Книга: Сам себе сисадмин. Победа над «домашним» компьютером

1.9.1. Особенности разных типов HDD (Hard Disk Drive)

1.9.1. Особенности разных типов HDD (Hard Disk Drive)

Жесткие диски являются основным видом компьютерных накопителей. Любой домашний компьютер, сервер или лэптоп (ноутбук) должны иметь хотя бы один жесткий диск. На жестком диске хранится вся информация: операционная система, приложения, документы и различные медиафайлы, устанавливаемые пользователем. Среди основных качеств жесткого диска: емкость (объем), используемый интерфейс, скорость обмена данными, надежность, шумность и тепловыделение.

Рис. 1.43. Жесткий диск форм-фактора 3,5 и пояснения о его основных частях

Из основных элементов жесткого диска можно выделить:

• пакет дисковых пластин на вращающейся оси

• головки чтения-записи

• позиционер (атюатор)

• контроллер

Дисковая пластина состоит из основы и магнитного покрытия, на которое записываются данные. Ее основу изготавливают из алюминиевых сплавов, а в последнее время из керамики или из стеклянных компонентов. Магнитное покрытие выполняется из оксида железа. Современные технологии (к примеру, с антиферромагнитной связью) требуют применения двух слоев магнитного покрытия с прослойкой из парамагнитного материала.

Данные хранятся на пластинах в виде дорожек, каждая из которых разделена по 512 байт, состоящие из доменов.

Ориентация доменов в магнитном слое служит для распознавания двоичной информации (0 или 1). Размер доменов определяет плотность записи данных. Магниторезистивные технологии (MR) в стародавние времена обеспечивали плотность до 3 Гбайт на одну пластину, технологии GMR – свыше 40 Гбайт, TuMR (Tunneling Magneto Resistive – туннельный магнитный резистор) аж с 2008 года уже до 300 Гбайт на 1 квадратный дюйм. Сегодня в системных блоках можно встретить HDD емкостью более 3 ГГб, а те, кому и этого мало, имеют реальную возможность установить несколько жестких дисков в один корпус системного блока ПК и подключить каждый HDD по линии SATA.

Плотность записи и емкость диска тесно связаны между собой. Поверхностная плотность записи зависит от расстояния между дорожками (поперечная плотность) и минимального размера магнитного домена (продольная плотность). Обобщающим критерием выступают плотность записи на единицу площади диска или емкость пластины. Чем выше плотность записи, тем больше скорость обмена данными между головками и буфером (внутренняя скорость передачи данных).

Интерфейс жесткого диска – неотъемлемая часть проводных накопителей, необходимая для соединения их с основной частью компьютера – материнской платой.

Основные интерфейсы старых жестких дисков: IDE (PATA), Serial ATA (SATA), SCSI.

Для внешних накопителей: IEEE1394 (FireWire) и USB.

Для новых HDD применены только разъемы eSATA.

В относительно старом формате основным можно считать интерфейс SATA 150/300/2, обеспечивающий пиковую скорость обмена данными 150/300/3000 Мбайт/с. Интерфейс IDE с режимами ATA 100/133 также остается распространенным, но постепенно вытесняется с рынка из-за своих технических недостатков. На рис. 1.44 представлен вид IDE-разъема интерфейса непосредственно на материнской плате ПК.

Рис. 1.44. Вид IDE-разъема интерфейса непосредственно на материнской плате ПК

На рис. 1.45 представлен разъем SATA интерфейса на материнской плате ПК.

Рис. 1.45. Разъем SATA интерфейса на материнской плате ПК

Интерфейс всегда определяет реальную производительность жестких дисков в компьютере. Как бы ни была эффективна внутренняя организация диска, именно с «блинов» в оперативную память информация «прокачивается» по 8-жильному интерфейсу. Ранее (С IDE интерфейсом) была проблема при работе с двумя устройствами на одном шлейфе. В том случае производительность падала на 50–80 %.

Для профессиональных систем, где цена не играет решающей роли, преимущества SCSI неоспоримы. Вместе с тем и для «бюджетых» компьютеров можно построить эффективную дисковую систему, опираясь на интерфейс IDE или SATA.

Для домашнего развлекательного компьютера «за глаза» хватит производительности современного жесткого диска, если его интерфейс IDE или SATA, а скорость вращения шпинделя не менее 7200 об/мин.

Дисковые массивы с избыточностью данных, которые принято называть RAID (Redubdant Arrays of Independebt Disks – избыточный массив независимых дисков) известны с 1998 года. Действительно массовыми они стали с развитием IDE RAID – контроллеров. В современных адаптерах реализована поддержка четырех уровней (спецификаций): RAID 0, RAID 1, RAID 0+1, RAID 5.

Дисковой массив без гарантии отказоустойчивости (Strped Disk Array without Fault Tolerance).

• Представляет собой дисковой массив, в котором данные разбиваются на блоки и каждый блок записывается (считывается) на отдельный диск (можно осуществлять несколько операций ввода-вывода одновременно).

• Обеспечивает наивысшую производительность при интенсивной обработке запросов ввода/вывода и данных большого объема, но отказ одного диска влечет за собой потерю всех данных массива.

• В котроллерах IDE RAID можно создавать Striped-массивы из двух или четырех дисков (при создании массива желательно использовать одинаковые диски).

RAID 0 является наилучшим вариантом для домашнего пользователя. Подключение двух даже сравнительно недорогих дисков увеличит производительность как минимум в полтора раза.

Зеркальное дублирование данных (дисковой массив с дублированием, или «зеркала» – mirroring) является традиционным способом повышения надежности дискового массива относительно небольшого объема. В простейшем варианте используется два диска, на которые записываются одинаковые данные. В случае отказа одного из дисков остается его копия, которая продолжает работать в прежнем режиме. Преимущество заключается в надежности, основной недостаток – удвоение стоимости хранения данных.

В контроллерах IDE RAID можно создавать зеркальные массивы из двух дисков. Объем массива равен объему наименьшего диска (желательно использовать одинаковые диски). Большинство современных контроллеров позволяют подключать «запасной» диск, на который в случае отказа одного из основных дисков массива вся информация пишется в фоновом режиме. Такая конфигурация выдерживает отказ двух дисков из трех (большинства).

Скорость вращения шпинделя в основном влияет на среднее время доступа к данным, так как головке чтения-записи жесткого диска необходимо какое-то время на поиск данных (то есть для перемещения на нужную дорожку). К этому добавляется скрытое время доступа (задержки), обусловленное необходимостью провернуть диск до попадания сектора под головку. В лучшем случае оно окажется равным нулю, а в худшем будет равно времени полного оборота диска. Принято считать, что задержка в среднем равна времени полуоборота и составляет от 5,6 мс (для дисков с частотой вращения 5 400 об/мин) до 2мс (для SCSI-дисков с частотой вращения 15 000 об/мин).

Стандартом частоты вращения для жестких дисков с интерфейсом SATA или IDE считаются значения 7 200 оборотов в минуту (среднее время доступа 9-10 мс), с интерфейсом SCSI – 15 000 об/мин (среднее время доступа 1–2 мс), но это вовсе не означает предел скорости или времени отклика. Существуют высокоскоростные модели для домашних ПК с частотой вращения шпинделя 10 000 оборотов в минуту и 21 000 для SCSI интерфейсов. Каждая «ступенька» прироста скорости обеспечивает увеличение общей производительности примерно на 25 %. Объем буфера (кэш-памяти) в основном влияет на внутреннюю скорость передачи данных. В жестких дисках с интерфейсом SATA устанавливают, как правило, буфер ёмкостью 8-16 мб. Диски с интерфейсом SCSI обычно оснащают кэш-памятью объёмом 8-64 Мбайт.

Оглавление книги