A merevlemez -meghajtó teljesítményjellemzői - Hard disk drive performance characteristics
A merevlemez -meghajtókban nagyobb teljesítményt nyújtanak azok az eszközök, amelyek jobb teljesítményjellemzőkkel rendelkeznek. Ezek a teljesítményjellemzők két kategóriába sorolhatók: hozzáférési idő és adatátviteli idő (vagy sebesség) .
Hozzáférési idő
A forgó meghajtó hozzáférési ideje vagy válaszideje azt az időt méri, ameddig a meghajtó ténylegesen képes adatokat továbbítani . A forgó hajtáson ezt az időt befolyásoló tényezők többnyire a forgó tárcsák és a mozgó fejek mechanikai jellegéhez kapcsolódnak . Néhány egymástól függetlenül mérhető elemből áll, amelyeket összeadva egyetlen értéket kapnak a tárolóeszköz teljesítményének értékelésekor. A hozzáférési idő jelentősen változhat, ezért jellemzően a gyártók biztosítják, vagy átlagban referenciaértékekben mérik.
A kulcskomponensek, amelyeket rendszerint összeadnak a hozzáférési idő megszerzése érdekében, a következők:
Keress időt
Forgó hajtások esetén a keresési idő azt méri , hogy mennyi ideig tart a fej szerelvénye a hajtóműkaron, hogy eljusson a lemez sávjához, ahol az adatok olvasásra vagy írásra kerülnek. Az adathordozón lévő adatokat szektorokban tárolják, amelyek párhuzamos kör alakú sávokban vannak elrendezve ( koncentrikusak vagy spirálisak az eszköztípustól függően ), és van egy hajtómű, amelynek karja felfüggeszti a fejet, és amely adatokat továbbíthat az adott adathordozóval. Amikor a meghajtónak olvasnia vagy írnia kell egy bizonyos szektort, akkor meghatározza, hogy a szektor melyik sávban található. Ezután a hajtómű segítségével mozgatja a fejet az adott pályára. Ha a fej kezdeti helye a kívánt sáv lenne, akkor a keresési idő nulla lenne. Ha a kezdeti sáv a hordozó legkülső széle volt, és a kívánt sáv a legbelső szélén volt, akkor a keresési idő lenne az adott meghajtó maximális ideje. A keresési idők nem lineárisak a megtett távolsághoz képest a működtető kar gyorsulásának és lassulásának tényezői miatt.
A forgó hajtás átlagos keresési ideje az összes lehetséges keresési idő átlaga, amely technikailag az összes lehetséges keresés ideje, osztva az összes lehetséges keresés számával, de a gyakorlatban statisztikai módszerekkel határozzák meg, vagy egyszerűen közelítik keresse a műsorszámok több mint egyharmadát.
Keresse az időket és a jellemzőket
Az első HDD átlagos keresési ideje körülbelül 600 ms volt. és az 1970 -es évek közepére a HDD -k rendelkezésre álltak, körülbelül 25 ms keresési idővel. Néhány korai PC -meghajtó léptetőmotort használt a fejek mozgatásához, és ennek eredményeként a keresési idő akár 80–120 ms volt, de ez gyorsan javult a hangtekercs típusú működtetéssel az 1980 -as években, így a keresési idő körülbelül 20 ms volt. A keresési idő az idő múlásával lassan javult.
A leggyorsabb, csúcskategóriás szervermeghajtók keresési ideje körülbelül 4 ms . Egyes mobileszközök 15 ms -os meghajtókkal rendelkeznek, a leggyakoribb mobilmeghajtók körülbelül 12 ms -on, a leggyakoribb asztali meghajtók pedig általában 9 ms -nál.
Két másik, ritkábban hivatkozott keresési mérés a nyomon követés és a teljes löket . A sáv közötti mérés az az idő, amely szükséges az egyik sávról a szomszédos pályára való átmenethez. Ez a lehető legrövidebb (leggyorsabb) keresési idő. A merevlemezeknél ez jellemzően 0,2 és 0,8 ms között van. A teljes löketmérés az az idő, amely a legkülső sínről a legbelső vágányra való átmenethez szükséges. Ez a lehető leghosszabb (leglassabb) keresési idő.
Rövid simogatás
A rövid simogatás olyan kifejezés, amelyet a vállalati tárolási környezetekben használnak a HDD leírására, amelynek szándékosan korlátozott a teljes kapacitása, így a hajtóműnek csak kisebb számú teljes sávon kell mozgatnia a fejeket. Ez korlátozza a fejek maximális távolságát a meghajtó bármely pontjától, ezáltal csökkenti az átlagos keresési időt, de korlátozza a hajtás teljes kapacitását is. Ez a csökkentett keresési idő lehetővé teszi a HDD számára, hogy növelje a meghajtóról elérhető IOPS számát . A tároló használható bájtjainak költsége és teljesítménye nő a maximális sávtartomány csökkenésével.
A hallható zaj- és rezgésszabályozás hatása
A dBA -ban mérve a hallható zaj jelentős bizonyos alkalmazásokhoz, például a DVR -ekhez , a digitális hangfelvételhez és a csendes számítógépekhez . Az alacsony zajszintű lemezek általában folyadékcsapágyakat , alacsonyabb forgási sebességet (általában 5400 ford / perc) használnak, és csökkentik a keresési sebességet terhelés alatt ( AAM ), hogy csökkentsék a hallható kattanásokat és ropogó hangokat. A kisebb formátumú meghajtók (pl. 2,5 hüvelyk) gyakran csendesebbek, mint a nagyobb meghajtók.
Néhány asztali és laptop osztályú lemezmeghajtó lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy kompromisszumot kössön a keresési teljesítmény és a meghajtózaj között. Például a Seagate néhány meghajtó Sound Barrier Technology nevű funkcióját kínálja, amelyek magukban foglalják a felhasználó vagy a rendszer által vezérelt zaj- és rezgéscsökkentő képességet. A rövidebb keresési idő általában több energiát igényel a fejek gyors mozgatásához a tányéron, ami hangos zajokat okoz a forgócsapágyból és nagyobb rezgéseket okoz, mivel a fejek gyorsan felgyorsulnak a keresési mozgás kezdetén, és lelassulnak a keresési mozgás végén . A csendes működés csökkenti a mozgási sebességet és a gyorsulási sebességet, de a keresési teljesítmény csökkenésével.
Rotációs késés
| HDD orsó fordulatszáma [rpm] |
Átlagos forgási késés [ms] |
|---|---|
| 4200 | 7.14 |
| 5400 | 5.56 |
| 7200 | 4.17 |
| 10.000 | 3.00 |
| 15.000 | 2.00 |
A forgási késleltetés (más néven forgási késleltetés vagy csak késleltetés ) az a késleltetés, amely a lemez forgatására vár , hogy a szükséges lemezszektort az olvasó-író fej alá hozza . Ez a tárcsa (vagy orsómotor ) fordulatszámától függ, percenkénti fordulatszámban (RPM) mérve . A legtöbb mágneses adathordozó-alapú meghajtó esetében az átlagos forgási késleltetés jellemzően azon az empirikus összefüggésen alapul, hogy az ilyen meghajtó ezredmásodperces átlagos késése a forgási időszak fele. A maximális forgási késleltetés az az idő, amely a teljes elforgatáshoz szükséges, kivéve a felpörgetési időt (mivel a lemez megfelelő része a kérés beérkezésekor éppen elhaladt a fej felett).
- Maximális késleltetés = 60/perc
- Átlagos késés = 0,5*Maximális késleltetés
Ezért a forgási késleltetés és az ebből adódó hozzáférési idő javítható (csökkenthető) a lemezek forgási sebességének növelésével. Ennek az az előnye is, hogy javítja (növeli) az áteresztőképességet (ezt a cikk később tárgyalja).
Az orsómotor fordulatszáma kétféle lemezforgatási módszer egyikét használhatja: 1) állandó lineáris sebesség (CLV), amelyet elsősorban optikai tárolóban használnak, a fej helyzetétől függően változtatja az optikai lemez forgási sebességét, és 2) állandó A szögsebesség (CAV), amelyet HDD -kben, szabványos FDD -kben, néhány optikai lemezrendszerben és vinil audiolemezekben használnak , a fej helyzetétől függetlenül egy állandó sebességgel forgatja a médiát.
Egy másik ránc keletkezik attól függően, hogy a felületi bit sűrűsége állandó. Általában CAV centrifugálási sebesség mellett a sűrűségek nem állandóak, így a hosszú külső sávok ugyanannyi bittel rendelkeznek, mint a rövidebb belső sávok. Ha a bitsűrűség állandó, akkor a külső sávokban több bit van, mint a belső sávokban, és általában CLV centrifugálási sebességgel kombinálják. Mindkét sémában az összefüggő bitátviteli sebesség állandó. Ez nem vonatkozik más rendszerekre, például állandó bitsűrűség CAV centrifugálási sebességgel történő használatára.
A csökkentett energiafogyasztás hatása
Az energiafogyasztás egyre fontosabbá vált, nemcsak a mobil eszközök, például laptopok, hanem a szerver- és asztali piacok területén is. Az adatközpont-gépek sűrűségének növekedése problémákat okozott az eszközök kellő áramellátásában (különösen a spin-up esetén ), és az ezt követően keletkező hulladékhő megszabadításában , valamint a környezeti és elektromos költségekben (lásd a zöld számítástechnikát ). Manapság a legtöbb merevlemez -meghajtó támogatja az energiagazdálkodás valamilyen formáját, amely számos speciális energiatakarékos módot használ, amelyek energiát takarítanak meg a teljesítmény csökkentésével. Megvalósításakor a merevlemez a hajtáshasználat függvényében átkapcsol teljes energiaellátású üzemmódból egy vagy több energiatakarékos üzemmódba. A helyreállítás a legmélyebb módból, amelyet általában alvásnak neveznek, amikor a meghajtót leállítják vagy leforgatják , akár néhány másodpercig is eltarthat, amíg teljesen működőképes lesz, és ezáltal növeli a késleltetést. A meghajtógyártók mostantól zöld hajtásokat is gyártanak, amelyek néhány további funkciót tartalmaznak, amelyek ugyan csökkentik az energiát, de hátrányosan befolyásolhatják a késleltetést, beleértve az alacsonyabb orsósebességet és a súrlódás csökkentése érdekében leállított fejeket a hordozóról.
Egyéb
Az A parancsfeldolgozási idő vagy aparancsterhelésaz az idő, ameddig a hajtáselektronika létrehozza a szükséges kommunikációt az eszköz különböző összetevői között, hogy képes legyen olvasni vagy írni az adatokat. Ez 3μsnagyságrendű, sokkal kevesebb, mint a többi általános idő, ezért általában figyelmen kívül hagyják a hardverek összehasonlításakor.
Az a letelepedési idő az az idő, amíg a fejekletelepedneka célpályán és abbahagyják a rezgést, hogy ne olvassanak vagy írjanakle számokat. Ez az idő általában nagyon kicsi, jellemzően kevesebb, mint 100 μs, és a modern HDD -gyártók figyelembe veszik ezt a keresési idő specifikációjában.
Adatátviteli sebesség
A meghajtó adatátviteli sebessége (más néven átviteli sebesség ) lefedi mind a belső sebességet (az adatok mozgatása a lemezfelület és a meghajtón lévő vezérlő között), mind a külső sebességet (az adatok mozgatása a meghajtón lévő vezérlő és a gazdarendszer között). A mérhető adatátviteli sebesség a két sebesség közül az alacsonyabb (lassabb) lesz. A meghajtó folyamatos adatátviteli sebessége vagy folyamatos átviteli sebessége lesz a legalacsonyabb a tartós belső és tartós külső sebességek közül. A tartós sebesség kisebb vagy egyenlő a maximális vagy sorozatfelvételi gyakorisággal, mivel nem használ semmilyen gyorsítótárat vagy puffermemóriát a meghajtóban. A belső sebességet tovább határozza meg a médiasebesség, a szektor általános költsége, a fejkapcsolási idő és a palackváltási idő.
- Médiaárfolyam
- Arány, amellyel a meghajtó biteket tud olvasni a média felületéről.
- A szektor általános költségei
- A vezérlőstruktúrákhoz szükséges további idő (bájtok szektorok között) és a meghajtó kezeléséhez, az adatok megkereséséhez és érvényesítéséhez, valamint egyéb támogatási funkciók elvégzéséhez szükséges egyéb információk.
- Fejkapcsolási idő
- További idő szükséges az egyik fejről a másikra történő elektromos váltáshoz, a fejnek a pályához való igazításához és az olvasás megkezdéséhez; csak a többfejű meghajtásra vonatkozik, és körülbelül 1-2 ms.
- A henger kapcsolási ideje
- További idő szükséges ahhoz, hogy a következő henger első sávjába lépjen és elkezdje az olvasást; a névleges hengert azért használják, mert a hajtás mozgatása előtt általában a több fej vagy adatfelülettel rendelkező hajtás összes nyomvonalát elolvassák. Ez az idő jellemzően körülbelül kétszerese a nyomon követési időnek. 2001 -ig körülbelül 2-3 ms volt.
Az adatátviteli sebesség (olvasás/írás) úgy mérhető, hogy nagy fájlokat ír le lemezre speciális fájlgeneráló eszközökkel, majd visszaolvassa a fájlt.
- A gyártó specifikációi szerint akár 204 MB/s sebességű folyamatos átviteli sebesség érhető el. 2010-től egy tipikus 7200 ford./perc asztali merevlemez "lemez- puffer " adatátviteli sebessége 1030 Mbit/s. Ez az arány a sáv helyétől függ, így magasabb lesz a külső zónákon (ahol több adatszektor van sávonként), és alacsonyabb a belső zónákon (ahol kevesebb adatszektor van sávonként); és általában valamivel magasabb 10 000 RPM meghajtó esetén.
- A hajlékonylemez-meghajtók "lemez- puffer " adatátviteli sebességet tartanak fenn, amelyek egy-két nagyságrenddel alacsonyabbak, mint a HDD-k.
- A folyamatos "lemez- puffer " adatátviteli sebesség változik az optikai lemezmeghajtók családjai között, amelyek a leglassabb 1x CD-ket használják 1,23 Mbit/s floppy-szerűen, míg a nagy teljesítményű, 12x Blu-ray meghajtó 432 Mbit/s sebességgel megközelíti a HDD -k.
A "puffer-számítógép" interfész jelenleg széles körben használt szabványa a 3,0 Gbit/s SATA, amely körülbelül 300 megabájt/s (10 bites kódolás) képes a pufferből a számítógépre küldeni, és így még kényelmesen megelőzi a mai lemez-puffer átviteli sebesség.
Az SSD-k belső korlátai nem azonosak a HDD-kkel, ezért belső és külső átviteli sebességük gyakran maximalizálja a meghajtó-gazda interfész képességeit.
A fájlrendszer hatása
Az átviteli sebességet befolyásolhatja a fájlrendszer töredezettsége és a fájlok elrendezése. A töredezettségmentesítés egy olyan eljárás, amellyel minimálisra csökkenthető az adatok lekérésének késleltetése azáltal, hogy a kapcsolódó elemeket a lemez fizikailag közeli területeire helyezi át. Egyes számítógépes operációs rendszerek automatikusan hajtják végre a töredezettségmentesítést. Bár az automatikus töredezettségmentesítés célja a hozzáférési késleltetések csökkentése, az eljárás lelassíthatja a választ, amikor a számítógépet használja.
A területi sűrűség hatása
A HDD adatátviteli sebessége a lemezek forgási sebességétől és az adatrögzítési sűrűségtől függ. Mivel a hő és a rezgés korlátozza a forgási sebességet, a sűrűség növelése vált a szekvenciális átviteli sebesség javításának fő módszerévé. A területi sűrűség (a lemez egy bizonyos területén tárolható bitek száma) az idő múlásával növekedett, mivel mind a lemezen lévő sávok számát, mind pedig a sávonkénti szektorokat növelte. Ez utóbbi növeli az adatátviteli sebességet egy adott RPM sebességhez. Az adatátviteli sebesség javítása csak a sáv lineáris felszíni bit sűrűségének növelésével korrelál a területi sűrűséggel (pályánként szektorok). A lemezen lévő számok egyszerű növelése befolyásolhatja a keresési időt, de nem a bruttó átviteli sebességet. Az iparági megfigyelők és elemzők szerint 2011 -től 2016 -ig: „A jelenlegi ütemterv a bitsűrűség évente legfeljebb 20%-os javulását jósolja”. A keresési idők nem tudtak lépést tartani az áteresztőképesség növekedésével, amelyek maguk sem tudtak lépést tartani a bitsűrűség és a tárolási kapacitás növekedésével.
Interleave
A szektor interleave egy többnyire elavult eszközjellemző, amely az adatátviteli sebességhez kapcsolódik, és onnan származik, amikor a számítógépek túl lassúak voltak ahhoz, hogy nagy folyamatos adatfolyamokat tudjanak olvasni. Az összeszövés hézagokat vezetett be az adatszektorok között, hogy a lassú berendezések felkészüljenek a következő adatblokk olvasására. Összeszövés nélkül a következő logikai szektor megérkezne az olvasási/írási fejhez, mielőtt a berendezés készen állna, és megköveteli a rendszertől, hogy várjon egy újabb teljes lemezfordulatra az olvasás végrehajtása előtt.
Mivel azonban az összeszövés szándékos fizikai késleltetéseket eredményez az adatblokkok között, ezáltal csökkenti az adatsebességet, az átlapolás a szükségesnél magasabb arányra való beállítása szükségtelen késedelmet okoz azoknak a berendezéseknek, amelyek rendelkeznek a szektorok gyorsabb olvasásához szükséges teljesítménnyel. A beillesztési arányt ezért a végfelhasználó általában úgy választotta meg, hogy megfeleljen saját számítógépes rendszerének teljesítményéhez, amikor a meghajtót először telepítették a rendszerébe.
A modern technológia képes olyan gyorsan leolvasni az adatokat, mint amennyit a fonó tálcákból meg lehet szerezni, ezért a merevlemezek általában 1: 1 rögzített szektoros sorbarakási aránnyal rendelkeznek, ami gyakorlatilag nem használ interleavet.
Energiafelhasználás
Az energiafogyasztás egyre fontosabbá vált, nemcsak a mobil eszközök, például laptopok, hanem a szerver- és asztali piacok területén is. Az adatközpont -gépek sűrűségének növekedése problémákat okozott az eszközök elegendő áramellátásában (különösen a centrifugáláshoz), és az ezt követően keletkező hulladékhő megszabadításában, valamint a környezeti és elektromos költségekben (lásd a zöld számítástechnikát ). A hőelvezetés közvetlenül az energiafogyasztáshoz kapcsolódik, és a meghajtók korának növekedésével a meghajtó meghibásodásának aránya magasabb meghajtó hőmérsékleten nő. Hasonló problémák vannak a nagyvállalatoknál, amelyek több ezer asztali PC -vel rendelkeznek. A kisebb formatervezésű meghajtók gyakran kevesebb energiát fogyasztanak, mint a nagyobb meghajtók. Az egyik érdekes fejlemény ezen a területen az, hogy aktívan ellenőrzik a keresési sebességet, hogy a fej csak időben érkezzen meg rendeltetési helyére, hogy elolvassa a szektort, ahelyett, hogy a lehető leggyorsabban megérkezne, majd várnia kell, amíg az ágazat megérkezik (pl. forgási késleltetés). A merevlemez -meghajtó vállalatok közül sokan most olyan zöld meghajtókat gyártanak, amelyek sokkal kevesebb energiát és hűtést igényelnek. Sok ilyen zöld meghajtó lassabban forog (<5400 fordulat / perc, szemben a 7200, 10 000 vagy 15 000 fordulatszámmal), ezáltal kevesebb hőt termel. Az energiafogyasztás csökkenthető a meghajtófejek parkolásával is, amikor a lemez nincs használatban, csökkenti a súrlódást, beállítja a centrifugálási sebességet, és kikapcsolja a belső alkatrészeket, amikor nem használják.
A meghajtók rövidebb ideig fogyasztanak energiát indításkor (felpörgetés). Bár ez kevés közvetlen hatást gyakorol a teljes energiafogyasztásra, a tápegységtől elvárható maximális teljesítmény, és ennélfogva az előírt teljesítménye csökkenthető a több meghajtású rendszerekben, ha vezérlik, amikor felpörögnek.
- SCSI merevlemez -meghajtókon az SCSI -vezérlő közvetlenül vezérelheti a meghajtók fel- és lecsavarását.
- Néhány párhuzamos ATA (PATA) és soros ATA (SATA) merevlemez-meghajtó támogatja a bekapcsolást készenléti állapotban (PUIS): minden meghajtó nem forog fel, amíg a vezérlő vagy a rendszer BIOS nem ad ki erre vonatkozó parancsot. Ez lehetővé teszi, hogy a rendszert úgy állítsák be, hogy fokozatosan indítsa el a lemezt, és korlátozza a maximális energiaigényt bekapcsoláskor.
- Néhány SATA II és későbbi merevlemez-meghajtó támogatja a lépcsőzetes felpörgetést , lehetővé téve a számítógépnek, hogy sorban felpörgesse a meghajtókat, hogy csökkentse a tápegység terhelését indításkor.
Manapság a legtöbb merevlemez -meghajtó támogatja az energiagazdálkodás valamilyen formáját, amely számos speciális energiatakarékos módot használ, amelyek energiát takarítanak meg a teljesítmény csökkentésével. Ha megvalósítja, a merevlemez a hajtáshasználat függvényében átkapcsol a teljes energiaellátás üzemmódból egy vagy több energiatakarékos üzemmódba. A helyreállítás a legmélyebb módból, amelyet általában alvásnak hívnak, akár néhány másodpercet is igénybe vehet.
Sokk ellenállás
Az ütésállóság különösen fontos a mobil eszközöknél. Néhány laptop most aktív merevlemez -védelmet tartalmaz, amely leállítja a lemezfejeket, ha a gépet leejti, remélhetőleg ütközés előtt, hogy a lehető legnagyobb esélyt biztosítsa a túlélésre ilyen esetekben. Az eddigi maximális ütésállóság 350 g működés közben és 1000 g üzemen kívül.
SMR meghajtók
A zsindelyes mágneses rögzítést (SMR) használó merevlemez -meghajtók írási teljesítménye jelentősen eltér a hagyományos (CMR) meghajtóktól. Különösen a folyamatos véletlenszerű írások lényegesen lassabbak az SMR meghajtókon.
Összehasonlítás szilárdtestalapú meghajtóval
A szilárdtestalapú eszközök (SSD-k) nem rendelkeznek mozgó alkatrészekkel. A mechanikai alkatrészek mozgásával kapcsolatos attribútumok többsége nem alkalmazható teljesítményük mérésére, de néhány elektromos alapú elem befolyásolja őket, ami mérhető hozzáférési késleltetést okoz.
A keresési idő mérése csak olyan elektronikus áramkörök tesztelését jelenti, amelyek előkészítik a tárolóeszköz memóriájának egy adott helyét. A tipikus SSD -k keresési ideje 0,08 és 0,16 ms között van.
A flash memória alapú SSD-k nem igényelnek töredezettségmentesítést. Mivel azonban a fájlrendszerek olyan oldalakat írnak , amelyek kisebbek (2K, 4K, 8K vagy 16K), mint az SSD által kezelt adatblokkok (256KB -ról 4 MB -ra, tehát 128-256 oldal blokkonként), idővel Az SSD írási teljesítménye romolhat, mivel a meghajtó tele lesz olyan oldalakkal, amelyek részlegesek, vagy már nincs szükségük a fájlrendszerre. Ezt a rendszer TRIM parancsa vagy a belső szemétszedés javíthatja . A flash memória idővel elhasználódik, mivel többször írják; a töredezettségmentesítéshez szükséges írások kopás nélkül hajtják meg a hajtást.