2.4. Основные параметры быстродействия (производительности) жесткого диска

На производительность жёсткого диска влияют несколько параметров: интерфейс, скорость вращения шпинделя, объём кэш-памяти.

2.4.1. Интерфейс

Первый стандарт интерфейса IDE ( integreited digital interfeis) для винчестеров был разработаны компаниями Western Digital и Compaq Computer в 1986 г. Тогда для подключения использовался 40-проводной кабель и имелась возможность одновременного обслуживания двух устройств. Первые IDE-накопители управлялись центральным процессором, отвлекая значительные вычислительные ресурсы, и обладали множеством других недостатков, главный из которых – слишком малая емкость. Несмотря на это, IDE стал очень популярным стандартом и был зарегистрирован Национальным институтом стандартизации США (ANSI), получив название АТА (а также ATAPI).

Первая версия интерфейса, АТА-1, обладала следующими возможностями:

• PIO mode 0, 1 и 2 (до 8,3 МBps) (программируемый ввод/вывод);

• DMA mode 0, 1 и 2 (до 8,3 МBps) (одиночная передача в режиме прямого доступа к памяти);

• UDMA mode 0 (до 4,2 МBps) (групповая передача в режиме прямого доступа к памяти).

Единственным различием между IDE и ATA является то, что IDE определяет спецификацию на электронику винчестеров, а ATA – на интерфейсное соединение между HDD и ПК; тем не менее данные термины используются как слова-синонимы.

Стандарт IDE совершенствовался, обеспечивал все большую эффективность обмена данными с жестким диском.

Появились стандарты PI04 16,6 Мб/с PI05 33,3 Мб/с DMAMW-1 13,3 Мб/с DMAMW-2 16,6 Мб/С UDMAO 16,6 Мб/с UDMA1 25 Мб/с UDMA2 33,3 Мб/с UDMA3 44,4 Мб/с UDMA4 66,6 Мб/с UDMA5 100 Мб/с UDMA5 133 Мб/с.

Число в названии стан­дарта соответствует предельной скорости передачи данных в Мбайт/с. Но, в этом случае, скорость передачи данных уже ограничивается помехами в шлейфе, соединяющем диск и материнскую плату компьютера. Линии данных наводят помехи друг на друга, что не позволяет увеличить их пропускную способность до уровня новых стандартов.

Эта проблема решалась приобретением нового шлейфа с удвоенным числом проводников. Дополнительные проводники располагаются между линиями данных и заземляются. Это снижает уровень помех. Современные НЖД имеют последовательный интерфейс SATA, лишенный указанных недостатков.

SATA (англ. Serial ATA) - последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации. SATA является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE), Главным преимуществом SATA перед ATA(IDE) или PATA является использование последовательной шины вместо параллельной. Несмотря на то, что последовательный способ обмена принципиально медленнее параллельного, в данном случае это компенсируется возможностью работы на более высоких частотах за счёт избежания необходимости синхронизации каналов и большей помехоустойчивости кабеля. 

 Пропускная способность интерфейса SATA1 равна 150 МBps. Работа над SATA продолжалась, в 2004-м появилась вторая версия SATA. Увеличилась пропускная способность (со 150 до 300 МBps). 

Спецификация SATA3 представлена в июле 2008 и предусматривает возможность передачи данных на скорости до 6 Гбит/с (600 Мбайт/с).

Большинство жёстких дисков выпускается для двух интерфейсов – SATA и PATA. Их пропускная способность составляет 300 Мбит/с (Serial ATA II) и 133 Мбит/с соотвественно.

На первый взгляд Serial ATA выглядит куда привлекательнее. Как говорится, многомегабайтная разница налицо, однако где преимущество от использования интерфейса с пропускной способностью 300 Мб/с, если стандартный жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 7 200 об./мин. имеет скорость чтения с пластин до 90 Мбит/с. Очередной маркетинг с точки зрения производительности. И всё же Serial ATA имеет конструктивное преимущество в виде тонкого шлейфа, который удобнее прокладывать в корпусе, чтобы он не мешал циркуляции воздушных потоков.

Основным фактором, оказывающим наибольшее влияние на фактическую скорость передачи данных, является скорость вращения жесткого диска. В общем случае скорость передачи данных накопителей, вращающихся с частотой 7 200 об/мин, будет выше, чем у накопителей со скоростью вращения 5 400 об/мин.

Обратите внимание на сравнительные характеристики описанных 120-гигабайтовых дисководов (таблица 1).

Таблица 1

Накопитель	Скорость вращения, об/мин	Скорость передачи интерфейса, Мбайт/с	Средняя скорость передачи носителя, Мбайт/с
IBM 120GXP	7 200	100	42,27
Maxtor	5 400	133	30,97

Как следует из этой таблицы, более важным показателем эффективности накопителя является средняя скорость передачи данных, величина которой значительно меньше скорости интерфейса, достигающей 133 Мбайт/с.

Дисковод, имеющий более высокую скорость передачи интерфейса (133 Мбайт/с, в отличие от 100 Мбайт/с), в действительности оказывается более медленным (разница фактических скоростей составляет примерно 37%). Среднее количество секторов на дорожке примерно равно, поэтому столь высокая разница между скоростями передачи возникает главным образом из-за более высокой (примерно на 33%) скорости вращения одного из накопителей.

Как следует из этого примера, скорость передачи интерфейса никакого значения не имеет. В сущности, ни один из накопителей не позволяет передавать данные быстрее, чем со скоростью 66 Мбайт/с (даже из внешних цилиндров), причем увеличение скорости передачи интерфейса на производительность накопителя практически не влияет. Это относится, в частности, к SATA.

Производительность интерфейса или пропускная способность интерфейса превращается в ограничивающий фактор при чтении или записи потоковых данных, чаще всего мультимедийных. Быстродействие обеспечивается за счет внутреннего кэширования данных контроллером, производительности интерфейса и скорости вращения диска.

Иными словами, быстрый жесткий диск необходим для воспроизведения или записи высококачественного видео или музыки, при работе с телевизионным тюнером, установленным в компьютере, для использования подключенной к компьютеру цифровой камеры.

Но для более типичных видов компью­терной деятельности эффект от использования наиболее передовых интерфей­сов жестких дисков незначителен.