77688

Характеристики Жестких дисков

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

За 45 лет прошедших с момента появления первых устройств магнитного хранения данных поверхностная плотность записи выросла более чем в пять миллионов раз. Емкость накопителя С декабря 1998 года Международная электротехническая комиссия МЭК занимающаяся стандартизацией в области электротехники представила в качестве официального стандарта систему названий и символов единиц измерения для использования в области обработки и передачи данных. На основании этого значения можно сделать вывод об эффективности того или иного способа записи...

Русский

2015-02-05

144.5 KB

1 чел.

Характеристики Жестких дисков

Поверхностная плотность записи

Рис. 1. Графическое представление поверхностной плотности записи

Поверхностная плотность записи неуклонно увеличивается. Рост поверхностной плотности записи с начала 1990-х достигает  60%. Этому способствует разработка и внедрение магниторезистивных и гигантских магниторезистивных  головок. Их появление еще больше ускорило увеличение поверхностной плотности записи. За 45 лет, прошедших с момента появления первых устройств магнитного хранения данных, поверхностная плотность записи выросла более чем в пять миллионов раз.

При сохранении существующих темпов роста плотность записи достигнет 100 Гбит/дюйм2. Эта плотность записи соответствует точке суперпарамагнитного эффекта (магнитные домены настолько малы, что становятся нестабильными при комнатной температуре). Использование новых технологий, например материалов с высокой коэрцитивностью и записи с вертикальной поляризацией, позволит увеличить плотность записи до 200 Гбит/дюйм2 и более. Одна из перспективных технологий недалекого будущего — голографические устройства хранения информации, в которых данные записываются с помощью лазера в “трехмерном пространстве” (кристаллические пластина или куб).

Дальнейшее повышение поверхностной плотности записи связано с созданием новых типов носителей (с использованием некристаллических стекловидных материалов) и конструкций головок, с применением метода псевдоконтактной записи, а также более совершенных методов обработки сигналов. Для достижения более высокого уровня поверхностной плотности необходимо создать такие головки и диски, которые могли бы функционировать при минимальном зазоре между ними. В современных устройствах этот зазор составляет около 10 нм (для сравнения: толщина волоса человека обычно достигает 80 нм).

Емкость накопителя

С декабря 1998 года Международная электротехническая комиссия (МЭК), занимающаяся стандартизацией в области электротехники, представила в качестве официального стандарта систему названий и символов единиц измерения для использования в области обработки и передачи данных. До недавнего времени при одновременном использовании десятичной и двоичной систем измерений один мегабайт мог быть равен как 1 млн байт (106), так и 1 048 576 байт (220). Стандартные сокращения единиц, используемые для измерения емкости магнитных и других накопителей, приведены в табл. 3.

Таблица 3. Стандартные единицы измерения емкости накопителей

Аббревиатура

Название

Десятичная величина

Двоичная величина

Kb (Кбит)

Килобит

1 000

1 024

KB, K (Кбайт)

Килобайт

1 000

1 024

Mb (Мбит)

Мегабит

1 000 000

1 048 576

MB, M (Мбайт)

Мегабайт

1 000 000

1 048 576

Gb (Гбит)

Гигабит

1 000 000 000

1 073 741 824

GB, G (Гбайт)

Гигабайт

1 000 000 000

1 073 741 824

Tb (Тбит)

Терабит

1 000 000 000 000

1 099 511 627 776

TB, T (Тбайт)

Терабайт

1 000 000 000 000

1 099 511 627 776

P

Peta

1015 

1 000 000 000 000 000

Pi

Pibi

250 

1 125 899 906 842 624

В соответствии с новым стандартом 1 MiB (mebibyte) содержит 220 (1 048 576) байт, а 1 Мбайт (мегабайт) — 106 (1 000 000) байт. Пока не существует общепринятого способа отличать двоичные кратные единицы измерения от десятичных. Другими словами, английское сокращение MB (или M) может обозначать как миллионы байтов, так и мегабайты.

Как правило, объемы памяти измеряются в двоичных единицах, а емкость накопителей — и в десятичных и в двоичных, что часто приводит к недоразумениям. Следует учитывать, что в английском варианте биты (bits) и байты (Bytes) отличаются регистром первой буквы (она может быть строчной или прописной). Например, при обозначении миллионов битов используется строчная буква “b”, в результате чего единица измерения миллион битов в секунду обозначается Mbps, в то время как MBps означает миллион байтов в секунду.

Емкость

В характеристике накопителя может фигурировать одна из четырех цифр:

  •  неформатированная емкость в миллионах байтов;
  •  форматированная емкость в миллионах байтов;
  •  неформатированная емкость в мегабайтах (Мбайт);
  •  форматированная емкость в мегабайтах (Мбайт).

В настоящее время большинство производителей накопителей IDE и SCSI указывают для своих изделий только форматированную емкость, поскольку жесткие диски выпускаются уже отформатированными. Форматированную и неформатированную емкости в рекламных проспектах обычно указывают в миллионах байтов, поскольку цифры при этом получаются более впечатляющими, чем при использовании в качестве единицы измерения мегабайта. При этом могут использоваться десятичные и двоичные мегабайты.

Например, проведем несложные расчеты.

Всего секторов — 59 777 640.

Количество байтов в секторе — 512.

Емкость в десятичных мегабайтах — 30 606.

Емкость в десятичных гигабайтах — 30,6.

Емкость в двоичных мегабайтах — 29 188.

Емкость в двоичных гигабайтах — 28,5.

Отчет программы FDISK — 29 188.

При вычислении двоичных величин было учтено, что один мегабайт — это 1 048 576 байт (или 1 024 Кбайт, где 1 Кбайт = 1 024 байт). Компании-изготовители обычно приводят значения емкости в миллионах байтов, а BIOS и программа FDISK — в мегабайтах; и теперь окончательно становится ясно, что 30,6 Гбайт и 28,5 Гбайт — это одно и то же. Поэтому, в зависимости от обстоятельств, аббревиатура MB может обозначать разные единицы измерения. Изготовители накопителей обычно используют “десятичные мегабайты”, так как числовое значение емкости при этом получается несколько большим. Но общее количество секторов (и, следовательно, емкость накопителя) в любом случае остается одним и тем же, независимо от способа преобразования и используемых единиц измерения.

Поверхностная плотность записи

Одним из основных характеристик накопителей на жестких дисках является поверхностная плотность записи. Она определяется как произведение линейной плотности записи вдоль дорожки, выражаемой в битах на дюйм (Bits Per Inch — BPI), и количества дорожек на дюйм (Tracks Per Inch — TPI) (рис.1). В результате поверхностная плотность записи выражается в Мбит/дюйм2 или Гбит/дюйм2. На основании этого значения можно сделать вывод об эффективности того или иного способа записи данных. В современных накопителях размером 3,5 дюйма величина этого параметра составляет 10–20 Гбит/дюйм2, а в экспериментальных моделях достигает 40 Гбит/дюйм2 и более. Это позволяет выпускать накопители емкостью более 400 Гбайт.

Надежность

В описаниях накопителей имеется такой параметр, как среднестатистическое время между сбоями (Mean Time Between Failures MTBF), которое обычно колеблется от 20 до 500 тыс. часов и более.  Для правильного понимания этого важного параметра накопителя следует знать, как производители его вычисляют. Для всех моделей накопителя вычисляется коэффициент сбоев отдельных компонентов, который затем учитывается при

проектировании компонентов нового накопителя. Для платы управления используются стандартизированные промышленные методы предсказания сбоев. Таким образом, производитель может для новой модели накопителя на жестких дисках оценить вероятность сбоев на основе полученных ранее статистических данных.

Среднестатистическое время между сбоями определяется для всех накопителей одной модели, а не для отдельного накопителя. Если указано, что это время равно 500 тыс. ч, значит, ошибка может появиться при общем времени работы 500 тыс. ч всех накопителей данной модели. Если выпущен 1 млн накопителей данной модели и все они одновременно работают, то можно ожидать ошибку каждые полчаса. Параметр “среднестатистическое время между сбоями” неприменим для отдельного накопителя или небольшой выборки накопителей одной модели.

В определении описанного выше параметра под ошибкой подразумевается полный выход из строя накопителя, а не появляющиеся ошибки чтения или записи файлов. Некоторые производители описанный параметр называют средним временем до первого сбоя. “Между сбоями” — это время, в течение которого восстановленный после первого сбоя накопитель будет работать до следующего (второго) сбоя. Но поскольку производители чаще всего не занимаются восстановлением накопителей, а просто заменяют поврежденный новым, то параметр “среднестатистическое время между сбоями” некорректен. При покупке накопителя на жестких диска не следует в первую очередь ориентироваться на данный параметр или на среднее время до первого сбоя.

S.M.A.R.T.

S.M.A.R.T. (Self-Monitoring, Analysis and Reporting Technology технология самотестирования, анализа и отчетности) — 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. В результате такого отслеживания 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. По данным компании Seagate, 60% ошибок механические. Именно этот тип ошибок и предсказывается S.M.A.R.T. Естественно, не все ошибки можно предсказать, например появление статического электричества, внезапная встряска или удар, термические перегрузки и т.д. Технология S.M.A.R.T. была разработана компанией IBM в 1992 году. В том же году IBM выпустила жесткий диск формата 3,5 дюйма с модулем Predictive Failure Analysis (PFA), который измерял некоторые параметры накопителя и в случае их критического изменения генерировал предупреждающее сообщение. IBM передала на рассмотрение ANSI спецификацию технологии предсказания ошибок накопителя, и в результате появился ANSI-стандарт — протокол S.M.A.R.T. для SCSI-устройств (документ X3T10/94-190).

Для накопителей с интерфейсом IDE/ATA технология S.M.A.R.T. была реализована лишь в 1995 году. В разработке этого стандарта принимали участие Seagate Technology, Conner Peripherals (в настоящее время является подразделением Seagate), Fujitsu, Hewlett-Packard, Maxtor, Quantum и Western Digital. В результате работы этой группы компаний была опубликована спецификация S.M.A.R.T. для накопителей на жестких дисках с интерфейсом IDE/ATA и SCSI, и они сразу же появились на рынке.

В накопителях на жестких дисках с интерфейсом IDE/ATA и SCSI реализация S.M.A.R.T. подобна, за исключением отчетной информации. В накопителях с интерфейсом IDE/ATA драйвер программного обеспечения интерпретирует предупреждающий сигнал накопителя, генерируемый командой S.M.A.R.T. report status. Драйвер запрашивает у накопителя статус этой команды. Если ее статус интерпретируется как приближающийся крах жесткого диска, то операционной системе посылается предупреждающее сообщение, а та, в свою очередь, информирует об ошибке пользователя. Такая структура в будущем может дополняться новыми свойствами. Операционная система может интерпретировать атрибуты, которые передаются с помощью расширенной команды report status. В накопителях с интерфейсом SCSI S.M.A.R.T. информирует пользователя только о двух состояниях накопителя — о нормальной работе и об ошибке.

Для функционирования S.M.A.R.T. необходима поддержка на уровне BIOS или драйвера жесткого диска операционной системы (и, естественно, накопитель на жестких дисках, который поддерживает эту технологию). S.M.A.R.T. поддерживается несколькими программами, например Norton Smart Doctor компании Symantec, и некоторыми другими. Традиционные программы диагностики диска, например Scandisk и Norton Disk Doctor, работают с секторами данных на поверхности диска и не отслеживают всех функций накопителя в целом. В некоторых современных накопителях на жестких дисках резервируются секторы, которые в будущем используются вместо дефектных. Как только “вступает в дело” один из резервных секторов, S.M.A.R.T. информирует об этом пользователя, в то время как программы диагностики диска не сообщают о каких-либо проблемах.

Каждый производитель накопителей на жестких дисках по-своему реализует параметры монитора S.M.A.R.T., причем большинство из них реализовали собственный набор параметров. В некоторых накопителях отслеживается высота “полета” головок над поверхностью диска. Если эта величина уменьшается до некоторого критического значения, то накопитель генерирует ошибку. В других накопителях выполняется мониторинг кодов коррекции ошибок, который показывает количество ошибок чтения и записи на диск. В большинстве дисков реализована регистрация следующих параметров:

  •  высота полета головки над диском;
  •  скорость передачи данных;
  •  количество переназначенных секторов;
  •  производительность времени поиска;
  •  количество повторов процесса калибровки накопителя.

Каждый параметр имеет пороговое значение, которое используется для определения того, появилась ли ошибка. Это значение определяется производителем накопителя и не может быть изменено. Если S.M.A.R.T. в процессе мониторинга накопителя обнаруживает несоответствие параметров, то драйверу диска отправляется предупреждающее сообщение, а драйвер информирует о “нестандартной ситуации” операционную систему, которая оповещает пользователя о необходимости немедленного резервного копирования данных.

Быстродействие

Важным параметром накопителя на жестком диске является его быстродействие. Этот параметр для разных моделей может варьироваться в широких пределах. Быстродействие накопителя можно оценить по двум параметрам:

  •  среднестатистическому времени поиска (average seek time);
  •  скорости передачи данных (data transfer rate).

Под среднестатистическим временем поиска, которое измеряется в миллисекундах, подразумевается среднее время перемещения головок с одного цилиндра на другой (причем расстояние между этими цилиндрами может быть произвольным). Измерить этот параметр можно, выполнив достаточно много операций поиска случайно выбранных дорожек, а затем разделив общее время, затраченное на эту процедуру, на количество совершенных операций. В результате будет получено среднее время однократного поиска.

Производители дисководов в качестве среднего времени поиска часто указывают временной интервал, который необходим для перемещения головок на расстояние, равное одной трети ширины зоны записи данных на диске. Среднее время поиска почти исключительно зависит от конструкции накопителя (точнее, от механизма привода головок), а не от типа интерфейса или контроллера.

Среднее время доступа

Существует еще один параметр, позволяющий оценить быстродействие, — среднее время доступа, которое отличается от времени поиска тем, что при его измерении учитывается запаздывание. Под  запаздыванием в данном случае подразумевается среднее время, которое уходит на то, чтобы искомый сектор оказался под головкой после ее выведения на дорожку. В среднем величина запаздывания равна половине периода обращения диска и при частоте вращения 3 600 об/мин составляет 8,33 мс. Если диск вращается в два раза быстрее, то запаздывание будет в два раза меньше. Что же касается среднего времени доступа, то оно определяется как сумма среднего времени поиска и запаздывания. Этот параметр (среднее время доступа) характеризует среднее время, необходимое для получения доступа к данным, которые записаны в выбранном случайным образом секторе.

Запаздывание

Запаздывание существенно влияет на общее быстродействие накопителя. При его снижении сокращается время доступа к данным и файлам, но уменьшить запаздывание можно только за счет увеличения частоты вращения дисков. Величины запаздывания для наиболее распространенных скоростей вращения дисков приведены в табл..

Таблица. Скорости вращения жестких дисков и величины запаздывания

Обороты в минуту

Обороты в секунду

Запаздывание

3 600

60

8,33

4 200

70

7,14

5 400

90

5,56

7 200

120

4,17

10 000

167

3,00

15 000

250

2,00

В накопителях с частотой вращения дисков 7 200 об/мин величина запаздывания составляет 4,17 мс, а для частоты вращения диска 10 000 об/мин еще меньше — 3,0 мс. С ростом частоты вращения не только уменьшается запаздывание, но и возрастает скорость передачи данных (их считывание и запись после выведения головок на заданный сектор происходят с большей скоростью).

Скорость передачи данных

Вероятно, наиболее важной характеристикой при оценке общей производительности накопителя является скорость передачи данных. В настоящее время для каждого дисковода могут быть определены сразу несколько скоростей передачи данных. Большинство производителей дисковых накопителей обычно сообщают пять скоростей передачи данных. Одна из них — это скорость передачи данных интерфейса, которая в современных дисководах АТА, например, достигает 100 Мбайт/с.

Другими спецификациями скоростей являются средние скорости передачи данных, которые могут быть выражены в виде максимальной, минимальной, фактической максимальной и фактической минимальной скоростей. Если средняя скорость не указана, ее можно легко вычислить. Средняя скорость передачи данных считается более важной характеристикой, чем скорость передачи данных интерфейса. Это связано с тем, что средняя скорость представляет собой действительную скорость непосредственного считывания данных с поверхности жесткого диска. При этом максимальная скорость является, скорее, ожидаемой постоянной скоростью передачи данных. Компания-изготовитель дисководов обычно указывает величины минимальной и максимальной скоростей передачи данных.

В настоящее время большинство современных накопителей имеют зональную запись с различным количеством секторов на дорожках. Как правило, поверхность диска разделена на 16 зон, причем число секторов внутренней зоны примерно в два раза меньше, чем внешней (таким образом, скорость передачи данных тоже в два раза меньше).

Скорость вращения жесткого диска постоянна, поэтому скорость считывания данных с внешних цилиндров (где число секторов на дорожке наибольшее) выше, чем с внутренних. Существует определенное различие между формальной и фактической скоростями передачи данных. Формальная скорость определяет, насколько быстро биты (единицы емкости памяти) могут быть считаны с поверхности жесткого диска. Далеко не все биты являются битами данных (это может быть промежуток между секторами или идентификатор битов). Кроме того, следует учитывать время, затрачиваемое при поиске данных на перемещение головок с дорожки на дорожку. Таким образом, фактическая скорость передачи данных представляет собой реальную скорость считывания данных с диска или их записи на диск.

Обратите внимание, что большинство производителей указывают только формальную скорость передачи данных. Для определения фактической скорости следует учесть, что она составляет примерно две трети формальной скорости. В том случае, если будет указана только максимальная скорость передачи данных (формальная или фактическая), с большой долей вероятности можно допустить, что минимальная скорость составит примерно половину, а средняя — три пятых максимальной скорости передачи данных.

Например  диск IBM Deskstar 60GXP, имел такие  параметры: скорость вращения 7 200 об/мин, полная поддержка скорости передачи данных интерфейса АТА/100 (пропускная способность интерфейса между контроллером и системной платой 100 Мбайт/с). Следует заметить, что фактическая скорость передачи данных гораздо ниже.

В табл. приведены спецификации дисковода Ultra-ATA/100 IBM Deskstar 60GXP со скоростью вращения 7 200 об/мин.

Таблица. Скорости передачи данных дисковода IBM Deskstar 60GXP

Скорости передачи данных

Мбит/с

Мбайт/с

Скорость передачи интерфейса

800

100,00

Полная скорость передачи носителя (минимальная)

253

31,6

Полная скорость передачи носителя (максимальная)

494

61,8

Фактическая скорость передачи носителя (минимальная)

167

20,9

Фактическая скорость передачи носителя (максимальная)

326

40,8

Фактическая скорость передачи носителя (средняя)

247

30,8

Как видите, действительная скорость передачи носителя колеблется в пределах от 20,9 до 40,8 Мбайт/с, что в среднем составляет примерно 30,8 Мбайт/с, или менее одной трети от скорости передачи интерфейса.

Существует два основных фактора, непосредственно влияющих на скорость передачи данных: скорость вращения диска и плотность линейной записи, или количество секторов на дорожке. Например, при равном количестве секторов на дорожке скорость передачи данных будет выше у дисковода, имеющего большую скорость вращения. По аналогии с этим, при равной скорости вращения накопитель с большей плотностью записи будет иметь большую скорость передачи. При сравнении эффективности накопителей следует учитывать оба фактора.

см. 495

Коэффициент чередования

Говоря о быстродействии накопителей, нельзя обойти вопрос о чередовании секторов. Эта тема традиционно рассматривается в разделах, посвященных быстродействию контроллеров, а не накопителей, однако в большинстве современных устройств (IDE и SCSI) встроены контроллеры, обрабатывающие данные с той же скоростью, с которой они поступают из накопителей. Это означает, в частности, что практически все современные накопители IDE и SCSI форматируются без чередования секторов (иногда говорят о коэффициенте чередования 1:1). Почти во всех современных комбинациях “накопитель–контроллер” коэффициент чередования по умолчанию устанавливается равным 1:1.

Стоимость

Существует понятие “удельная стоимость” накопителей на жестких дисках (n-цент за мегабайт).

5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

6377. Графічна репрезентація даних статистичних досліджень 45.5 KB
  Тема 3. Графічна репрезентація даних статистичних досліджень. ПРИКЛАД 1. Спостерігали за 35 підлітками (а згодом - молодими людьми) у віці від 10 до 18 років, щороку фіксуючи, на скільки кожний з них виріс. Після цього визначили вік, протягом я...
6378. Захисник при перегляді судових рішень в порядку виключного провадження 77.5 KB
  Захисник при перегляді судових рішень в порядку виключного провадження План: Загальна характеристика та підстави перегляду судових рішень в порядкувиключного провадження. Поняття нововиявлених обставин та їххарактеристика. Захис...
6379. Бізнес-план в умовах ринкової системи господарювання 33.15 KB
  Бізнес-план в умовах ринкової системи господарювання Цілі: Особливості господарювання виноробних підприємств З'ясувати сутність і призначення бізнес-плану Визначити цілі розробки бізнес-плану Визначити види та о...
6380. Структура, послідовність розробки та оформлення бізнес-пл 25.77 KB
  Структура, послідовність розробки та оформлення бізнес-плану Цілі лекції: Ідентифікувати чинник, що впливають на зміст бізнес-плану. Визначити логіку опрацювання бізнес-плану. Засвоїти основні правила оформлення бізнес-плану. ...
6383. Продукт та ринок 101 KB
  Продукт та ринок З'ясувати цілі складання і визначити структуру розділу Галузь, підприємство та його продукція. Охарактеризувати зміст параграфів розділу Галузь, підприємство та його ...
6384. Маркетинг-план. Основні підрозділи маркетинг-плану 158.5 KB
  У попередньому розділі бізнес-плану був охарактеризований ринок майбутнього бізнесу і визначені його можливості. У маркетинг-плані необхідно висвітлити, як саме підприємство використовуватиме ці можливості...
6385. Виробничий план, його структура та зміст 161.5 KB
  Головне завдання виробничого плану як розділу бізнес-плану підприємства виробничого спрямування полягає в тому, щоб переконати заінтересованих фізичних та юридичних осіб (потенційних інвесторів), що підприємство...