03.05.2004 Серийная жесткость

версия для печати

Сергей Андрианов

10.03.2004

Пожалуй, единственное, что объединяет индустрию накопителей на жестких магнитных дисках с остальной компьютерной отраслью — невиданные в прочих промышленных сферах темпы прогресса технологий, объясняемые законом Мура. Накопители отличаются тем, что являются практически единственными компьютерными устройствами, сохранившими движущиеся части (вентиляторы не в счет). Оптические диски, пришедшие из звукозаписи, явно не подчиняются закону Мура, а остальные сменные накопители с движущимися деталями практически вытеснены полупроводниковыми устройствами. Как правило, почти во всех отраслях наблюдается либо монополия одного, реже двух производителей, либо борьба множества конкурентов, в которую включены как крупные корпорации, так и совсем маленькие фирмочки, а вот жесткие диски выпускаются несколькими сосуществующими крупными изготовителями. Приход новых участников затрудняется тем, что производство жестких дисков весьма наукоемко и требует технологий очень высокого уровня.

К тому же в последнее время число игроков на поле производства жестких дисков заметно сократилось. Так, фирма Quantum передала свои мощности по производству жестких дисков компании Maxtor, IBM — Hitachi, а Fujitsu просто ушла с рынка накопителей для настольных компьютеров, оставив за собой создание более дорогих моделей, предназначенных для серверов и ноутбуков. Впрочем, рынок пополнился новыми именами. Hitachi, ранее изготовлявшая лишь диски для ноутбуков, после сделки с IBM приступила к выпуску накопителей для настольных компьютеров. Но самым интересным оказалось то, что появился новый игрок — компания Samsung. Конечно, производство жестких дисков не та область, где может внезапно возникнуть новый участник, и «винчестеры» Samsung уже встречались в прайс-листах в течение нескольких последних лет, но и занимаемую этой фирмой долю рынка, и характеристики ее лучших моделей нельзя было назвать впечатляющими. И только совсем недавно Samsung наконец-то удалось догнать конкурентов и стать равноправным участником индустрии накопителей на жестких дисках.

Наша редакция провела тестирование высокопроизводительных накопителей (частота вращения — 7200 об/мин, объем кэш-памяти — 8 Мбайт) компаний Hitachi, Maxtor, Samsung, Seagate и Western Digital. Мы не избежали легкой приверженности последним веяниям компьютерной моды — было решено ограничиться дисками с интерфейсом Serial ATA.

Для исследования накопителей был взят ПК на базе системной платы Albatron KX18D Pro II, процессора AMD Athlon XP 2700+, 512-Мбайт ОЗУ типа DDR SDRAM PC-2700 компании Samsung, 128-Мбайт видеоплаты MSI FX5600 VTD128. Применялся 160-Гбайт жесткий диск Seagate Barracuda 7200.7 с параллельным интерфейсом и 48Х-дисковод СD-ROM компании LiteOn. Файловые операции производились в среде Windows XP с установленным SP1 и DOS Mode Windows 98 SE для получения профилей скорости записи, чтения и ряда физических характеристик. Исследуемый диск подключался в качестве второго накопителя. Тестовые программы и сценарии измерения подробно описаны во врезке «Используемые тесты» (см. на компакт-диске).

Seagate Barracuda 7200.7. Компания Seagate не выпускает дисков более чем с двумя пластинами, однако ее 160-Гбайт модели принадлежит абсолютный рекорд по соотношению объем/цена. В тестах как по определению физических характеристик, так и по измерению производительности при работе в файловой системе этот накопитель показал средние результаты. Правда, время его работы в двух конкретных приложениях оказалось наибольшим, но отстал он от среднего всего на 5%. Эту модель легко найти в продаже, к тому же фирма Seagate пока не была замечена в поставке партий с большим процентом брака.

Samsung SP1614C. Хотя ранее Samsung в основном выпускала устройства, отстающие от изделий конкурентов по технологическому уровню, сейчас жесткие диски Samsung в продаже бывают далеко не всегда, поскольку у них благоприятное соотношение цены и производительности, по которому этот накопитель прочно занимает второе место. Второе место у него и по физическим характеристикам. Оба теста работы в файловой системе SP1614C выполнил на отлично, показав наилучший результат. По совокупности параметров этот накопитель, безусловно, заслуживает первого места. Именно его мы и порекомендуем покупать, если, конечно, сможете найти в продаже.

Hitachi DeskStar HDS722525VLSA80. Еще одна старшая модель; накопители этого производителя народ до сих пор по привычке называет дисками IBM. По стоимости единицы информации данный диск в 1,5 раза превосходит лидера, поэтому вряд ли стоит считать его экономичной покупкой. Столь высокая цена хранения 1 Гбайт обусловлена тем, что диск обладает наибольшей емкостью среди рассмотренных. Использовать его стоит тогда, когда пользователю нужен наибольший объем, а количество свободных отсеков ограничено. По физическим характеристикам носитель всех опередил, а по файловым операциям оказался середнячком — его подвели тесты записи. Если обратиться к профилям скорости обмена, то такое поведение вполне объяснимо. Модель DeskStar — единственная из исследуемых, у которой тестирование показало различие профилей чтения и записи. (О возможных причинах такого поведения см. врезку «Чем отличается запись от чтения».) При этом различие наблюдается примерно на первых 20% емкости накопителя, т.е. как раз там, где и проводились тесты работы с файловой системой.

Что это: дефект конкретного экземпляра (т.е. слишком медленное затухание колебаний) или недоработка нового продукта (заниженное смещение первого сектора) — выяснить не удалось, так как для ответа на поставленный вопрос нужно иметь как минимум несколько образцов накопителей. Если первое, то вряд ли пользователь столкнется с подобными неприятностями, хотя все равно вопрос о надежности модели в целом остается открытым. Если второе, то можно надеяться, что к моменту выхода данного номера журнала инженеры Hitachi уже устранят подобный просчет. Вполне вероятно, что он «лечится» и на уровне замены микропрограмм, т.е. программы внутреннего контроллера. По крайней мере, я не вижу причины, заставляющей в условиях буферизации начинать писать дорожку именно с первого сектора.

Кстати, помимо разъема питания Serial ATA накопитель оборудован и стандартным четырехконтактным.

Western Digital Cavair WD2500. Еще одна модель с большой емкостью, но менее дорогая, чем продукт Hitachi. Правда, по стоимости единицы объема она также существенно уступает наиболее эффективным по этому параметру 160-Гбайт дискам. К тому же накопитель демонстрирует наибольшее время доступа и наименьшую скорость чтения из буфера, причем такие оценки дают все используемые программы. Это сказалось и на результатах синтетического теста работы с файловой системой, а особенно удручающие результаты были получены при копировании мелких файлов. И только по скорости работы с двумя конкретными приложениями носитель занял предпоследнее место.

В общем, накопитель Cavair WD2500 не самый удачный выбор. Его можно считать аутсайдером нашего тестирования. Впрочем, Western Digital всегда считала своим «коньком» именно высокую емкость и не слишком заботилась о производительности.

Этот накопитель оборудован двумя разъемами питания: стандартным четырехконтактным и Serial ATA. При использовании первого, конечно, нельзя производить «горячее» подключение устройства, однако хорошо,что можно обойтись без переходника питания, часто нужного, так как производители блоков питания пока редко оснащают свою продукцию разъемами для Serial ATA.

Maxtor DiamondMax Plus 9. Этот накопитель имеет ряд интересных особенностей. Так, у него только три рабочие поверхности, тогда как у всех остальных 160-Гбайт дисков — по четыре. В то же время в линейке DiamondMax Plus 9 присутствуют накопители объемом до 200 Гбайт, и потому можно сделать вывод, что плотность записи у дисков Maxtor несколько выше, чем у продукции конкурентов. (На момент выхода статьи в продаже появится и 200-Гбайт жесткий диск компании Seagate, также оснащенный двумя пластинами. — Прим. ред.) Однако диагностическая программа Informer (Константина Кондакова) показала объем буфера 7936 Кбайт. Скорее всего, оставшиеся 256 Кбайт используются для хранения микропрограммы контроллера или служебной информации.

Согласно документации, данный накопитель имеет самую низкую потребляемую мощность, но при проведении тестов эта величина не проверялась. В то же время у него высоковата цена для накопителей емкостью 160 Гбайт, правда, и объем почти на 4 Гбайт выше. В целом же результаты тестов показывают, что жесткий диск Maxtor демонстрирует среднюю производительность.

У него помимо разъема Serial ATA имеется и стандартный разъем питания.

Итак... Во-первых, следует отметить, что на рынке накопителей на жестких магнитных дисках для настольных компьютеров появился новый сильный игрок — компания Samsung, чье изделие заняло первое место в нашем тестировании.

Во-вторых, хотя, казалось бы, расстановка мест нами более или менее обозначена, по большому счету существенной разницы между накопителями нет.

В-третьих, индустрия жестких дисков больна теми же болезнями, что и вся компьютерная отрасль, — на рынок нередко выбрасываются еще недостаточно отлаженные модели, и, покупая «самую-самую железку» (впрочем, как и программу), мы рискуем приобрести очередную «бету».

Чем отличается запись от чтения

Теоретически процессы записи и чтения симметричны: в обоих случаях обмен данными между головкой и поверхностью диска происходит со скоростью, определяемой произведением продольной плотности записи на скорость вращения диска. Поэтому производительность при записи и чтении, а также профили их скоростей по всей поверхности накопителя должны совпадать. В правильно спроектированном жестком диске так и происходит. Если тестирующая программа показывает различие, то, скорее всего, в этом виновата программа, а не накопитель.

По сути дела, когда мы пишем данные на жесткий диск, то затираем ту информацию, которая находились там раньше. Такое измерение называется разрушающим тестом записи, и ни в одной из широко распространенных программ оно не может применяться. Какой же пользователь компьютера согласится пожертвовать всей хранящейся на нем информацией ради получения единственной кривой, нужной ему, как правило, лишь для удовлетворения любопытства!

Во многих тестах сама запись выполняется небольшими кусочками и перемежается с операциями чтения. Естественно, такая методика ведет к возникновению погрешности, которая в неблагоприятной ситуации способна приводить к значительной ошибке. Но все же встречаются и исключения, когда профили записи и чтения даже в случае аккуратно проведенных тестов оказываются неидентичными. Так в чем же здесь дело?

А в том, что время позиционирования для чтения и для записи различно. И это, как правило, отражено в технической документации. Время доступа, или позиционирования, для операции записи всегда больше, чем для операции чтения.

Почему так происходит? Ведь хотя для чтения и записи используются разные головки, они размещены на одном подвесе и перемещаются синхронно. Объясняется это тем, что любая механическая система инертна. Значит, она не способна мгновенно изменить не только координату, но и скорость. В идеале головка должна двигаться в направлении исходной дорожки, мгновенно останавливаясь по ее достижении. Однако такое поведение требует приложения к головке бесконечно большой силы со стороны электромагнита, управляющего ее перемещением, что неизбежно должно повредить как саму головку, так и блок питания компьютера . Поэтому либо приближение головки к нужной дорожке происходит по закону, близкому к экспоненциальному, либо возникает процесс затухающих колебаний. И вот здесь между чтением и записью есть принципиальные различия. Для чтения достаточно, чтобы сигнал, наводимый в головке текущей дорожкой, был больше, чем сигнал от соседней, т. е. можно начинать чтение тогда, когда амплитуда механических колебаний головки снизилась до половины расстояния между дорожками. Если такие же требования мы будем предъявлять при записи, то мы рискуем потерять данные на соседних дорожках (если отнять по половине с каждой стороны... да и сама дорожка может быть записана не по середине по тем же причинам). Кроме того, удастся ли нам уверенно считать записанное, если сама запись выполнена «зигзагом»? Значит, требования к допустимой амплитуде колебаний головки при записи существенно строже, чем при чтении, и головке нужно дать дополнительное время для затухания колебаний.

Среди приводимых в технической документации характеристик могут присутствовать как время позиционирования, так и время доступа, причем как среднее, так и максимальное. Уже отмечалось, что эти два параметра различаются на величину скрытого времени, равного половине периода оборота диска. Однако для перехода на соседнюю дорожку это не так. Делая разметку накопителя, производитель стремится достигнуть максимальной устоявшейся скорости обмена, а это возможно лишь тогда, когда первый сектор дорожки оказывается под головкой как раз в момент окончания перехода с предыдущей. Другими словами, при оптимальной разметке начало каждой следующей дорожки сдвинуто относительно конца предыдущей на величину, соответствующую времени перехода на соседнюю. Но, как выяснилось, время позиционирования для чтения и для записи различно.

Разговор об отличиях режимов записи и чтения будет неполным, если не отметить, что запись, обладающая «механическим» недостатком по сравнению с чтением, не лишена и некоторых «электронных» достоинств, связанных с наличием в накопителе электронных компонентов — кэша. Подробнее об этом см. во врезке «Физические параметры, характеризующие производительность, или От чего зависит скорость обмена жестких дисков», приведенной на компакт-диске.

Таблица 1. Параметры накопителей

Общие характеристики производительности

* Меньшее значение — лучшее 1 Время поиска в диапазоне первых 8 Гбайт. 2 Время доступа во всем объеме. 3 Средняя внешняя устоявшаяся скорость, только полезной информации. 4 Максимальная внутренняя вместе со служебной информацией. 5 О методе его составления см, врезку «Используемые тесты» на компакт-диске.

Скорость обмена при файловых операциях, млн. байт/с

Время выполнения приложений, мин : с