Скорость передачи данных по шине дискового интерфейса — это далеко не единственный параметр, влияющий на быстродействие винчестера в целом. Наоборот, производительность жестких дисков с одинаковым типом интерфейса иногда очень существенно различается. В чем же причина?
Дело в том, что жесткий диск является совокупностью большого количества разнообразных электронных и электромеханических устройств. Быстродействие же механических компонентов винчестера существенно уступает быстродействию электроники, в состав которой входит и шинный интерфейс. Общая производительность диска, к сожалению, определяется по скорости работы самых медленных компонентов. «Горлышком бутылки» при передаче данных между накопителем и компьютером является именно внутренняя скорость передачи — параметр, определяемый быстродействием механики винчестера, что является одной из причин ремонта ноутбуков . Поэтому в самых современных режимах обмена PIO 4 и UltraDMA максимально возможная пропускная способность интерфейса в ходе реальной работы с накопителем почти никогда не достигается. Для определения быстродействия механических компонентов, а также всего накопителя необходимо знать следующие параметры.
Частота вращения дисков — количество оборотов, совершаемых пластинами (отдельными дисками) винчестера в минуту. Чем выше частота вращения, тем быстрее происходит запись или считывание данных. Типичное значение этого параметра для большинства современных EIDE-дисков — 5400 об/мин. В некоторых новейших накопителях диски вращаются с частотой 7200 об/мин. Технический предел, достигнутый на сегодняшний день, — 10000 об/мин — реализован в SCSI-накопителях серии Seagate Cheetah.
Среднее время поиска — среднестатистическое время, необходимое для позиционирования блока головок из произвольного положения на заданную дорожку для чтения или записи данных. Типичное значение этого параметра для новых винчестеров составляет от 10 до 18 мс, причем хорошим можно считать время доступа 11-13 мс. В наиболее быстродействующих SCSI-моделях значение времени доступа — меньше 10 мс.
Среднее время доступа — среднестатистический отрезок времени от выдачи команды на операцию с диском до начала обмена данными. Это — составной параметр, включающий в себя среднее время поиска, а также половину периода вращения диска (с учетом того, что данные могут находиться в произвольном секторе на нужной дорожке). Параметр определяет величину задержки до начала считывания нужного блока данных, а также общую производительность при работе с большим количеством мелких файлов.
Внутренняя скорость передачи-скорость обмена данными между интерфейсом диска и носителями (пластинами). Значения этого параметра существенно различаются для чтения и записи. Они определяются частотой вращения дисков, плотностью записи, характеристиками механизма позиционирования и другими параметрами накопителя. Именно эта скорость имеет решающее влияние на быстродействие накопителя в установившемся режиме (при чтении большого цельного блока данных). Превышение общей скорости передачи над внутренней достигается только при обмене данными между интерфейсом и кэш-памятью винчестера без немедленного обращения к пластинам. Поэтому на быстродействие накопителя влияет еще один параметр, а именно…
…объем кэш-памяти. Кэш-память — обычное электронное ОЗУ, установленное на винчестере. Данные после считывания с винчестера одновременно с передачей их в память компьютера попадают и в кэш-память. Если эти данные потребуются снова, они будут считаны не с пластин, а из кэш-буфера. Это позволяет значительно ускорить обмен данными. Для повышения эффективности кэш-памяти разработаны специальные алгоритмы, выявляющие наиболее часто используемые данные и помещающие в кэш именно их, что повышает вероятность того, что при следующем обращении будут затребованы данные именно из электронного ОЗУ — произойдет так называемое «попадание в кэш». Естественно, чем больше объем кэш-памяти, тем быстрее обычно работает диск.
Если сравнить достижения в области развития жёстких дисков с видеокартами или центральными процессорами, то легко можно заметить, что широкая публика, в общем-то, не осведомлена о каких-либо технологиях. Рынок жёстких дисков кажется скучным, но это только на первый взгляд. На самом деле, рынок жёстких дисков постоянно движется вперёд, плотность записи и производительность продолжают увеличиваться. Впрочем, за исключением ёмкости, уследить за этим прогрессом среднему потребителю сложно. Даже эксперты иногда не могут различить два похожих жёстких диска, если бы не этикетка с характеристиками, хотя их производительность может сильно отличаться . Если сравнивать жёсткие диски со схожими техническими спецификациями, скажем, винчестеры в одной линейке, измеряемая разница всё равно есть.
Мы специально упомянули "измеряемую" разницу, поскольку вряд ли вы сможете отличить "на глаз" жёсткие диски Hitachi и Western Digital, если они работают в одинаковых системах (мы имеем в виду последние поколения). Заметные отличия существуют, скажем, между жёстким диском Western Digital Raptor на 10 000 об/мин и обычным винчестером на 7 200 об/мин, или между конфигурацией RAID 0 и одиночным жёстким диском, но между накопителями на 7 200 об/мин для массового рынка вы вряд ли ощутите какую-либо разницу по производительности, за исключением нюансов. Впрочем, другие различия, конечно, есть: разные ёмкости, разные размеры кэша, интерфейсы Serial ATA или UltraATA.
В нашей статье мы рассмотрим все параметры жёстких дисков, которые так или иначе влияют на производительность. Сюда относятся форм-фактор HDD, диаметр и число пластин, технология и плотность записи, скорость вращения и время доступа, интерфейс и объём кэш-памяти. Мы рассмотрим линейку жёстких дисков Seagate Barracuda 7200.10, сравним технически идентичные жёсткие диски с разной ёмкостью, размерами кэша и интерфейсами (Serial ATA против UltraATA). Вы, наверное, будете удивлены, узнав, что самая ёмкая модель отнюдь не является самой быстрой, да и 16 Мбайт кэша помогают не всегда.
Винчестер без крышки. Основой являются вращающиеся пластины (жёсткие диски), с которыми работают головки чтения/записи. Данная модель вышла из строя из-за нарушения герметичности корпуса и попадания влаги.
Винчестеры используют одну или больше магнитных пластин с концентрическими дорожками. Они записываются от наружной стороны к внутренней, запись производится с помощью магнитного поля, которое изменяет ориентацию мелких частиц - магнитных доменов. Перемещающийся механический привод используется для позиционирования головок чтения/записи на пластине. Если пластин несколько, то и головок чтения/записи на приводе тоже несколько (по одной на каждую сторону пластины). Привод перемещает головки подобно проигрывателю грампластинок, достигая внешних или внутренних дорожек. Для хранения данных используется как верхняя, так и нижняя сторона пластин.
Биты данных собираются в так называемые секторы, которые, в свою очередь, составляют кластеры. Кластер - это минимальная логическая единица для хранения данных. В зависимости от файловой системы (Windows использует NTFS или FAT32), размер кластера может меняться. Чем больше кластер, тем выше будет последовательная пропускная способность, но вы будете быстро терять доступную ёмкость, если средний размер файла будет намного меньше размера кластера.
Форм-фактор и высота
Снаружи самым очевидным различием между жёсткими дисками является и форм-фактор, который зависит от диаметра пластин. Настольные жёсткие диски используют 3,5" пластины, а мобильные - 2,5". Жёсткие диски уровня предприятия внешне могут выглядеть как 3,5" модели, но на самом деле они могут использовать пластины меньшего диаметра, чтобы обеспечить высокую скорость вращения. Жёсткие диски для ультрапортативных устройств часто используют пластины диаметром всего 1,8", а микро-приводы собираются на 1" и 0,8" пластинах.
Жёсткие диски форм-фактора 3,5" обычно имеют высоту 1", которой хватает для установки вплоть до пяти пластин. Жёсткие диски для ноутбуков построены на дизайне с одной или двумя пластинами и имеют высоту 9,5 или 12,5 мм, хотя последние подходят далеко не для всех ноутбуков. Если взглянуть в сторону 1" и 0,8" жёстких дисков, то здесь заметна тенденция в направлении собственных решений и высот, поскольку накопители часто оптимизируются под нужды клиентов.
Чем больше пластин, тем больше получается ёмкость жёсткого диска, поскольку суммарная ёмкость рассчитывается умножением ёмкости пластины на число пластин. Например, плотность записи 160 Гбайт на пластину позволяет производителям получать ёмкость 640 Гбайт с четырьмя пластинами. С другой стороны, чем больше пластин, тем больше головок чтения/записи используется, что повышает риск аппаратного сбоя из-за большого числа подвижных элементов. Также увеличивается трение и энергопотребление. Что же касается цены, то один ёмкий жёсткий диск по-прежнему стоит дешевле, чем пара небольшого объёма. Единственным исключением можно считать высокопроизводительные массивы RAID в серверах, где используется несколько жёстких дисков, чтобы увеличить производительность.
Ёмкость и технологии записи
Мы уже упоминали плотность записи данных, которая выражается в гигабитах на квадратный дюйм (или сантиметр). Её не стоит напрямую сравнивать с ёмкостью пластины, поскольку производители не всегда используют для хранения данных всю пластину. Кроме того, ёмкость пластины обычно рассчитывается для 3,5" жёсткого диска, а плотность записи данных остаётся неизменной для разных форм-факторов. Следует отметить, что плотность записи данных зависит от используемых технологий.
Перпендикулярная магнитная запись (Perpendicular Magnetic Recording, PMR) является самой современной технологией. В отличие от обычной параллельной записи, когда магнитные домены ориентированы параллельно плоскости пластины, здесь они ориентированы вертикально. Подобный механизм позволяет снизить взаимное влияние магнитных доменов друг на друга (явление суперпарамагнетизма) и увеличить число бит на единицу площади, что повышает плотность записи данных. В перспективе, благодаря внедрению перпендикулярной записи, индустрия жёстких дисков надеется десятикратно увеличить ёмкость. Вскоре на рынке должен появиться первый жёсткий диск PMR с ёмкостью 1 Тбайт, и тогда будет установлен новый рекорд ёмкости.
В будущем мы наверняка перейдём на запись Heat-Assisted Magnetic Recording (HAMR). В данной технологии лазер подогревает поверхность диска, чтобы снизить интенсивность магнитного поля, которое требуется для влияния на магнитные домены пластин. В итоге мы получим дальнейшиё рост плотности записи данных, поскольку технология нагревания позволяет более точно управлять магнитными доменами.
Конечно, чем выше плотность данных, тем лучше, поскольку при этом возрастает и скорость чтения данных. В результате современные 3,5" жёсткие диски на 7 200 об/мин всегда обгоняют старые модели. Впрочем, время доступа от увеличения плотности записи не меняется, поскольку ускорить позиционирование головок без существенной механической нагрузки очень сложно.
Скорость вращения шпинделя
Скорость вращения шпинделя определяется в оборотах в минутах (RPM), и на сегодня это один из самых основных параметров, влияющих на производительность. Высокая скорость вращения шпинделя даёт более высокую линейную скорость головок чтения/записи, то есть через них можно проводить больше данных. Чем быстрее вращается шпиндель, тем больше данных можно считать за единицу времени. Кроме того, высокая скорость вращения шпинделя положительно сказывается на времени доступа: когда головки встанут на нужную дорожку, требуется определённое время, прежде чем подойдёт требуемый сектор. Высокая скорость вращения шпинделя позволяет уменьшить эту задержку. Впрочем, современные жёсткие диски обычно предварительно кэшируют данные, ожидая, когда головка доберётся до нужного сектора. Но даже потом жёсткий диск обычно ожидает поступления служебной дорожки, которая обозначает начало/конец дорожки с данными.
Жёсткие диски формата 3,5" для серверов и рабочих станций имеют скорость вращения 10 000 или 15 000 об/мин, в то время как настольные жёсткие диски обычно работают на 7 200 об/мин. На рынке настольных ПК только накопители Western Digital Raptor дают 10 000 об/мин. Поэтому данные модели являются идеальным вариантом для энтузиастов. Конечно, Western Digital Raptor по-прежнему имеют очень высокую стоимость хранения гигабайта, так что за 150-Гбайт Raptor придётся выложить даже больше, чем за 500-Гбайт жёсткий диск на 7 200 об/мин.
Жёсткие диски для ноутбуков вращаются на меньших оборотах: мобильные винчестеры на 4 200 об/мин недавно уступили место моделям на 5 400 об/мин даже в недорогих ноутбуках. Впрочем, есть и мобильные винчестеры на 7 200 об/мин. Одной из причин снижения скорости вращения шпинделя является высокое энергопотребление. Ноутбуки часто работают от аккумулятора, поэтому многие производители не спешат устанавливать жёсткие диски на 7 200 об/мин в популярные модели ноутбуков. Винчестеры 1,8" и меньшего формата вращаются на 4 200 об/мин, а 1" и 0,8" модели работают на ещё меньших оборотах.
Новые 3,5" жёсткие диски со скоростью вращения 7 200 об/мин дают скорость чтения с пластин до 90 Мбайт/с, а 2,5" накопители существенно медленнее - до 30-35 Мбайт/с. 1,8" жёсткие диски ещё медленнее.
Диаметр пластин
Если сравнивать жёсткие диски только по скорости вращения шпинделя, то можно подумать, что разные модели работают одинаково, но это не так. Конечно, высокая скорость вращения необходима для высокой производительности, но эффективная скорость, с которой головки считывают/записывают секторы, существенно разнится.
Возьмём жёсткие диски с одинаковой скоростью вращения шпинделя. Все они имеют одинаковую угловую скорость, в отличие от оптических приводов. В результате расстояние, которое за секунду проходят головки на внешних дорожках больше, чем на внутренних дорожках. На наружных дорожках 3,5" жёстких дисков длина дорожки составляет примерно 25 см, что существенно больше, чем шесть с лишним сантиметров около шпинделя. То есть линейная скорость на внешних дорожках примерно в четыре раза больше, чем на внутренних дорожках. Поэтому скорость передачи данных на внешних дорожках выше, чем на внутренних.
Именно поэтому утилиты дефрагментации, которые собирают фрагменты файлов в единое последовательное пространство, всегда располагают файл подкачки Windows (swap) в начале жёсткого диска, где он будет быстрее всего работать. Другой вывод заключается в том, что производительность 2,5" жёсткого диска никогда не достигнет скорости 3,5" винчестера, поскольку линейная скорость у 2,5" накопителя существенно меньше.
Число пластин
Если вы провели некоторое время за изучением линеек жёстких дисков, то наверняка знаете, что доступные ёмкости не всегда соответствуют заявленному производителем объёму на пластину. Например, Seagate Barracuda 7200.10 может хранить почти 200 Гбайт на пластину, то есть версии на 250 и 320 Гбайт.
Объяснение кроется в требованиях рынка. Некоторые покупатели специально заказывают жёсткие диски, скажем, на 250 Гбайт. Ценовое давление - вторая причина, почему производители предлагают разные уровни ёмкости: например, пользователь может позволить себе только 250-Гбайт винчестер, а большая ёмкость ему попросту не нужна. Вполне понятно, что производители должны предлагать так называемые "золотые середины" для разных сегментов рынка, с разными ёмкостями. Кроме того, следует учитывать и дефекты производства. Выгодно продавать как можно большее количество жёстких дисков (пусть и с урезанной ёмкостью), чем стараться всегда предлагать накопители с максимально доступной ёмкостью.
По этим причинам многие жёсткие диски не всегда используют полную доступную ёмкость. У них, чаще всего, не используются медленные внутренние дорожки, а соотношение максимальной ёмкости пластины, числа пластин и суммарной ёмкости оказывается весьма странным. Конечно, при этом теряется ёмкость, зато и минимальные скорости передачи оказываются выше.
Хотя сегодня можно найти много моделей с кэшем 2 Мбайт, стандартом для настольных жёстких дисков для массового рынка можно считать 8 Мбайт. Появляется немало моделей и на 16 Мбайт. Увеличение объёма кэша разумно не только с учётом того, что цены на DRAM падают, но и с технической точки зрения. Жёсткие диски используют алгоритмы для предварительного кэширования данных или оставляют определённые данные в кэше на случай того, что они будут запрошены повторно. Жёсткие диски Serial ATA также требуют определённого объёма памяти, чтобы хранить входящие команды, поскольку многие винчестеры способны менять порядок команд, дабы обрабатывать их максимально эффективно, с минимальным физическим перемещением головок. Эта функция называется "родной" очередью команд (Native Command Queuing, NCQ), она тоже требует определённого объёма памяти для своей работы, хотя и небольшого.
Мы хотели проверить, насколько велика разница в производительности между жёсткими дисками с 8 и 16 Мбайт памяти. Поскольку в нашу лабораторию поступила почти полная линейка жёстких дисков Seagate Barracuda 7200.10, мы смогли отобрать четыре разные модели на 500 Гбайт, позволяющие ответить на этот вопрос. Все из них используют три пластины и различаются только интерфейсами (SATA/300 или UltraATA/100) и размером кэша.
| Сравнительная таблица 500-Гбайт моделей Seagate Barracuda 7200.10 | ||||
| Производитель | Seagate | Seagate | Seagate | Seagate |
| Продукт | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 |
| Модель | ST3500630A | ST3500630AS | ST3500830A | ST3500830AS |
| Ёмкость | 500 Гбайт | 500 Гбайт | 500 Гбайт | 500 Гбайт |
| Скорость вращения шпинделя | 7 200 об/мин | 7 200 об/мин | 7 200 об/мин | 7 200 об/мин |
| Число пластин | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Кэш | 16 Мбайт | 16 Мбайт | 8 Мбайт | 8 Мбайт |
| Нет | Да | Нет | Да | |
| Интерфейс | UltraATA/100 | SATA/300 | UltraATA/100 | SATA/300 |
Тестовая конфигурация
| Системное аппаратное обеспечение | |
| Процессоры | 2x Intel Xeon (ядро Nocona), 3,6 ГГц, FSB800, кэш L2 1 Мбайт |
| Платформа | Asus NCL-DS (Socket 604), чипсет Intel E7520, BIOS 1005 |
| Память | Corsair CM72DD512AR-400 (DDR2-400 ECC, reg.), 2x 512 Мбайт, задержки CL3-3-3-10 |
| Системный жёсткий диск | Western Digital Caviar WD1200JB, 120 Гбайт, 7 200 об/мин, кэш 8 Мбайт, UltraATA/100 |
| Контроллеры накопителей | Intel 82801EB UltraATA/100 (ICH5) Silicon Image Sil3124, PCI-X |
| Сеть | Встроенный контроллер Broadcom BCM5721 Gigabit Ethernet |
| Видеокарта | Встроенная ATi RageXL, 8 Мбайт |
| Тесты и настройки | |
| Тесты производительности | c"t h2benchw 3.6 |
| Тесты ввода/вывода | IOMeter 2003.05.10 Fileserver-Benchmark Webserver-Benchmark Database-Benchmark Workstation-Benchmark |
| Системное ПО | |
| ОС | Microsoft Windows Server 2003 Enterprise Edition, Service Pack 1 |
| Драйвер платформы | Intel Chipset Installation Utility 7.0.0.1025 |
| Графический драйвер | Default Windows Graphics Driver |
Результаты тестов: 8 Мбайт против 16 Мбайт
Мы уже говорили о том, что производители урезают доступную ёмкость, чтобы предложить модели "золотой середины". Давайте посмотрим, какова разница между самой ёмкой и самой маленькой моделями Barracuda 7200.10. Как можно будет видеть, самая ёмкая модель не всегда является самой быстрой.
| Производитель | Seagate | Seagate | Seagate | Seagate | Seagate |
| Линейка | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 |
| Модель | ST3250820A | ST3250820AS | ST3320820A | ST3320820AS | ST3400620AS |
| Ёмкость | 250 Гбайт | 250 Гбайт | 320 Гбайт | 320 Гбайт | 400 Гбайт |
| Скорость вращения шпинделя | 7200 об/мин | 7200 об/мин | 7200 об/мин | 7200 об/мин | 7200 об/мин |
| Число пластин | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 |
| Объём кэша | 8 Мбайт | 8 Мбайт | 8 Мбайт | 8 Мбайт | 16 Мбайт |
| "Родная" очередь команд (NCQ) | Нет | Да | Нет | Да | Да |
| Интерфейс | Ultra ATA/100 | SATA/300 | Ultra ATA/100 | SATA/300 | SATA/300 |
| Производитель | Seagate | Seagate | Seagate | Seagate | Seagate |
| Линейка | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 |
| Модель | ST3400820A | ST3400820AS | ST3500630A | ST3500630AS | ST3500830A |
| Ёмкость | 400 Гбайт | 400 Гбайт | 500 Гбайт | 500 Гбайт | 500 Гбайт |
| Скорость вращения шпинделя | 7200 об/мин | 7200 об/мин | 7200 об/мин | 7200 об/мин | 7200 об/мин |
| Число пластин | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Кэш | 8 Мбайт | 8 Мбайт | 16 Мбайт | 16 Мбайт | 8 Мбайт |
| "Родная" очередь команд (NCQ) | Нет | Да | Нет | Да | Нет |
| Интерфейс | Ultra ATA/100 | SATA/300 | Ultra ATA/100 | SATA/300 | Ultra ATA/100 |
| Производитель | Seagate | Seagate | Seagate | Seagate | |
| Линейка | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | Barracuda 7200.10 | |
| Модель | ST3500830AS | ST3750640A | ST3750840A | ST3750640AS | |
| Ёмкость | 500 Гбайт | 750 Гбайт | 750 Гбайт | 750 Гбайт | |
| Скорость вращения | 7200 об/мин | 7200 об/мин | 7200 об/мин | 7200 об/мин | |
| Число пластин | 3 | 4 | 4 | 4 | |
| Кэш | 8 Мбайт | 16 Мбайт | 8 Мбайт | 16 Мбайт | |
| "Родная" очередь команд (NCQ) | Да | Нет | Нет | Да | |
| Интерфейс | SATA/300 | Ultra ATA/100 | Ultra ATA/100 | SATA/300 | |
Версии на 250 и 320 Гбайт построены на двух пластинах, винчестеры на 400 и 500 Гбайт - на трёх, а 750-Гбайт топовая модель тоже имеет три пластины. Только 750-Гбайт топовая модель поддерживает максимальную ёмкость на пластину более 190 Гбайт. В следующей таблице приведена потерянная ёмкость для каждой из модели.
| Barracuda 7200.10 | Теоретическая максимальная ёмкость | Потеря в Гбайт | Потеря в % |
| 250 Гбайт, 2 пластины | 332 Гбайт | 82 Гбайт | 25% |
| 320 Гбайт, 2 пластины | 332 Гбайт | 12 Гбайт | 3% |
| 400 Гбайт, 3 пластины | 570 Гбайт | 170 Гбайт | 30% |
| 500 Гбайт, 3 пластины | 570 Гбайт | 70 Гбайт | 12% |
| 750 Гбайт, 4 пластины | 750+ Гбайт | - | 0% |
Результаты тестов
Для нашего проекта мы взяли жёсткие диски Serial ATA и UltraATA, поэтому ниже приведены единичные графики.
Мы построили диаграммы передачи данных с помощью результатов всех жёстких дисков с одинаковым интерфейсом. Поэтому мы отображаем производительность не только одного жёсткого диска, а всех жёстких дисков, с минимальными и максимальными значениями между ёмкостями 250 и 750 Гбайт.
Скорость передачи данных
Результаты очень близки. Да, между накопителями Serial ATA и UltraATA есть разница, но она мизерная. Можно заметить, что жёсткие диски SATA с меньшими потерями доступной ёмкости на пластину дают более высокую скорость передачи в целом.
Тесты производительности ввода/вывода показывают, что жёсткие диски, которые не используют полный потенциал ёмкости, дают большее число операций ввода/вывода в секунду, чем более эффективные по ёмкости модели.
Мы рассмотрели несколько моделей Seagate Barracuda 7200.10, чтобы оценить разницу в производительности. И обнаружили, что если два жёстких диска отличаются только размером кэша, то разница между ними практически нулевая: 16 Мбайт кэша не дают ощутимого преимущества по сравнению с 8 Мбайт в наших тестах. Это относится как к жёстким дискам Serial ATA, так и UltraATA. Вообще, мы ожидали, что жёсткие диски SATA будут иметь определённое преимущество, но в случае линейки 7200.10 16 Мбайт кэша окажутся пустой тратой денег по сравнению с 8-Мбайт альтернативами. В то же время, 16 Мбайт кэша не повредят, если цена равная...
Учитывая, что между разными моделями одной линейки жёстких дисков есть различия, можно сделать более грамотный выбор покупки. Жёсткие диски, которые не используют максимально возможную ёмкость исходя из максимальной ёмкости пластин, демонстрируют немного более быстрое время доступа, поскольку рабочая область диска уменьшается, хотя винчестеры, которые используют полную ёмкость, обеспечивают немного лучшую скорость передачи данных.
Впрочем, следует отметить, что разница между самым быстрым и самым медленным жёстким диском в пределах одной линейки явно меньше, чем разница между разными поколениями. По нашему опыту, продукт нового поколения всегда обгоняет старый.
Доброго времени суток, дорогие читатели, посетители, прохожие и прочие личности. Поговорим как выбрать жесткий диск.
В наше время большое значение занимает информация, разновидностей которой «наплодилось» очень много, будь то музыка, фильмы, документы или фотографии, базы данных или игры, программы или почта. С количеством информации, естественно, растёт и размер оной, но ведь «..всё, что нажито непосильным трудом..» надо где-то хранить..
Как многие, надеюсь, знают, храним мы всё это в компьютере на устройстве называемом HDD (Hard-Disk-Drive, он же «винчестер», «винт», «веник», «хард», «харддиск», «жёсткий»). Оный сопровождает компьютеры с самого их рождения и, не смотря на то, что многие вроде бы как знают о его существовании, всё равно далеко не всегда имеют должное понимание о его характеристиках, а ведь у жестких дисков есть параметров поболее, чем просто размер.
Этой статьей я продолжаю запущенный некогда цикл статей (в рамках которого опубликованы такие материалы как: " ", " ", " ", " " и пр), в котором подробно рассказываю Вам о том, на что нужно обращать внимание при покупке отдельных «запчастей» для Вашего компьютера, а именно о характеристиках оных и их значении.
Как Вы уже поняли, в этот раз речь пойдёт о жестких дисках.
Немного истории
В процессе своего развития человек прошёл этапы тайн материи, научился управлять различными видами информации и вступил в эпоху информатизации (о как завернул! :)).
До середины 19 века доминирующими были процессы сбора и накопления информации. Эти самые средства информатизации представляли собой перо, чернильницу и бумагу, что, несомненно мощно, гениально и, в общем-то, существует и по сей день (разве что перо заменилось ручкой).
В конце века 19 на смену пришли пишущая машинка, телеграф и телефон, а в середине 20 столетия появились компьютеры (мощь!) с их жесткими дисками, о которых, собственно и идет речь. Но.. Отставим ересь историю и вернемся к критериям выбора, характеристикам и тп.
Выбор на основе производителя
Начнем с банального, а именно.. С производителей . Да-да, грамотный выбор производителя жесткого диска зачастую определяет сроки жизни устройства, а порой и его шустрость, тепловыделение, тишину, энергопотребление и объемы. Ранее «винты» штамповали все кому не лень, но конкуренция и в Африке конкуренция. Одни обанкротились, другие были куплены третьими, в связи с чем, к 2011 году, на рынке остались три основных игрока: Seagate (они же Maxtor), Western Digital и Samsung . Местами мелькает еще Toshiba , Hitachi и другие производители подобного класса, но на их устройства обращать особого внимания я все таки не рекомендую.
Выбор между вышеупомянутыми тремя, обычно представляет собой споры страшных масштабов в которых пало немало юных падаванов-холиварщиков, а посему я лишь позволю себе просто кратенько высказать своё мнение, которое, лично по мне, является вполне объективным и построенным на моём жизненном опыте.
Всех кто с оным мнением не согласен, я прошу не вступать на тропу войны и не раздувать страшные баталии в комментариях, ибо спорить по данной теме я не намерен:)
Типовые примеры
WD (Western Digital). Один из старейших производителей жестких дисков. Некогда считались для многих эталоном стабильности и вечности, с чем я решительно несогласен. На практике представляют собой винты отличающиеся крайне солидным, по сравнению с конкурентами, тепловыделением (что требует нормального охлаждения), а так же далеко не всегда шикарной стабильностью (у меня ЖД этой фирмы умирали чаще чем аналоги конкурентов ниже по тексту), однако вменяемо тихие и потрясающе шустрые. В частности, эта фирма выпустила обожаемые мною модели Raptor , производительностью которых я восхищаюсь и по сей день:) И, да, внешние диски этого производителя действительно хороши. Глобально, выбор неплохой и зависит от Ваших потребностей.
Seagate (они же Maxtor ). Для меня это диски, представляющие собой эталон стабильности, ибо, тьфу-тьфу-тьфу, умерли буквально единицы из сотен. Отличаются нормальным тепловыделением, а последние модели, число блинов в которых кардинально снижено, так и вовсе шикарно тихи, холодны и жуют мало мощности БП. Из грусти - не могут похвастаться шикарной шустростью, но вполне вменяемы.
Samsung . Отличительная черта - цена. Умеренная стабильность, умеренная производительность. В общем брать можно, но ничего особенного.
Выбор на основе интерфейса
С производителями разобрались. Перейдем к интерфейсу
.
Интерфейс – это то, посредством чего HDD
подключается к компьютеру или другому устройству, которое поддерживает работу с дисками. Так же оный определяет пропускную способность (т.е скорость передачи данных, а именно шустрость).
Интерфейсов, есть несколько: ATA , SATA , eSATA , SCSI и SAS . Давайте рассмотрим каждый из них:
- ATA (он же IDE и PATA ). Максимальная скорость передачи данных составляет ~150МБ/с , что по современным меркам довольно мало. Ныне неактуален и вытеснен SATA , но еще встречается в стареньких машинках. Шлейф широкий и громоздкий, при внимательном просмотре можно разглядеть маленькие проводки, выглядит
- SATA . На данный момент это самый распространённый интерфейс жестких дисков. Ныне существует несколько вариаций, а именно SATA -1-2-3 (они же I-II-III), где цифра определяет пропускную способность интерфейса (150 Мбайт/с для SATA-I, 300 Мбайт/с для SATA-II и 600 Мб/c для SATA-III). Шлейф выглядит .
- eSATA . Этакая аналогия SATA , но используется для подключения внешних жестких дисков. Большое распространение получил из-за большего ресурса коннектора, т.е. его можно подключать и переподключать много раз подряд и штекеру почти ничего не будет, чем не может похвастаться SATA , а так же тем, что средняя скорость передачи данных выше, чем у USB 2.0 или IEEE 1394 . Шлейф выглядит (SATА слева, eSATA справа).
- SCSI. В связи с некогда хорошей пропускной способностью широко применялся на серверах и высокопроизводительных рабочих станциях. В настоящее время вытеснен интерфейсом SAS , а так же, в связи с резким сокращением максимальной длины кабеля, неудобен для использования с более чем двумя устройствами, поэтому не получил широкого распространения. Пропускная способность 640МБ/с . Шлейф выглядит .
- SAS . Разработан для замены вышеупомянутого интерфейса SCSI и позволяет достичь более высокой пропускной способности, чем SCSI ; в то же время SAS обратно совместим с интерфейсом SATA . Используется в основном в серверных решениях. Поддерживает передачу информации со скоростью до 6 Гбит/с ; ожидается, что к 2012 году скорость передачи достигнет 12 Гбит/с .
Само собой еще присутствуют стандартные USB и Firewire , но они Вам думаю известны, да и используются исключительно для внешних носителей, посему мы их рассматривать сейчас не будем.
В типично-домашних решениях рекомендуется не заниматься особыми выкрутасами и покупать SATA -жетсткие диски, как наиболее производительные, простые и удобные в обращении. Естественно, что не только диск, но и Ваша мат.плата должны поддерживать заявленный интерфейс, т.е, допустим, если Вы купили жесткий диск SATA , то на материнской плате должен быть SATA -разъем.
К слову, если Вы купили SATA-III , а в спецификации мат.платы указано, что у неё разъем только SATA-II , то не переживайте: физически разъемы эти ничем не отличаются и диск можно спокойно поставить, - просто он будет работать на меньшей пропускной способности.
Выбор на основе размеров и ёмкости
Далее у нас, так называемая, ёмкость , т.е любимое всеми количество данных, которое может хранить диск. На момент написания статьи, самый большой объём у дисков равен 3 терабайта. Здесь, собственно, всё зависит от Ваших потребностей. По соотношению объём/цена самый лучший вариант сейчас это 2 терабайта, хотя вообще, лично я, сторонник решений меньше терабайта. Почему? Всё просто: ну, во-первых, я не знаю где взять столько информации, чтобы набить несколько терабайт, а, во-вторых, дело в том, что в жестких дисках используется так называемые блины (они же пластины) и чем больше блинов, тем больше емкость диска. Однако при увеличении количества оных, повышается и тепловыделение, энергопотребление и снижаются скоростные характеристики, что, в совокупности, вдобавок, часто влияет на сроки жизни винта, а сие не есть гуд.
Что касается физического размера , иначе говоря, форм-фактора, то самые распространённые и используемые ныне размеры это 2.5 и 3.5 дюйма. Первые, как правило, применяются в ноутбуках и внешних жестких дисках, а вторые в настольных компьютерах. Естественно, что для домашнего компьютера Вам нужен диск форм-фактора 3.5 . К слову, размеры часто определяют объём и производительность диска.
Выбор на основе характеристик: скорость шпинделя, кэш и пр
Ну и напоследок несколько слов о важных тактико-технических характеристиках. Начнем с первых трех самых главных, а именно со скорости шпинделя, кэша и времени доступа.
- Скорость вращения шпинделя . Характеризует скорость передачи данных и напрямую определяет производительность. В настоящее время выпускаются винчестеры со следующими стандартными скоростями вращения: 4200 , 5400 и 7200 (ноутбуки), 5400 , 5900 , 7200 и 10 000 (персональные компьютеры), 10 000 и 15 000 об/мин (сервера и высокопроизводительные рабочие станции). Естественно, что при выборе рекомендуется брать диски с максимальным значением оного параметра, но единственное, что может Вам в оном помешать - это цена, ибо, например, те же WD VelociRaptor , которые я упоминал в статье " ", встанут Вам чуть ли не втрое-вчетверо дороже аналогичных дисков со скоростью 7200 .
- Время произвольного доступа . Измеряется в ms (мили-секунды) и показывает среднее время, за которое винчестер выполняет операцию позиционирования головки чтения/записи на произвольный участок магнитного диска. Чем меньше это значение – тем лучше, т.е, если оное указано в прайсе (что редко), то важно обращать на него внимание. Насколько я помню, оное значение зависит от скорости шпинделя, т.е определяющей при выборе, все таки будет значение выше.
- Объём буфера (кэш) - буфером называется промежуточная память, предназначенная для "сглаживания" различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. Использование кэша увеличивает быстродействие любого жесткого диска, уменьшая количество физических обращений к нему, т.е когда происходит запрос к информации, контроллер накопителя в первую очередь проверяет, находятся ли запрашиваемые данные в кэше, и, если это так, то мгновенно выдает их компьютеру, не производя физический доступ к поверхности. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 64 Мб и, как Вы уже поняли - чем он больше, тем лучше.
Ну и три, условно важных параметра:
- Уровень шума . Измеряется в децибелах (Дб) и якобы показывает шум, который производит механика накопителя при его работе. Не смотря на заверения многих, лично я на легкие и милые сердцу, похрустывания, не обращаю особого внимания, да и разницы никакой в этом плане между дисками не вижу.
- Надёжность. Величина условная, определяется как среднее время наработки на отказ, т.е сколько часов, по заявлению производителя может работать постоянно включенный диск. Само собой, больше – лучше. Хотя как по мне, так цифры эти споры и маркетингозависимы.
- Сопротивляемость ударам - сопротивляемость накопителя резким скачкам давления или ударам, измеряется в единицах допустимой перегрузки во включённом и выключенном состоянии. Значение несколько бестолковое, ибо, надеюсь, Вы не бьете ногами по корпусу во время работы компьютера и не бросайте диски об стенку во время их замена или переноса:) действительно позволяет в течении 14 дней поменять товар без всяких вопросов, а уж в случае гарантийных проблем магазин встанет на Вашу сторону и поможет решить любые проблемы. Автор сайта пользуется им уже лет 10 минимум (еще со времен, когда они были частью Ultra Electoronics ), чего и Вам советует;
- , - один из старейших магазинов на рынке, как компания существует где-то порядка 20 лет. Приличный выбор, средние цены и один из самых удобных сайтов. В общем и целом приятно работать.
Выбор, традиционно, за Вами. Конечно, всякие там Яндекс.Маркет "ы никто не отменял, но из хороших магазинов я бы рекомендовал именно эти, а не какие-нибудь там МВидео и прочие крупные сети (которые зачастую не просто дороги, но ущербны в плане качества обслуживания, работы гарантийки и пр).
Послесловие
И так, немножко итогов.
При покупке жесткого диска прежде всего надо ориентироваться на скорость шпинделя и размер кэша. Далее обращать внимание на время произвольного доступа, а так же не гнаться за дисками больших объемов ибо оные отличаются сниженной производительностью, тепловыделением и надежностью.
Как и всегда, буду рад Вашим вопросам, дополнениям, благодарностям и всему прочему. Пишите в комментариях;)
Огромное разнообразие моделей винчестеров затрудняет выбор подходящего. Кроме нужной емкости, очень важна и производительность, которая определяется в основном его физическими характеристиками. Такими характеристиками являются среднее время поиска, скорость вращения, внутренние и внешние скорости передачи, объем кэш-памяти.
q Среднее время поиска
Жесткий диск затрачивает какое-то время для того, чтобы переместить магнитную головку из текущего положения в новое, требуемое для считывания очередной порции информации. В каждой конкретной ситуации это время разное, в зависимости от расстояния, на которое должна переместиться головка. Обычно в спецификациях приводятся только усредненные значения, причем применяемые разными фирмами алгоритмы усреднения в общем случае различаются, так что прямое сравнение затруднено. Так, фирмы Fujitsu, Western Digital проводят усреднение по всем возможным парам дорожек, фирмы Maxtor и Quantum применяют метод случайного доступа. Получаемый результат может дополнительно корректироваться. Значения времени поиска для записи часто несколько выше, чем для чтения. Некоторые производители в своих спецификациях приводят только меньшее значение (для чтения). В любом случае кроме средних значений полезно учитывать и максимальное (через весь диск), и минимальное (то есть с дорожки на дорожку) время поиска.
q Скорость вращения
С точки зрения быстроты доступа к нужному фрагменту записи скорость вращения оказывает влияние на величину так называемого скрытого времени, которое требуется для того, чтобы диск повернулся к магнитной головке нужным сектором. Среднее значение этого времени соответствует половине оборота диска и составляет 8,33 мс при 3600 об/мин, 6,67 мс при 4500 об/мин, 5,56 мс при 5400 об/мин и 4,17 мс при 7200 об/мин. Значение скрытого времени сопоставимо со средним временем поиска, так что в некоторых режимах оно может оказывать такое же, если не большее, влияние на производительность.
q Внутренняя скорость передачи
Скорость, с которой данные записываются на диск или считываются с диска. Из-за зонной записи она имеет переменное значение - выше на внешних дорожках и ниже на внутренних. При работе с длинными файлами во многих случаях именно этот параметр ограничивает скорость передачи.
q Внешняя скорость передачи
Скорость (пиковая), с которой данные передаются через интерфейс. Она зависит от типа интерфейса и имеет чаще всего фиксированные значения: 8,3; 11,1; 16,7 Мбайт/с для Enhanced IDE режимов (РЮ Mode 2, 3,4); 33,3 и 66,6 для Ultra DMA; 5, 10, 20,40, 80 Мбайт/с для синхронных SCSI, Fast SCSI-2, Fasti/Vide SCSI-2 Ultra SCSI, Ultra SCSI (16 разрядов) соответственно.
q Объем cache-памяти (дисковой буфер)
Объем и организация cache-памяти (внутреннего буфера) может заметно влиять на производительность жесткого диска. Также как и для обычной cache-памяти, прирост производительности по достижении некоторого объема резко замедляется. Сегментированная cache.-память большого объема актуальна для производительных SCSI-дисков, используемых в многозадачных средах.
Контроллеры
Контроллер - плата, управляющая работой периферийного устройства (дисководом, винчестером, монитором и т.д.) и обеспечивающая их связь с основной платой.
Отметим, что на всех современных материнских платах уже присутствуют (входят в их состав) контроллеры дисководов, винчестеров (с интерфейсом IDE), принтера и "мыши" (параллельный и последовательный порт). Мы упоминаем об этом, т.к. ранее на 286, 386 и части 486 платах (с VLB-шиной) они не устанавливались и выпускались в виде отдельной платы (так называемой "мультикарты" - multi IDE HDD/FDD), которую необходимо было вставлять в свободный слот (разъем) на материнской плате.
К платам, расширяющим возможности компьютера, относятся: плата модема или факс-модема, видеоввода, звуковая и другие платы специального назначения (например, плата АЦП - аналого-цифровой преобразователь на несколько входов для измерений и т.д.).
Видеоконтроллером является графическая плата SVGA. Платы SVGA, впрочем как и модемные, звуковые и др., выпускаются огромным количеством различных фирм в большом ассортименте (различаются по своим возможностям и цене), поэтому мы подробно рассмотрим их в последующих главах. Здесь же лишь упомянем, что слоты (разъемы) расширения на материнской плате, куда вставляются подобные платы, бывают нескольких вариантов (как по своей внутренней организации, так и по конструктивному исполнению): ISA, VESA (по-другому VLB), PCI и AGP. Подробно эти стандарты шин расширения будут описаны далее. Скажем только, что контроллеры изготавливаются с расчетом их подсоединения к ISA или VESA или PCI или AGP и имеют соответствующий одному из перечисленных разъем, а на материнских платах обычно расположены несколько таких разъемов одновременно. Например, материнская плата GA-6BXC оснащена тремя разъемами ISA, четырьмя PCI и одним AGP.
Производительность дисковой системы зависит от быстродействия кинематики жесткого диска . Механические движущиеся детали пока остаются самым медленным звеном в цепи передачи данных от магнитной поверхности диска в оперативную память компьютера. Наиболее длительными фазами в операциях чтения/записи данных являются:
- Поиск дорожки и считывание нескольких сервометок для точного позиционирования магнитной головки на дорожке, содержащей требуемый сектор .
- Ожидание поворота диска на угол, необходимый для доступа к сектору идентифицированной дорожки (среднестатистически - половина оборота магнитного диска).
- Среднее время доступа (результат деления времени, потребовавшегося для серии чтений случайного сектора, на количество считанных секторов).
- Средняя скорость чтения (количество секторов, последовательно считанных с поверхности магнитного диска за определенный промежуток времени).
Однако часто используются и дополнительные параметры, позволяющие более точно определить производительность дисковой системы в целом:
- Буферизированная скорость чтения (скорость обмена информацией между контроллером материнской платы и контроллером жесткого диска).
- Устойчивая скорость чтения (наиболее часто повторяющаяся скорость при последовательном чтении одинаковых блоков информации).
Повышение скорости перемещения магнитных головок ограничивается инерционностью достаточно массивной системы позиционирования и разрушительной вибрацией, возникающей при быстрых хаотичных (несбалансированных) возвратно-поступательных движениях механических компонентов жесткого диска. Поэтому в эволюции жестких дисков основным путем увеличения производительности стало увеличение скорости вращения магнитного диска, что уменьшает время ожидания сектора и увеличивает скорость линейного чтения. Скорость линейного чтения увеличивается и при повышении плотности записи и удаления дорожки от центра вращения магнитного диска. Использование реализованной в жестких дисках технологии управления акустическим шумом (AAM) позволяет управлять скоростью позиционирования магнитных головок, т.е. регулировать среднее время доступа.
Переключение на другую дорожку в пределах одного цилиндра занимает в среднем порядка одной миллисекунды. Это время складывается из ничтожно малого времени переключения головок, производящегося электроникой жесткого диска, и времени позиционирования головки. Дорожки в цилиндре в силу погрешностей изготовления находятся не строго друг под другом, а с некоторым разбросом. Для того, чтобы установить головку точно на дорожку, требуется считать определенное количество сервометок, а на это уходит дополнительное время. Однако за миллисекунду шпиндель накопителя с частотой вращения 7200 об/мин успевает повернуться почти на одну восьмую оборота. Поэтому первый сектор следующей дорожки в цилиндре смещен относительно предыдущей примерно на 45 градусов, что позволяет избежать "холостого" оборота магнитного диска.
Переход к соседнему цилиндру также требует времени (типовое значение 2-4 мс). С учетом этого первый сектор первой дорожки следующего цилиндра сдвинут относительно последнего сектора последней дорожки предыдущего цилиндра. Это позволяет снизить потери времени на ожидание того момента, когда нужный сектор окажется под головкой в режиме непрерывного чтения файлов. Наиболее эффективным с точки зрения скорости чтения является линейное расположение секторов, принадлежащих одному файлу, поэтому необходимо периодически делать дефрагментацию файловой системы , чтобы полностью реализовать заложенный в накопителе потенциал.
Проблемы
