Жорсткі диски

Вступ

Зародившись майже одночасно разом з першим ПК, вінчестер як і раніше залишається основним носієм інформації. Перші жорсткі диски мали обсяг у трохи мегабайта й працювали при цьому вкрай повільно. У міру росту продуктивності ПК росли вимоги, пропоновані до жорстких дисків. Але, незважаючи на це, сучасний вінчестер має практично таку ж структуру, як і його десятилітній предок.

Вінчестер являє собою пристрій, оснащений дисками (пластинами, поверхнями), розташованими друг над іншому. Диски закріплені на шпинделі. У рух всю цю конструкцію приводить електромотор, з'єднаний зі шпинделем. За читання інформації відповідають спеціальні головки, що зчитують. Вони переміщаються від одного краю пластини до іншому й розташовуються над поверхнею диска на дуже малій відстані від її. Рухом головок і дисків управляє контролер, він же керує процесами запису й читання. Незважаючи на класичну структуру, сучасні пристрої сильно відрізняються від моделей минулих років по характеристиках.

Основні параметри, за допомогою яких можна описати жорсткий диск, - це кількість пластин, матеріал, з якого вони виготовлені, щільність запису, швидкість обертання пластин, розмір кеш-буфера, інтерфейс.

Виготовляють пластини з алюмінію або кераміки (IBM випускає навіть диски зі скла), на які зверху наносять шар феромагнетику. Це матеріали на основі окислів заліза або інших магнітних металів. В основному використаються металеві плівкові покриття. Лідером у цій області є компанія IBM, що робить свої жорсткі диски на основі нової технології антиферомагнітного покриття. Ця технологія вже перебуває у виробництві, і в майбутньому завдяки їй можна буде збільшити обсяг дисків у кілька разів. У найближчі два роки компанія планує досягти обсягу в 400 Гб для настільних комп'ютерів.

Пластин не обов'язково повинне бути трохи, сучасні технології дозволяють виготовляти вінчестери високої ємності на одній пластині. Широко поширені вінчестери з диском, у якого магнітний шар нанесений тільки з однієї сторони. Обсяг даних, які можна вмістити на одну сторону диска (щільність запису), теж впливає на загальну ємність диска. Звичайно більший обсяг жорсткого диска досягається саме збільшенням кількості пластин і щільності запису. Найбільша щільність запису на пластину становить на сьогодні 40 Гб, а максимальний обсяг становить 160 Гб для дисків з IDE інтерфейсом. При цьому диск ємністю 40 Гб може складатися із двох пластин по 20 Гб, а може з однієї пластини 40 Гб. Чим менше пластин і поверхонь використається у вінчестері, тим він швидше.

На швидкодію також впливає швидкість обертання пластин. У сучасних IDE жорстких дисках це або 5400 про./мін., або 7200 про./мін. Відповідно, чим більше цей параметр, тим швидше відбувається процес звертання до інформації, що зберігається на вінчестері. Для SCSI-дисків швидкість обертання пластин 7200 про./мін. є мінімальної, в основному швидкість обертання пластин такого роду дисків становить 10000 про./мін. або 15000 про./мін, залежно від моделі.

Розмір кеш-буфера - характеристика, що також впливає на швидкодію. Уважається, що чим більше буфер, тим вище продуктивність. За рахунок зниження числа фактичних звертань до диска забезпечується безперервний потік даних з меншою кількістю виконання механічних операцій. На сьогодні вже стандартним обсягом кэш-буфера вважається 2 Мб. Maxtor випускає серію дисків з кешем 8 Мб, формально їх можна вважати найшвидшими, хоча помітно ця перевага тільки в завданнях з потоковими даними. Наприклад, при відкритті й збереженні більших файлів в Photoshop.

1. Характеристики НЖМД

1.1 Надійність НЖМД

Жорсткі диски дуже чутливі до різного роду струсам, вібраціям й ударам. Це викликано пристроєм, у якому головки перебувають на дуже малій відстані від поверхні пластини. Тут досить невеликого впливу, щоб головка наблизилася до диска. При такому контакті відбувається порушення покриття. Крім цього, після зіткнення залишаються дрібні частки, які якщо й не прилипають до поверхні, то все-таки залишаються усередині, чим провокують подальший розвиток поганих секторів. Єдиний засіб боротьби - це уважне ставлення.

Нестабільність мережі живлення може привести до виходу з ладу не тільки контролера жорсткого диска, але й електронного механізму паркування головок, що приводить до того, що головки пакуються на робочій зоні, а не в зоні паркування. Це спричиняє ушкодження поверхні диска й головок. Можливість уникнути цього - мережний фільтр і джерело безперебійного живлення.

Усьому приходить кінець, і вінчестер також коли-небудь відмовиться працювати правильно. В основному відбувається розмагнічування поверхонь, внаслідок чого росте число поганих секторів і помилок читання. Для запобігання втрат даних у цьому випадку існує система самодіагностики S.M.A.R.T., а також різне ПО, завдяки якому власник жорсткого диска може бути заздалегідь попереджений про швидку відмову вінчестера.

Вінчестер також чутливий до температурних умов. Неважко помітити, що при роботі він нагрівається. Отож, якщо жорсткий диск перебуває близько до іншого пристрою, де немає достатньої вентиляції, це може привести до перегріву й, як наслідок, виходу з ладу двигуна, що обертає диски, або контролера. Сучасні жорсткі диски гріються набагато сильніше, ніж старі, в основному через швидкість обертання пластин, а також завдяки меншому числу мікросхем контролера, що працюють при цьому на значно більше високих частотах.

В описах накопичувачів можна зустріти такий параметр, як середньостатистичний час між збоями (Mean Time Between Failures - MTBF), що звичайно коливається від 20 до 500 тис. годин і більше.

Для правильного розуміння цього важливого параметра накопичувача варто знати, як виробники його обчислюють. Більшість із них досить тривалий час випускають накопичувачі на жорстких дисках, які працюють у комп'ютерах користувачів мільйони годин (якщо скласти час роботи всіх моделей). Для всіх моделей накопичувача обчислюється коефіцієнт збоїв окремих компонентів, що потім ураховується при проектуванні компонентів нового накопичувача. Для плати керування використаються стандартизовані промислові методи пророкування збоїв. Таким чином, виробник може для нової моделі накопичувача на жорстких дисках оцінити ймовірність збоїв на основі отриманих раніше статистичних даних.

Не менш важливо розуміти, що середньостатистичний час між збоями визначається для всіх накопичувачів однієї моделі, а не для окремого накопичувача. Якщо зазначено, що цей час дорівнює 500 тис. ч, виходить, помилка може з'явитися при загальному часі роботи 500 тис. ч всіх накопичувачів даної моделі. Якщо випущено 1 млн накопичувачів даної моделі й всі вони одночасно працюють, то можна чекати помилку щопівгодини. Параметр "середньостатистичний час між збоями" не застосуємо для окремого накопичувача або невеликої вибірки накопичувачів однієї моделі.

Крім того, необхідно правильно розуміти значення слова "помилка". У визначенні описаного вище параметра під помилкою мається на увазі повний вихід з ладу накопичувача (тобто його варто повернути виробникові), а не помилки, що з'являються, читання або запису файлів.

Деякі виробники описаний параметр називають середнім часом до першого збою. "Між збоями" - це час, протягом якого відновлений після першого збою накопичувач буде працювати до наступні (другого) збою. Але оскільки виробники найчастіше не займаються відновленням накопичувачів, а просто заміняють ушкоджений новим, то параметр "середньостатистичний час між збоями" некоректний. При покупці накопичувача на жорсткого диска не треба в першу чергу орієнтуватися на даний параметр або на середній час до першого збою.

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis And Reporting Technology) - технологія моніторингу й повідомлення про неполадки застосовується всіма виробниками жорстких дисків. Дозволяє прогнозувати несправності й заздалегідь приймати рішення відносно схоронності даних. Відслідковує стандартні показники роботи жорсткого диска, наприклад час виконання програм або частота появи збоїв при пошуку, і посилає попередження у випадку, коли перевищена величина для якого-небудь із факторів.

Практично кожен виробник вінчестерів представляє свої утиліти для роботи й моніторингу S.M.A.R.T. IBM надає свою утиліту DFT (Drive Fitness Test), що дозволяє діагностувати жорсткий диск, переглядати показники S.M.A.R.T., а при необхідності користуватися Low-level Format.

Data Lifeguard - фірмова утиліта компанії Western Digital, призначена спеціально для IDE жорстких дисків. Вона не тільки відслідковує стан накопичувача, але й здатна виправити такі неполадки, як помилки читання секторів у результаті експлуатації. Існує також online діагностичний сервіс, за допомогою якого можна перевірити практично будь-який IDE жорсткий диск.

Seagate також розробила целую систему, кото-оая містить у собі захист диска, захист даних і систему діагностичного захисту.

HDD TEMPERATURE (http://www.siduardian.ru) -утиліта, що відслідковує температуру накопичувача й попереджає про критичний стан. Працює тільки з дисками, що мають температурний датчик.

1.2 Технологія S.M.A.R.T.

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology- технологія самотестування, аналізу й звітності) - це новий промисловий стандарт, що описує методи пророкування появи помилок жорсткого диска.

При активізації системи S.M.A.R.T. жорсткий диск починає відслідковувати певні параметри, чутливі до несправностей накопичувача або вказують на них. У результаті такого відстеження можна пророчити збої в роботі накопичувача. Якщо на основі параметрів, що відслідковують, імовірність появи помилки зростає, S.M.A.R.T. генерує для BIOS або драйвера операційної системи звіт про виниклу неполадку, що вказує користувачеві на необхідність негайного резервного копіювання даних до того моменту, коли відбудеться збій у накопичувачі.

На основі параметрів, що відслідковують, S.M.A.R.T. намагається визначити тип помилки. За даними компанії Seagate, 60% помилок механічні. Саме цей тип помилок і передвіщається S.M.A.R.T. Природно, не всі помилки можна пророчити, наприклад поява статичної електрики, раптовий струс або удар, термічні перевантаження й т.д.

Технологія S.M.A.R.T. була розроблена компанією IBM в 1992 році. У тому ж році IBM випустила жорсткий диск формату 3,5 дюйми з модулем Predictive Failure Analysis (PFA), що вимірював деякі параметри накопичувача й у випадку їхньої критичної зміни генерував попереджуюче повідомлення. IBM передала на розгляд ANSI специфікацію технології пророкування помилок накопичувача, і в результаті з'явився ANSI-стандарт - протокол S.M.A.R.T. для SCSI-пристроїв (документ X3T10/94-190).

Для накопичувачів з інтерфейсом IDE/ATA технологія S.M.A.R.T. була реалізована лише в 1995 році. У розробці цього стандарту брали участь Seagate Technology, Conner Peripherals (у цей час є підрозділом Seagate), Fujitsu, Hewlett-Packard, Maxtor, Quantum й Western Digital. У результаті роботи цієї групи компаній була опублікована специфікація S.M.A.R.T. для накопичувачів на жорстких дисках з інтерфейсом IDE/ATA й SCSI, і вони відразу ж з'явилися на ринку.

У накопичувачах на жорстких дисках з інтерфейсом IDE/ATA й SCSI реалізація S.M.A.R.T. подібна, за винятком звітної інформації. У накопичувачах з інтерфейсом IDE/ATA драйвер програмного забезпечення інтерпретує попереджуючий сигнал накопичувача, який генерується командою S.M.A.R.T. report status. Драйвер запитує в накопичувача статус цієї команди. Якщо її статус інтерпретується як, що наближається крах, жорсткого диска, то операційній системі посилає попереджуюче повідомлення, а та, у свою чергу, інформує про помилку користувача. Така структура в майбутньому може доповнюватися новими властивостями. Операційна система може інтерпретувати атрибути, які передаються за допомогою розширеної команди report status. У накопичувачах з інтерфейсом SCSI S.M.A.R.T. інформує користувача тільки про два стани накопичувача - про нормальну роботу й про помилку.

Для функціонування S.M.A.R.T. необхідна підтримка на рівні BIOS або драйвера жорсткого диска операційної системи (і, природно, накопичувач на жорстких дисках, що підтримує цю технологію). S.M.A.R.T. підтримується декількома програмами, наприклад Norton Smart Doctor компанії Symantec, EZ від Microhouse International або Data Advisor від Ontrack Data International.

Зверніть увагу, що традиційні програми діагностики диска, наприклад Scandisk й Norton Disk Doctor, працюють із секторами даних на поверхні диска й не відслідковують всіх функцій накопичувача в цілому. У деяких сучасних накопичувачах на жорстких дисках резервуються сектори, які в майбутньому використаються замість дефектних. Як тільки "вступає в справу" один з резервних секторів, S.M.A.R.T. інформує про це користувача, у той час як програми діагностики диска не повідомляють про яких-небудь проблеми.

Кожен виробник накопичувачів на жорстких дисках по-своєму реалізує параметри монітора S.M.A.R.T., причому більшість із них реалізували власний набір параметрів. У деяких накопичувачах відслідковується висота "польоту" головок над поверхнею диска. Якщо ця величина зменшується до деякого критичного значення, то накопичувач генерує помилку. В інших накопичувачах виконується моніторинг кодів корекції помилок, що показує кількість помилок читання й записи на диск. У більшості дисків реалізована реєстрація наступних параметрів:

висота польоту головки над диском;

швидкість передачі даних;

кількість перепризначених секторів;

продуктивність часу пошуку;

кількість повторів процесу калібрування накопичувача.

Кожен параметр має граничне значення, що використається для визначення того, чи з'явилася помилка. Це значення визначається виробником накопичувача й не може бути змінено.

Якщо S.M.A.R.T. у процесі моніторингу накопичувача виявляє невідповідність параметрів, то драйверу диска відправляється попереджуюче повідомлення, а драйвер інформує про "нестандартну ситуацію" операційну систему, що сповіщає користувача про необхідність негайного резервного копіювання даних. У цьому попереджуючому повідомленні може також утримуватися інформація про тип, виробника, номер накопичувача.

Не ігноруйте подібне попереджуюче повідомлення й негайно виконаєте резервне копіювання даних! А що ж робити після цього? Спробуйте самостійно усунути причину появи попереджуючого повідомлення, наприклад, якщо накопичувач на жорстких дисках перегрівся, спробуйте виключити на якийсь час комп'ютер, а потім включити знову. Якщо ж причина криється "у надрах" накопичувача, то зв'яжіться зі службою технічної підтримки вашого комп'ютера або накопичувача.

1.3 Швидкодія НЖМД

Важливим параметром накопичувача на жорсткому диску є його швидкодія. Цей параметр для різних моделей може варіюватися в широких межах.

І як це часто буває, кращим показником швидкодії накопичувача є його ціна. Тут цілком справедливі слова, сказані із приводу гоночних автомобілів: "Швидкість коштує грошей. Наскільки швидко ви хочете їздити?".

Швидкодія накопичувача можна оцінити по двох параметрах:

середньостатистичному часу пошуку (average seek time);

швидкості передачі даних (data transfer rate).

Під середньостатистичним часом пошуку, що виміряється в мілісекундах, мається на увазі середній час переміщення головок з одного циліндра на іншій (причому відстань між цими циліндрами може бути довільним). Виміряти цей параметр можна, виконавши досить багато операцій пошуку випадково обраних доріжок, а потім розділивши загальний час, витрачений на цю процедуру, на кількість зроблених операцій. У результаті буде отриманий середній час однократного пошуку.

Виробники дисководів як середній час пошуку часто вказують часовий інтервал, що необхідний для переміщення головок на відстань, рівної однієї третини ширини зони запису даних на диску. Середній час пошуку майже винятково залежить від конструкції накопичувача (точніше, від механізму привода головок), а не від типу інтерфейсу або контролера.

Існує ще один параметр, що дозволяє оцінити швидкодію, - середній час доступу, що відрізняється від часу пошуку тим, що при його вимірі враховується запізнювання. Під запізнюванням у цьому випадку мається на увазі середній час, що йде на те, щоб шуканий сектор виявився під головкою після її виведення на доріжку. У середньому величина запізнювання дорівнює половині періоду обігу диска й при частоті обертання 3 600 об/хв становить 8,33 мс. Якщо диск обертається у два рази швидше, те запізнювання буде у два рази менше. Що ж стосується середнього часу доступу, то воно визначається як сума середнього часу пошуку й запізнювання. Цей параметр (середній час доступу) характеризує середній час, необхідне для одержання доступу до даних, які записані в обраному випадковим образом секторі.

Запізнювання істотно впливає на загальну швидкодію накопичувача. При його зниженні скорочується час доступу до даних і файлів, але зменшити запізнювання можна тільки за рахунок збільшення частоти обертання дисків. Величини запізнювання для найпоширеніших швидкостей обертання дисків наведені в табл. 10.6.

У накопичувачах із частотою обертання дисків 7 200 об/хв величина запізнювання становить 4,17 мс, а для частоти обертання диска 10 000 об/хв ще менше - 3,0 мс. З ростом частоти обертання не тільки зменшується запізнювання, але й зростає швидкість передачі даних (їхнє зчитування й запис після виведення головок на заданий сектор відбуваються з більшою швидкістю).

Таблиця 10.6 Швидкості обертання жорстких дисків і величини запізнювання

Імовірно, найбільш важливою характеристикою при оцінці загальної продуктивності накопичувача є швидкість передачі даних, але, з іншого боку, вона ж уважається найменш зрозумілою. Проблема полягає в тому, що в цей час для кожного дисководу можуть бути визначені відразу кілька швидкостей передачі даних.

Більшість виробників дискових накопичувачів звичайно повідомляють п'ять швидкостей передачі даних. Одна з них - це швидкість передачі даних інтерфейсу, що у сучасних дисководах АТА досягає 100 Мбайт/с. Іншими специфікаціями швидкостей є середні швидкості передачі даних, які можуть бути виражені у вигляді максимальних, мінімальних, фактичних максимальних і фактичної мінімальної швидкостей. Якщо середня швидкість не зазначена, її можна легко обчислити.

Середня швидкість передачі даних уважається більше важливою характеристикою, чим швидкість передачі даних інтерфейсу. Це пов'язане з тим, що середня швидкість являє собою дійсну швидкість безпосереднього зчитування даних з поверхні жорсткого диска. При цьому максимальна швидкість є, скоріше, очікуваною постійною швидкістю передачі даних.

Компанія-виготовлювач дисководів звичайно вказує величини мінімальної й максимальної швидкостей передачі даних. У цей час більшість сучасних накопичувачів мають зональний запис із різною кількістю секторів на доріжках. Як правило, поверхня диска розділена на 16 зон, причому число секторів внутрішньої зони приблизно у два рази менше, ніж зовнішньої (таким чином, швидкість передачі даних теж у два рази менше). Швидкість обертання жорсткого диска постійна, тому швидкість зчитування даних із зовнішніх циліндрів (де число секторів на доріжці найбільше) вище, ніж із внутрішніх.

Існує певне розходження між формальною й фактичною швидкостями передачі даних. Формальна швидкість визначає, наскільки швидко біти (одиниці ємності пам'яті) можуть бути лічені з поверхні жорсткого диска. Далеко не всі біти є бітами даних (це може бути проміжок між секторами або ідентифікатор бітів). Крім того, варто враховувати час, затрачуваний при пошуку даних на переміщення головок з доріжки на доріжку. Таким чином, фактична швидкість передачі даних являє собою реальну швидкість зчитування даних з диска або їхнього запису на диск.

Зверніть увагу, що більшість виробників указують тільки формальну швидкість передачі даних. Для визначення фактичної швидкості варто врахувати, що вона становить приблизно дві третини формальної швидкості. У тому випадку, якщо буде зазначена тільки максимальна швидкість передачі даних (формальна або фактична), з великою часткою ймовірності можна допустити, що мінімальна швидкість складе приблизно половину, а середня - три п'ятих максимальної швидкості передачі даних.

Розглянемо як приклад дисковід IBM Deskstar 60GXP, що, на сьогоднішній день, є одним з найшвидших накопичувачів ATA/IDE. Його основні параметри: швидкість обертання 7 200 об/хв, повна підтримка швидкості передачі даних інтерфейсу АТА/100 (пропускна здатність інтерфейсу між контролером і системною платою 100 Мбайт/с). Варто помітити, що фактична швидкість передачі даних набагато нижче.

У табл. 10.7 наведені специфікації дисководу Ultra-ATA/100 IBM Deskstar 60GXP зі швидкістю обертання 7 200 об/хв.

Як бачите, дійсна швидкість передачі носія коливається в межах від 20,9 до 40,8 Мбайт/з, що в середньому становить приблизно 30,8 Мбайт/з, або менш однієї третини від швидкості передачі інтерфейсу. Варто помітити, що дисковід, що має фактичну швидкість передачі 30,8 Мбайт/з, вас не розчарує: фактично це один з найшвидших накопичувачів на сьогоднішньому ринку.

Мене часто запитують про можливості модифікації інтерфейсу АТА. У багатьох комп'ютерах використаються системні плати, що підтримують тільки режими АТА/33 або АТА/66. Після того як ви довідаєтеся фактичні швидкості передач носіїв більшості дисководів, ви зрозумієте, чому я не рекомендую встановлювати в таких системах окремі контролери АТА/100. Подібна модифікація не дасть практично ніякого збільшення швидкості. Це звязано з тим, що фактична швидкість передачі даних використовуваних дисководів нижче, ніж швидкість інтерфейсу АТА/33, не говорячи вже про інтерфейси АТА/66 або АТА/100.

Існує два основних фактори, що безпосередньо впливають на швидкість передачі даних: швидкість обертання диска й щільність лінійного запису, або кількість секторів на доріжці. Наприклад, при рівній кількості секторів на доріжці швидкість передачі даних буде вище в дисководу, що має більшу швидкість обертання. За аналогією із цим, при рівній швидкості обертання накопичувач із більшою щільністю запису буде мати більшу швидкість передачі. При порівнянні ефективності накопичувачів варто враховувати обоє факторів.

Як приклад розглянемо дисковід Seagate Cheetah X15, швидкість обертання якого дорівнює 15 000 об/хв.

У табл. 10.8 наведені швидкості передачі даних накопичувача Ultra3-SCSI/160 Seagate Cheetah X15.

Для порівняння в табл. 10.9 наведені параметри дисководу Ultra3-SCSI/160 Seagate Cheetah 73LP, швидкість обертання якого дорівнює 10 000 об/хв.

Таблиця 10.7. Швидкості передачі даних дисководу IBM Deskstar 60GXP

Таблиця 10.8. Швидкості передачі даних дисководу Seagate Cheetah X15

Таблиця 10.9. Швидкості передачі даних дисководу Seagate Cheetah 73LP

Як бачите, швидкість передачі дисководу Cheetah 73LP (частота обертання 10 000 об/хв) вище, ніж дисководу Cheetah Х15 (15 000 об/хв). Але при цьому помітьте, що жоден із цих накопичувачів навіть і не наблизився до швидкості передачі даних інтерфейсу Ultra3 SCSI (160 Мбайт/с). При порівнянні ефективності різних дисководів не слід ураховувати тільки один параметр, наприклад швидкість обертання. Найчастіше може виявитися (як у цьому прикладі), що дисковід з більше високою швидкістю обертання має більше низьку швидкість передачі даних. Тому, даючи оцінку ефективності накопичувачів, будьте обережні. Найбільш важливою характеристикою загальної продуктивності жорстких дисків залишається швидкість передачі даних носія.

У старих накопичувачах виробники часто вказували максимальну й мінімальну кількість секторів на доріжці. Знаючи ці величини, а також швидкість обертання, можна визначити фактичну швидкість передачі даних. Крім того, майте на увазі, що в багатьох накопичувачах (особливо із зональним записом) відбувається вже згадуване перетворення секторів, і обумовлене BIOS кількість секторів на доріжці має мало загального з реальністю. У даній ситуації важливо знати саме фізичні параметри дисків, а не параметри, про які повідомляє BIOS.

Знаючи перераховані параметри, можна визначити максимальну швидкість передачі даних MDTR (Maximum Data Transfer Rate) у мегабайтах у секунду по наступній формулі:

MDTR=SPT?5 12?RPM/60/1000000,

де SRT (Sectors Per Track)- кількість секторів на доріжці; 512- кількість байтів даних у кожному секторі; RPM (Rotations Per Minute) - частота обертання дисків (обертів у хвилину); 60 - кількість секунд у хвилині.

Наприклад, у накопичувачі IBM Travelstar 32GH (формат 2,5 дюйми, об'єм 32 Гбайт) диски обертаються зі швидкістю 5 411 об/хв, а середнє число секторів на доріжці - 472. Середня швидкість передачі даних носія буде дорівнює:

472? 512?(5411/60)/1000000 = 21,8 Мбайт/с.

Точно так само можна обчислити максимальну очікувану швидкість передачі даних для будь-якого накопичувача.

Швидкодія дискового накопичувача можна істотно підвищити, якщо скористатися спеціальними програмами кешування, наприклад SMARTDRV (DOS) або VCASHE (Windows 9х, Windows NT й Windows 2000). Ці програми "підключаються" до переривання жорсткого диска на рівні BIOS (перехоплюють переривання BIOS) і обробляють запити на зчитування й запис, що направляють додатками й драйверами пристроїв в BIOS.

Якщо додатку знадобилося вважати порцію даних з жорсткого диска, кеш-програма перехоплює відповідний запит, перевіряє наявність певних умов (про які буде сказано нижче) і, якщо вони не задовольняються, передає запит у незмінному виді контролеру накопичувача. Лічені в накопичувачі дані не тільки передаються додатку, але й зберігаються в спеціальному буфері (кеші). Залежно від розміру кеша, у ньому можуть зберігатися дані з досить великої кількості секторів.

Якщо додатку потрібно вважати додаткові дані, кеш-програма знову перехоплює запит і перевіряє, чи не зберігаються запитані дані в буфері. Якщо це так, то вони негайно передаються додатку, без безпосереднього звертання до диска. Можете уявити собі, наскільки цей прийом прискорює доступ до диска (і заодно позначається на результатах вимірів швидкодії накопичувача).

Більшість сучасних контролерів включають убудований кеш того або іншого різновиду, якому не потрібно перехоплювати й використати переривання BIOS. Кешування здійснюється на апаратному рівні, і звичайні програми виміру швидкодії накопичувачів його "не зауважують". Першими з подібних родів пристроїв у накопичувачах були буфери випереджального зчитування доріжки (read-ahead buffer), завдяки яким удалося одержати коефіцієнт чергування 1:1. В одних сучасних контролерах просто збільшений розмір цих буферів, а в інші використаються більше інтелектуальні пристрої, по своїх можливостях близькі до кеш-програмам.

Багато накопичувачів IDE й SCSI мають убудовану кеш-пам'ять. Наприклад, у накопичувачі Hawk компанії Seagate ємністю 4 Гбайт установлений кеш обсягом 512 Кбайт. В інших моделях убудована пам'ять ще більше: у накопичувачі Barracuda компанії Seagate ємністю 4 Гбайт вона становить 1 Мбайт, а в IBM Ultrastar 72ZX ємністю 73,4 Гбайт - 16 Мбайт. У колишні часи системна пам'ять обсягом 640 Кбайт здавалася величезної, а зараз у невеликих накопичувачів формату 3,5 дюйми убудований (тобто чисто допоміжний) кеш перевищує цю величину. Саме завдяки використанню кеш-пам'яті накопичувачі IDE й SCSI відрізняються настільки високою швидкодією.

Незважаючи на те, що програмне й апаратне кешування даних дозволяє істотно підвищити продуктивність накопичувачів при звичайних операціях зчитування й запису, реальна (фізична) швидкість передачі даних визначається тільки конструкцією самого пристрою.

Говорячи про швидкодію накопичувачів, не можна обійти питання про чергування секторів. Ця тема традиційно розглядається в розділах, присвячених швидкодії контролерів, а не накопичувачів, однак у більшості сучасних пристроїв (IDE й SCSI) убудовані контролери, що обробляють дані з тією же швидкістю, з якої вони надходять із накопичувачів. Це означає, зокрема, що практично всі сучасні накопичувачі IDE й SCSI форматуються без чергування секторів (іноді говорять про коефіцієнт чергування 1:1). Майже у всіх сучасних комбінаціях "нагромаджувач-контролер" коефіцієнт чергування за замовчуванням установлюється рівним 1:1, і міняти його немає ніякого сенсу.

1.4 Вартість НЖМД

Останнім часом "питома вартість" накопичувачів на жорстких дисках упала до 2 центів за мегабайта (і навіть нижче). Вартість накопичувачів продовжує знижуватися, і через якийсь час вам здасться, що навіть півцента за мегабайта - це занадто дорого. Саме через зниження цін накопичувачі ємністю менш 1 Гбайт зараз практично не випускаються, а оптимальним вибором буде диск ємністю більше 10 Гбайт.

1.5 Об'єм НЖМД

Перше, на що звертає увагу покупець при виборі вінчестера, - цифри, що позначають обсяг інформації, якому можна на нього записати. Комп'ютер звичайно купується «із запасом», з таким розрахунком, щоб можна було б його використати довгий час, не модернізуючи. Тому на даний момент такими вважаються диски обсягом більше 40 Гб. На перший погляд здається занадто багато, не чи правда? Але зробимо невеликий розрахунок. Для зручної роботи на новий комп'ютер необхідно встановлювати нову операційну систему. Якщо це буде Windows XP, то поведе за собою втрату як мінімум одного гігабайта корисного місця на диску. Тексти на комп'ютері набивати будемо? Установка необхідного ПО для цього займе ще 0,5 Гб. Поставивши безліч програм, необхідних для роботи в Інтернеті, редагування зображень, прослуховування й просматривания мультимедийных файлів, антивірусного захисту, та й ще багатьох інших, набір яких обмежується тільки фантазією конкретного користувача, ми вбиваємо ще пари гігабайт. Тепер іграшки. Існує багато різних думок про це явище, але навіть у самого завзятого борця проти них часом можна знайти на вінчестері пари ігор, існування яких він буде заперечувати аж до того, як його викриють за цим, дурним, за його словами, заняттям. Я не говорю вуж про дітей, для яких робота на комп'ютері часом асоціюється тільки з іграми. Але ж вони теж займають місце. Сучасні тривимірні ігри можуть «важити» до чотирьох гігабайт. І мало хто грає тільки в одну гру. Разом, для повноцінного використання комп'ютера користувачеві необхідно забити всіляким ПО аж близько 10 Гб! Але й на цьому рідко хто звичайно зупиняється. Дуже зручно мати на комп'ютері повне зібрання творів улюбленої музичної групи або навіть декількох. Одна така фонотека займе від гігабайта до... нескінченно. А відео? Навряд чи ви відмовитеся мати під рукою улюблені фільми. Тим більше якщо на звичайних касетах їх складно знайти. Один фільм, залежно від якості, може займати від 600 Мб до 4 Гб. І це тільки один. Досвідчені користувачі можуть додати в мій список ще цілий ряд того, чим можна «забити» вінчестер до відмови. Та й до того ж комп'ютер купується не на один рік, а, судячи з темпів зростання «ваги» нових версій програм, через якийсь час розраховані тут обсяги потрібно буде подвоювати, а Потім і потроювати. З іншого боку, виробники почали відмовлятися від продажу моделей з обсягом меншим 40 Гб й удосконалюються у виробництві все більших зразків, причому різниця в ціні між 40,60 й 80 Гб. Таким чином, виходить, що обсяг вінчестера дійсно повинен бути не менш 40 Гб.

Розберемося, що виробники роблять для збільшення обсягу. Один з найпростіших способів, що у першу чергу спадає на думку, це збільшити у вінчестері число пластин - носіїв інформації. У такий спосіб можна одержати жорсткі диски різного обсягу, практично не торкаючи його електронне наповнення. Спосіб досить привабливий - на розробку диска нової ємності йде мінімум часу й грошей, але безкоштовний сир буває тільки самі знаєте де. При збільшенні числа пластин природно підвищується навантаження на двигун і механічні частини вінчестера, помітно росте температура й шум, видаваний пристроєм. Все це негайно позначається на надійності вінчестера, що створює фізичний бар'єр для збільшення числа пластин. У зв'язку із цим їхня кількість для IDE-дисків звичайно обмежується трьома, а рекордсменами в цій області можна назвати SCSI-диски компанії Seagate, які складаються аж з 12 пластин.

Наступний спосіб підвищення обсягу вінчестера є більше прогресивн і складним і складається в збільшенні щільності запису інформації. Тобто, якщо в моделях, що випускалися кілька років назад, одна пластина могла вміщати в себе до десяти гігабайт інформації, те тепер уже загальноприйнятим стандартом стала щільність не менш 40 гігабайт на пластину. До і тут виникають певні складності. Сучасні диски для вінчестерів виготовляються зі спеціального матеріалу - магнітного композита. Він має специфічну властивість так називаної магнітної нестабільності. Тобто за допомогою записуючої магнітної головки в певних ділянках пластини магнітні часточки матеріалу можуть бути намагнічені (поляризовані) у певному напрямку. Послідовність таких ділянок при зчитуванні може бути перетворена в машинний код, а потім уже в більше осмислену інформацію. Розроблювачами жорстких дисків уже давно було доведено, що магнітний композит й інші його зібратися, нестабільні при нормальних умовах, мають

I фізична межа щільності запису. Чим вище ця межа, тим вище повинна бути температура матеріалу. І от, фахівцями компанії Seagate була розроблена новітня технологія, названа HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording), що дозволяє записувати до 50 терабайт на один квадратний дюйм. Суть цієї технології лежить у розробці нового матеріалу, набагато більше міцного, чим звичайний, і стабільного при нормальних умовах. Друга частина нового методу лежить у спеціальній головці, у якій убудований лазер. За допомогою лазера при записі буде розігріватися невелика область пластини, внаслідок чого остання буде губити стабільність. Після запису пластина природно остудиться, і читання можна буде робити без нагрівання. Така технологія в багато разів підвищить не тільки щільність запису, але й надійність. Без команди на запис лазер не буде включений, а перезаписати інформацію на охолодженій пластині буде неможливо через властивості матеріалу. Можливість же спробувати такий вінчестер у роботі, за заявою Seagate, можна буде вже в 2005-ом року.

1.6 Шумність НЖМД

Для багатьох може здатися це досить дивним, але вже протягом досить довгого часу одним з головних факторів боротьби за перше місце серед виробників жорстких дисків є шум, видаваний їхніми продуктами. Для багатьох користувачів, особливо домашніх, що переважно використають комп'ютер як ігрова приставка й пристрою для одержання електронної пошти, цей фактор рідко буває переважної.

Однак читачі, що мають досвід роботи на комп'ютері по ночах або в невеликому офісі з більшою кількістю персоналок, зрозуміють важливість цієї «суєтної» боротьби. Дійсно, рідка дружина захоче засипати під мерзенний, на її думку, скрегіт комп'ютера. А якщо комп'ютер використається в якості музичної або відеосистеми? Будь-яка зроблена якість музичних файлів зводиться на немає монотонним постукуванням усередині системного блоку. Саме про таких вимогливих споживачів піклуються розроблювачі жорстких дисків.

На перший погляд може здатися, що чим швидше крутится шпиндель вінчестера, тим голосніше буде звук, їм видаваний. На сьогоднішній момент це не зовсім так. За результатами останніх тестувань інший «семитысячник» дасть фору «пятитысячникам» по тиші роботи. По-перше, це досягається новими розробками підшипника й двигуна вінчестера. Давно вже безповоротно застаріли підшипники з металевими кульками. Метал, як відомо, пластичний, і згодом навіть на самих якісних кульках з'являються вм'ятини й щербинки, що неодмінно приводить до збільшення шуму, видаваного пристроєм. У кулькових підшипниках на даний момент використаються тільки керамічні кульки, які забезпечують більшу надійність і довше зберігають свою форму. Останнім же словом техніки в цій сфері є рідинні, або гідродинамічні підшипники (Fluid Dynamic Bearing (FDB), Hydrodynamic Bearing (HDB)). Тут кульки не використаються, а їхня роль грає рідина, який заповнюється підшипник. У такий спосіб підвищуються не тільки акустичні, але.і робочі якості жорсткого диска. Зменшена вібрація пластин дозволяє більш точно позиціювати головку й швидше знаходити потрібну доріжку. Природно, якісні FDB-підшипники забезпечують більшу надійність вінчестера, у порівнянні зі своїми кульковими побратимами.

Іншими факторами, що впливають на акустичні властивості диска, можна назвати звук, видаваний при переміщенні головок, а також резонансний звук, що виникає при закріпленні пристрою на шасі системного блоку. У боротьбі з останнім фактором виробники вінчестерів часом просто неспроможні, тому що вібрацію механічного пристрою неможливо забрати по визначенню. Позбутися від цього джерела шуму можна скоріше за допомогою більше дорогого корпуса системного блоку, що володіє засобами шумо-поглощения. Зі звуком, що видають головки при пошуку потрібних доріжок, виробники, навпаки, воліють активно боротися, що в них виходить досить добре. Гучність цього звуку можна обчислити за допомогою таблиці, віднявши від гучності вінчестера при пошуку гучність при холостому обертанні пластин. Кожна компанія-виробник розробляє свої, ексклюзивні технології шумопонижения. Так, наприклад, Seagate й Western Digital пропонують різні режими - так називані «тихий» й «нормальний» пошук, обирані користувачем за допомогою спеціальних меню в BIOS, у самій операційній системі або спеціальній програмі-утиліті. При такому «тихому» пошуку вінчестер працює небагато повільніше відносно «нормального» режиму, але й набагато тихіше. Таким чином, користувач мо_жет самостійно визначати, що йому на даний момент важливіше - тиша або швидкість.

Існують способи зниження рівня гучності при пошуку, що часто приводять до з роботи вінчестера. Приміром, так називане «профільоване позиціювання» дозволяє рухатися головці більш плавно, без ривків. Це досягається плавною зміною енергопостачання привода, що, природно, веде до зниження середньої швидкості позиціювання головки.

Висновок

Якщо ви збираєтеся встановити у своєму комп'ютері новий жорсткий диск, виходите з наведених тут вимог.

Із всіх можливих інтерфейсів накопичувачів на сьогоднішній день має сенс розглядати тільки два:

IDE;

SCSI.

Інтерфейс SCSI має більші можливості, пов'язаними з розширенням системи, сумісністю з різними комп'ютерними платформами, передбачуваною ємністю накопичувача, швидкодією й універсальністю. Інтерфейс IDE дешевше, він не уступає по швидкодії SCSI, але можливості його розширення, сумісності й універсальності обмежені. Проте я звичайно раджу користувачам вибирати саме інтерфейс IDE, оскільки навряд чи хто-небудь із них буде встановлювати у своєму комп'ютері більше двох (чотирьох) жорстких дисків. Що стосується інших пристроїв у стандарті SCSI, те й вони потрібні далеко не кожному власникові персонального комп'ютера. Використання інтерфейсу SCSI дає деякий виграш у продуктивності при роботі в таких многозадачних операційних системах, як Windows NT/2000. Однак IDE зводить цей виграш нанівець, оскільки вартість пристроїв IDE значно нижче й підключаються вони безпосередньо до локальної шини процесора.

Перелік посилань

1. Вебер Ральф. Сборка, конфигурирование, настройка, модернизация и разгон ПК. Энциклопедия пользователя: Пер. с нем./ Ральф Вебер. - К.: «ДиаСофт», 2001. - 544 с.

2. Колисниченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства РС. - 4-е изд. Перераб. и доп. - СПб.: БХВ - Петербург, 2000. - 1024 с.: ил.

3. Пресс Барри. Ремонт и модернизация ПК. Библия пользователя.: Пер. с англ. - Изд. для профес. - К.; М.; СПб.: Діалектика, 1999. - 976 с.: ил.

4. Скотт Мюллер. Модернизация и ремонт персональных компьютеров. - Пер. с англ. - М.: Восточная Книжная Компания, 1996. - 896 с.: ил.

5. Брукс Чарльз Дж. Аттестация А+. Техник по обслуживанию ПК. Организация, обслуживание, ремонт и модернизация ПК и ОС.: Пер. с англ./ Чарльз Дж. Брукс. - СПб.: ООО «ДиаСофтЮП», 2002. - 816 с.