Кэш-память, установленная на жестком диске, позволяет выполнять передачу данных на полной скорости интерфейса. В нашей аналогии кэш-память можно представить в виде емкости, вода из которой после наполнения может быть мгновенно вылита в бассейн. Единственная проблема заключается в том, что большая емкость также наполняется из водопроводного крапа, поэтому передача объема данных, превышающего емкость, может выполняться только со скоростью, которую поддерживает водопроводный края.

При изучении спецификаций жестких дисков можно сделать вывод, что повышенная скорость передачи интерфейса и большой объем кэш-памяти имеют крайне важное значение. Но в итоге истинная скорость передачи данных упирается в быстродействие носителей жесткого диска. Другими словами, скорость передачи носителя является самой важной спецификацией жесткого диска.

Замечание

Портативность имеет свою "цену-, как в денежном выражении, так и в производительности. Чем меньше жесткий диск, тем больше его цена и меньше скорость передачи данных. Например, жесткий диск диаметром 2,5 дюйма для портативного компьютера обычно стоит в два раза больше аналогичного по обьему жесткого диска диаметром 3,5 дюйма, предназначенного для настольных компьютеров. Кроме того, портативные жесткие диски обеспечивают меньшую скорость передачи данных. Самый быстрый жесткий диск диаметром 3,5 дюйма обычно имеет скорость передачи данных 44-55 Мбайт/с, что значительно быстрее 33 Мбайт/с быстрых жестких дисков диаметром 2,5 дюйма. Еще меньшие по обьему жесткие диски, например Hitachi MicroDrive, стоят еще дороже. Стоимость жесткого диска MicroDrive объемом 1 Гбайт больше, чем жесткого диска диаметром 2,5 дюйма и объемом 80 Гбайт или диска диаметром 3,5 дюйма и объемом 250 Гбайт, Скорость передачи MicroDrive составляет всего около 5 Мбайт/с.

Среднее время позиционирования

Это время, обычно измеряемое в миллисекундах (мс), которое необходимо для перемещения готовки от одного цилиндра к другому на какое-либо произвольное расстояние. Один из способов, позволяющий определить эту величину, состоит в многократном выполнении операций поиска той или иной дорожки и последующем делении затраченного времени на количество выполненных операций. Этот метод позволяет вычислить среднее время, необходимое для выполнения одной операции поиска дорожки.

Стандартный метод, используемый различными изготовителями для определения среднего времени позиционирования, состоит в измерении времени, затрачиваемого головками для перемещения на расстояние, равное одной трети радиуса всех цилиндров. Среднее время позиционирования зависит непосредственно от конструкции жесткого диска; тип интерфейса или контроллера практически никак не влияет на этот параметр. Величина среднего времени позиционирования говорит в первую очередь о возможностях механизма привода головки.

Замечание

Следует крайне осторожна относиться к результатам эталонных тестов, используемых для определения среднего времени поиска дорожки. В большинстве накопителей ATA/1de и SCSI используется так называемая схема трансляции секторов, поэтому далеко не все команды, получаемые дисководом на перемещение головки к определенному цилиндру, приводят к ожидаемому физическому движению. Таким образом, выполнение некоторых эталонных тестов для накопителей определенного типа является совершенно бессмысленным. Накопители SCSI также требуют выполнения дополнительной операции, поскольку команды должны быть вначале отправлены накопителю по шине SCSI. Казалось бы, накопители этого типа должны иметь минимальное время доступа, поскольку служебные команды при выполнении эталонных тестов не учитываются. Тем не менее несовершенство эталонных тестовых программ приводит к тому, что производительные жесткие диски демонстрируются с довольно низкими рабочими характеристиками.

Время ожидания

Временем ожидания называется среднее время (в миллисекундах), необходимое для перемещения головки к указанному сектору после достижения определенной дорожки. В среднем эта величина равна половине времени, которое требуется для одного оборота жесткого диска. При увеличении частоты вращения диска вдвое время ожидания уменьшится наполовину.

Время ожидания является одним из факторов, определяющих скорость чтения и записи накопителя. Уменьшение времени ожидания (чего можно достичь только при повышении частоты вращения) сокращает время доступа к данным илн файлам. В табл. 9.5 приведены наиболее распространенные частоты вращения жестких дисков и соответствующие величины времени ожидания.

Таблица 9.5. Зависимость времени ожидания от скорости вращения жесткого диска

Обороте» в минутуОборотов а секундуВремя ожидания

В настоящее время скорость вращения многих накопителей формфактора 3,5 дюйма достигает 7 200 об/мин, чему соответствует время ожидания, равное всего лишь 4,17 мс. При увеличении частоты вращения до 10 ООО или даже 15 ООО об/мин время ожидания уменьшается до немыслимых величин, равных соответственно 3 и 2 мс. Увеличение частоты вращения накопителя приводит не только к повышению его эффективности, что выражается в уменьшении времени доступа к данным, ко и к увеличению скорости передачи данных, считанных головкой из указанных секторов. Частота вращения большинства жестких дисков формфактора 2,5 дюйма составляет 4 200 или 5 400 об/мин, хотя постепенно появляются и модели с частотой 7 200 об/мин.

Среднее время доступа

Средним временем доступа к данным называется сумма среднего времени позиционирования и времени ожидания. Среднее время доступа обычно выражается в миллисекундах.

Величина среднего времени доступа (среднее время позиционирования плюс время ожидания) представляет собой среднее количество времени, необходимое накопителю для обращения к произвольно расположенному сектору.

Программы кэширования и кэш-контроллер

Быстродействие дискового накопителя можно существенно повысить, если воспользоваться специальными программами кэширования, например SMARTDRV (DOS) или VCASHE (Windows 9jt, Windows NT и Windows 2000/XP). Эти программы "подключаются" к прерыванию жесткого диска на уровне BIOS (перехватывают прерывание BIOS) и обрабатывают запросы на считывание и запись, направляемые приложениями и драйверами устройств в BIOS.

Если приложению понадобилось считать порцию данных с жесткого диска, кэш-программа перехватывает соответствующий запрос, проверяет наличие определенных условий (о которых будет сказано ниже) и, если они не удовлетворяются, передает запрос в неизменном виде контроллеру накопителя. Считанные в накопителе данные не только передаются приложению, но и сохраняются в специальном буфере (кэше). В зависимости от размера кэша, в нем могут храниться данные из достаточно большого количества секторов.

Если приложению нужно считать дополнительные данные, кэш-программа вновь перехватывает запрос и проверяет, не хранятся ли запрошенные данные в буфере. Если это так, то они немедленно передаются приложению, без непосредственного обращения к диску. Можете представить себе, насколько этот прием ускоряет доступ к диску (и заодно сказывается на результатах измерений быстродействия накопителя)!

Большинство современных контроллеров включают встроенный кэш той или иной разновидности, которому не нужно перехватывать и использовать прерывания BIOS. Кэширование осуществляется на аппаратном уровне, и обычные программы измерения быстродействия накопителей его "не замечают". Первыми из подобного рода устройств в накопителях были буферы опережающего считывания дорожки (read-ahead buffer), благодаря которым удалось получить коэффициент чередования 1:1. В одних современных контроллерах просто увеличен размер этих буферов, а в других используются более интеллектуальные устройства, по своим возможностям близкие к кэш-программам.

Во многих накопителях АТА и SCSI кэш-память расположена непосредственно во встроенном контроллере. Большинство современных накопителей АТА имеют встроенную кэшпамять объемом 2 Мбайт; во многих высокоэффективных накопителях АТА объем кэш-памяти достигает 8 Мбайт. Как правило, накопители SCSI имеют кэш-память объемом 8 Мбайт, а в некоторых из них установлен кэш объемом 16 Мбайт. В былые времена 1 или 2 Мбайт оперативной памяти хватало для всей системы. Сейчас же некоторые 2,5-дюймовые накопители имеют до 16 Мбайт кэщ-памятн, которая встраивается прямо в накопитель.

Несмотря на то что программное и аппаратное кэширование данных позволяет существенно повысить производительность накопителей при обычных операциях считывания и записи; реальная (физическая) скорость передачи данных определяется только конструкцией самого устройства.

S.M.A.R.T.

Технология самотестирования, анализа и отчетности (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology - SMA.R.T.) - это новый промышленный стандарт, описывающий методы предсказания появления ошибок жесткого диска. При активизации системы S.M.A.R.T. жесткий диск начинает отслеживать определенные параметры, чувствительные к неисправностям накопителя или указывающие на них. На основе отслеживаемых параметров можно предсказать сбои в работе накопителя. Если на основе отслеживаемых параметров вероятность появления ошибки возрастает, S.M.A.R.T. генерирует для BIOS или драйвера операционной системы отчет о возникшей неполадке, который указывает пользователю на необходимость немедленного резервного копирования данных до того момента, когда произойдет сбой в накопителе.

На основе отслеживаемых параметров S.M.A.R.T, пытается определить тип ошибки. Поданным компании Seagate, 60% ошибок механические. Именно этот тип ошибок и предсказывается S.M.A.R.T. Разумеется, не все ошибки можно предсказать, например появление статического электричества, внезапную встряску или удар, термические перегрузки и тд.