Как работает жесткий диск. Влияние буфера на производительность жесткого диска

Влияние буфера на производительность жесткого диска

Владимир Леонов

Современные серии жестких дисков всех производителей можно разделить на две категории, различающиеся размером внутреннего буфера (2 или 8 Мбайт). Просмотр прайс-листов показал, что разница в цене дисков одного объема с разным размером буфера в Москве сейчас колеблется от 3 до 19 долл. и зависит от производителя и продавца. В этой статье мы попробуем показать влияние размера внутреннего буфера на производительность жесткого диска.

равнение производительности мы проведем на примере жестких дисков HDS722516VLAT20 и HDS722516VLAT80 из семейства Deskstar 7K250 компании Hitachi. Если быть более точным, то с прошлого года выпуском жестких дисков в компании Hitachi занимается новое подразделение HGST (Hitachi Global Storage Technologies), образованное в результате объединения собственного дискового производства и мощностей, приобретенных у компании IBM. Оба диска имеют объем 160 Гбайт и полностью повторяют друг друга по конструкции механической части. Тестировавшиеся диски имели одинаковую версию прошивки - V340A60A и отличались только размером внутреннего буфера (2 и 8 Мбайт соответственно).

Сравнение производительности мы проводили под управлением операционной системы Windows XP Professional.SP1 на компьютере следующей конфигурации:

Материнская плата — MSI 875P Neo (MS-6758);

Процессор — Intel Pentium 4 3,06 ГГц (533 FSB);

Память — 1 Гбайт (2Ѕ512 Мбайт Kingston PC2700 DDR SDRAM);

Жесткий диск — Hitachi Deskstar IC35L090AVV207-0.

Тестируемые диски поочередно подключались как Secondary Master.

Для сравнения производительности мы взяли тесты, имитирующие работу дисковой подсистемы в реальных условиях и различающиеся способом оценки производительности:

Ziff Davis WinBench 99 v. 2.0;

Futuremark PCMark2004;

FileCopy Test v. 0.5.3 (разработан компанией «Ф-Центр»).

В тесте Ziff Davis WinBench 99 v. 2.0 определяется производительность дисковой подсистемы при работе реальных приложений. Это хороший тест, но, к сожалению, он уже не поддерживается разработчиком и версии приложений, используемые в тесте, сильно устарели. Кроме производительности в тесте определяются среднее время доступа к диску и график зависимости скорости чтения от места расположения данных на диске (рис. 1 и 2).

Как и следовало ожидать, диски имеют одинаковое время доступа (табл. 1) и графики зависимости скорости чтения от места расположения данных на диске для обоих дисков совпадают. По производительности во всех подтестах впереди жесткий диск HDS722516VLAT80, и можно сказать, что это преимущество полностью определяется работой буфера. Как видно из табл. 1, при использовании файловой системы FAT-32 влияние буфера обычно более заметно.

Набор тестов PCMark04 от компании Futuremark основан на реальных приложениях и предназначен для детального исследования производительности компьютера. Пакет состоит из нескольких разделов, один из которых предназначен для определения производительности дисковой подсистемы. Для тестирования дисковой подсистемы применяются так называемые трассы - заранее записанные на некотором эталонном компьютере последовательности дисковой активности при выполнении различных задач. Показателем быстродействия служит скорость обработки трассы, измеренная в мегабайтах в секунду. Используются четыре трассы, воспроизводящие работу жесткого диска при выполнении различных задач. Назначение трасс понятно из их названия. Это загрузка операционной системы, открытие и закрытие нескольких популярных приложений, копирование файлов и имитация работы пользователя. Результаты приведены в табл. 2. Как и в предыдущем тесте, впереди жесткий диск HDS722516VLAT80. Наиболее сильно влияние увеличенного буфера сказывается на операциях копирования и меньше всего - на загрузке операционной системы.

Утилита FileCopy Test v. 0.5.3 разработана специалистами компании «Ф-Центр» и предназначена для определения производительности жесткого диска при создании (записи) файлов на диске, чтении файлов с диска и копировании файлов с одного участка диска на другой. В качестве результатов показываются время выполнения операции и скорость, измеряемая в мегабайтах в секунду (Мбайт/с). При создании файлов используются заранее подготовленные паттерны - списки, содержащие информацию о длине и количестве файлов, которые необходимо создать. Паттерн можно создать либо вручную, либо автоматически по любой папке, воспользовавшись опцией Scan, что позволяет легко создать паттерн с реальным распределением файлов по размерам. Мы использовали паттерны, входящие в комплект дистрибутива программы. По названию паттернов легко догадаться об их содержании. Результаты теста приведены в табл. 3. Из таблицы видно, что степень влияния размера буфера на производительность жесткого диска зависит от выполняемой операции и среднего размера обрабатываемого файла. Так, при раздельном выполнении операций записи и чтения файлов большой длины (паттерн ISO) размер буфера почти не влияет на производительность, а при копировании таких файлов влияние размера буфера проявляется наиболее сильно.

Из вышеприведенных результатов видно, что увеличение размера буфера дает значительный прирост производительности при выполнении большинства операций. Только при записи и чтении файлов большой длины, то есть в режиме, когда диск фактически работает в режиме последовательного чтения/записи, размер буфера не оказал влияния на производительность.

Возможно, на жестких дисках других производителей и даже на тестировавшихся жестких дисках с другой версией прошивки влияние размера буфера будет сказываться немного по-другому, но вряд ли различие будет значительным. На наш взгляд, установка в компьютер жесткого диска с увеличенным буфером является более выгодной в плане эффективности вложения средств.

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.

Собираем компьютер" url="http://putevodytel.com/view_it_news.php?art=vibor_HDD">

Жесткий диск (винчестер, HDD) – перезаписываемое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) - основной носитель информации в компьютере. На нем хранятся, данные: как операционной системы, так и файлы пользователя (программы, игры, фильмы, музыка, изображения…). Память жесткого диска не является энергозависимой, что объясняет возможность хранения данных, без подачи электричества на устройство.

Винчестер представляет собой набор из одной или нескольких герметизированных пластин в форме дисков, покрытых слоем ферромагнитного материала и считывающих головок в одном корпусе. Пластины приводятся в движение при помощи шпинделя (вращающегося вала). Соленоидный привод позиционирует головку для проведения операций чтения\записи данных.

Считывающее головки не касаются поверхности диска как во время чтения\записи данных (из-за прослойки набегающего потока воздуха в 5 – 10 нм, которая образуется при очень быстром вращении), так и во время простоя диска (головки отводятся к шпинделю или за пределы пластин). Благодаря отсутствию контакта, жесткий диск можно перезаписать в среднем 100 тысяч раз. Также на продолжительность работы диска влияет герметический корпус (гермозона), благодаря которому внутри корпуса HDD создается пространство, очищенное от пыли и влаги.

Основные характеристики жесткого диска: интерфейс, ёмкость, объем буфера, физический размер (форм-фактор), время произвольного доступа, скорость передачи данных, количество операций ввода-вывода в секунду, скорость вращения шпинделя, уровень шума.

Первое, на что следует обратить внимание при выборе жесткого диска – интерфейс - устройство, преобразующее и передающее сигналы между HDD и компьютером. Наиболее распространёнными интерфейсами сейчас являются: SCSI , SAS , ATA (IDE , PATA ), Serial ATA (SATA ), eSATA и USB .

Интерфейс SCSI имеет скорость 640МБ/с, используется, в основном, на серверах; SAS – его более высокоскоростной аналог (12 Гбит/с), обратно совместимый с интерфейсом SATA .

ATA (IDE , PATA ) – предшественник SATA , сейчас он уже не актуален из-за своей небольшой скорости в 150МБ/с.

eSATA и USB – интерфейсы для внешних винчестеров.

Serial ATA (SATA) - это самый распространённый интерфейс жестких дисков. Именно на него следует ориентироваться при выборе винчестера. На данный момент существует несколько вариаций SATA . С физической точки зрения они не отличаются (интерфейсы совместимы), различия только в скорости: (SATA-I - 150 Мбайт/с, SATA-II - 300 Мбайт/c, SATA-III - 600 Мбайт/с.).

Что касается емкости: тут все просто. Чем она больше, тем лучше, так как больше информации можно будет записать. Данная характеристика никак не влияет на производительность винчестера. Определяется пользователем исходя из потребности в месте для хранения файлов. В таблице ниже приведены средние значения размера основных типов файлов, на которые стоит обратить внимание при выборе HDD .

Объём буфера (кэша) . Буфер (кэш) - встроенная в жёсткий диск энергозависимая память (подобная оперативной памяти), предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи, а также хранения данных, обращение к которым происходит наиболее часто. Чем больше кэш – тем лучше. Показатель варьируется от 8 до 64 Мб. Наиболее оптимальным считается значение 32 Мб.

Существуют два основных форм-фактора для жестких дисков: 3.5 дюйма и 2.5 дюйма. Первый в основном используется в настольных компьютерах, второй – в ноутбуках.

Время произвольного доступа . Данная характеристика показывает среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Параметр колеблется в пределах - от 2,5 до 16 милисекунд. Естественно, чем меньше значение – тем лучше.

Скорость передачи данных. Современные жесткие диски имеют скорость 50-75 Мб/с (для внутренней зоны HDD) и 65-115 Мб/с (для внешней зоны).

Количество операций ввода-вывода в секунду. Данная характеристика колеблется в пределах от 50 до 100 операций в секунду в зависимости от размещения информации на диске.

Последние три параметра стоит рассматривать в иерархической последовательности, в зависимости от назначения винчестера. Если вы чаще пользуетесь громоздкими приложениями, играми, нередко смотрите фильмы в HD качестве, их следует подбирать в такой последовательности: скорость передачи данных > количество операций ввода-вывода в секунду > время произвольного доступа. Если же в вашем арсенале много маленьких, часто запускаемых приложений, то иерархия будет выглядеть так: время произвольного доступа > количество операций ввода-вывода в секунду > скорость передачи данных.

Скорость вращения шпинделя - количество оборотов шпинделя в минуту. От этого параметра в значительной степени зависят время доступа и средняя скорость передачи данных. Наиболее распространенными являются скорости вращения: 5400, 5900, 7200, 10000 и 15000 об/мин. Оптимальной для ПК является скорость в 7200 об/мин.

Уровень шума жесткого диска состоит из шума вращения шпинделя и шума позиционирования. Измеряется в децибелах. На данную характеристику следует обратить внимание из убеждений комфорта.

RAID . Если вы располагаете средствами на покупку двух или более HDD , вам необходимо обратить внимание на технологию RAID (redundant array of independent disks) – массив дисков. Данная технология позволяет с одной стороны в разы увеличить скорость обмена данными с винчестерами (подобно многоканальному режиму, для ОЗУ), с другой – обезопасить себя от потери важных данных.

Итог. В первую очередь следует задуматься о предназначении диска, исходя из этого, определится с объемом, форм-фактором. Исходя из характеристик вашей материнской платы, подобрать интерфейс (скорее всего это будет SATA ). Далее следует отобрать диски с приемлемым объемом буфера, и определится со скоростью вращения шпинделя. Параметры скорости передачи данных, количества операций ввода-вывода в секунду, времени произвольного доступа выбираем по ситуации, в зависимости от потребности. Обращаем внимание на уровень шума, если нужен комфорт.

Как хорошо известно большинству пользователей персонального компьютера, все данные в ПК хранятся на жестком диске - устройстве хранения информации произвольного доступа, которое работает на основе принципа магнитной записи. Современные жесткие диски способны вместить в себе информацию, общим объемом до 6 терабайт (емкость самого вместительного на данный момент диска, выпущенного фирмой HGST), что еще десять лет назад казалось невозможным. Помимо того, что жесткий диск компьютера обладает колоссальной емкостью, благодаря применяющимся в его работе сложным современным технологиям он еще и позволяет получать практически мгновенный доступ к хранящейся на нем информации, без чего продуктивная работа ПК была бы невозможной. Как же устроено это чудо современной техники, и каким образом оно работает?

Устройство жесткого диска

Если снять верхнюю крышку жесткого диска, вы увидите лишь плату электроники и еще одну крышку, под которой находится герметическая зона. Именно в этой гермозоне и расположены основные элементы HDD. Несмотря на распространенное мнение, что гермозона жесткого диска содержит вакуум, это вовсе не так – внутри гермозона заполнена очищенным от пыли сухим воздухом, а в крышке обычно имеется небольшое отверстие с очищающим фильтром, предназначенное для выравнивания давления воздуха внутри гермозоны.

В целом жесткий диск состоит из следующих основных компонентов:

Принцип работы жесткого диска

Что же происходит, когда на жесткий диск компьютера подается питание и он начинает работать? Следуя команде электронного контроллера, двигатель жесткого диска начинает вращаться, приводя тем самым в движение и магнитные диски, которые жестко прикреплены к его оси. Как только скорость вращения шпинделя достигает значения, достаточного для того, чтобы над поверхностью диска образовался постоянный поток воздуха, который не даст считывающейся головке упасть на поверхность накопителя, механизм коромысла начинает двигать считывающие головки, и они зависают над поверхностью диска. При этом расстояние от считывающей головки до магнитного слоя накопителя составляет всего лишь около 10 нанометров, что равно одной миллиардной части метра.

Первым делом при включении жесткого диска происходит считывание с накопителя служебной информации (ее также называют «нулевой дорожкой»), которая содержит сведения о диске и его состоянии. Если сектора со служебной информацией повреждены, то винчестер не будет работать.

Затем начинается непосредственно работа с данными, расположенными на диске. Частицы ферромагнитного материала, которым покрыта поверхность диска, под воздействием магнитной головки условно формируют биты – единицы хранения цифровой информации. Данные на жестком диске распределены по дорожкам, представляющим собой кольцевую область на поверхности одного магнитного диска. Дорожка в свою очередь поделена на одинаковые отрезки, называемые секторами. Таким образом, паря над рабочей поверхностью диска, магнитная головка может посредством изменения магнитного поля осуществлять запись данных строго в определенное место накопителя, а с помощью улавливания магнитного потока происходит считывание информации по секторам.

Форматирование жесткого диска

Для того, чтобы на жесткий диск можно было наносить данные, его предварительно подвергают процессу форматирования. Также форматирование иногда требуется при переустановке операционной системы, правда во втором случае форматируется не весь диск, а лишь один его логический раздел.

Во время форматирования на диск наносится служебная информация, а также данные о нахождении секторов и треков на поверхности диска. Это необходимо для точного позиционирования магнитных головок при работе с жестким диском.

Характеристики жесткого диска

Современный рынок жестких дисков предлагает на выбор самые разнообразные модели винчестеров, отличающиеся между собой по различным техническим параметрам. Вот основные характеристики, по которым различаются жесткие диски:

• Интерфейс подключения. Большинство современных жестких дисков подключаются к материнской плате посредством интерфейса SATA, однако встречаются модели и с другими типами подключений: eSATA, FireWire, Thunderbolt и IDE.
• Емкость. Величина, характеризующая количество информации, способное поместиться на жестком диске. На данный момент наибольшей популярностью пользуются накопители емкостью 500 Гб и 1 Тб.
• Форм-фактор. Современные жесткие диски выпускают в двух физических размерах: 2,5 дюйма и 3,5 дюйма. Первые предназначены для использования в ноутбуках и компактных версиях ПК, вторые используются в обычных настольных компьютерах.
• Скорость вращения шпинделя. Чем выше скорость вращения шпинделя жесткого диска, тем быстрее он работает. Основная масса винчестеров на рынке имеют скорость вращения 5400 или 7200 оборотов за минуту, однако встречаются также диски со скоростью вращения шпинделя 10000 об/мин.
• Объем буфера. Для сглаживания разницы в скорости чтения/записи и передачи через интерфейс в жестких дисках используется промежуточная память, именуемая буфером. Объем буфера составляет от 8 до 128 мегабайт.
• Время произвольного доступа. Это время, которое требуется для выполнение операции по позиционированию магнитной головки на произвольный участок поверхности жесткого диска. Может составлять от 2,5 до 16 миллисекунд.

Почему жесткий диск называют винчестером?

Согласно одной из версий, свое неофициальное прозвище «винчестер» жесткий диск получил в 1973 году, когда был выпущен первый в мире HDD, в котором считывающие аэродинамические головки размещались в одной герметичной коробке с магнитными пластинами. Данный накопитель имел емкость 30 Мбайт плюс 30 Мбайт в сменном отсеке, из-за чего инженеры, которые трудились над его разработкой дали ему кодовое название 30-30, что было созвучно с обозначением популярного ружья, использующего патрон.30-30 Winchester. В начале девяностых годов название «винчестер» вышло из употребления в странах Европы и США, но до сих пор пользуется популярностью в русскоязычных странах. Также нередко можно услышать более сокращенную сленговую версию названия винчестер – «винт», употребляемую в основном компьютерными специалистами.

Рейтинг 4.9 из 5 . Голосов: 379 . Категория Выбрать компьютерную технику

Жесткий диск (винчестер, HDD) является одной из очень важных частей компьютера. Ведь при поломки процессора, видеокарты и т.д. Вы испытываете сожаление только к потери денег для новой покупки, при поломки винчестера Вы рискуете потерять без возвратно важные данные. Так же от жесткого диска зависит и скорость работы компьютера в целом. Разберемся, как правильно выбрать жесткий диск.

Задачи жесткого диска

Задача жесткого диска внутри компьютера - сохранять и выдавать информацию очень быстро. Жесткий диск удивительное изобретение компьютерной индустрии. Пользуясь законами физики, этот не большой прибор хранит практически неограниченное количество информации.

Тип жесткого диска

IDE - устаревшие винчестеры относятся для подключения к старым материнским платам.

SATA - заменили жесткие диски IDE, имеют более высокую скорость передачи данных.

Интерфейсы SATA бывают разных моделей, отличаются они между собой так же скоростью обменом данных и поддержкой разных технологий:

• SATA- имеет скорость передачи до 150мб/c.
• SATA II- имеет скорость передачи до 300мб/c
• SATА III- имеет скорость передачи до 600мб/c

SATA-3 начали выпускаться совсем не давно, с начала 2010 года. При покупки такого винчестера надо обратить внимание на год выпуска вашего компьютера (без апгрейда), если он ниже этой даты, то вам этот жесткий диск не подойдет! HDD - SATA, SATA 2 имеют одинаковые разъемы подключения и совместимы между собой.

Объем жесткого диска

Самые распространенные жесткие диски, которыми пользуется большинство пользователей в домашних условиях, имеют объем: 250, 320, 500 гигабайт. Есть еще меньше, но встречаются все реже 120, 80 гигабайт, а в продаже их уже вовсе нет. Для возможности хранения очень большой информации существуют жесткие диски 1, 2, 4 тирабайта.

Скорость и кеш память жесткого диска

При выборе жесткого диска важно обращать внимание на его скорость работы (скорость работы шпинделя). От этого будет зависеть скорость работы всего компьютера. Обычная скорость дисков составляет 5400 и 7200 оборотов в минуту.

Объем буферной памяти (кеш память)- физическая память жесткого диска. Существует несколько размеров такой памяти 8, 16, 32, 64 мегабайта. Чем выше скорость оперативной памяти жесткого диска , тем быстрее будет скорость передачи данных.

В заключении

Перед покупкой, уточняйте какой именно подойдет для вашей материнской платы: IDE, SATA или SATA 3. Смотрим в характеристиках скорость вращения дисков и объем буферной памяти, это основные показатели на что нужно обратить внимание. Так же смотрим фирму производитель и объем который вас устроит.

Желаем удачных покупок!

Делитесь в комментариях своим выбором, это поможет другим пользователям сделать правильный выбор!