера в условиях, близких к реальным. В низкоуровневых тестах разницы практически нет, что согласуется с теорией. Та же теория говорит о том, что с ростом пропускной способности интерфейса и плотности записи, а также с внедрением технологий оптимизации доступа к диску объем буфера придется увеличивать. Поэтому разработчики из WD немного поспешили; впрочем, лучше заняться отработкой технологии сейчас, чем впоследствии догонять конкурентов.
Жесткий диск (HDD) - важный элемент системного блока. На нем хранятся данные и файлы пользователя. Что бы правильно выбрать жесткий диск, необходимо знать всего несколько параметров.
Основные характеристики жесткого диска
Объем жесткого диска
При выборе жесткого диска первый параметр, на который стоит обратить внимание - объем. Объем - количества места на жестком диске, то есть, этот параметр отображает какое количество информации (фильмов, документов, папок и т.д.) Вы можете записать на жесткий диск. Объем современных носителей измеряется в гигабайтах или терабайтах. Чем больше объем жесткого диска, тем лучше. Лучше покупать жесткий диск на один и более терабайт.
Интерфейс
Жесткий диск подключается к материнской плате через интерфейсный кабель. Внутренние жесткие диски, подключаться к компьютеру через интерфейс (IDE или SATA). IDE - устаревший интерфейс. Современные жесткие диски подключаються к компьютере через интерфейс SATA . Есть несколько вариантов интерфейса SATA: SATA I (до 1,5 Гбит/с), SATA II(до 3 Гбит/с), SATA III(до 6 Гбит/с). Чем больше скорость передачи данных через интерфейс, тем лучше. Оптимальный вариант интерфейса жесткого диска - SATA III.
Скорость вращения шпинделя
От скорости вращения шпинделя зависит скорость обмена данных. Она измеряется в оборотах минуту (об/мин). Чем выше скорость вращения шпинделя, тем лучше. Оптимальный вариант — 7200 об/мин.
Буферная память (Кэш — память)
Буферная память - память жесткого диска, в которой хранятся данные, которые уже считаны с жесткого диска, но еще не переданы через интерфейс. Чем больше объем буферной памяти, тем больше вероятность, что в ней находятся необходимые данные и их не нужно искать на диске. Следователь, увеличиваться скорость работы жесткого диска. На данный момент максимальный объем памяти - 64 Мб.
Форм - фактор
Форм-фактор жесткого диска - это его физические габариты (ширина, высота, толщина). Существуют два основных форм-фактора: 2,5 дюйма (2,5”) и 3,5 дюйма (3,5”). Жесткие диски с форм-фактором 2,5” предназначены для использования в ноутбуках, хотя их можно вставить в обычный системный блок с помощью дополнительных креплений и адаптеров.Из-за специфики работы ноутбука, бюджетные жесткие диски 2,5”, в большинстве случаев, обладают скорость вращения шпинделя — 5400 об/мин.
Жесткие диски 3,5” предназначены для установки в обычный системный блок. При сборке домашнего компьютера лучше купить жесткий диск форм-фактором 3,5”.
Воспользовавшись этими советами, вы сможете выбрать хороший жесткий диск для своего компьютера.