На что влияет память жесткого диска
Что такое кэш и зачем он нужен в HDD??
Желаю доброго времени суток своим читателям, интересующихся подробностями работы компьютерного железа. Сегодня предметом нашего обсуждения будет кэш память жесткого диска. Буферизация данных применяется в различных процессах, но именно в данном устройстве ее использование дает ощутимый прирост быстродействия, нивелируя недостатки процесса считывания.
Для начала немного истории, которая раскрывает суть термина «cache».
В далеком 1967 году, при подготовке статьи о 85-й модели компьютера BM System/360 было решено найти лаконичную и более понятную замену определению «высокоскоростной буфер». Редактор журнала «IBM Systems Journal» Лайл Джонсон предложил использовать слово «кэш» (в разных европейских языках означающее понятие «прятать», «тайник», «запас»). Этот термин оказался не только простым и удобным, но и точно определял суть используемого устройства. Он прижился, стал общепринятым.
Что делает кэш в вашем винчестере?
Теперь взглянем на принцип работы жесткого диска HDD, который хоть и вытесняется в компактных устройствах твердотельными накопителями, но, пожалуй, еще долго будет оставаться основным средством хранения информации.
Итак, внутри его расположены несколько вращающихся магнитных пластин. Считывающие головки перемещается в нужный сектор и производят запись или чтение информации. (Визуально все это напоминает проигрыватель винилов).
Как видите, механизмов в данном устройстве предостаточно, и, несмотря на сверхвысокие скорости их движения, обращение к HDD за очередной порцией данных занимает очень много (по меркам быстродействия ЦПУ) времени. Усугубляет данную ситуацию тот факт, что информация записана на поверхности дисков фрагментами, которые могут быть расположены в разных местах и на отдельных пластинах.
Так вот, чтобы системе не заниматься черновой работой складывания воедино отдельных блоков информации, данную работу было решено получить самому жесткому диску, который будет сам связывать их воедино в собственном кэше. Условно, можно обрисовать такую аналогию данного процесса: боссу понадобилась вся информация по сделке и подчиненный, дабы не носить в кабинет по отдельному документу, предварительно собирает и группирует их у себя в отделе.
Сразу добавлю, что в SSD проблема инертности считывания информации не стоит так критично. Здесь скорость данного процесса на несколько порядков выше. Но в связи с фрагментированием записи больших объемов данных оптимизация работы с ними также необходимо. Поэтому в некоторых твердотельных накопителях cache так же присутствует.
Кэш память – один из параметров HDD
Переходим непосредственно к железу с целью выяснить, что собой представляет кэш жесткого диска.
В HDD помимо механических деталей имеется управляющая плата с коннектроами. На ней и расположена специальная микросхема, представляющая собой память с высокоскоростным доступом. Это и есть кэш. Объем его относительно не велик и в обычных винчестерах может быть 32 и 64 мегабайта (в некоторых старых моделях встречаются еще значения 8 или 16 Мб). Этого вполне достаточно, чтобы сделать работу системы персонального компьютера плавной и быстрой.
Сколько лучше, спросите вы? Мне кажется, ответ очевиден, но некоторые блогеры отмечают, что существенную разницу между 32 и 64 Мб в процессе использования HDD уловить практически невозможно. Я же полагаю, что с ростом сложности программных задач это все-таки будет заметно.
И если вы рассчитываете выжать из своего ПК максимум, то стоить устанавливать на него лучшее из того, что вы сможете себе позволить. В пользу такой позиции говорит и тот факт, что на серверных жестких дисках уже используется кэш объемом в 128 и даже в 256 Мб. Думаю этот факт поможет ответить вам на вопрос: на что влияет объем буфера?
Алгоритм работы кэш жесткого диска
Давайте разберемся, как работает буферная память винчестера. Основным потребителем, расположенной на нем информации является процессор. Дальше работает такая схема:
И еще один момент: cache винчестера – это энергозависимая память. Поэтому перед выключением ПК система копирует информацию из кэша непосредственно на сам HDD, а после включения переносить ее обратно. При аварийном обесточивании компьютера этого не происходит.
Кэширование данных собственным чипом жесткого диска предназначено для обеспечения системы цельными блоками данных, что существенно увеличивает ее быстродействие. Но помимо отдельной платы буферизация информации также может производиться и другими, хорошо известными нам способами.
Но это уже совершенно другие устройства, требующие отдельной статьи. А по поводу самой кэш памяти жесткого диска мне уже добавить нечего и я буду с вами прощаться.
Присылайте мне свои вопросы, подсказывайте интересные темы, и я постараюсь вас снова порадовать на страницах своего блога.
Буферная память жесткого диска: что это, на что влияет и какая лучше?
В сегодняшней публикации мы разберем что такое буферная память жесткого диска, для чего она нужна и насколько важен этот параметр для выполнения различных задач.
Принцип работы жесткого диска
HDD по сути является накопителем, на котором хранятся все пользовательские файлы, а также сама операционная система. Теоретически без этой детали можно обойтись, но тогда ОС придется загружать из съемного носителя или по сетевому соединению, а рабочие документы хранить на удаленном сервере.
Основа винчестера – круглая алюминиевая или стеклянная пластина. Она обладает достаточной степенью жесткости, поэтому деталь и называют жестким диском. Пластина покрыта слоем ферромагнетика (обычно это диоксид хрома), кластеры которой запоминают единицу или ноль благодаря намагничиванию и размагничиванию. На одной оси может быть несколько таких пластин. Для вращения используется небольшой высокооборотистый электромотор.
В отличие от граммофона, в котором игла касается пластинки, считывающие головки вплотную к дискам не примыкают, оставляя расстояние в несколько нанометров. Благодаря отсутствию механического контакта, срок службы такого устройства увеличивается.
Однако никакая деталь не служит вечно: со временем ферромагнетик теряет свойства, что значит, ведет к потере объема жесткого диска, обычно вместе с пользовательскими файлами.
Именно поэтому, для важных или дорогих сердцу данных (например, семейного фотоархива или плодов творчества владельца компьютера) рекомендуется делать резервную копию, а лучше сразу несколько.
Что такое кэш
Буферная память или кэш – это особая разновидность оперативной памяти, своеобразная «прослойка» между магнитным диском и компонентами ПК, которые обрабатывают хранящиеся на винчестере данные. Предназначена она для более плавного считывания информации и хранения данных, к которым на текущий момент чаще всего обращается пользователь или операционная система.
На что влияет размер кэша: чем больший объем данных в нем поместится, тем реже компьютеру приходится обращаться к жесткому диску. Соответственно, увеличивается производительность такой рабочей станции (как вы уже знаете, в плане быстродействия, магнитный диск винчестера существенно проигрывает микросхеме оперативной памяти), а также косвенно срок эксплуатации жесткого диска.
Косвенно потому, что разные пользователи эксплуатируют винчестер по разному: к примеру, у любителя фильмов, который смотрит их в онлайн-кинотеатре через браузер, теоретически хард прослужит дольше, чем у киномана, качающего фильмы торрентом и просматривающего их с помощью видеоплеера.
Догадались почему? Правильно, из-за ограниченного количества циклов перезаписи информации на HDD.
Как посмотреть размер буфера
Перед тем как посмотреть объем кэша, придется скачать и установить утилиту HD Tune. После запуска программы интересующий параметр можно найти во вкладке «Информация» в нижней части страницы.
Оптимальные размеры для различных задач
Возникает закономерный вопрос: какая буферная память лучше для домашнего компьютера и что дает это в практическом плане? Естественно, желательно побольше. Однако на юзера накладывают ограничение уже сами производители винчестеров: например, хард с 128 Мб буферной памяти обойдется по цене существенно выше средней.
Именно на такой объем кэша я рекомендую ориентироваться, если вы хотите собрать игровой комп, который не устареет уже через пару лет. Для задач попроще можно обойтись и попроще характеристиками: домашнему медиацентру с головой хватит и 64 Мб. А для компьютера, который используется сугубо для серфинга в интернете и запуска офисных приложений и простеньких флеш-игр, вполне достаточно и буферной памяти объемом 32 Мб.
В качестве «золотой середины» могу порекомендовать винчестер Toshiba P300 1TB 7200rpm 64MB HDWD110UZSVA 3.5 SATA III – здесь средний размер кэша, но емкости самого жесткого диска вполне достаточно для домашнего ПК. Также для полноты картины рекомендую ознакомиться с публикациями о лучших производителях жестких дисков и рейтинге HDD, а также, какие разъемы бывают на жестких дисках.
Спасибо за внимание, дорогие читатели и до следующих встреч. Надеюсь информация была вам полезна. Не забудьте поделиться этой статьей в социальных сетях и подписаться на новостную рассылку.
Буферная память жесткого диска: что это, на что влияет и какая лучше?
Кэш память или как ее называют буферная память жесткого диска. Если вы не знаете что это, то мы с радостью ответим на данный вопрос и расскажем обо всех имеющихся особенностях. Это особый вид оперативки, выступающий в качестве буфера для хранения ранее считанных, но еще не переданных данных для их дальнейшей обработки, а также для хранения информации, к которой система обращается чаще всего.
Необходимость в транзитном хранилище появилась из-за значительной разницы между пропускной способности системы ПК и скорости считывания данных с накопителя. Также кэш-память можно встретить на других устройствах, а именно в видеокартах, процессорах, сетевых картах и прочих.
Какой бывает объем и на что он влияет
Отдельного внимания заслуживает объем буфера. Зачастую HDD оснащаются кэшем 8, 16, 32 и 64 Мб. При копировании файлов больших размеров между 8 и 16 Мб будет заметна значительная разница в плане быстродействия, однако между 16 и 32 она уже менее незаметна. Если выбирать между 32 и 64, то ее вообще почти не будет. Необходимо понимать, что буфер достаточно часто испытывает большие нагрузки, и в этом случае, чем он больше, тем лучше.
В современных жестких дисках используется 32 или 64 Мб, меньше на сегодняшний день вряд ли где-то можно найти. Для обычного пользователя будет достаточно и первого, и второго значения. Тем более что помимо этого на производительность также влияет размер собственного, встроенного в систему кэша. Именно он увеличивает производительность жесткого диска, особенно при достаточном объеме оперативки.
То есть, в теории, чем больше объем, тем лучше производительность и тем больше информации может находиться в буфере и не нагружать винчестер, но на практике все немного по-другому, и обычный пользователь за исключением редких случаев не заметит особой разницы. Конечно, рекомендуется выбирать и покупать устройства с наибольшим размером, что значительно улучшит работу ПК. Однако на такое следует идти только в том случае, если позволяют финансовые возможности.
Кэш-память на жестком диске
Как правило, на всех современных жестких дисках есть собственная оперативная память, называемая кэш-памятью (cache memory) или просто кэшем. Производители жестких дисков часто называют эту память буферной. Размер и структура кэша у фирм-производителей и для различных моделей жестких дисков существенно отличаются.
Кэш-память выступает в роли буфера для хранения промежуточных данных, которые уже считаны с жесткого диска, но еще не были переданы для дальнейшей обработки, а также для хранения данных, к которым система обращается довольно часто. Необходимость наличия транзитного хранилища вызвана разницей между скоростью считывания данных с жесткого диска и пропускной способностью системы. Обычно кэш память используется как для записи данных так и для чтения, но на SCSI дисках иногда требуется принудительное разрешение кэширования записи, так обычно по умолчанию кэширование записи на диск для SCSI запрещено. Хоть это и противоречит вышесказанному, но размер кеш-памяти не является решающим для повышения эффективности работы.
Более важна организация обмена данными с кэшем для увеличения производительности диска в целом. Кроме этого на производительность в целом влияет алгоритмы работы управляющей электроники, предотвращающие ошибки при работе с буфером (хранение неактуальных данных, сегментирование и т.д.)
В теории: чем больше будет объем кеш памяти, тем выше вероятность, что необходимые данные находятся в буфере и не нужно будет «беспокоить» жесткий диск. Но на практике случается, что диск с большим объемом кэш-памяти мало чем отличается по производительности от жесткого диска с меньшим объемом, такое случается при работе с файлами большого размера.
Предназначение
Она предназначена для чтения и записи данных, однако на SCSI дисках в редких случаях необходимо разрешение на кэширование записи, так как по умолчанию установлено, что кэширование записи запрещено. Как мы уже говорили, объем – не решающий фактор для улучшения эффективности работы. Для увеличения производительности винчестера более важной является организация обмена информацией с буфером. Кроме этого, на нее также в полной мере влияет функционирование управляющей электроники, предотвращение возникновения ошибок и прочее.
В буферной памяти хранятся наиболее часто используемые данные, в то время как, объем определяет вместимость этой самой хранимой информации. За счет большого размера производительность винчестера возрастает в разы, так как данные подгружаются напрямую из кэша и не требуют физического чтения.
Физическое чтение – прямое обращение системы к жесткому диску и его секторам. Данный процесс измеряется в миллисекундах и занимает достаточно большое количество времени. Вместе с этим HDD передает данные более чем в 100 раз быстрее, чем при запросе путем физического обращения к винчестеру. То есть, он позволяет устройству работать даже если хост-шина занята.
Понятие кэш-памяти жесткого диска
Жесткий диск сам по себе — довольно неторопливое устройство. По сравнению с оперативной памятью, жесткий диск работает на несколько порядков медленнее. Этим же обуславливается падение производительности компьютера при нехватке оперативной памяти, так как недостача компенсируется жестким диском.
Итак, кэш-память жесткого диска — это своеобразная оперативная память. Она встроена в винчестер и служит буфером для считанной информации и последующей передачи его в систему, а также содержит наиболее часто используемые данные.
Рассмотрим, для чего нужна кэш-память жесткого диска.
Как было отмечено выше, чтение информации с жесткого диска происходит весьма неторопливо, так как движение головки и нахождение необходимого сектора занимает много времени.
Необходимо уточнить, что под словом «медленно» имеются в виду миллисекунды. А для современных технологий миллисекунда — это очень много.
Поэтому, как и кэш жесткого диска хранит в себе данные, физически прочитанные с поверхности диска, а также считывает и хранит в себе секторы, которые вероятно будет запрошены позднее.
Таким образом уменьшается количество физических обращений к накопителю, при этом увеличивается производительность. Винчестер может работать, даже если хост-шина не свободна. Скорость передачи может увеличиваться в сотни раз при однотипных запросах.
Основные преимущества
Буферная память имеет целый ряд достоинств, основным из которых является быстрая обработка данных, занимающая минимальное количество времени, в то время как физическое обращение к секторам накопителя требует определенного времени, пока головка диска отыщет требуемый участок данных и начнет их читать. Более того, винчестеры с наибольшим хранилищем, позволяют значительно разгрузить процессор компьютера. Соответственно процессор задействуется минимально.
Ее также можно назвать полноценным ускорителем, так как функция буферизации делает работу винчестера значительно эффективнее и быстрее. Но на сегодняшний день, в условиях быстрого развития технологий, она теряет свое былое значение. Это связано с тем, что большинство современных моделей имеют 32 и 64 Мб, чего с головой хватает для нормального функционирования накопителя. Как уже было сказано выше, переплачивать разницу можно лишь тогда, когда разница по стоимости соответствует разнице в эффективности.
Напоследок хотелось бы сказать, что буферная память, какой бы она не была, улучшает работу той или иной программы, или устройства только в том случае, если идет многократное обращение к одним и тем же данным, размер которых не больше размера кэша. Если ваша работа за компьютером связана с программами, активно взаимодействующими с небольшими файлами, то вам нужен HDD с наибольшим хранилищем.
Кэш память – один из параметров HDD
Переходим непосредственно к железу с целью выяснить, что собой представляет кэш жесткого диска.
В HDD помимо механических деталей имеется управляющая плата с коннектроами. На ней и расположена специальная микросхема, представляющая собой память с высокоскоростным доступом. Это и есть кэш. Объем его относительно не велик и в обычных винчестерах может быть 32 и 64 мегабайта (в некоторых старых моделях встречаются еще значения 8 или 16 Мб). Этого вполне достаточно, чтобы сделать работу системы персонального компьютера плавной и быстрой.
Сколько лучше, спросите вы? Мне кажется, ответ очевиден, но некоторые блогеры отмечают, что существенную разницу между 32 и 64 Мб в процессе использования HDD уловить практически невозможно. Я же полагаю, что с ростом сложности программных задач это все-таки будет заметно.
И если вы рассчитываете выжать из своего ПК максимум, то стоить устанавливать на него лучшее из того, что вы сможете себе позволить. В пользу такой позиции говорит и тот факт, что на серверных жестких дисках уже используется кэш объемом в 128 и даже в 256 Мб. Думаю этот факт поможет ответить вам на вопрос: на что влияет объем буфера?
Выходит, что объем кэша винчестера имеет значение, и данный параметр обязательно стоит учитывать при выборе и покупке HDD. Как узнать эту цифру для новых и уже приобретенных устройств? Проще и надежнее всего уточнить маркировку модели и на сайте производителя найти официальную информацию. Так же объем буфера винчестера могут подсказать программы типа AIDA64.
Основные достоинства кэш-памяти
Кэш-память имеет много достоинств. Мы рассмотрим лишь основные из них:
Что дает устройству больший объем памяти кэша
Теперь узнаем какими объемами оснащают и что дает кэш-память в жестком диске.
Чаще всего можно встретить винчестеры с объемом кэша в 32 и 64 МБ. Но остались еще и на 8 и 16 МБ. В последнее время стали выпускаться лишь на 32 и 64 МБ. Значительный прорыв в быстродействии произошел, когда вместо 8 МБ стали использовать 16 МБ. А между кэшами объемом в 16 и 32 МБ особой разницы уже не чувствуется, как и между 32 и 64.
Среднестатистический пользователь компьютера не заметит разницы в производительности винчестеров с кэшем в 32 и 64 МБ. Но стоит отметить, что кэш-память периодически испытывает значительные нагрузки, поэтому лучше приобретать винчестер с более высоким объемом кэша, если есть финансовая возможность.
Принцип работы жесткого диска
HDD по сути является накопителем, на котором хранятся все пользовательские файлы, а также сама операционная система. Теоретически без этой детали можно обойтись, но тогда ОС придется загружать из съемного носителя или по сетевому соединению, а рабочие документы хранить на удаленном сервере.
Основа винчестера – круглая алюминиевая или стеклянная пластина. Она обладает достаточной степенью жесткости, поэтому деталь и называют жестким диском. Пластина покрыта слоем ферромагнетика (обычно это диоксид хрома), кластеры которой запоминают единицу или ноль благодаря намагничиванию и размагничиванию. На одной оси может быть несколько таких пластин. Для вращения используется небольшой высокооборотистый электромотор.
В отличие от граммофона, в котором игла касается пластинки, считывающие головки вплотную к дискам не примыкают, оставляя расстояние в несколько нанометров. Благодаря отсутствию механического контакта, срок службы такого устройства увеличивается.
Однако никакая деталь не служит вечно: со временем ферромагнетик теряет свойства, что значит, ведет к потере объема жесткого диска, обычно вместе с пользовательскими файлами.
Именно поэтому, для важных или дорогих сердцу данных (например, семейного фотоархива или плодов творчества владельца компьютера) рекомендуется делать резервную копию, а лучше сразу несколько.
Дополнительная информация
Вы теперь знаете, что такое кэш-память жесткого диска и на что влияет. Что еще необходимо знать? В настоящее время существует новый тип накопителей – SSD (твердотельные). В них вместо дисковых пластин используется синхронная память, как во флешках. Такие накопители в десятки раз быстрее обычных винчестеров, потому наличие кэша бесполезно. Но и такие накопители имеют свои недостатки. Во-первых, цена таких устройств увеличивается пропорционально объему. Во-вторых, они имеют ограниченный запас цикла перезаписи ячеек памяти.
Еще существуют гибридные накопители: твердотельный накопитель с обычным жестким диском. Преимуществом является соотношение высокой скорости работы и большим объемом хранимой информации с относительно низкой стоимостью.
Кэш-память (cache memory или просто кеш), также ее еще называют буферной памятью.
Кэш-память — особый тип оперативной памяти, который выступает в роли буфера для хранения промежуточных данных, которые уже считаны с жесткого диска, но еще не были переданы для дальнейшей обработки, а также для хранения данных, к которым система обращается довольно часто. Необходимость наличия транзитного хранилища вызвана разницей между скоростью считывания данных с жесткого диска и пропускной способностью системы.
В теории: чем больше будет объем кеш памяти, тем выше вероятность, что необходимые данные будут находиться в буфере и не нужно будет «беспокоить» жесткий диск. Но на практике случается, что диск с большим объемом кэш-памяти мало чем отличается по производительности от жесткого диска с меньшим объемом, такое получается при работе с файлами большого размера.
В продаже можно встретить жесткие диски с объемом кэш-памяти
Кроме объема кэш-памяти, буфер отличается своей структурой, для разных моделей и фирм-производителей. У обычных дисков буфер используется для чтения данных и для их записи, однако на жестких дисках типа SCSI возможно принудительно разрешить кэширование данных, так и запретить.
Обычно кэш память используется как для записи данных так и для чтения, но на SCSI дисках иногда требуется принудительное разрешение кэширования записи, так обычно по умолчанию кэширование записи на диск для SCSI запрещено. Хоть это и противоречит вышесказанному, но размер кеш-памяти не является решающим для повышения эффективности работы. Более важна организация обмена данными с кэшем для увеличения производительности диска в целом. Кроме этого на производительность в целом влияет алгоритмы работы управляющей электроники, предотвращающие ошибки при работе с буфером (хранение неактуальных данных, сегментирование и т.д.)
Кэш память – это сверх быстрая память, которая по сравнению с оперативной памятью имеет повышенное быстродействие.
Кэш память дополняет функциональное значение оперативной памяти. При работе компьютера все вычисления происходят в процессоре, а данные для этих вычислений и их результаты хранятся в оперативной памяти. Скорость работы процессора в несколько раз превосходит скорость обмена информацией с оперативной памятью. Учитывая, что между двумя операциями процессора может выполняться одна или несколько операций с более медленной памятью, получаем, что процессор должен время от времени простаивать без работы и совокупная скорость компьютера падает.