На что влияет скорость вращения шпинделя винчестера
Обновлено: 05.07.2024
Один или несколько дисков установлены на шпинделе. Диски иногда называют «тарелками». Шпиндель соединен с валом приводного двигателя. Приводной двигатель непрерывно вращается с постоянной скоростью (измеряется в об/мин). Материал диска не намагничивается (используется алюминий и/или стекло), но поверхности диска покрыты очень тонким намагничивающимся покрытием.
Чтение/запись записывающих головок (одна или несколько) для каждого диска. Головки R/W прикреплены к «плечу доступа». Рычаги доступа прикреплены к «стреле». Стрела соединена с «шаговым» двигателем (также называемым «серводвигателем»). Шаговый двигатель перемещает стрелу и головки R/W в положение направляющей и останавливается в нем, прежде чем может произойти операция чтения или записи.
Следовательно, в более новых приводах диски, шпиндель, головки чтения/записи, рычаги доступа и стрела заключены в герметичный корпус, который не допускает загрязнения из внешней среды. Эта технология была разработана IBM и в прошлом была известна как дисковая технология Winchester, но с тех пор от этого термина отказались, поскольку сейчас все жесткие диски устроены таким образом.
Отрасли
Каждая дорожка разделена на целое число секторов. Размер сектора фиксирован для диска. Все ПК используют секторную организацию дорожек с секторами по 512 байт. Некоторые другие размеры секторов, используемые различными производителями, составляют 256 и 1024 байта.
Операция с одним диском = операция чтения или записи на одной дорожке. Минимальный объем данных, передаваемых между компьютером и накопителем, составляет 1 сектор. Максимальный объем, передаваемый за одну дисковую операцию, составляет 1 целую дорожку секторов. Файлы хранятся в целом количестве секторов. Другими словами, файл, занимающий 2,5 сектора, занимает целых 3 сектора.
Для большинства дисков все дорожки имеют одинаковое количество секторов. Другие дисководы имеют группы дорожек с разным количеством секторов. Если не все сектора имеют одинаковый размер, то внутренние дорожки диска будут иметь меньше секторов, чем внешние дорожки, поскольку внутренние дорожки имеют меньшую окружность, чем внешние дорожки. Некоторые жесткие диски имеют более 40 секторов на внутренних дорожках и более 50 секторов на внешних дорожках.
Например, старая 3,5-дюймовая дискета емкостью 1,44 МБ с 18 секторами на дорожку и 80 дорожками на поверхность имеет емкость дорожек:
Время доступа
Для доступа и передачи данных между компьютером и диском требуется 3 задержки.
- Задержка поиска.
- Задержка вращения.
- Задержка времени передачи.
**ОЧЕНЬ** важно отметить, что во всех этих расчетах не учитывается время, необходимое ЦП для передачи данных по системной шине к/от контроллера дисковода.
Время поиска
Время поиска для дисковой операции — это время, необходимое для перемещения головки чтения/записи из текущей позиции дорожки в целевую позицию дорожки.
Что вызывает задержку?
- Головка R/W останавливается над текущей дорожкой.
- Шаговый двигатель должен перемещать остановленную головку R/W по поверхности к целевой дорожке
- Головка R/W должна стать неподвижной над целевой дорожкой
- время запуска — время, в течение которого головка R/W начинает движение из состояния покоя до достижения максимальной линейной скорости.
- время движения с максимальной скоростью — время, в течение которого головка движется с максимальной линейной скоростью, пока не начнет замедляться.
- время останова — время, необходимое для выведения головки R/W из макс. скорость до стационарного положения над целевой дорожкой
Для шорт-трека для перемещения головки привод никогда не достигает максимальной скорости движения головки. Просто дайте время на запуск и время остановки.
Длинная дорожка для отслеживания перемещений головы называется "Поиск полного хода". Например, движение с внешней дорожки на внутреннюю или наоборот. Время запуска и остановки составляет небольшой процент от общего времени поиска полного хода. Время в пути в основном затрачивается на прохождение других дорожек с максимальной скоростью движения головки.
Большинство производителей указывают только среднее время чтения и записи. Например, WD Cavier 10,1 ГБ — 9,5 мс.
Программист не может узнать, сколько времени требуется для поиска, поскольку положение головки чтения/записи неизвестно до операции с диском. Время поиска недетерминировано (не может быть определено абсолютно).
Поэтому мы должны измерять время поиска «статистически», то есть с использованием статистических показателей значения времени поиска:
- минимальное время поиска,
- среднее время поиска,
- «ожидаемое " Время поиска, обозначаемое E(seek)
- Максимальное время поиска, Max(seek)
Обычные значения:
– минимальное время поиска составляет от 1 до 30 мс.
Задержка вращения
Задержка вращения для операции с диском — это время, необходимое для поворота диска в положение, при котором начало целевых данных находится под головкой чтения/записи. Задержка вращения зависит от скорости вращения.
Задержка является недетерминированной (в общем случае ее нельзя определить абсолютно для какой-либо операции с диском), поэтому ее следует рассматривать "статистически", то есть с использованием статистических показателей задержки:
- Максимальная задержка = время полного оборота = сек/об
- Средняя задержка = время ½ оборота = ½ максимальной задержки
Скорость вращения диска измеряется в оборотах в минуту (об/мин). Чтобы определить задержку вращения, нам нужно знать время одного вращения, другими словами, количество минут на одно вращение. Следовательно, задержка обратно пропорциональна скорости.
Время оборота может быть вычислено как обратное число оборотов за время. Итак, время на один оборот = 1 / (об/время).
Например, предположим, что у нас есть диск со скоростью вращения 3600 об/мин. Таким образом, максимальная задержка = 16,67 мс, а средняя задержка = 8,33 мс.
Время передачи
Время передачи для дисковой операции — это время, необходимое для передачи данных с (или на) поверхность диска на (или с) компьютер после того, как начало данных находится под R /W голова.
Время передачи зависит от:
1 - скорости вращения
2 - плотности данных на дорожке
3 - количества данных для передачи
Скорость вращения диска и пропускная способность или плотность дорожек могут быть объединены в одно значение, которое является скоростью передачи. Вспоминая, что одна дорожка = 1 обороту, находим .
Скорость передачи = пропускная способность дорожки / скорость вращения
и, таким образом, время передачи набора данных
Время передачи = скорость передачи * сумма для передачи
Например, HP9154A: обратите внимание, что скорость передачи данных производителя будет отличаться из-за кратко упомянутых выше заголовков блоков.
Пример
1. Мы рассчитали, что средняя задержка для диска на 3600 об/мин составляет 8,33 мс. Итак, как Seagate может сказать, что их устройство на 7200 об/мин имеет среднюю задержку 4,16 мс?
По мере того, как жесткие диски становятся все более совершенными, практически каждый компонент в них должен работать все больше и больше, и шпиндельный двигатель не является исключением. Как подробно обсуждалось здесь, увеличение скорости вращения пластин улучшает как позиционирование, так и производительность передачи: данные могут считываться с диска быстрее во время последовательных операций, а задержка вращения — время, в течение которого головки должны ждать правильного номера сектора. попасть под голову – тоже уменьшено, улучшая случайные операции. По этой причине был сделан толчок к увеличению скорости двигателя шпинделя, и скорость вращения жесткого диска меняется быстрее, чем когда-либо в прошлом.
Когда-то все жесткие диски ПК вращались со скоростью 3600 об/мин; на самом деле, в течение первых 10 лет существования ПК это было все, что было. Одна из причин этого заключается в том, что их конструкции были основаны на старых конструкциях больших жестких дисков до ПК, в которых использовались двигатели переменного тока, а стандартная мощность переменного тока в Северной Америке составляет 60 Гц в секунду: 3600 об / мин. В начале 1990-х годов производители начали осознавать, насколько производительность можно улучшить, увеличив скорость вращения шпинделя. Следующим шагом от 3600 об/мин было 4500 об/мин; Вскоре последовали 5400 об / мин, которые стали стандартом на многие годы. Оттуда скорости неуклонно шли вверх. Обычно более высокая скорость жесткого диска ПК «дебютирует» на дисках SCSI, которые используются в высокопроизводительных приложениях, а затем через несколько лет переходят на IDE/ATA. Когда-то шпиндели на 7200 об/мин можно было найти только на первоклассных дисках SCSI; теперь они используются в потребительских IDE/ATA-дисках, продаваемых в розницу, в то время как SCSI перешел на более высокие высоты. В этой таблице показаны наиболее распространенные скорости вращения шпинделя ПК, связанные с ними средние задержки вращения и их типичные области применения по состоянию на начало 2000 года:
| Скорость шпинделя (об/мин) | Средняя задержка (половина оборота) (мс) | Типичные текущие приложения |
| 3600 | 8.3 | Бывший стандарт, теперь устарел |
| 4200 | 7.1 | Ноутбуки |
| 4500 | 6.7 | IBM Microdrive, ноутбуки |
| 4900 | 6.1 | Ноутбуки |
| 5200 | 5.8 | Устарело |
| 5400 | 5.6 | Младшие IDE/ATA, ноутбуки |
| 7200 | 4.2 | Высококачественный IDE/ATA, низкоуровневый SCSI |
| 10 000 | 3.0 | Высококачественный SCSI |
| 12 000 | 2.5 | Высококачественный SCSI |
| 15 000 | 2.0 | Лучший SCSI |
| Руководство для ПК Версия сайта: 2.2.0 – Дата версии: 17 апреля 2001 г. © Copyright 1997-2004 Charles M. Kozierok. Все права защищены. |
О kc7txm
Мэтт Карлс имеет докторскую степень в области информационных технологий и инженер-электрик. Он работает в области управления в области разработки программного обеспечения, ИТ и SEO и является владельцем компании Karls Technology. У него четверо детей, и он живет в районе метро Феникс (когда не ездит по разным офисам).
Жесткий диск (HDD) – это устройство, изобретенное учеными IBM в Сан-Хосе, штат Калифорния, в 1956 году. Покойного Рейнольда Джонсона, долгое время работавшего в IBM, обычно называют отцом жесткого диска. Устройство хранит данные, манипулируя и считывая изменение магнитной поляризации, генерируемое поверхностью быстро вращающегося диска. Эти диски или пластины обычно изготавливаются из стекла, алюминия или любого сплава на основе кобальта, гладко покрытых магнитной средой. Магнитные поля среды считываются/записываются механизмами, называемыми головками, плавающими над вращающимся диском. Расстояние между головками и поверхностью диска меньше толщины отпечатка пальца, что облегчает чтение данных и их более плотную укладку на накопитель.
В настоящее время жесткие диски подразделяются на две основные категории интерфейсов: Advanced Technology Attachment (ATA) и Small Computer System Interface (SCSI или Skuzzy). ATA являются наиболее распространенным типом жестких дисков, в то время как SCSI обычно используются в серверах и известны как «корпоративные жесткие диски». Остальные жесткие диски обычно относят к неофициальной третьей категории, называемой избыточным массивом недорогих дисков (RAID), поскольку они разделяют и реплицируют данные между несколькими дисками.
Жесткие диски очень хрупкие. Пластины никогда не должны подвергаться воздействию наружного воздуха, так как даже самая маленькая частица пыли может нарушить показания магнитного поля. Поэтому во всех жестких дисках используется фильтрующее отверстие для выравнивания внутреннего и внешнего воздуха. Кроме того, рекомендуется, чтобы температура жестких дисков никогда не превышала 38 °C; как только температура достигнет 43°C, привод будет перегреваться, работать нестабильно и сокращаться срок службы компонентов. Вот почему многие жесткие диски устанавливаются в компьютерные процессоры с помощью вентиляторов.
Жесткие диски становятся все более эффективными и хранят больше данных, чем когда-либо прежде. К характеристикам, оказывающим наибольшее влияние на емкость жесткого диска, относятся скорость его дисков, плотность и состав. По мере того, как скорость вращающегося диска увеличивается, как это было недавно, жесткий диск сохраняет данные с большей скоростью, а его физическая плотность увеличивается, а также увеличивается емкость диска. Вот почему пластины жестких дисков ранее состояли из оксида железа (III), который менее плотный, в отличие от современного сплава кобальта, который более плотный. Кроме того, самые ранние жесткие диски вращались со скоростью менее 1000 оборотов в минуту (об/мин). Большинство жестких дисков в 1980-х приводились в действие шпиндельным двигателем постоянного тока, который вращался с постоянной скоростью 3600 об/мин или меньше. Сегодняшние жесткие диски применяются во многих областях техники, от корпоративных серверов (корпоративные жесткие диски) до домашних компьютеров (настольные жесткие диски), от цифровых видеомагнитофонов, цифровых аудиоплееров и игровых консолей (потребительские жесткие диски) до ноутбуков и сотовых телефонов. мобильные жесткие диски). Следовательно, их угловые скорости сегодня во многом зависят от рынка/использования, на которое они нацелены. Потребительские и особенно мобильные жесткие диски, например, физически меньше, и большинство из них вращаются со скоростью 4200, 5400 или даже 7200 об/мин. Большинство жестких дисков для настольных ПК вращаются со скоростью 5400 или 7200 об/мин, но лишь немногие из них вращаются со скоростью 10 000 об/мин. Однако эти накопители на 10 000 и 7 200 об/мин, как правило, дороже, шумнее и выделяют больше тепла. Корпоративные жесткие диски, поскольку они обычно используются корпорациями, обычно вращаются со скоростью от 7200 до 10 000 об/мин, а самые быстрые могут вращаться до 15 000 об/мин. Сегодня жесткие диски могут хранить 100–200 гигабайт данных на одной пластине, и многие инженеры ожидают, что в ближайшем будущем скорость вращения жестких дисков будет составлять 20 000 об/мин.
Кроме того, в последнее время для управления емкостью и скоростью, с которой устройство хранит данные, стали использоваться некоторые другие характеристики жесткого диска.Из-за давления рынка такие компании, как Hitachi Global Storage Technologies, создали жесткие диски с несколькими пластинами (состоящие из пяти дисков), которые могут хранить до 1000 ГБ или 1 терабайт. Альтернативный метод магнитного считывания также в настоящее время находится в стадии экспериментов и обещает еще большую плотность памяти на пластину. Этот метод называется перпендикулярным магнитным считыванием (PMR), поскольку данные считываются перпендикулярно диску, а не продольно. PMR выравнивает полюса магнита, тем самым увеличивая магнитные элементы, хранящиеся в одной области. Однако метод чрезвычайно чувствителен к высоким тепловым температурам и энергии, вызванным суперпарамагнетизмом.
Компания IBM приобрела известность благодаря твердости диска более 50 лет назад. Первые устройства были величиной со стиральной машиной, а их пластины достигли 35,6 см в диаметре и вращались со скоростью 1200 об/мин.
С тех пор изменения существенно изменились. Физический размер жестких дисков постоянно уменьшался, скорость записи данных и скорость работы, наоборот, росли. Но с внедрением инноваций способ производства новых моделей жестких дисков не менялся и был тесно связан с двумя показателями:
- плотностью информации, хранящейся на круглых пластинах (ее еще называют увеличивающейся записью);
- скорость вращения листа (количество оборотов в минуту).
Самый производительный метод оценки жесткости диска состоит в измерении скорости передачи данных с вращающегося носителя (пластина) на компьютер с помощью головки чтения/записи. Этот показатель называется пропускной способностью диска и измеряется в гигабайтах (или гигабитах) в секунду. Пропускная способность возникает из-за уменьшения образования пластин на твердой пластине диска и от скорости развития этой пластины.
Сравнение методов измерения
Плотность записи данных на жесткий диск можно определить по видам: количество битов на дюйм (BPI) или число на дюйм (TPI). Если увеличить дорожки ближе друг к другу, их количество на дюйм увеличится. Так же и с битами: если указать их плотнее, количество битов на дюйм возрастет. В совокупности с этими показателями задержки записи.
Как правило, по мере увеличения записи о его жестком снижении увеличивается и возможная вероятность. Головка чтения/записи быстрее считывает биты информации, то есть скорость передачи данных.
Скорость вращения шпинделя также наблюдается на производительности жесткого диска: для ее возникновения пластины должны вращаться быстрее. В этом случае считываются биты информации быстрее, чем скорость чтения/записи и скорость передачи данных. В свое время были твердые диски с довольно стабильной скоростью вращения (1200 об/мин), так и с предельно высокой скоростью (15 тыс. оборотов в минуту). Сегодня в настольных и портативных компьютерах наблюдается скорость вращения от 5400 до 7200 об/мин.
Если выбрать два жестких диска с идентичностью конструкции и высокой плотностью записи, но разной скоростью реализации, то тот из них, чья скорость составляет 7200 об/мин, будет передавать данные на 33% быстрее, чем носитель на 5400 об/мин. Так что эта характеристика чрезвычайно важна для оценки производительности жестких дисков и обнаружения двух разных моделей дисков.
Для гибридных твердотельных накопителей скорость вращения не достигается
Неудивительно, что пользователи определяют прогнозируемую производительность накопителя, созданного на основе другой гибридной твердотельной технологии (SSHD), прежде всего по скорости вращения, ведь гибридный твердотельный накопитель — это по сути тот же самый жесткий диск с внутренними применениями твердотельной технологии. Получается, скорость вращения по-прежнему нужно принимать?
На самом деле, для гибридного твердотельного накопителя скорость вращения почти не имеет значения. И вот почему.
Принцип работы гибридных твердотельных накопителей, основанный на выявлении наиболее часто встречающейся информации с последующим ее размещением в флеш-памяти NAND на диске. обнаруживаются на базе флеш-памяти типа NAND, обладающей высокой скоростью, поскольку встречаются из твердотельных элементов и не имеют движущихся частей. Поэтому, когда компьютер запрашивает данные, их обычно не требуется из-за большого оборота носителя.
Однако, что запрашиваемых данных во флэш-памяти типа NAND нет — только в этом случае производительность накопителя снижается до уровня обычного жесткого диска.Технология достаточно быстро выбирает часто используемые данные и сохраняет их во флэш-памяти NAND, гибридные твердотельные накопители значительно лучше справляются с необходимостью быстрой передачи данных на компьютер.
Разница отчетливо видна при поиске в программе PC Mark Vantage производителей систем хранения Seagate SSHD второго и третьего поколения с обнаружением жестких дисков на 5400 и 7200 об/мин.
Хотя система хранения Seagate SSHD третьего поколения на HDD-платформе со скоростью вращения выше 5400 об/мин, ее производительность, чем у систем поколения поколения, для использования использовалась HDD-платформа со скоростью вращения 7200 об/мин. Такой прогресс стал возможным благодаря возможностям использования основных SSHD, а также систем на базе флэш-памяти типа NAND. Поэтому для гибридных твердотельных дисков Seagate скорость вращения шпинделя не является высокой производительностью.
Резюме
Использование высоких технологий хранения данных и неактуальных доходов, связанных с увеличением объема производства вашего ноутбука. С гибридными дисками вы выйдете на новый уровень цифровой реальности.
Читайте также:
- Как называется диск для записи файлов
- Будет ли видеокарта gddr5 работать на материнской плате ddr3?
- Установка принтера hp deskjet 2300 без установочного диска
- Дискретная видеокарта не включается на ноутбуке asus
- Как проверить блок питания ps4 pro