Характеристики накопителей на жестких дисках

При оценивании достоинств того или иного накопителя на жестких дисках (или семейства накопителей), а также возможных ограничений обычно пользуются набором критериев оценки качества устройств.

Рассмотрим параметры, характеризующие накопители на жестких дисках.

Скоростные параметры. Среднее время доступа к данным (Average Access Time) – это среднее время, за которое голов­ка перемещается к нужной дорожке диска, устанавливает­ся на нее и начинает считывать данные. Измеряется оно в миллисекундах (мс) и составляет в на­стоящее время 8–11 мс. Данный параметр улучшается мед­ленно, так как совершенствовать механику трудно. Иногда время чтения меньше времени записи. Параметр обяза­тельно сообщается в торговых предложениях. Для конкрет­ного диска его можно оценить утилитами, например, Norton SI, Checkit.

Среднее время доступа имеет значение, например, когда ар­хивируется целый набор файлов, так как в это время голов­ки интенсивно перемещаются от файла к файлу.

Скорость вращения (Rotational Speed, Spindle Speed) – скорость вращения дисков, изме­ряемая в оборотах в минуту (RPM – Rotational Per Minute). Параметр относится к основным, так как пропорциональ­но скорости вращения диска растет скорость обмена дан­ными между винчестером и шиной данных системной пла­ты. Для дисков пользовательских компьютеров сейчас скорость вращения составляет 5400 и 7200 об/мин. Более высокооборотные диски (10000 об/мин и более) имеют SCSI-интерфейс. Они очень дороги и предназначены для серверов.

С ростом скорости вращения появляются проблемы вибра­ции, шума и нагрева. Наилучшим решением в ближайшее время будет использование гидродинамических подшип­ников, впервые внедренных фирмой Seagate.

При скорости 5400 об/мин никаких специальных мер по охлаждению применять не нужно. При скорости 7200 об/мин диск нужно устанавливать посередине хоро­шо вентилируемого корпуса и обеспечивать свободное про­странство для лучшего теплоотвода. При скорости вра­щения 10 000 об/мин применяют обдув диска отдельным вентилятором.

Перегрев диска приводит к температурным расширени­ям механики и, как следствие, ухудшает распознавание дорожек. Это вызывает замедление работы (что недопус­тимо для работы с аудио- и видеоинформацией в реальном времени).

В связи с этим, например, компания Quantum постоянно принимает меры по увеличению плотности записи, что по­зволяет получить ту же скорость доступа к данным, но при меньших оборотах.

Внутренняя скорость обмена (Internal Data Rate) – скорость обмена между поверхностью диска и буфером (Media to Buffer). Измеряется в мегабитах в секун­ду. Порядок чисел – 200 Мбит/с, или 20 Мбайт/с. Однако это пиковая скорость, реальная – 10–12 Мбит/с. В эту скорость неявно входят как множители скорость вра­щения и линейная плотность записи. К сожалению, данный параметр редко указывается в пред­ложениях, несмотря на то, что отражает реальную ско­рость жесткого диска. Измеряется он, например, утилитой Norton SI.

Внешняя скорость обмена (Data Transfer Rate Buffer-to-Host) – это скорость обмена между буфером и контроллером кана­ла (Host). Определяется интерфейсом, поддерживаемым диском (а также чипсетом со стороны системной платы). Она с запасом превосходит скорость считывания данных с диска, поэтому не очень существенна.

Среднее время перехода на соседнюю дорожку (Track-To-Track Seek Time) имеет значение только при работе с большими (не фрагментированными) файлами, поэтому редко указывается. Измеряется в миллисекундах. Типичное значение – около 1,5–3 мс.

Параметры надежности. Стойкость к ударам (Shock resistance). В механике под ударом понимается кратков­ременное воздействие значительной внешней силы. Стой­кость к ударам, после которых устройство остается работо­способным, определяется ускорением (g – 9,8 м/с2), а также временем воздействия.

Стойкость к ударам бывает двух типов: во время работы диска и в выключенном состоянии. Раньше диски были слабо защищены и любой удар приводил к тяжелым по­следствиям. В настоящее время они выдерживают удары не менее 10 g при работе и 100 g в выключенном состоянии. Падение диска на жесткий материал с высоты 10 см равно­значно воздействию в 70 g.

Существуют интересные фирменные технологии защиты. Примером является антиударная система Quantum Shock Protection System (SPS), защищающая диск при транспор­тировке.

Технология SMART. Название этой технологии часто записывают через точки: S.M.A.R.T. Сокращение от английского Self Monitoring Analysis Reporting Technology – самомониторинг и информирование о состоянии диска.

Это технология самоконтроля диска, и содержание ее зак­лючается в том, что на основные компоненты (двигатели, головки, поверхности и т.д.) крепятся датчики. Информа­цию от датчиков постоянно обрабатывают процедуры из firmware-диска. В результате этого в самом диске накаплива­ется и запоминается статистика. При включении компьюте­ра программа из BIOS системной платы или ОС должна про­смотреть статистику и сравнить с заранее установленными пороговыми значениями контролируемых параметров (например, число плохих секторов). Как только контролируе­мый параметр выходит за допустимые пределы, выдается сигнал на дисплей. В результате своевременно и точно вы­даются предупреждение и диагностика, позволяющие при­нять меры (ремонт или замена) и не потерять драгоценные данные.

Технология была разработана компанией Compaq и перво­начально называлась IntelliSafe. В настоящее время извест­на версия SMART II, которая является частью стандарта АТА -2 (EIDE).

Слабостью SMART является ее пассивность – она опове­щает, но не лечит. Поэтому в настоящее время получили распространение фирменные расширения стандарта, позво­ляющие автоматизировать поддержку работоспособности жесткого диска. Примером является технология Data Life­guard компании Western Digital. Через каждые несколько часов работы она тестирует поверхность диска в фоновом режиме и исправляет ошибки, вплоть до переписывания информации в резервный сектор.

Среднее время безотказной работы (Mean Time Between Failure, MTBF) – это среднее время между двумя соседними сбоями. В настоящее время данный пока­затель достигает 300, 400 и 500 тысяч часов, а у лучших моде­лей и 800 тысяч.

Параметр второстепенен для пользователя, так как предпо­лагает, что диск включен постоянно. А такая ситуация бы­вает только на серверах. На самом деле время жизни диска на порядок меньше (около 5 лет), чему способствует операция включения/выключения.

Гарантированное число включений также не имеет особого значения для пользователя, так как их число достаточ­но велико – 40–50 тысяч.

Полезно понимать разницу между сроком гарантии и вре­менем наработки на отказ – жесткий диск вам заменят, но бесценные данные пропадут.

Архитектурные параметры. Число пластин. Винчестер строится обычно на основе 1–4 пластин (реже больше). В принципе, чем меньше пластин при одинаковой емкости устройства, тем лучше: во-первых, выше плотность записи и не надо форсировать число оборотов; во-вторых, меньше деталей, а значит, выше надежность. У современных дисков емкость пластины превысила 2,5 Гбайт.

Размер кэша (Buffer Size). Кэш является аппаратным и выполняется обыч­но на модулях типа DRAM. Иногда называется буфером, но это настоящий кэш со своей таблицей.

Для получения требуемых данных в буфер считывается вся дорожка, где они располагаются, а затем из буфера извлекаются только нужные данные.

Размер кэша обязательно сообщается в торговых предло­жениях. До недавнего времени размер кэша был 128 Кбайт, сейчас используется кэш размером 512 Кбайт, причем для IDE-дисков (раньше – исключительно для SCSI).

Тип головок. В настоящее время для большинства жестких дисков при­меняют головки типа GR, а для более совершенных моде­лей используют головки типа MGR, кото­рые способствуют более высокой плотности записи.

До 80-х годов основа дисков изготавливалась из алюминиевого сплава (с не­большим добавлением магния). По мере возрастания требований к емкости и размерам накопителей в качестве основного материала для дисковых плас­тин стал использоваться композиционный материал из стекла и керамики.

Компакт-диски