Sabit disk sürücüsü performans özellikleri - Hard disk drive performance characteristics
İçinde yüksek performans sabit disk sürücüleri daha iyi performans özelliklerine sahip cihazlardan gelmektedir. Bu performans özellikleri iki kategoride gruplandırılabilir: erişim süresi ve veri aktarım süresi (veya hızı) .
Erişim zamanı
Erişim süresi veya tepki süresi dönen sürücünün sürücü aslında önce onu alır zaman bir ölçüsüdür veri aktarmak . Dönen bir sürücüde bu süreyi kontrol eden faktörler çoğunlukla dönen disklerin ve hareketli kafaların mekanik doğası ile ilgilidir . Bir depolama aygıtının performansını değerlendirirken tek bir değer elde etmek için birbirine eklenen bağımsız olarak ölçülebilir birkaç öğeden oluşur. Erişim süresi önemli ölçüde değişebilir, bu nedenle tipik olarak üreticiler tarafından sağlanır veya ortalama olarak karşılaştırma ölçütlerinde ölçülür.
Erişim süresini elde etmek için tipik olarak birbirine eklenen temel bileşenler şunlardır:
Arama süresi
Dönen sürücülerde, arama süresi , aktüatör kolundaki kafa tertibatının, verilerin okunacağı veya yazılacağı disk izine gitmesi için geçen süreyi ölçer. Medya üzerindeki veriler paralel dairesel hatlar ( cihaz tipine bağlı olarak eşmerkezli veya spiral) olarak düzenlenmiş sektörlerde saklanır ve bu medya ile veri aktarabilen bir kafayı askıya alan kollu bir aktüatör vardır. Sürücünün belirli bir sektörü okuması veya yazması gerektiğinde, sektörün hangi izde bulunduğunu belirler. Ardından, kafayı söz konusu parçaya hareket ettirmek için aktüatörü kullanır. Başın başlangıç konumu istenen iz olsaydı, arama süresi sıfır olurdu. İlk iz ortamın en dış kenarıysa ve istenen iz en iç kenardaysa, o sürücü için arama süresi maksimum olacaktır. Aktüatör kolunun hızlanma ve yavaşlama faktörleri nedeniyle arama süreleri kat edilen arama mesafesi ile karşılaştırıldığında doğrusal değildir.
Dönen bir sürücünün ortalama arama süresi , teknik olarak tüm olası aramaları yapma süresinin tüm olası aramaların sayısına bölünmesiyle elde edilen tüm olası arama sürelerinin ortalamasıdır, ancak pratikte istatistiksel yöntemlerle belirlenir veya bir parça sayısının üçte birinden fazlasını arayın.
Zamanları ve özellikleri arayın
İlk HDD'nin ortalama arama süresi yaklaşık 600 ms'ydi. ve 1970'lerin ortalarına gelindiğinde, HDD'ler yaklaşık 25 ms'lik arama süreleriyle mevcuttu. Bazı eski PC sürücüleri , kafaları hareket ettirmek için bir step motor kullandı ve sonuç olarak 80-120 ms kadar yavaş arama sürelerine sahipti, ancak bu, 1980'lerde ses bobini tipi çalıştırma ile hızlı bir şekilde geliştirildi ve arama sürelerini yaklaşık 20 ms'ye düşürdü. Arama zamanı zamanla yavaş yavaş gelişmeye devam etti.
Günümüzün en hızlı üst düzey sunucu sürücülerinin arama süresi 4 ms civarındadır . Bazı mobil cihazlarda 15 ms'lik sürücüler bulunur; en yaygın mobil sürücüler yaklaşık 12 ms'de ve en yaygın masaüstü sürücüleri genellikle yaklaşık 9 ms'dir.
Daha az başvurulan diğer iki arama ölçümü, izden ize ve tam stroktur . Parçadan parçaya ölçüm, bir yoldan bitişik bir yola geçmek için gereken süredir. Bu, mümkün olan en kısa (en hızlı) arama süresidir. HDD'lerde bu tipik olarak 0,2 ile 0,8 ms arasındadır. Tam strok ölçümü, en dıştaki yoldan en içteki yola geçmek için gereken süredir. Bu, mümkün olan en uzun (en yavaş) arama süresidir.
kısa okşayarak
Kısa vuruş , kurumsal depolama ortamlarında, aktüatörün yalnızca daha az sayıda toplam iz boyunca kafaları hareket ettirmek zorunda kalması için toplam kapasitesi bilerek kısıtlanmış bir HDD'yi tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Bu, kafaların sürücü üzerindeki herhangi bir noktadan olabileceği maksimum mesafeyi sınırlar, böylece ortalama arama süresini azaltır, ancak aynı zamanda sürücünün toplam kapasitesini de kısıtlar. Bu azaltılmış arama süresi, HDD'nin sürücüden sağlanan IOPS sayısını artırmasını sağlar . Maksimum iz aralığı azaldıkça, kullanılabilir depolama baytı başına maliyet ve güç artar.
Sesli gürültü ve titreşim kontrolünün etkisi
İçinde Ölçülen dBA , sesli gürültü gibi belirli uygulamalar için önemlidir DVR'ların , dijital ses kayıt ve sessiz bilgisayarlar . Düşük gürültülü diskler tipik olarak akışkan yataklar , daha düşük dönüş hızları (genellikle 5,400 rpm) kullanır ve sesli tıklamaları ve çatırdayan sesleri azaltmak için yük altında arama hızını ( AAM ) azaltır. Daha küçük form faktörlerindeki (örneğin 2,5 inç) sürücüler genellikle daha büyük sürücülerden daha sessizdir.
Bazı masaüstü ve dizüstü bilgisayar sınıfı disk sürücüleri, kullanıcının arama performansı ile sürücü gürültüsü arasında bir tercih yapmasına olanak tanır. Örneğin Seagate , bazı sürücülerde, Ses Bariyeri Teknolojisi adı verilen ve kullanıcı veya sistem kontrollü gürültü ve titreşim azaltma özelliği içeren bir dizi özellik sunar. Daha kısa arama süreleri, tipik olarak, kafaları tabla üzerinde hızla hareket ettirmek için daha fazla enerji kullanımını gerektirir, bu da, arama hareketinin başlangıcında kafalar hızla hızlandırıldığından ve arama hareketinin sonunda yavaşladığından, pivot yatağından yüksek seslere ve daha büyük cihaz titreşimlerine neden olur. . Sessiz çalışma, hareket hızını ve hızlanma oranlarını azaltır, ancak arama performansının azalması pahasına.
rotasyonel gecikme
| HDD iş mili hızı [rpm] |
Ortalama dönüş gecikmesi [ms] |
|---|---|
| 4.200 | 7.14 |
| 5.400 | 5.56 |
| 7.200 | 4.17 |
| 10.000 | 3.00 |
| 15.000 | 2.00 |
Dönme gecikmesi (bazen dönüş gecikmesi veya sadece gecikme olarak adlandırılır ), diskin dönüşünün gerekli disk sektörünü okuma-yazma kafasının altına getirmesini bekleyen gecikmedir . Dakikada devir (RPM) olarak ölçülen bir diskin (veya iş mili motorunun ) dönüş hızına bağlıdır . Manyetik ortam tabanlı sürücülerin çoğu için, ortalama dönme gecikmesi tipik olarak, böyle bir sürücü için milisaniye cinsinden ortalama gecikmenin dönme süresinin yarısı olduğu şeklindeki ampirik ilişkiye dayanır. Maksimum dönüş gecikmesi , herhangi bir dönüş süresi hariç (istek geldiğinde diskin ilgili kısmı kafayı yeni geçmiş olabileceğinden) tam dönüş yapmak için gereken süredir.
- Maksimum gecikme = 60/rpm
- Ortalama gecikme = 0,5*Maksimum gecikme
Bu nedenle, dönme gecikmesi ve sonuçta ortaya çıkan erişim süresi, disklerin dönme hızı artırılarak iyileştirilebilir (azaltılabilir). Bu aynı zamanda verimi iyileştirme (artırma) avantajına da sahiptir (bu makalenin ilerleyen kısımlarında tartışılacaktır).
İş mili motor hızı, iki tür disk döndürme yönteminden birini kullanabilir: 1) esas olarak optik depolamada kullanılan sabit doğrusal hız (CLV), kafanın konumuna bağlı olarak optik diskin dönüş hızını değiştirir ve 2) sabit HDD'lerde, standart FDD'lerde, birkaç optik disk sisteminde ve vinil ses kayıtlarında kullanılan açısal hız (CAV), kafanın nerede konumlandırıldığına bakılmaksızın ortamı tek bir sabit hızda döndürür.
Yüzey bit yoğunluklarının sabit olup olmamasına bağlı olarak başka bir kırışıklık oluşur. Genellikle, bir CAV dönüş hızı ile, yoğunluklar sabit değildir, böylece uzun dış hatlar, daha kısa iç hatlarla aynı sayıda bit'e sahip olur. Bit yoğunluğu sabit olduğunda, dış izler, iç hatlardan daha fazla bit içerir ve genellikle bir CLV dönüş hızı ile birleştirilir. Bu şemaların her ikisinde de bitişik bit aktarım hızları sabittir. Bu, bir CAV dönüş hızı ile sabit bit yoğunluğunun kullanılması gibi diğer şemalarda durum böyle değildir.
Azaltılmış güç tüketiminin etkisi
Güç tüketimi , yalnızca dizüstü bilgisayarlar gibi mobil cihazlarda değil, sunucu ve masaüstü pazarlarında da giderek daha önemli hale geldi. Artan veri merkezi makine yoğunluğu, cihazlara yeterli güç sağlama (özellikle spin-up için ) ve daha sonra üretilen atık ısıdan kurtulma sorunlarının yanı sıra çevresel ve elektriksel maliyet endişelerine yol açmıştır (bkz. yeşil bilgi işlem ). Günümüzde çoğu sabit disk sürücüsü, performansı düşürerek enerji tasarrufu sağlayan bir dizi belirli güç modunu kullanan bir tür güç yönetimini desteklemektedir. Uygulandığında, bir HDD, sürücü kullanımının bir fonksiyonu olarak tam güç modundan bir veya daha fazla güç tasarrufu moduna geçiş yapacaktır. En derin moddan kurtarma, genellikle sürücünün durdurulduğu veya döndürüldüğü Uyku olarak adlandırılır , tam olarak çalışır duruma gelmesi birkaç saniye kadar sürebilir ve bu nedenle ortaya çıkan gecikme süresi artar. Sürücü üreticileri artık gücü azaltan ancak gecikmeyi olumsuz yönde etkileyebilen, daha düşük iş mili hızları ve sürtünmeyi azaltmak için medyanın dışına park etme gibi bazı ek özellikler içeren yeşil sürücüler de üretiyorlar .
Başka
NS komut işleme süresi veyakomut yükü, sürücü elektroniğinin, verileri okuyabilmesi veya yazabilmesi için cihazdaki çeşitli bileşenler arasında gerekli iletişimi kurması için geçen süredir. Bu, 3μsmertebesindedir,diğer genel gider sürelerinden çok daha azdır, bu nedenle donanım kıyaslaması yapılırken genellikle göz ardı edilir.
NS yerleşmek zaman bu kadar kafaları geçen süre olanyerleşmekonlar okumak veya yazma kalmamak titreşimli hedef pist ve duraktatam kapalı. Bu süre genellikle çok küçüktür, tipik olarak 100 μs'den azdır ve modern HDD üreticileri bunu arama süresi spesifikasyonlarında hesaba katar.
Veri aktarım hızı
Veri aktarım hızı bir tahrik (aynı zamanda bir verim ) kapak hem de (sürücü üzerinde kontrol ve ana bilgisayar sistemi arasında veri taşıma) dış oranı (disk yüzeyine ve sürücü üzerinde kontrol ünitesi arasında veri taşımak) iç oranı. Ölçülebilir veri aktarım hızı, iki hızdan daha düşük (yavaş) olacaktır. Aralıksız veri aktarım hızı veya sürekli üretilen iş iç sürekli ve dış oranları sürekli bir sürücünün düşük olacaktır. Sürdürülen hız, sürücüdeki herhangi bir önbellek veya arabellek avantajına sahip olmadığı için maksimum veya çoğuşma hızından daha düşük veya buna eşittir. Dahili hız ayrıca medya hızı, sektör genel gider süresi, kafa değiştirme süresi ve silindir değiştirme süresi tarafından belirlenir.
- Medya hızı
- Sürücünün ortamın yüzeyinden bitleri okuyabildiği hız.
- Sektör genel gider süresi
- Sürücüyü yönetmek, verileri bulmak ve doğrulamak ve diğer destek işlevlerini gerçekleştirmek için gerekli kontrol yapıları ve diğer bilgiler için gereken ek süre (sektörler arası bayt).
- kafa değiştirme zamanı
- Bir kafadan diğerine elektriksel olarak geçiş yapmak, kafayı ray ile yeniden hizalamak ve okumaya başlamak için gereken ek süre; yalnızca çok kafalı sürücü için geçerlidir ve yaklaşık 1 ila 2 ms'dir.
- Silindir değiştirme süresi
- Bir sonraki silindirin ilk izine geçmek ve okumaya başlamak için gereken ek süre; silindir adı kullanılır, çünkü tipik olarak birden fazla kafaya veya veri yüzeyine sahip bir sürücünün tüm izleri, aktüatörü hareket ettirmeden önce okunur. Bu süre tipik olarak parçadan parçaya arama süresinin yaklaşık iki katıdır. 2001 itibariyle, yaklaşık 2 ila 3 ms idi.
Veri aktarım hızı (okuma/yazma), özel dosya oluşturucu araçları kullanılarak büyük bir dosyanın diske yazılması ve ardından dosyanın geri okunmasıyla ölçülebilir.
- Satıcı özelliklerine göre 204MB/s'ye kadar sürekli aktarım hızları mevcuttur. 2010 itibariyle, tipik bir 7200 RPM masaüstü HDD, 1030 Mbit/s'ye kadar "diskten ara belleğe " veri aktarım hızına sahiptir. Bu oran iz konumuna bağlıdır, bu nedenle dış bölgelerde (iz başına daha fazla veri sektörünün olduğu) daha yüksek ve iç bölgelerde (iz başına daha az veri sektörünün olduğu yerlerde) daha düşük olacaktır; ve genellikle 10.000 RPM sürücüler için biraz daha yüksektir.
- Disket sürücüleri , HDD'lerinkinden bir veya iki kat daha düşük sürekli "diskten ara belleğe " veri aktarım hızlarına sahiptir.
- Sürekli "diskten arabelleğe " veri aktarım hızları, disket benzeri 1,23 Mbit/s'de en yavaş 1x CD'lere sahip Optik disk sürücü aileleri arasında değişiklik gösterirken , 432 Mbit/s'de yüksek performanslı 12x Blu-ray sürücüsü , aşağıdakilerin performansına yaklaşır: HDD'ler.
"Tampondan bilgisayara" arabirim için şu anda yaygın olarak kullanılan bir standart, arabellekten bilgisayara yaklaşık 300 megabayt/s (10 bit kodlama) gönderebilen 3.0 Gbit/s SATA'dır ve bu nedenle hala rahatça öndedir. bugünün diskten arabelleğe aktarım hızları.
SSD'ler, HDD'lerin dahili sınırlarına sahip değildir, bu nedenle dahili ve harici aktarım hızları genellikle sürücüden ana bilgisayara arabiriminin yeteneklerini en üst düzeye çıkarır.
Dosya sisteminin etkisi
Aktarım hızı, dosya sistemi parçalanmasından ve dosyaların düzeninden etkilenebilir . Birleştirme , ilgili öğeleri diskteki fiziksel olarak yakın alanlara taşıyarak verilerin alınmasındaki gecikmeyi en aza indirmek için kullanılan bir prosedürdür. Bazı bilgisayar işletim sistemleri birleştirme işlemini otomatik olarak gerçekleştirir. Otomatik birleştirme erişim gecikmelerini azaltmayı amaçlasa da, yordam bilgisayar kullanımdayken gerçekleştirildiğinde yanıtı yavaşlatabilir.
Alan yoğunluğunun etkisi
HDD veri aktarım hızı, disklerin dönüş hızına ve veri kayıt yoğunluğuna bağlıdır. Isı ve titreşim dönme hızını sınırladığından, sıralı aktarım hızlarını iyileştirmek için yoğunluğu artırmak ana yöntem haline geldi. Alan yoğunluğu (diskin belirli bir alanında depolanabilen bit sayısı) zamanla hem diskteki iz sayısı hem de iz başına sektör sayısı artırılarak artırıldı. İkincisi, belirli bir RPM hızı için veri aktarım hızını artıracaktır. Veri aktarım hızı performansının iyileştirilmesi, yalnızca bir yolun doğrusal yüzey bit yoğunluğunun (iz başına sektör sayısı) artırılmasıyla alan yoğunluğuyla ilişkilendirilir. Bir diskteki parça sayısını artırmak, arama sürelerini etkileyebilir ancak brüt aktarım oranlarını etkilemez. 2011-2016 sektör gözlemcilerine ve analistlerine göre, "Mevcut yol haritası bit yoğunluğunda yılda %20'den fazla bir iyileşme öngörmüyor". Arama süreleri, bit yoğunluğu ve depolama kapasitesindeki büyümeye ayak uyduramayan verim artışlarına ayak uyduramadı.
serpiştirme
Sektör interleave, bilgisayarların büyük sürekli veri akışlarını okuyamayacak kadar yavaş olduğu zamanlara dayanan, veri hızıyla ilgili çoğunlukla kullanılmayan bir cihaz özelliğidir. Yavaş ekipmanın bir sonraki veri bloğunu okumaya hazır hale gelmesine zaman tanımak için veri sektörleri arasında boşluklar getirdi. Bir sonraki mantıksal sektör, ekipman hazır olmadan önce okuma/yazma kafasına gelecek ve okuma gerçekleştirilmeden önce sistemin başka bir tam disk devrini beklemesini gerektirecekti.
Bununla birlikte, serpiştirme veri blokları arasında kasıtlı fiziksel gecikmelere yol açarak veri hızını düşürdüğü için, serpiştirmenin gerekenden daha yüksek bir orana ayarlanması sektörleri daha hızlı okumak için gereken performansa sahip ekipman için gereksiz gecikmelere neden olur. Bu nedenle serpiştirme oranı genellikle son kullanıcı tarafından, sürücü sistemlerine ilk kurulduğunda kendi bilgisayar sisteminin performans özelliklerine uyacak şekilde seçilirdi.
Modern teknoloji, dönen plakalardan elde edilebilecek kadar hızlı veri okuyabilir, bu nedenle sabit diskler genellikle 1:1 sabit sektör serpiştirme oranına sahiptir, bu da etkin bir şekilde serpiştirme kullanılmaz.
Güç tüketimi
Güç tüketimi , yalnızca dizüstü bilgisayarlar gibi mobil cihazlarda değil, sunucu ve masaüstü pazarlarında da giderek daha önemli hale geldi. Artan veri merkezi makine yoğunluğu, cihazlara yeterli güç sağlama (özellikle dönüş için) ve daha sonra üretilen atık ısıdan kurtulma sorunlarının yanı sıra çevresel ve elektriksel maliyet kaygılarına yol açmıştır (bkz. yeşil bilgi işlem ). Isı dağılımı doğrudan güç tüketimine bağlıdır ve sürücüler eskidikçe, daha yüksek sürücü sıcaklıklarında disk arıza oranları artar. Binlerce masaüstü bilgisayarı olan büyük şirketler için de benzer sorunlar var. Daha küçük form faktörlü sürücüler genellikle daha büyük sürücülerden daha az güç kullanır. Bu alandaki ilginç bir gelişme, arama hızını aktif olarak kontrol etmektir, böylece kafa, mümkün olduğunca çabuk varmak ve ardından sektörün gelmesini beklemek zorunda kalmak yerine, sadece sektörü okumak için tam zamanında varır. dönme gecikmesi). Sabit disk şirketlerinin çoğu artık çok daha az güç ve soğutma gerektiren Yeşil Diskler üretiyor. Bu Yeşil Sürücülerin çoğu daha yavaş döner (7.200, 10.000 veya 15.000 dev/dak ile karşılaştırıldığında < 5.400 dev/dak), dolayısıyla daha az ısı üretir. Güç tüketimi, disk kullanılmadığında sürücü kafalarını park ederek sürtünmeyi azaltarak, dönüş hızlarını ayarlayarak ve kullanılmadığında dahili bileşenleri devre dışı bırakarak da azaltılabilir.
Sürücüler, başlatırken (spin-up) kısaca daha fazla güç kullanır. Bunun toplam enerji tüketimi üzerinde çok az doğrudan etkisi olmasına rağmen, güç kaynağından talep edilen maksimum güç ve dolayısıyla gerekli oranı, birkaç sürücüye sahip sistemlerde, dönme zamanlarını kontrol ederek azaltılabilir.
- SCSI sabit disk sürücülerinde, SCSI denetleyicisi sürücülerin dönüşünü ve yavaşlamasını doğrudan kontrol edebilir.
- Bazı Paralel ATA (PATA) ve Seri ATA (SATA) sabit disk sürücüleri , bekleme modunda (PUIS) açmayı destekler : denetleyici veya sistem BIOS'u bunu yapmak için belirli bir komut verene kadar her sürücü dönmez. Bu, sistemin, disk başlatmayı kademelendirecek ve açılışta maksimum güç talebini sınırlayacak şekilde ayarlanmasını sağlar.
- Bazı SATA II ve sonraki sabit disk sürücüleri, kademeli döndürmeyi destekleyerek , önyükleme sırasında güç kaynağı üzerindeki yükü azaltmak için bilgisayarın sürücüleri sırayla döndürmesine olanak tanır.
Günümüzde çoğu sabit disk sürücüsü, performansı düşürerek enerji tasarrufu sağlayan bir dizi belirli güç modunu kullanan bir tür güç yönetimini desteklemektedir. Bir HDD uygulandığında, sürücü kullanımının bir fonksiyonu olarak tam güç modundan bir veya daha fazla güç tasarrufu moduna geçecektir. Genellikle Uyku olarak adlandırılan en derin moddan kurtarma işlemi birkaç saniye kadar sürebilir.
Şok direnci
Şok direnci özellikle mobil cihazlar için önemlidir. Bazı dizüstü bilgisayarlar artık , böyle bir durumda mümkün olan en büyük hayatta kalma şansını sunmak için, makinenin düşmesi durumunda, umarım çarpmadan önce disk kafalarını park eden aktif sabit sürücü koruması içerir. Bugüne kadar maksimum darbe toleransı, çalışma için 350 g ve çalışmama için 1.000 g'dır.
SMR sürücüleri
Shingled manyetik kayıt (SMR) kullanan sabit sürücüler, geleneksel (CMR) sürücülerden yazma performansı özelliklerinde önemli ölçüde farklılık gösterir. Özellikle, sürekli rastgele yazmalar, SMR sürücülerinde önemli ölçüde daha yavaştır.
Karşılaştırma Katı hal sürücüsüne
Katı hal aygıtlarının (SSD'ler) hareketli parçaları yoktur. Mekanik bileşenlerin hareketiyle ilgili çoğu özellik , performanslarının ölçülmesinde uygulanamaz, ancak ölçülebilir bir erişim gecikmesine neden olan bazı elektriksel temelli öğelerden etkilenirler.
Arama süresinin ölçülmesi, yalnızca depolama aygıtındaki bellekte belirli bir konum hazırlayan elektronik devrelerin test edilmesidir. Tipik SSD'lerin arama süresi 0,08 ile 0,16 ms arasında olacaktır.
Flash bellek tabanlı SSD'lerin birleştirmeye ihtiyacı yoktur. Ancak, dosya sistemleri SSD tarafından yönetilen veri bloklarından (2K, 4K, 8K veya 16K) daha küçük (2K, 4K, 8K veya 16K) veri sayfaları yazdığından (256 KB'den 4 MB'a, dolayısıyla blok başına 128 ila 256 sayfa), zamanla, Sürücü, dosya sistemi tarafından kısmen veya artık ihtiyaç duyulmayan sayfalarla dolduğunda SSD'nin yazma performansı düşebilir. Bu , sistemden veya dahili çöp toplamadan bir TRIM komutu ile düzeltilebilir . Flash bellek, tekrar tekrar yazıldığı için zamanla yıpranır; birleştirme için gereken yazma işlemleri, hız avantajı olmadan sürücüyü yıpratır.