Меню

Основные физические и логические параметры жесткого диска



Основные функции файловой системы

Поддержание отображения файлов на физические и логические структуры носителя данных (например, на кластеры и секторы жёсткого диска).

Обеспечение доступа к файлам по их символическим именам.

Гарантирование корректности данных, содержащихся в файле.

Оптимизация производительности как с точки зрения ОС (пропускная способность), так и с точки зрения пользователя (время отклика).

Обеспечение поддержки использования файлов несколькими пользователями для многопользовательской системы.

Основные физические и логические параметры жестких дисков

Все накопители соответствуют стандартам, определяемым либо независимыми комитетами и группами стандартизации, либо самими производителями. Среди множества технических характеристик отличающих одну модель от другой можно выделить некоторые, наиболее важные с точки зрения пользователей и производителей, которые, так или иначе используются при сравнении накопителей различных производителей и выборе устройства.

Диаметр дисков (disk diameter) — параметр довольно свободный от каких-либо стандартов, ограничиваемый лишь форм-факторами корпусов.

Число поверхностей (sides number) — определяет количество физических дисков установленных на шпиндель.

Число цилиндров (cylinders number) — определяет сколько дорожек (треков) будет располагаться на одной поверхности.

Число секторов (sectors count) — общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя.

Число секторов на дорожке (sectors per track) — общее число секторов на одной дорожке.

Частота вращения шпинделя (rotational speed или spindle speed) — определяет, сколько времени будет затрачено на последовательное считывание одной дорожки или цилиндра.

Время перехода от одной дорожки к другой (track-to-track seek time)

жесткий магнитный дисковый накопитель

Время успокоения головок (head latency time) — время, проходящее с момента окончания позиционирования головок на требуемую дорожку до момента начала операции чтения/записи.

Время установки или время поиска (seek time) — время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.

Среднее время установки или поиска (average seek time) — усредненный результат большого числа операций позиционирования на разные цилиндры, часто называют средним временем позиционирования.

Время ожидания (latency) — время, необходимое для прохода нужного сектора к головке, усредненный показатель — среднее время ожидания (average latency), получаемое как среднее от многочисленных тестовых проходов.

Время доступа (access time) — суммарное время, затрачиваемое на установку головок и ожидание сектора.

Среднее время доступа к данным (average access time) — время, проходящее с момента получения запроса на операцию чтения/записи от контроллера до физического осуществления операции — результат сложения среднего время поиска и среднего времени ожидания.

Скорость передачи данных (data transfer rate), называемая также пропускной способностью (throughput), определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение.

Внешняя скорость передачи данных (external data transfer rate или burst data transfer rate) показывает, с какой скоростью данные считываются из буфера, расположенного на накопителе в оперативную память компьютера.

Внутренняя скорость передачи данных (internal transfer rate или sustained transfer rate) отражает скорость передачи данных между головками и контроллером накопителя и определяет общую скорость передачи данных в тех случаях, когда буфер не используется или не влияет (например, когда загружается большой графический или видеофайл).

Размер кеш-буфера контроллера (internal cash size).

Средняя потребляемая мощность (capacity).

Уровень шума (noise level), разумеется, является эргономическим показателем.

Среднее время наработки на отказ (MTBF) — определяет сколько времени способен проработать накопитель без сбоев.

Сопротивляемость ударам (G-shock rating) — определяет степень сопротивляемости накопителя ударам и резким изменениям давления, измеряется в единицах допустимой перегрузки g во включенном и выключенном состоянии.

Физический и логический объем накопителей. Носители жестких дисков, в отличие от гибких, имеют постоянное число дорожек и секторов, изменить которое невозможно. Эти числа определяются типом модели и производителем устройства. Поэтому, физический объем жестких дисков определен изначально и состоит из объема, занятого служебной информацией (разметка диска на дорожки и сектора) и объема, доступного пользовательским данным.

Жесткий диск конструктивно сложное устройство. Механическая составляющая винчестера это слабое звено во всем системном блоке. Ведь если остальные элементы компьютера можно безболезненно поменять, купив новые, то жесткий диск так просто не заменишь, ведь на нем хранится информация. Не смотря на то, что некоторые компании занимаются разработкой альтернативных носителей информации, в которых не будет механических элементов, все же в настоящее время отказываться от производства жестких дисков на основе магнитного принципа записи никто не собирается. Подтверждением тому служит появление винчестеров использующих перпендикулярный принцип записи, что позволило добиться более высокой плотности записи. Вследствие этого уже появились НЖМД емкостью более 1 Тб.

В серии Seagate Barracuda® 7200.11 Используется технология перпендикулярной записи второго поколения, которая позволяет достичь ещё большей плотности записи на единицу поверхности. Благодаря этому максимальная емкость достигла значения в 1,5 Тб. Все жесткие диски Seagate Barracuda® 7200.11 обладают интерфейсом SATA-II с поддержкой технологии NCQ. Новейшая серия Seagate Barracuda® XT представленная на рынке пока единственной моделью с рекордным объемом 2 Тб. Самый быстрый и самый ёмкий — именно такие эпитеты заслуживает эта модель. Жесткий диск Seagate Barracuda XT для настольных компьютеров имеет ёмкость 2 Тб, скорость вращения шпинделя 7200 об/мин, размер кэш-памяти — 64 Мб, а также оснащён скоростным интерфейсом нового поколения SATA III (с пропускной способностью до 6 Гбит/с). Всё это в комплексе обеспечивает широкие возможности для хранения огромного количества информации и высочайшую производительность. Области применения HDD Seagate Barracuda XT разнообразны: высокопроизводительные игровые ПК, системы для создания и обработки видео в формате высокого разрешения HD, домашние серверы и рабочие станции, настольные RAID-массивы, внешние устройства хранения данных со скоростными интерфейсами FireWire 800 или eSATA.

Читайте также:  Сервис восстановление данных с жестких дисков

Некоторые ключевые моменты в развитии жестких магнитных дисков:

· Первый жесткий диск (1956): IBM RAMAC, имел емкость порядка 5 мегабайт, хранящихся на пятидесяти 24-х дюймовых дисках. Плотность записи составляла порядка 2000 бит на квадратный дюйм, скорость передачи данных — 8800 бит в секунду.

· Первые головки на воздушной подушке (1962): IBM model 1301 впервые использовал магнитные головки, летящие на воздушной подушке, снизив таким образом расстояние между головками и дисками до 250 микродюймов. Жесткий диск имел емкость в 28 мегабайт, используя половину от количества головок IBM RAMAC, и его плотность записи и скорость работы была увеличена на 1000%.

· Первый переносимый жесткий диск (1965): IBM model 2310 был первым винчестером с переносимым пакетом дисков.

· Первые ферритовые головки (1966): IBM model 2314 был первым жестким диском, который использовал ферритовый сердечник в головках.

· Первый современный дизайн жесткого диска (1973): IBM model 3340 имел емкость в 60 мегабайт и использовал много ключевых технологий, которые до сих пор используются в современных жестких дисках.

· Первые тонкопленочные головки (1979): IBM model 3370 был первым жестким диском, использующим тонкопленочные головки, которые намного позже станут применяться повсеместно в дисках для ПК.

· Первый жесткий диск в 8″ форм-факторе (1979): IBM model 3310 был первым жестким диском, использующим 8-дюймовые диски, до этого почти на протяжении десятилетия использовались 14-ти дюймовые диски.

· Первый жесткий диск в 5,25″ форм-факторе (1980): Seagate ST-506 был первым жестким диском, представленном в 5.25″ форм-факторе, который использовался в первых ПК.

· Первый жесткий диск в 3.5″ форм-факторе (1983): фирма Rodime представила RO352, первый жесткий диск, который был выполнен в 3,5″ форм-факторе, который стал одним из самых важных форм-факторов в индустрии ПК.

· Первый жесткий диск, использующий соленоидный привод перемещения головок (1986): Conner Peripherals CP340.

· Первый «низкопрофильный» 3,5″ жесткий диск (1988): Conner Peripherals CP3022, имевший высоту в 1 дюйм, все современные жесткие диски выполнены именно в этом, «низкопрофильном» дизайне.

· Первый 2,5″ жесткий диск (1988): PrairieTek представил первый жесткий диск, использующий 2,5″ пластины. Именно этот форм-фактор стал стандартом для жестких дисков, используемых в ноутбуках.

· Первый жесткий диск, использующий магниторезистивные головки и PRML декодирование данных (1990): IBM model 681, имел емкость в 857 мегабайт и впервые использовал магниторезистивные головки и PRML.

· Первые тонкопленочные диски (1991): IBM «Pacifica» диск для мэйнфремов был первым, использующим тонкопленочные диски.

Между тем, жесткие магнитные диски могут однажды отступить перед «прямоугольными жесткими дисками» (Hard Rectangular Disk, HRD). В последнее время у HDD появился конкурент с более привлекательными показателями быстродействия, за которые, впрочем, приходится платить, в буквальном смысле слова. Есть разработчики, не теряющие надежды создать собственную альтернативу HDD. Компания DataSlide представила прототип нового накопителя, который, не исключено, однажды составит конкуренцию HDD и SSD. Используемая в нем технология получила название «прямоугольный жесткий диск» (Hard Rectangular Disk, HRD). По словам DataSlide, запатентованная технология позволит накопителю достичь показателей производительности 160000 IOPS и 500 МБ/с при потребляемой мощности менее 4 Вт. Для сравнения — у современных SSD эти показатели равны 35000 IOPS (в режиме чтения, в режиме записи — 3000 IOPS) и 220 МБ/с соответственно. По сведениям одного из источников, объем прототипа равен 36 ГБ, сами разработчики утверждают, что накопители HRD смогут иметь объем от 80 ГБ до 2 ТБ.

Концепция HRD позаимствована у разработки IBM под названием Millipede. В конструкцию накопителя входит пьезоэлектрический привод, приводящий в прецизионное колебательное движение прямоугольную пластину с магнитным носителем, и двухмерные массивы головок для чтения и записи. Контактирующие поверхности покрыты твердой алмазной «смазкой», гарантирующей, по словам компании, многолетнюю работу без износа. До 64 магнитных головок массива могут вести чтение или запись одновременно.

Пока нет данных о том, сколько времени пройдет до превращения прототипа в серийное изделие, доступное на рынке, и сколько такие накопители будут стоить. Известно лишь, что преимуществом разработки является применение технологий и материалов, уже используемых в серийном производстве ЖК-панелей и магнитных носителей.

Источник

Характеристика жестких дисков. Основные физические и логические параметры

Плата электроники современного накопителя на жестких магнитных дисках представляет собой самостоятельный микрокомпьютер с собственным процессором, памятью, устройствами ввода/вывода и прочими традиционными атрибутами присущими компьютеру. На плате могут располагаться множество переключателей и перемычек.

Все накопители соответствуют стандартам, определяемым либо независимыми комитетами и группами стандартизации, либо самими производителями. Среди множества технических характеристик отличающих одну модель от другой можно выделить некоторые, наиболее важные с точки зрения пользователей и производителей.

Диаметр дисков (disk diameter) — параметр довольно свободный. Наиболее распространены накопители с диаметром дисков 2.2,2.3,3.14 и 5.25 дюймов. Диаметр дисков определяет плотность записи на дюйм магнитного покрытия. Накопители большего диаметра содержат большее число дорожек, и в них, как правило используются более простые технологии изготовления носителей, предназначенных для меньшей плотности записи. Они медленнее и имеют меньшее число дисков, но более надежны. Накопители с меньшим диаметром больших объемов имеют более высокотехнологичные поверхности и высокие плотности записи информации, а также большее число дисков.

Читайте также:  Как в биосе award поставить загрузку с жесткого диска

Число поверхностей (sides number) — определяет количество физических дисков нанизанных на шпиндель. Выпускаются накопители с числом поверхностей от 1 до 8 и более. Однако, наиболее распространены устройства с числом поверхностей от 2 до 5. Число поверхностей прямо определяет физический объем накопителя и скорость обработки операций на одном цилиндре. Так как операции на поверхностях цилиндра выполняются всеми головками синхронно, то при равных всех остальных условиях, более быстрыми окажутся накопители с большим числом поверхностей.

Число цилиндров (cylinders number) — определяет сколько дорожек (треков) будет располагаться на одной поверхности. В настоящее время все накопители емкостью более 1 Гигабайта имеют число цилиндров более 1024, вследствие чего, для распространенных ОС применяются унифицированные режимы доступа с пересчетом и эмуляцией и виртуализацией числа головок, цилиндров и секторов (LBA и Large) .

Число секторов (sectors count) — общее число секторов на всех дорожках всех поверхностей накопителя. Определяет физический неформатированный объем устройства.

Число секторов на дорожке (sectors per track) — общее число секторов на одной дорожке. Часто, для современных накопителей показатель условный, т.к. они имеют неравное число секторов на внешних и внутренних дорожках, скрытое от системы и пользователя интерфейсом устройства.

Частота вращения шпинделя (rotational speed или spindle speed) — определяет, сколько времени будет затрачено на последовательное считывание одной дорожки или цилиндра. Частота вращения измеряется в оборотах в минуту (rpm) . Для дисков емкостью до 1 гигабайта она обычно равна 5,400 оборотов в минуту, а у более вместительных достигает 7,200 и 10000 rpm.

Время перехода от одной дорожки к другой (track-to-track seek time) обычно составляет от 3.5 до 5 миллисекунд, а у самых быстрых моделей может быть от 0.6 до 1 миллисекунды. Переход с дорожки на дорожку является самым длительным процессом в серии процессов произвольного чтения/записи на дисковом устройстве. Показатель используется для условной оценки производительности при сравнении накопителей разных моделей и производителей.

Время успокоения головок (head latency time) — время, проходящее с момента окончания позиционирования головок на требуемую дорожку до момента начала операции чтения/записи. Является внутренним техническим показателем, входящим в показатель — время перехода с дорожки на дорожку.

Время установки или время поиска (seek time) — время, затрачиваемое устройством на перемещение головок чтения/записи к нужному цилиндру из произвольного положения.

Среднее время установки или поиска (average seek time) — усредненный результат большого числа операций позиционирования на разные цилиндры, часто называют средним временем позиционирования. Среднее время поиска имеет тенденцию уменьшаться с увеличением емкости накопителя, т. к повышается плотность записи и увеличивается число поверхностей. Для 540-мегабайтных дисков наиболее типичны величины от 10 до 13, а для дисков свыше гигабайта — от 7 до 10 миллисекунд. Среднее время поиска является одним из важнейших показателей оценки производительности накопителей, используемых при их сравнении.

Время ожидания (latency) — время, необходимое для прохода нужного сектора к головке, усредненный показатель — среднее время ожидания (average latency) , получаемое как среднее от многочисленных тестовых проходов. После успокоения головок на требуемом цилиндре контроллер ищет нужный сектор. При этом, последовательно считываются адресные идентификаторы каждого проходящего под головкой сектора на дорожке. В идеальном, с точки зрения производительности случае, под головкой сразу окажется нужный сектор, в плохом — окажется, что этот сектор только что «прошел» под головкой, и, до окончания процесса успокоения необходимо будет ждать полный оборот диска для завершения операции чтения/записи. Это время у накопителей объемом от 540 мегабайт до 1 гигабайта составляет примерно 5.6, а у дисков свыше гигабайта — 4.2 миллисекунды и менее.

Время доступа (access time) — суммарное время, затрачиваемое на установку головок и ожидание сектора. Причем, наиболее долгим является промежуток времени установки головок.

Среднее время доступа к данным (average access time) — время, проходящее с момента получения запроса на операцию чтения/записи от контроллера до физического осуществления операции — результат сложения среднего время поиска и среднего времени ожидания. Среднее время доступа зависит от того, как организовано хранение данных и насколько быстро позиционируются головки чтения записи на требуемую дорожку. Среднее время доступа — усредненный показатель от многочисленных тестовых проходов, и обычно, оно составляет от 10 до 18 миллисекунд и используется как базовый показатель при сравнительной оценке скорости накопителей различных производителей.

Скорость передачи данных (data transfer rate) , называемая также пропускной способностью (throughput) , определяет скорость, с которой данные считываются или записываются на диск после того, как головки займут необходимое положение. Измеряется в мегабайтах в секунду (MBps) или мегабитах в секунду (Mbps) и является характеристикой контроллера и интерфейса. Различают две разновидности скорости передачи — внешняя и внутренняя. Скорость передачи данных, также является одним из основных показателей производительности накопителя и используется для ее оценки и сравнения накопителей различных моделей и производителей.

Внешняя скорость передачи данных (external data transfer rate или burst data transfer rate) показывает, с какой скоростью данные считываются из буфера, расположенного на накопителе в оперативную память компьютера. В настоящее время, накопители с интерфейсами EIDE или Fast ATA, обычно, имеют внешнюю скорость передачи данных от 11.1 до 16.6 мегабайта в секунду, а для накопителей с интерфейсами SCSI-2 — этот параметр находится в пределах от 10 до 40 мегабайт в секунду.

Читайте также:  Программа для форматировния жесткого диска

Внутренняя скорость передачи данных (internal transfer rate или sustained transfer rate) отражает скорость передачи данных между головками и контроллером накопителя и определяет общую скорость передачи данных в тех случаях, когда буфер не используется или не влияет (например, когда загружается большой графический или видеофайл) . Внутренняя скорость передачи данных очень сильно зависит от частоты вращения шпинделя.

Размер кеш-буфера контроллера (internal cash size) . Встроенный в накопитель буфер выполняет функцию упреждающего кэширования и призван сгладить громадную разницу в быстродействии между дисковой и оперативной памятью компьютера. Выпускаются накопители с 128,256 и 512 килобайтным буфером. Чем больше объем буфера, тем потенциально выше производительность при произвольном «длинном» чтении/записи. Также, более емкий буфер обеспечивает рост производительности дисковой подсистемы, во-первых, при работе с объемными упорядоченными (записанными на диски последовательно) данными, а во-вторых — при одновременном обращении к диску множества приложений или пользователей, как это происходит в многозадачных сетевых ОС.

Средняя потребляемая мощность (capacity) . При сборке мощных настольных компьютеров учитывается мощность, потребляемая всеми его устройствами. Современные накопители на ЖД потребляют от 5 до 15 Ватт, что является достаточно приемлемым, хотя, при всех остальных равных условиях, накопители с меньшей потребляемой мощностью выглядат более привлекательно. Это относится не только к экономии электроэнергии, но и надежности, т.к. более мощные накопители рассеивают избыток энергии в виде тепла и сильно нагреваются. А как известно, проблемы, связанные с изменением свойств магнитных носителей напрямую зависят от их температуры и коэффициента расширения/сжатия материала.

Уровень шума (noise level) , разумеется, является эргономическим показателем. Однако, он также, является и некоторым показателем сбалансированности механической конструкции, т.к. шум в виде треска — есть не что иное как звук ударов позиционера шагового или линейного механизма, а, даже микро- удары и вибрация так не желательны для накопителей и приводят к более быстрому их износу.

Физический и логический объем накопителей. Носители жестких дисков, в отличие от гибких, имеют постоянное число дорожек и секторов, изменить которое невозможно. Эти числа определяются типом модели и производителем устройства. Поэтому, физический объем жестких дисков определен изначально и состоит из объема, занятого служебной информацией (разметка диска на дорожки и сектора) и объема, доступного пользовательским данным. Физический объем жесткого диска, также, зависит от типа интерфейса, метода кодирования данных, используемого физического формата и др. Производители накопителей указывают объемы дисков в миллионах байт, предполагая исходя из десятичной системы исчисления, что в одном мегабайте 1000000 байт. Однако, ПО оперирует не десятичной, а двоичной системами, полагая, что в одном килобайте не 1000 байт, а 1024. Такие несложные разногласия в системах исчисления приводят к несоответствиям при оценке объема накопителей, данном в описании и — выдаваемом различными программными тестами.

Одним из возможных, но не желательных способов повышения физической емкости, для производителей, является увеличение емкости сектора. В настоящее время, стандартной емкостью сектора для IBM-совместимых компьютеров является 512 байт. Многие адаптеры позволяют, в процессе физического форматирования, программным путем, изменять емкость сектора, например, до 1024 байт. При этом, соотношение пользовательских данных и служебной информации для сектора улучшается, но снижается надежность хранения данных, т.к. тот же полином ECC будет использоваться для коррекции большего объема данных.

Логический объем зависит от того, как операционная система или программа записывает информацию в сектора. В случае использования программ и операционных систем с программной компрессией данных, можно повысить объем носителя на величину, зависящую от степени сжатия данных. Для оптимального использования поверхности дисков применяется так называемая зонная запись (Zoned Bit Recording — ZBR) , принцип которой состоит в том, что на внешних дорожках, имеющих большую длину (а следовательно — и потенциальную информационную емкость на единицу площади), информация записывается с большей плотностью, чем на внутренних.

Таких зон с постоянной плотностью записи в пределах всей поверхности образуется до десятка и более; соответственно, скорость чтения и записи на внешних зонах выше, чем на внутренних. Благодаря этому файлы, расположенные на дорожках с большим диаметром, в целом будут обрабатываться быстрее файлов, расположенных на дорожках с меньшим диаметром, т.к. для них будет производится меньшее число позиционирований с дорожки на дорожку.

В ЖД последнего поколения используются технологии PRML (Partial Response, Maximum Likelihood — максимальное правдоподобие при неполном отклике) и S. M. A. R. T. (Self Monitoring Analysis and Report Technology — технология самостоятельного слежения анализа и отчетности).

Первая разработана по причине того, что при существующих плотностях записи уже невозможно четко и однозначно считывать сигнал с поверхности диска — уровень помех и искажений очень велик. Вместо прямого преобразования сигнала используется его сравнение с набором образцов, и на основании максимальной похожести (правдоподобия) делается заключение о приеме того или иного машинного слова.

Накопитель, в котором реализована технология S. M. A. R. T., ведет статистику своих рабочих параметров (количество стартов/остановок и наработанных часов, время разгона шпинделя, обнаруженные/исправленные физические ошибки и т.п.), которая регулярно сохраняется в перепрограммируемом ПЗУ или служебных зонах диска.

Эта информация накапливается в течение всего периода эксплуатации и может быть в любой момент затребована программами анализа. По ней можно судить о состоянии механики, условиях эксплуатации или примерной вероятности выхода из строя.

Источник