Параметри вінчестерів

Після розгляду пристрою і роботи дискових нагромаджувачів повинний бути зрозумілий зміст їхніх параметрів. Далі перераховані загальні параметри диска:

♦ Форматированная ємність (formatted capacity), гигибайт (мегабайт), являє собою обсяг збереженої корисної інформації, тобто суму полів даних усіх доступних секторів. Неформатированная ємність (unformatted capacity) являє собою максимальна кількість битов, записуваних на всіх треках диска, включаючи службову інформацію (заголовки секторів, контрольні коди полів даних). Співвідношення форматированной і неформатированной емкостей визначається форматом треку (розміром сектора), але оскільки для рядового користувача волі вибору формату ні, практичний інтерес представляє тільки форматированная ємність диска, що вказується для стандартного розміру сектора (512 байт). Нагадаємо, що мегабайт і гигабайт тут звичайно означають 10⁶ і 10⁹ байт. Іноді вказується число доступних секторів.

♦ Швидкість обертання шпинделя (spindle speed), вимірювана в оборотах за хвилину (Revolutions Per Minute, RPM), дозволяє побічно судити про продуктивність (внутрішньої швидкості). Для твердих дисків широкого примене­ния значення 3600 про./мін було стандартним кілька років назад; зараз звичайною швидкістю вважається 4500 і 5400, а 7200 — більш високої. Там, де продуктивність особливо критична, використовують диски зі швидкістю 10 000
і 15 000 про./мін.

♦ Інтерфейс (interface) визначає спосіб підключення нагромаджувача. Для на­
копителей з убудованим контролером поширені інтерфейси АТА
і SCSI (рівнобіжних і послідовні), для пристроїв зовнішнього виконання застосовують шини USB, FireWire і Fibre Channel, а також підключення до LPT-порту.

♦ Обсяг буферної пам'яті, можливості кэширования (читання, запис, багато-
сегментність, адаптивність).

Наступна група параметрів — параметри внутрішньої організації:

♦ Кількість фізичних дисків (disks), або робочих поверхонь (data sur­ faces), використовуваних для збереження даних. Сучасні нагромаджувачі з невеликою висотою мають мале (1—3) кількість дисків для полегшення блоку голівок. Більше число дисків (і велика висота) характерно для старих нагромаджувачів і сучасних нагромаджувачів великої ємності.

♦ Кількість фізичних голівок запису-читання (read/write heads), що збігається з числом робочих поверхонь. Помітимо, що число головок (і робочих поверхонь) може бути і менше подвоєного числа дис­ків — звичайно в кожнім сімействі є такого роду моделі. Це робиться для
утилізації дисків, у яких одна з поверхонь виявляється з произ­
водственним браком, або виходячи з інших технологічних розумінь.

♦ Фізична кількість циліндрів (cylinders) від декількох сотень, характер­
них для перших вінчестерів, зросло до десятків тисяч.

♦ Розмір сектора (bytes per sector) звичайно складає 512 байт.

♦ Кількість зон і кількість секторів на треку (sectors per track) у крайніх
зонах.

♦ Розташування сервометок. Вони можуть розташовуватися на виділеній поверх­ні (dedicated servo), вбудовуватися в робочі поверхні (embedded ser­vo) або мати гібридний варіант розташування (hybrid servo).

♦ Методом кодування (recording method, або data encoding scheme) і декдирования даних може бути метод MFM (FM майже і не застосовували), RLL (ARLL) або PRML. Останній є найбільш прогресивним. Наступними описуються параметри зовнішньої («логічної») геометрії для пристроїв АТА:

♦ Підтримка режиму лінійної адресації LBA (може отсутствовать у ста­
рих дисків невеликого обсягу).

♦ Підтримка трансляції CHS (для дисків великого розміру згідно АТА/
ATAPI необов'язкова, але на практиці майже завжди мається).

♦ Кількість циліндрів, голівок і секторів на трек (при трансляції CHS)
за замовчуванням і можливістю завдання геометрії.

Швидкодія і продуктивність характеризуються наступними параметрами:

♦ Час переходу на сусідній трек (track-to-track seek), вимірюване в мілісекундах, характеризує швидкодія системи позиционирования. Для з­
тимчасових твердих дисків характерний час переходу 0,5-2 мс, причому для запису воно трохи більше, ніж для зчитування (записувати краще при більш точному позиционировании).

♦ Середній час пошуку (average seek time) визначається по серії звертань
до випадкових циліндрів Для більшості сучасних дисків воно склад­
ляет близько 8-10 мс, у найшвидших його вдається знизити до 4-5 мс. Для вінчестерів зі швидкістю 10000 про./мін (позначаються як 10ДО) час по­позову в залежності від дальності переходу складає від 0,3 мс (на сусідній трек) до 12 мс (від краю до краю). Чим більше обсяг нагромаджувача, тим складніше досягти малого часу пошуку: більше число голівок сутужніше швидко пе­ремещать; більше число циліндрів або збільшує довжину переміщення голівок, або підвищує вимоги до точності позиционирования.

♦ Максимальне, або повне, час пошуку (maximum seek time, full seek time) відноситься до самих далеких переходів між крайніми циліндрами. Воно приблизно в два рази перевищує середній час пошуку. Середній час чекання (average latency) сектора при одиночному пророщення звичайно складає половину часу повного обороту (для 3600 о.б/хв — 8 мс, 7200 про./мін — 4 мс, 15 000 про./мін — 2 мс).

♦ Внутрішня швидкість передачі даних (internal transfer rate) між носите­
лем і буферною пам'яттю контролера задає фізичну межу роби­
тельности нагромаджувача Ця швидкість виражається в різних величинах: якщо вказується в мегабитах у секунду (Mb/s), те сюди крім користувальницьких даних входять і «накладні витрати» — біти службових полів. У самих високошвидкісних вінчестерів (з частотою обертання 15 000 про./мін) цей параметр підбирається до 900 Мбит/с. При вираженні швидкості в мегабайтах у секунду (MB/s) маються на увазі тільки байти користувальницьких даних, тому перерахування в мегабити в секунду простим множенням на 8 (число битов у байті) неправомірний. У сучасних вінчестерів з частотою враще­ния 5400 про./мін швидкість складає 15-25 Мбайт/з, з частотою обертання 7200 про./мін — 30-60 Мбайт/с. Для кожної моделі звичайно вказують мі­нимальное і максимальне значення швидкості, що відповідають внутрішнім і зовнішнім трекам (згадаємо про зонний формат). Зовнішня швидкість передачі даних (external transfer rate), вимірювана в ки­лобайтах (мегабайтах) корисних даних у секунду, переданих по шині зовнішнього інтерфейсу, залежить від швидкодії електроніки контролле­ра, типу интерфейсной шини і режиму обміну. Для інтерфейсу АТА в ре­жимі обміну РЮ Mode 0 швидкість складає 3,3 Мбайт/з, у режимі РЮ Mode 4 - 16,6 Мбайт/з, у режимі Ultra-DMA - 33, 66, 100 і навіть 133 Мбайт/с.
Для шин SCSI обмеження швидкості в залежності від типу електричного інтерфейсу складають 5, 10, 20, 40, 80, 160 і навіть 320 Мбайт/з, а для Fibre Channel - 100 і 200 Мбайт/с.

♦ Тривала продуктивність (sustained throughput) визначається при
послідовному читанні великої кількості секторів. На нее впливають усі
складові: внутрішня і зовнішня швидкості, час позиционирования,
затримка підходу сектора, кількість помилок позиционирования і читання.
Мінімальне гарантоване значення цієї швидкості визначає возмож­
ность застосування нагромаджувача для мультимедийних додатків (записи і читання аудио- і відеоданих) реального часу. Сучасні винчестері з частотою обертання 5400 про./мін витримують потоки 15-50 Мбайт/с, з частотою обертання 7200 про./мін — 20-60 Мбайт/з, з частотою обертання 10 000 про./мін — 40-80 Мбайт/з, з частотою обертання 15 000 про./мін — 40-100 Мбайт/с. Ця швидкість завжди нижче максимального значення внут­ренней швидкості і межі зовнішньої швидкості. Для мультимедийних прило­жений у нових дисках маються спеціальні варіанти команд зчитування і записи {потоковоерасширение ATA/ATAPI-7), що відрізняються особою обра­боткой помилок і політикою кэширования.

Надійність (reliability) пристрої і вірогідність збереження даних (data integrity) характеризуються наступними параметрами:

♦ Очікуваний час до відмовлення (Mean Time Before Failure, MTBF), вимірюване в сотнях тисяч годин, є, природно, середньостатистичним показником для даного виробу. Реально стільки годин (100 000 ч — це більш 10 років) іспиту проводити, природно, неможливо. Насправді про переводиться вибірка з великої групи пристроїв, якась частина яких за цілком доступне для огляду час іспитів виходить з ладу. По зафиксированно­му потоці відмовлень теорія імовірностей дозволяє обчислити цей умовний очікуваний час безвідмовної роботи (хоча термін «потік» у даному кон­тексті виглядає загрозливо). Значення MTBF, рівне 100 000 ч, вважається малим; 200 000-400 000 ч — нормальним, а 1 000 000 ч — високим показником надійності. Але, як говориться, «стільки не живуть», а можливий від­ каз вінчестера протягом року (той^-те-вес-те 8760 годин) цілком укладеться в ста­тистический показник (якщо у вас за рік не відмовила значна партія пристроїв). Іноді вказують і очікуваний час наробітку на відмовлення (Power On Hours, POH), у якому враховується тільки час роботи пристрою (у MTBF не враховується, включений чи пристрій ні).

♦ Більш коштовним для користувача є гарантійний термін (limited warran­ ty), протягом якого виготовлювач (або постачальник) забезпечує ремонт або заміну пристрою, що відмовило. Примітно, що навіть при MTBF -= 800 000 ч (91 рік) виготовлювач дає гарантію всего 3-5 років.

Імовірність непоправних помилок читання (nonrecoverable read errors per bits read) для сучасних вінчестерів має порядок однієї помилки на 10¹⁴ лічених битов. Оцінити, багато це або мало, можна в такий спосіб. Нехай вінчестер постійно знаходиться в роботі, і до нього безперервно йдуть звертання із середньою продуктивністю читання, що «на око» можна оцінити в 1 Мбайт/з (це відповідає, наприклад, помірковано завантаженому дискові сервера). Тоді проста арифметика показує, що раз у 115 днів будуть виникати помилки, не відновлювані (але обнаруженние!) схемами ЕСС-контроля. Цілком імовірно, що повторне считива­ние сектора пройде без помилок.

♦ Імовірність поправних помилок читання (recoverable read errors per bits read) має порядок одиниці на 10¹¹ лічених битов. Якби не було
Есс-контроля (або при несправній схемі контролю, з чим авторові доводилось зіштовхуватися на практиці), цей потік помилок зробив би роботу з нако­пителем просто нестерпною (у тім же прикладі помилки будуть з'являтися частіше, ніж раз о третій годині).

♦ Імовірність помилок пошуку (seek errors per seek) характеризує якість
сервосистеми. Для сучасних вінчестерів характерна імовірність однієї
помилки на 10⁸ операцій пошуку. Ці помилки (при малому їхньому числі) цілком необразливі, оскільки наявність номера циліндра в заголовку кожного сек­тора не дозволяє «промахнутися» при виконанні операцій читання або записи. Повторення операції пошуку тільки злегка знижує середній час доступу.

Рівень акустичного шуму характеризується звуковою потужністю (sound power), випромінюваної вінчестером. На неодруженому ходу для вінчестерів звичайного застосування (швидкість обертання 5400 про./мін) бажаний рівень до 30 дб, при позиционировании бажано, щоб він зростав не більше ніж на 3-4 дб. Для високопродуктивних вінчестерів (7200 про./мін), що, природно, шумлять більше, бажаний рівень до 35 дБ на неодруженому ходу. Для вінчестерів, призначених для роботи в пристроях побутової електроніки, бажаний рівень до 25 дБ. Часто рівень шуму вказують у белах, ці цифри виглядають скромніше (25 db і 2,5 b — це те саме). Шум вінчестера сильно залежить від корпуса комп'ютера, у який його встановлюють, і від способу кріплення.

Споживана потужність визначається номінальними і піковими струмами, споживаними по ланцюгах +5 В и +12.В. Пік споживання по ланцюзі +12 В виникає при розкручуванні шпиндельного двигуна. Якщо блок живлення комп'ютера не витримує цього піка (наприклад, при одночасному запуску декількох вінчестерів) і напруга «просідає», то шпиндель за необхідний час не набере номінальну швидкість і контролер його зупинить. Спроби «завести» мотор можуть повторюватися, що чутно по характерному звуці. Для високошвидкісних вінчестерів приходиться враховувати тепловиділення — для них може знадобитися спеціальний вентилятор.

Фізичні параметри включають ширину (width), висоту (heigth) і глибину (depth) корпуса нагромаджувача, вимірювані в дюймах (inches) або міліметрах, і Масу (weight), вимірювану у фунтах (1Ь) або кілограмах.

Умови експлуатації і збереження визначають можливі діапазони температур, атмосферного тиску, вологості і сили припустимих ударів. Цілком зрозуміло, що умови експлуатації (operating conditions) трохи жорсткіше, ніж умови збереження (non-operating conditions).

Приведемо основні параметри деяких моделей вінчестерів формату 3,5", що дають представлення про властивості сучасних гермоблоков і контролерів.

Сучасні популярні вінчестери Quantum Fireball обсягом 1 -3,8 Гбайт мають 1-3 диска (2-6 робітників поверхонь). На кожнім диску по 6810 треків, розбитих на 15 зон. Кількість секторів на треку у внутрішній і зовнішній зонах — 104 і 210 або 122 і 232. При швидкості обертання 4500 про./мін швидкість обміну з носієм досягає 6,3 або 6,96 Мбайт/з на зовнішніх циліндрах і зменшується приблизно вдвічі на внутрішніх.

Більш сучасні (2005 р.) диски Hitachi Deskstar 180GXP, 7ДО250 і 7ДО400 зі швидкістю обертання шпинделя 7200 про./мін обсягом 60-400 Гбайт мають 3-5 дисків (6-10 робітників поверхонь). Швидкість обміну з носієм до 757 Мбит/з, що забезпечує тривалу швидкість 29-61 Мбайт/з у залежності від номера зони (їх близько 30). Середній час пошуку — 8,5 мс. Інтерфейси AT A (100 Мбайт/с) або Serial ATA підтримують потокові розширення ATA/ATAPI-7. Споживана потужність 9,5 Ут (модель на 400 Гбайт).

Найшвидший на середину 2000 року вінчестер Cheetah X15 (Seagate) обсягом 18,4 Гбайт має швидкість обертання 15 000 про./мін, швидкість обміну з носієм — 395-492 Мбит/з (включаючи службову інформацію). Середній час пошуку — 3,9 мс, час переходу на сусідній трек — 0,5 мс, а середня затримка даних — 2 мс. Інтерфейс — SCSI Ultra3 (160 Мбайт/с), тривала продуктивність обміну — 38-47,4 Мбайт/с.

Вінчестер Maxtor Atlas 15K (2005 р.) обсягом 36-147 Гбайт (1-4 пластини) зі швидкістю 15 000 про./мін забезпечує максимальну тривалу швидкість читання або запису 98 Мбайт/с. Середній час пошуку — 3,0-3,8 мс, час переходу на сусідній трек — 0,3/0,5 мс (читання/запис), а середня затримка даних — 2 мс. Інтерфейс — SCSI Ultra 320, максимальна швидкість обміну з хостом — 270 Мбайт/с. Як видно, істотно виріс обсяг (щільність запису), і отже, швидкість обміну з носієм (тривала продуктивність читання/запису). Споживана потужність — 9,2-14 Ут.

Фірма Samsung у 2005 році випустила диски з обсягом пластини 80 і навіть 125 Гбайт, при цьому для 80-гігабайтних пластин внутрішня швидкість обертання досягає 741 Мбит/з на помірній швидкості — 7200 про./мін.

І на закінчення роздягнула приведемо приклади великих і маленьких вінчестерів.

Зовнішній диск LaCie Bigger Disk Extreme (габарити 268 x 173 x 88 мм, вага 5 кг) з інтерфейсом FireWire800 має ємність 1 або 1,6 Тбайт. Швидкість обертання 7200 про./мін, час доступу 10 мс, внутрішній кэш 4x8 Мбайт.

Вінчестер для мобільних ПК (формат 2,5") Hitachi Travelstar E5K100 (HTE541040G9AT00) має ємність 40 Гбайт (одна пластина), швидкість обертання — 5400 про./мін, швидкість обміну з носієм — до 493 Мбит/с. Середній час пошуку — 12 мс. Живлення — 5 В, споживання в нормальному режимі — 2 Ут, у станах Stndby і Sleep — 0,2 і 0,1 Ут відповідно. У такому форматі випускаються і вінчестери зі швидкістю обертання 10 000 про./мін.

Мікровінчестери Hitachi Microdrive 3K6 (мал. 9.8) у форматі карт CFA Type II володіють великий (для CFA) ємністю (до 6 Гбайт) і високою швидкістю (до 9,4 Мбайт/із тривала швидкість). У цих пристроях всего одна пластина, швидкість обертання — 3600 про./мін, швидкість обміну з носієм — 67-125 Мбит/з, тривала швидкість — 4,9-9,4 Мбайт/с. Швидкість передачі по інтерфейсі — до 33 Мбайт/з (UltraDMA Mode 2). Середній час пошуку — 12 мс, час переходу на сусідній трек — 1 мс. Живлення — 3,3 (або 5) У, споживання в спокої — 13 (15) ма, при записі — 230 (280) ма.

Дата добавления: 2014-01-04