Что такое буфер жесткого диска. Что такое кэш память жесткого диска и для чего она нужна

Влияние буфера на производительность жесткого диска

Владимир Леонов

Современные серии жестких дисков всех производителей можно разделить на две категории, различающиеся размером внутреннего буфера (2 или 8 Мбайт). Просмотр прайс-листов показал, что разница в цене дисков одного объема с разным размером буфера в Москве сейчас колеблется от 3 до 19 долл. и зависит от производителя и продавца. В этой статье мы попробуем показать влияние размера внутреннего буфера на производительность жесткого диска.

равнение производительности мы проведем на примере жестких дисков HDS722516VLAT20 и HDS722516VLAT80 из семейства Deskstar 7K250 компании Hitachi. Если быть более точным, то с прошлого года выпуском жестких дисков в компании Hitachi занимается новое подразделение HGST (Hitachi Global Storage Technologies), образованное в результате объединения собственного дискового производства и мощностей, приобретенных у компании IBM. Оба диска имеют объем 160 Гбайт и полностью повторяют друг друга по конструкции механической части. Тестировавшиеся диски имели одинаковую версию прошивки - V340A60A и отличались только размером внутреннего буфера (2 и 8 Мбайт соответственно).

Сравнение производительности мы проводили под управлением операционной системы Windows XP Professional.SP1 на компьютере следующей конфигурации:

Материнская плата — MSI 875P Neo (MS-6758);

Процессор — Intel Pentium 4 3,06 ГГц (533 FSB);

Память — 1 Гбайт (2Ѕ512 Мбайт Kingston PC2700 DDR SDRAM);

Жесткий диск — Hitachi Deskstar IC35L090AVV207-0.

Тестируемые диски поочередно подключались как Secondary Master.

Для сравнения производительности мы взяли тесты, имитирующие работу дисковой подсистемы в реальных условиях и различающиеся способом оценки производительности:

Ziff Davis WinBench 99 v. 2.0;

Futuremark PCMark2004;

FileCopy Test v. 0.5.3 (разработан компанией «Ф-Центр»).

В тесте Ziff Davis WinBench 99 v. 2.0 определяется производительность дисковой подсистемы при работе реальных приложений. Это хороший тест, но, к сожалению, он уже не поддерживается разработчиком и версии приложений, используемые в тесте, сильно устарели. Кроме производительности в тесте определяются среднее время доступа к диску и график зависимости скорости чтения от места расположения данных на диске (рис. 1 и 2).

Как и следовало ожидать, диски имеют одинаковое время доступа (табл. 1) и графики зависимости скорости чтения от места расположения данных на диске для обоих дисков совпадают. По производительности во всех подтестах впереди жесткий диск HDS722516VLAT80, и можно сказать, что это преимущество полностью определяется работой буфера. Как видно из табл. 1, при использовании файловой системы FAT-32 влияние буфера обычно более заметно.

Набор тестов PCMark04 от компании Futuremark основан на реальных приложениях и предназначен для детального исследования производительности компьютера. Пакет состоит из нескольких разделов, один из которых предназначен для определения производительности дисковой подсистемы. Для тестирования дисковой подсистемы применяются так называемые трассы - заранее записанные на некотором эталонном компьютере последовательности дисковой активности при выполнении различных задач. Показателем быстродействия служит скорость обработки трассы, измеренная в мегабайтах в секунду. Используются четыре трассы, воспроизводящие работу жесткого диска при выполнении различных задач. Назначение трасс понятно из их названия. Это загрузка операционной системы, открытие и закрытие нескольких популярных приложений, копирование файлов и имитация работы пользователя. Результаты приведены в табл. 2. Как и в предыдущем тесте, впереди жесткий диск HDS722516VLAT80. Наиболее сильно влияние увеличенного буфера сказывается на операциях копирования и меньше всего - на загрузке операционной системы.

Утилита FileCopy Test v. 0.5.3 разработана специалистами компании «Ф-Центр» и предназначена для определения производительности жесткого диска при создании (записи) файлов на диске, чтении файлов с диска и копировании файлов с одного участка диска на другой. В качестве результатов показываются время выполнения операции и скорость, измеряемая в мегабайтах в секунду (Мбайт/с). При создании файлов используются заранее подготовленные паттерны - списки, содержащие информацию о длине и количестве файлов, которые необходимо создать. Паттерн можно создать либо вручную, либо автоматически по любой папке, воспользовавшись опцией Scan, что позволяет легко создать паттерн с реальным распределением файлов по размерам. Мы использовали паттерны, входящие в комплект дистрибутива программы. По названию паттернов легко догадаться об их содержании. Результаты теста приведены в табл. 3. Из таблицы видно, что степень влияния размера буфера на производительность жесткого диска зависит от выполняемой операции и среднего размера обрабатываемого файла. Так, при раздельном выполнении операций записи и чтения файлов большой длины (паттерн ISO) размер буфера почти не влияет на производительность, а при копировании таких файлов влияние размера буфера проявляется наиболее сильно.

Из вышеприведенных результатов видно, что увеличение размера буфера дает значительный прирост производительности при выполнении большинства операций. Только при записи и чтении файлов большой длины, то есть в режиме, когда диск фактически работает в режиме последовательного чтения/записи, размер буфера не оказал влияния на производительность.

Возможно, на жестких дисках других производителей и даже на тестировавшихся жестких дисках с другой версией прошивки влияние размера буфера будет сказываться немного по-другому, но вряд ли различие будет значительным. На наш взгляд, установка в компьютер жесткого диска с увеличенным буфером является более выгодной в плане эффективности вложения средств.

Издаваемого жестким диском.

Также не обошли стороной интерфейс HDD, где было рассмотрено основные особенности и отличия интерфейса SATA и устаревшего IDE. И конечно же не забыли, пожалуй, самую главную характеристику - это объем жесткого диска .

В этом материале мы поговорим относительно оставшихся характеристик жестких дисков, которые не менее важны нежели вышеуказанные.

Форм-фактор жесткого диска

На данный момент, широко распространены два форм-фактора жестких дисков – это 2,5 и 3,5 дюйма. Форм-фактором, в большей мере, определяются габариты жестких дисков. К слову, в жесткий диск 3,5”, помещается до 5-ти пластин накопителя, а в 2,5” – до 3-х пластин. Но в современных реалиях это не является преимуществом, так как разработчики определили для себя, что устанавливать более 2-ух пластин в обычные высокопроизводительные жесткие диски – не целесообразно. Хотя, форм-фактор 3,5” совсем не намерен сдаваться и по уровню спроса уверенно перевешивает 2,5” в десктопном сегменте.

То есть для настольной системы, пока есть смысл приобретать только 3,5”, так как среди преимуществ данного форм-фактора, можно отметить более низкую стоимость за гигабайт пространства, при большем объёме. Это достигается за счет большей, по размеру пластины, которая при одинаковой плотности записи вмещает больший объем данных нежели 2,5”. Традиционно, 2,5” всегда позиционировался как форм-фактор для ноутбуков, в большей мере благодаря своим габаритам.

Существуют и другие форм-факторы. К примеру, во многих портативных устройствах используются жесткие диски форм-фактора 1,8”, но на них мы детально останавливаться не будем.

Объём кэш-памяти жесткого диска

Кэш-память – это специализированное ОЗУ, которое выступает в роли промежуточного звена (буфера), для хранения данных, которые уже считаны с жесткого диска, но еще не были переданы непосредственно на обработку. Само наличие буфера было вызвано существенной разницей в скорости работы между остальными компонентами системы и жестким диском.

Как таковой характеристикой кэш-памяти HDD, является объем. На данный момент наиболее популярны жесткие диски с буфером 32 и 64 МБ. На самом деле, покупка жесткого диска с большим объемом кэш-памяти, не даст двухкратного увеличения производительности, как это может показаться исходя из классической арифметики. Более того, тестирования показали, что преимущество у жестких дисков с кэшем 64 Мб, проявляется довольно редко и только при выполнении специфических задач. Поэтому, по-возможности стоит приобрести жесткий диск с более объемной кэш-памятью, но если это будет идти в значительный ущерб ценнику, то это не тот параметр, на который следует ориентироваться в первую очередь.

Время произвольного доступа

Показатель времени произвольного доступа жесткого диска характеризует время, за которое винчестер гарантированно проведет операцию чтения в любом месте жесткого диска. То есть за какой промежуток времени, головка чтения сможет добраться до самого отдаленного сектора жесткого диска. Это, в большей мере, зависит от ранее рассмотренной характеристики скорости вращения шпинделя жесткого диска. Ведь, чем больше скорость вращения, тем быстрее головка может добраться до нужной дорожки. В современных жестких дисках этот показатель составляет от 2 до 16 мс.

Остальные характеристики HDD

Теперь тезисно и вкратце перечислим оставшиеся характеристики жестких дисков:

• Потребление энергии – потребляют жестки диски совсем немного. При чем, зачастую указывается максимальная потребляемая мощность, которая имеет место быть, только на промежуточных этапах работы во время пиковой загрузки. В среднем – это 1,5-4,5 Вт;
• Надежность (MTBF) – так называемое время наработки на отказ;
• Скорость передачи данных – с внешней зоны диска: от 60 до 114 Мб/c, а с внутренней – от 44,2 до 75 Мб/с;
• Количество операций ввода-вывода в секунду (IOPS) – у современных жестких дисков этот показатель составляет около 50/100 оп./c, при произвольном и последовательном доступе.

Вот мы и рассмотрели все характеристики жестких дисков с помощью небольшой серии статей. Естественно, что многие параметры пересекаются и, в некоторой мере, влияют друг на друга. Но, зато на основе информации относительно всех этих параметров, можно смоделировать для себя будущее устройство, и при выборе, четко понимать, какой из моделей следует отдать преимущество в вашем частном случае.

А вот такие игрушки могут получиться из старых жестких дисков, вернее из составляющих жесткого диска. К примеру, колеса сделаны из шпиндельного двигателя винчестера, который приводит в движение ось с головкой считывания.

Жесткий диск (винчестер, Hard Disk Drive, HDD) – это устройство, предназначенное для хранения всей информации на компьютере. Все фильмы, музыка, фотографии, документы, все файлы системы, хранятся именно на нем. Поэтому, к данному устройству у меня особые отношения, я всегда тщательно слежу за его состоянием и постоянно делаю резервные копии важной мне информации, чтобы не потерять её. Как делать резервные копии я обязательно расскажу вам в одной из моих заметок.

Если Ваш компьютер, вдруг не включается, не стоит пугаться, скорее всего вся информация осталась невредима. При желании и определенных навыках, всю информацию с одного жесткого диска можно скопировать на другой. Более подробно об этом вы можете прочитать в моей статье, о том как скопировать данные с ЖД или как «клонировать диск».

Итак, все же приступим к рассмотрению характеристик жесткого диска.

Вот основные из них:

• тип жесткого диска;
• объем накопителя;
• форм-фактор диска;
• интерфейс;
• объем буферной памяти;

Я перечислил целых 5 характеристик, но с ними мы будем разбираться быстро, так как в них нет ничего сложного, а что-то будет вам уже знакомо из предыдущих уроков.

Тип накопителя

Всего существует два типа накопителей:

1) HDD – Hard disk drive – наиболее распространенный тип накопителя, который состоит из пластин металлического сплава, покрытых слоем ферромагнитного материала. Вся информация записывается на эти пластины, которые вращаются с очень большой скоростью - 5400/7200 об/мин. При этом считывание информации происходит считывающей головкой без прикосновения к поверхности пластин, тем самым не повреждая её и увеличивая срок службы устройства.

Эти устройства используются в подавляющем большинстве компьютеров, так как их стоимость невелика.

2) SSD – Solid state drive – запоминающее устройство на основе микросхем памяти. SSD–диски появились сравнительно недавно и быстро заняли своё место на рынке. В настоящее время твердотельные накопители используются в компактных устройствах: ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах.

Приведу недостатки и преимущества SSD-дисков.

Недостатки:

• ограниченное количество циклов перезаписи. В зависимости от типа используемых ячеек памяти от 10000 до 100000 раз;
• проблема совместимости SSD дисков с некоторыми версиями операционных систем семейства Windows, которые не учитывают специфику SSD накопителей, тем самым уменьшая срок их службы;
• цена гигабайта SSD-накопителей существенно выше цены гигабайта HDD;
• невозможность восстановления удаленной информации recovery–утилитами;

Достоинства:

• отсутствие движущихся частей, и, как следствие, высокая механическая стойкость;
• высокая скорость чтения/записи;
• низкое энергопотребление;
• полное отсутствие шума из-за отсутствия движущихся частей и охлаждающих вентиляторов;
• стабильность времени считывания файлов вне зависимости от их расположения или фрагментации;
• малые габариты и вес;
• большой потенциал развития накопителей и технологий производства.

Несмотря на многие преимущества SSD дисков, лично я, до сих пор использую традиционные HDD. Их производительности мне хватает для реализации любых задач, а технологии, отработанные временем, достаточно надежны, чтобы доверить им важную информацию. Ну, и конечно, на мой выбор влияет стоимость накопителей.

Объем накопителя

Очевидно, что чем больше объем жесткого диска, тем больше важной информации мы сможем на него разместить. Емкость жестких дисков измеряется в миллиардах байт (Гб – гигабайт) или в триллионах байт (Тб - терабайт). Объем современных накопителей достигает до 4Тб в одном устройстве, но нужно помнить, что при желании таких жестких дисков в систему мы можем установить несколько.

Конечно, чем выше объем накопителя, тем дороже его стоимость, причем стоимость SSD прямо пропорциональна их ёмкости, в то время как стоимость традиционных жёстких дисков зависит от количества пластин и медленнее растёт при увеличении объёма накопителя.

Форм-фактор

Форм-фактор определяет размеры накопителя. Существует 3 размера современных жестких дисков: 1.8”, 2.5”, 3.5”.

HDD жесткие диски могут иметь размеры 2.5 и 3.5 дюйма. Диски 3.5 дюйма устанавливаются внутрь системного блока, а диски 2.5 дюйма используются в ноутбуках, внешних жестких дисках.

SSD накопители могут иметь форм-фактор 2.5 дюйма или 1.8 дюйма. Как я уже писал ранее, они используются в ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах.

Интерфейс

Для порядка перечислим все популярные интерфейсы:

SATA, SATA2, SATA3;

Теперь пару слов о каждом из разъемов.

IDE - это старенький разъем, который легко отличить от остальных по широкому шлейфу от ЖД к материнской плате. В современных компьютерах такой разъем не используется, но не сказать о нем я не могу, так как он все еще встречается в старых компьютерах. На материнских платах разъем IDE встречается все реже.

На смену IDE пришел разъем SATA, который также успел устареть и в свою очередь сменился SATA2 и теперь все чаще применяется разъем SATA3. Я объединил все разъемы в один пункт, так как все они идентичны по форме и различаются лишь скоростью передачи данных - 1.5 Гб/с, 3 Гб/с, 6 Гб/с соответственно. Но следует помнить, что для того, чтобы жесткий диск с разъемом, например, SATA3 работал с максимальной отдачей, на материнской плате также должен быть установлен разъем SATA3. Если на материнской плате установлен разъем SATA2, то жесткий диск с интерфейсом SATA3 все равно будет работать, но передача информации будет происходить на скорости 3 Гб/с.

Хотя, ситуация со скоростью передачи в 6 Гб/с больше похожа на маркетинговый ход. Дело в том, что подавляющее большинство современных накопителей, все равно не могут полностью забить канал в 3 Гб/с, так как скорость чтения и записи на диск существенно ниже данной скорости.

И последний интерфейс - micro-SATA. Данный разъем появился совсем недавно, через него подключаются SSD накопители 1.8” В современных материнских платах уже стали появляться разъемы micro-SATA, но даже если на выбранной Вами материнской плате такого интерфейса не оказалось, накопитель можно подключить через переходник micro-SATA – SATA.

Объем буферной памяти (КЭШ)

Разберемся, что же это такое. Буфером называется промежуточная память, предназначенная для сглаживания различий скорости чтения/записи и передачи по интерфейсу. В современных дисках он обычно варьируется от 8 до 128 Мб.

Для Вас, мои читатели, я уточню, что существенного прироста к производительности системы объем буфера не дает, поэтому не стоит обращать на него внимание как на ключевой элемент. Сколь-либо заметную разницу по времени можно получить копируя очень большие объемы информации.

По традиции, рассмотрим маркировку ЖД из каталога поставщика.

Статья получилась довольно большая, но надеюсь, что кто-то оценит её по достоинству, и мои старания не пройдут даром.

Ну, вот и все на сегодня. Вот так не спеша, мы с вами разобрали еще один урок, который должен помочь при достижении нашего общего успеха. Надеюсь, этот материал поможет Вам сделать правильный выбор.

Сегодня распространенным накопителем информации является магнитный жесткий диск. Он обладает определенным объемом памяти, предназначенным для хранения основных данных. Также в нем имеется буферная память, предназначение которой заключается в хранении промежуточных данных. Профессионалы называют буфер жесткого диска термином «cache memory» или же просто «кэшем». Давайте разберемся, зачем нужен буфер HDD на что влияет и каким обладает размером.

Буфер жесткого диска помогает операционной системе временно хранить данные, которые были считаны с основной памяти винчестера, но не были переданы на обработку. Необходимость наличия транзитного хранилища обусловлена тем, что скорость считывания информации с HDD накопителя и пропускная способность ОС значительно различается. Поэтому компьютеру требуется временно сохранять данные в «кэше», а только затем использовать их по назначению.

Непосредственно сам буфер жесткого диска представляет собой не отдельные сектора, как полагают некомпетентные компьютерные пользователи. Он является специальными микросхемами памяти, располагающимися на внутренней плате HDD. Такие микросхемы способны работать намного быстрее самого накопителя. Вследствие чего обуславливают увеличение (на несколько процентов) производительности компьютера, наблюдающееся во время эксплуатации.

Стоит отметить, что размер «cache memory» зависит от конкретной модели диска. Раньше он составлял около 8 мегабайт, причем такой показатель считался удовлетворительным. Однако с развитием технологий производители смогли выпускать микросхемы с более большим объемом памяти. Поэтому большинство современных винчестеров обладают буфером, размер которого варьируется от 32 до 128 мегабайт. Конечно, наибольший «кэш» устанавливается в дорогие модели.

Какое влияние оказывает буфер жесткого диска на производительность

Теперь расскажем, почему размер буфера винчестера оказывает влияние на производительность компьютера. Теоретически, чем больше информации будет находиться в «cache memory», тем реже операционная система будет обращаться к винчестеру. Особенно это актуально для сценария работы, когда потенциальный пользователь занимается обработкой большого количества маленьких файлов. Они попросту перемещаются в буфер жесткого диска и там ждут своей очереди.

Однако если ПК используется для обработки файлов большого размера, то «кэш» утрачивает свою актуальность. Ведь информация не сможет поместиться на микросхемах, объем которых невелик. В результате пользователь не заметит увеличения производительности компьютера, поскольку буфер практически не будет использоваться. Это происходит в случаях, если в операционной системе будут запускаться программы для редактирования видеофайлов и т. д.

Таким образом, при приобретении нового винчестера рекомендуется обращать внимание на размер «кэша» только в случаях, если планируется постоянно заниматься обработкой небольших файлов. Тогда получится действительно заметить увеличение производительности своего персонального компьютера. А если же ПК будет использоваться для обыкновенных повседневных задач или обработки файлов большого размера, тогда можно не придавать буферу обмена никакого значения.

Приветствую вас, дорогие читатели! У нормальных людей, сознание которых пока не замутнено знакомством с компьютерными технологиями, при слове «винчестер» первая ассоциация, которая возникает – знаменитое охотничье ружье, чрезвычайно популярное в США. У компьютерщиков же ассоциации совершенно иные – так большинство из нас называют жесткий диск.

В сегодняшней публикации мы разберем что такое буферная память жесткого диска, для чего она нужна и насколько важен этот параметр для выполнения различных задач.

Принцип работы жесткого диска

HDD по сути является накопителем, на котором хранятся все пользовательские файлы, а также сама операционная система. Теоретически без этой детали можно обойтись, но тогда ОС придется загружать из съемного носителя или по сетевому соединению, а рабочие документы хранить на удаленном сервере.

Основа винчестера – круглая алюминиевая или стеклянная пластина. Она обладает достаточной степенью жесткости, поэтому деталь и называют жестким диском. Пластина покрыта слоем ферромагнетика (обычно это диоксид хрома), кластеры которой запоминают единицу или ноль благодаря намагничиванию и размагничиванию. На одной оси может быть несколько таких пластин. Для вращения используется небольшой высокооборотистый электромотор.

В отличие от граммофона, в котором игла касается пластинки, считывающие головки вплотную к дискам не примыкают, оставляя расстояние в несколько нанометров. Благодаря отсутствию механического контакта, срок службы такого устройства увеличивается.

Однако никакая деталь не служит вечно: со временем ферромагнетик теряет свойства, что значит, ведет к потере объема жесткого диска, обычно вместе с пользовательскими файлами.

Именно поэтому, для важных или дорогих сердцу данных (например, семейного фотоархива или плодов творчества владельца компьютера) рекомендуется делать резервную копию, а лучше сразу несколько.

Что такое кэш

Буферная память или кэш – это особая разновидность оперативной памяти, своеобразная «прослойка» между магнитным диском и компонентами ПК, которые обрабатывают хранящиеся на винчестере данные. Предназначена она для более плавного считывания информации и хранения данных, к которым на текущий момент чаще всего обращается пользователь или операционная система.

На что влияет размер кэша: чем больший объем данных в нем поместится, тем реже компьютеру приходится обращаться к жесткому диску. Соответственно, увеличивается производительность такой рабочей станции (как вы уже знаете, в плане быстродействия, магнитный диск винчестера существенно проигрывает микросхеме оперативной памяти), а также косвенно срок эксплуатации жесткого диска.

Косвенно потому, что разные пользователи эксплуатируют винчестер по разному: к примеру, у любителя фильмов, который смотрит их в онлайн-кинотеатре через браузер, теоретически хард прослужит дольше, чем у киномана, качающего фильмы торрентом и просматривающего их с помощью видеоплеера.

Догадались почему? Правильно, из-за ограниченного количества циклов перезаписи информации на HDD.

Как посмотреть размер буфера

Перед тем как посмотреть объем кэша, придется скачать и установить утилиту HD Tune. После запуска программы интересующий параметр можно найти во вкладке «Информация» в нижней части страницы.

Оптимальные размеры для различных задач

Возникает закономерный вопрос: какая буферная память лучше для домашнего компьютера и что дает это в практическом плане? Естественно, желательно побольше. Однако на юзера накладывают ограничение уже сами производители винчестеров: например, хард с 128 Мб буферной памяти обойдется по цене существенно выше средней.

Именно на такой объем кэша я рекомендую ориентироваться, если вы хотите собрать игровой комп, который не устареет уже через пару лет. Для задач попроще можно обойтись и попроще характеристиками: домашнему медиацентру с головой хватит и 64 Мб. А для компьютера, который используется сугубо для серфинга в интернете и запуска офисных приложений и простеньких флеш-игр, вполне достаточно и буферной памяти объемом 32 Мб.

В качестве «золотой середины» могу порекомендовать винчестер Toshiba P300 1TB 7200rpm 64MB HDWD110UZSVA 3.5 SATA III – здесь средний размер кэша, но емкости самого жесткого диска вполне достаточно для домашнего ПК. Также для полноты картины рекомендую ознакомиться с публикациями дисков и , а также, какие на жестких дисках.