link560 link561 link562 link563 link564 link565 link566 link567 link568 link569 link570 link571 link572 link573 link574 link575 link576 link577 link578 link579 link580 link581 link582 link583 link584 link585 link586 link587 link588 link589 link590 link591 link592 link593 link594 link595 link596 link597 link598 link599 link600 link601 link602 link603 link604 link605 link606 link607 link608 link609 link610 link611 link612 link613 link614 link615 link616 link617 link618 link619 link620 link621 link622 link623 link624 link625 link626 link627 link628 link629 link630 link631 link632 link633 link634 link635 link636 link637 link638 link639 link640 link641 link642 link643 link644 link645 link646 link647 link648 link649 link650 link651 link652 link653 link654 link655 link656 link657 link658 link659 link660 link661 link662 link663 link664 link665 link666 link667 link668 link669 link670 link671 link672 link673 link674 link675 link676 link677 link678 link679 link680 link681 link682 link683 link684 link685 link686 link687 link688 link689 link690 link691 link692 link693 link694 link695 link696 link697 link698 link699

PersCom — Компьютерная Энциклопедия Компьютерная Энциклопедия

Накопители на жёстких дисках

Накопители на жестких дисках

Время ожидания

Временем ожидания называется среднее время (в миллисекундах), необходимое для перемещения головки к указанному сектору после достижения определенной дорожки. В среднем эта величина равна половине времени, которое требуется для одного оборота жесткого диска. При увеличении частоты вращения диска вдвое время ожидания уменьшится наполовину.

Время ожидания является одним из факторов, определяющих скорость чтения и записи накопителя. Уменьшение времени ожидания (чего можно достичь только при повышении частоты вращения) сокращает время доступа к данным или файлам. В таблице ниже приведены наиболее распространенные частоты вращения жестких дисков и соответствующие величины времени ожидания.

В настоящее время скорость вращения многих накопителей достигает 7200 об/мин, чему соответствует время ожидания, равное всего лишь 4,17 мс. При увеличении частоты вращения до 10000 или даже 15000 об/мин время ожидания уменьшается до немыслимых величин, равных соответственно 3 и 2 мс. Увеличение частоты вращения накопителя приводит не только к повышению его эффективности, что выражается в уменьшении времени доступа к данным, но и к увеличению скорости передачи данных, считанных головкой из указанных секторов.

Среднее время доступа

Средним временем доступа к данным называется сумма среднего времени позиционирования и времени ожидания. Среднее время доступа обычно выражается в миллисекундах. Этот показатель характеризует время, необходимое накопителю для обращения к произвольно расположенному сектору.

Воздушные фильтры

Почти во всех накопителях на жестких дисках используются два воздушных фильтра: рециркуляции и барометрический. В отличие от сменных фильтров, которые устанавливались в старых накопителях больших машин, они располагаются внутри корпуса и не подлежат замене в течение всего срока службы накопителя.

В старых накопителях происходила постоянная перекачка воздуха извне во внутрь устройства и, наоборот, сквозь фильтр, который нужно было периодически менять. В современных устройствах от этой идеи отказались. Фильтр рециркуляции в блоке HDA предназначен только для очистки внутренней “атмосферы” от небольших частиц рабочего слоя носителя (а также от любых других мелких частиц, попадающих внутрь HDA), которые несмотря на все предпринимаемые меры все же осыпаются с дисков при “взлетах” и “посадках” головок. Поскольку накопители ПК герметизированы и в них не происходит перекачки воздуха снаружи, они могут работать даже в условиях сильного загрязнения окружающего воздуха (см. рисунок ниже).

Выше отмечалось, что блок HDA герметичен, однако это не совсем так. Внешний воздух проникает внутрь HDA сквозь барометрический фильтр, так как это необходимо для выравнивания давления внутри и снаружи блока. Именно потому, что жесткие диски не являются полностью герметичными устройствами, изготовители указывают для них диапазон высот над уровнем моря, в котором они сохраняют работоспособность (обычно от –300 до +3000 м).

Для некоторых моделей максимальная высота подъема ограничена 2000 м, поскольку в более разреженном воздухе просвет между головками и поверхностями носителей оказывается недостаточным. По мере изменения атмосферного давления воздух выходит из накопителя или, наоборот, проникает в него сквозь вентиляционное отверстие, чтобы выровнять давление снаружи и внутри устройства. Тем не менее это не приводит к загрязнению “атмосферы” внутри накопителя. Дело в том, что барометрический фильтр, установленный на этом отверстии, способен задерживать частицы размером более 0,3 мкм, что соответствует стандартам чистоты атмосферы внутри блока HDA. В некоторых устройствах используются более плотные (тонкие) фильтры, позволяющие задерживать еще более мелкие частицы. Вы легко обнаружите вентиляционные отверстия на большинстве блоков HDA, в то время как сами барометрические фильтры находятся внутри блока.

Несколько лет назад я проводил на Гавайях семинар, на котором присутствовали сотрудники астрономической обсерватории, расположенной на горе МаунаКеа. Они жаловались, что во всех их компьютерах жесткие диски очень быстро выходят из строя, а некоторые отказываются работать с самого начала. В этом нет ничего удивительного, поскольку обсерватория находится на вершине горы, высота которой — 4200 м, а в таких условиях даже люди ощущают дискомфорт. Поэтому всем сотрудникам обсерватории было предписано пользоваться для хранения данных только дискетами или накопителями на магнитной ленте. Через некоторое время компания Adstar (дочернее предприятие IBM, занимающееся производством жестких дисков) разработала серию полностью герметичных накопителей (но, конечно, с воздухом внутри) формата 3,5 дюйма. Поскольку воздух в этих устройствах находится под давлением, подобные накопители могут работать на любой высоте над уровнем моря (например, в самолете) и даже в экстремальных условиях — выдерживать сотрясения, колебания температур и т.д. Такие накопители предназначены для военных и промышленных целей и, естественно, стоят несколько дороже обычных.

Циркуляция воздуха в накопителе на жестком диске

Программы кэширования и кэш-контроллер

Быстродействие дискового накопителя можно существенно повысить, если воспользоваться специальными программами кэширования, например SMARTDRV (DOS) и VCASHE (Windows). Эти программы “подключаются” к прерыванию жесткого диска на уровне BIOS (перехватывают прерывание BIOS) и обрабатывают запросы на считывание и запись, направляемые приложениями и драйверами устройств в BIOS.

Если приложению понадобилось считать порцию данных с жесткого диска, кэш-программа перехватывает соответствующий запрос, проверяет наличие определенных условий (о которых будет сказано ниже) и, если они не удовлетворяются, передает запрос в неизменном виде контроллеру накопителя. Считанные в накопителе данные не только передаются приложению, но и сохраняются в специальном буфере (кэше). В зависимости от размера кэша в нем могут храниться данные из достаточно большого количества секторов.

Если приложению нужно считать дополнительные данные, кэш-программа вновь перехватывает запрос и проверяет, не хранятся ли запрошенные данные в буфере. Если хранятся, то они немедленно передаются приложению без непосредственного обращения к диску. Можете представить себе, насколько этот прием ускоряет доступ к диску (и заодно сказывается на результатах измерений быстродействия накопителя).

Большинство современных контроллеров включают встроенный кэш той или иной разновидности, которому не нужно перехватывать и использовать прерывания BIOS. Кэширование осуществляется на аппаратном уровне, и обычные программы измерения быстродействия накопителей его “не замечают”. Первыми подобного рода устройствами в накопителях были буфера опережающего считывания дорожки, благодаря которым удалось получить коэффициент чередования 1:1. В одних современных контроллерах просто увеличен размер этих буферов, а в других используются более интеллектуальные устройства, по своим возможностям близкие к кэш-программам.

Во многих накопителях ATA и SCSI кэш-память расположена непосредственно во встроенном контроллере. Большинство современных накопителей АТА имеют встроенную кэш-память объемом 2 Мбайт; во многих высокоэффективных накопителях АТА объем кэш-памяти достигает 8 Мбайт. Как правило, накопители SCSI имеют кэш-память объемом 8 Мбайт, а в некоторых из них установлен кэш объемом 16 Мбайт. В былые времена 1 или 2 Мбайт оперативной памяти хватало для всей системы. Сейчас же некоторые 3,5-дюймовые накопители имеют до 16 Мбайт кэш-памяти, которая встраивается непосредственно в устройство.

Несмотря на то что программное и аппаратное кэширование данных позволяет существенно повысить производительность накопителей при обычных операциях считывания и записи, реальная (физическая) скорость передачи данных определяется только конструкцией самого устройства.



Акклиматизация жестких дисков

Барометрический фильтр не препятствует проникновению влаги внутрь блока HDA, поэтому по прошествии некоторого времени влажность воздуха внутри блока будет такой же, как и снаружи. Если влага начнет конденсироваться внутри блока HDA и в это время будет включено питание компьютера, то возникнут серьезные проблемы. В инструкциях по эксплуатации большинства жестких дисков приводятся таблицы или графики их акклиматизации при изменении условий окружающей среды (температуры и влажности). Особенно важно соблюдать эти условия при внесении накопителя с холода в теплое помещение, поскольку в такой ситуации конденсация влаги практически неизбежна. Данное обстоятельство, в первую очередь, должны учитывать владельцы портативных систем с жесткими дисками. Если, например, зимой оставить компьютер в багажнике автомобиля, а потом внести его в салон и включить без предварительного прогрева, то последствия для накопителя могут оказаться весьма печальными.

Приведенные ниже цитата и таблицы ниже взяты из инструкции к накопителям компании Control Data Corporation (позже переименованной в Imprimis, а затем — в Seagate). “Если вы принесли устройство из холодного помещения или с улицы, где температура не превышала 10°С, не вскрывайте упаковку до тех пор, пока не будут удовлетворены приведенные ниже требования; в противном случае из-за конденсации влаги может быть повреждена механическая часть устройства и/или рабочий слой дисков. Накопитель необходимо выдержать в заводской упаковке в предполагаемых условиях эксплуатации в течение времени, определяемого по приведенной здесь таблице.

Как видно из таблицы, чем холоднее накопитель, тем дольше он должен прогреваться перед включением (время прогрева может достигать суток и более)”.

Надежность

Отправляясь в магазин за жестким диском, вы, несомненно, обратите внимание на такой параметр, как среднестатистическое время между сбоями (MTBF), которое обычно колеблется от 300 тыс. до 1 млн. часов и более. Я никогда не обращаю внимания на эти цифры, поскольку они являются чисто теоретическими.

Для правильного понимания этого важного параметра накопителя следует знать, как его вычисляют. Большинство производителей довольно продолжительное время выпускают накопители на жестких дисках, которые работают в компьютерах пользователей миллионы часов (если просуммировать время работы всех моделей). 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.

Не менее важно понимать, что среднестатистическое время между сбоями определяется для всех накопителей одной модели, а не для отдельного накопителя. Если указано, что это время равно 500 тыс. часов, значит, ошибка может появиться при общем времени работы 500 тыс. часов всех накопителей данной модели. Если выпущен миллион накопителей данной модели и все они работают одновременно, то можно ожидать появления ошибки каждые полчаса. Параметр MTBF не применим для отдельного накопителя или небольшой выборки накопителей одной модели.

Кроме того, необходимо правильно понимать значение слова “ошибка”. В определении описанного выше параметра под ошибкой подразумевается полный выход из строя накопителя (т.е. когда его следует вернуть производителю), а не появляющиеся ошибки чтения или записи файлов.

Как указывают некоторые производители, параметр MTBF на самом деле следует расценивать как “среднестатистическое время до первой ошибки”, а не “между ошибками”. После первой ошибки устройство возвращается производителю и, как правило, не ремонтируется, а просто заменяется другим. Таким образом, понятие “среднего времени между ошибками” просто не имеет права на существование.

Подведем итог. Не следует уделять слишком много внимания такому параметру, как среднестатистическое время безотказной работы (MTBF). Для отдельного накопителя эта величина является не более чем неточно прогнозируемым показателем надежности. Однако если вам как администратору информационных систем приходится каждый год приобретать несколько тысяч компьютеров и накопителей или заниматься формированием и поддержкой множества различных систем, то стоит не только изучить эти показатели, но и познакомиться с методами их определения. Если удастся понять метод вычислений, используемый поставщиком, и определить фактическую надежность многих моделей накопителей, можно будет приобрести более надежные устройства и сэкономить время и деньги, необходимые для их обслуживания и поддержки.

Подкатегории