Имеет ли значение скорость вращения жесткого диска? ⇡ Специализированная прошивка. ⇡ Технические характеристики

Добрый день уважаемые читатели, сегодня я хочу затронуть вот такую тему, что такое скорость вращения шпинделя жесткого диска , как ее определить, и понять какая скорость хорошая, а какая нет. Думаю это будет интересно начинающим инженерам систем хранения данных, так как от понимания данной темы будет зависеть производительность СХД систем, а именно сколько ваш дисковый массив сможет на себе тащить, без тормозов и аварий. Мне в момент начала моей трудовой деятельности не хватала данной информации в русскоязычном сегменте и чтобы все было структурировано, так что прошу любить и жаловать.

Скорость вращения шпинделя

Каждый из нас хочет, чтобы все его сервисы и оборудование быстро работало, и поставить в свои системы хранения данных, не у всех есть возможность по втыкать быстрые SSD диски , и единственным решением остаются жесткие диски. При оценке производительности жестких дисков наиболее важной характеристикой является скорость передачи данных. При этом на скорость и общую производительность влияет целый ряд факторов:

• Первый фактор это через какой интерфейс вы подключите жесткий диск, на выбор SATA/IDE/SCSI/SAS, логично, что каждый из них имеет свою скорость передачи данных. SCSI могут передавать данные до 80 мегабайт / сек, IDE последние версии могут иметь поддержку скорости передачи данных до 133 МБ/с, SATA до 6 Гбит / сек, SAS до 12 Гбит.
• Объем кэша или буфера жесткого диска. Увеличение объема буфера позволяет увеличить скорость передачи данных.
• Поддержка NCQ, TCQ и прочих алгоритмов повышения быстродействия
• Объем диска, чем больше данных можно записать, тем больше времени нужно на чтение информации.
• Плотность информации на пластинах.
• И даже файловая система влияет на скорость обмена данных.

Но есть еще один фактор влияющий на производительность винтов и это скорость вращения шпинделя жесткого диска. Если взять два одинаковых HDD, но с разной скоростью вращения шпинделя, то вы увидите разницу в производительности, и при чем существенную

Устройство HDD

Давайте рассмотрим физическое устройство жестких дисков, чтобы понять из каких деталей он состоит.

• Считывающая головка
• Соленоидный привод
• Шпиндель
• Пластины
• Питание
• Интерфейс подключения

• Головка чтения/записи
• Постоянный магнит
• Поворотная рамка позиционера
• Коммутатор-предусилитель блока головок

Что такое шпиндель

Винчестер представляет собой набор из одной или нескольких герметизированных пластин в форме дисков, покрытых слоем ферромагнитного материала и считывающих головок в одном корпусе. Пластины приводятся в движение при помощи шпинделя (вращающегося вала). Пластины жесткого диска закреплены на шпинделе на строго определенном расстоянии. При вращении пластин расстояние должно быть таким, чтобы считывающие головки могли читать и записывать на диск, но при этом не касались поверхности пластин.

Двигатель шпинделя должен обеспечивать стабильное вращение магнитных пластин на протяжении тысяч часов, чтобы диск нормально функционировал. Неудивительно, что иногда проблемы с диском связаны с заклиниванием шпинделя, и вовсе не являются ошибками в файловой системе.

Двигатель отвечает за вращение пластин, и это позволяет работать жесткому диску. Благодаря отсутствию контакта, жесткий диск можно перезаписать в среднем 100 тысяч раз. Также на продолжительность работы диска влияет герметический корпус (гермозона), благодаря которому внутри корпуса HDD создается пространство, очищенное от пыли и влаги.

Вот как выглядят шпиндели, у каждого производителя они немного внешне могут отличаться. Это вот шпиндели от винтов Samsung.

или вот еще подборочка.

spindle speed или по русски скорость вращения шпинделя, определяет насколько быстро вращаются пластины в нормальном режиме работы жесткого диска. Она измеряется в RpM, то есть оборотах в минуту. От RpM скорости, будет зависеть на сколько быстро будет работать ваш компьютер, а именно как быстро компьютер может получить данные от жесткого диска.

Сколько раз я видел тормозные ноутбуки, в которых было по 4 ГБ оперативной памяти, там стоял процессор Intel core i3 или даже i5, но стоял блин hdd со скоростью вращения 5400 оборотов в минуту, и это был полный трешь, такие винты нужно сразу вытаскивать и ставить ssd иначе работать было не возможно

Время, которое требуется для блока магнитных головок, чтобы перейти к запрошенной дорожке/цилиндру называется время поиска (seek latency или задержкой ) . После того как считывающие головки переместятся в нужную дорожку/цилиндр, мы должны дождаться поворота пластин, чтобы нужный сектор оказался под головкой - это задержки на вращение (rotational latency time). И это является прямой функцией скорости шпинделя. То есть, чем быстрее скорость шпинделя, тем меньше задержки на вращение.

Общие задержки на время поиска и задержки на вращение и определяют скорость доступа к данным. Во многих программах для оценки скорости hdd это будет параметр access to data time. Более подробно о s.m.a.r.t показателях вы можете почитать по ссылке слева.

Влияние скорости вращения шпинделя жесткого диска

Винчестеры бывают двух форматов LFF и SFF , если рассказать в двух словах, то один имеет формат 2,5 дюйма, а второй 3,5. Формат 2,5 чаще всего идет либо в серверах или в ноутбуках, а второй так же в серверах и обычных системных блоках.

Если посмотреть среднюю скорость стандартных 3,5 " жестких дисков, то это скорость вращения шпинделя 7200 оборотов в минуту. Время совершения половины оборота в среднем (Avg. Rotational Latency) для таких дисков 4,2 мс. Эти диски обычно имеют среднее время поиска около 8,5 мс, что дает средний доступ к времени данным около 12,7 мс.

Есть диски, которые имеют скорость вращения магнитных пластин 10000 оборотов в минуту. Это уменьшает среднее время задержки на вращение до 3 мс. У Рапторов также и пластины меньшего диаметра, что позволило сократить среднее время поиска до ~5,5 мс. Итоговое среднее время доступа к данным примерно 8,5 мс.

Есть несколько моделей SCSI (например, Seagate Cheetah), у которые скорость вращения шпинделя 15 000 оборотов в минуту, и еще меньшие пластины. Среднее время Rotational Latency 2 мс (60 сек / 15 000 RPM / 2), среднее время поиска - 3,8 мс, и среднее время доступа к данным - 5,8 мс.

Диски с высокой частотой вращения шпинделя имеют низкие значения времени поиска и Rotational Latency даже при произвольном доступе. Жесткие диски с частотой шпинделя 5600 и 7200 обладают меньшей производительностью.

При этом при последовательном доступе к данным большими блоками разница будет несущественна, так как не будет задержки на доступ к данным, поэтому для жестких дисков рекомендуется регулярно делать дефрагментацию.

У 2,5 коллег, скорость так же скачет от 5400 до 15 000 оборотов в минуту.

Определяем скорость вращения шпинделя жесткого диска

Тут я для вас америку не открою, скорость вращения шпинделя жесткого диска определить, не то что просто, а очень просто, тут два варианта. Если у вас есть возможность физически посмотреть на этикетку расположенную на диске, то вы сможете увидеть вот такой показатель RPM в данных примерах это 7200RPM.

Если же у вас жесткий диск стоит в устройстве или сервере, то скорость вращения шпинделя жесткого диска будем смотреть в специальных программах, коих куча, могу посоветовать

• crystalmark
• aida64
• speccy

Конечно, чем выше скорость вращения шпинделя, тем быстрее диск, но есть и обратная сторона медали, с увеличением скорости вращения пластин диск сильнее нагревается и становится более шумным. Это может компенсироваться технологией, WD IntelliPower, которая уменьшает энергопотребление и шум за счет снижения скорости вращения шпинделя. А потерю производительности частично компенсируют оптимизацией алгоритмов кэширования. Похожая технология у HGST с целью сокращения энергопотребления называется CoolSpin.

Выводы

Думаю, вы в очередной раз убедились, что по возможности нужно переходить на твердотельные диски, так как они имеют много приимуществ

• Не нагреваются
• Нет механических деталей, если упадет, то ничего ему не будет
• Скорость в разы быстрее
• Долговечнее
• Но к сожалению имеют меньший объем и стоят пока дороже, хотя эта грань каждый год уменьшается.

Когда речь заходит о жестких дисках , то возникает один главный вопрос: а какой диск лучше всего? Я не буду отвечать конкретно, так как на каждый товар есть свой покупатель. Я просто приведу Вам характеристики двигателей жестких дисков. Удивлены?

А удивляться не стоит, поскольку двигатель жесткого диска - это его сердце. И это сердце отвечает за скорость вращения пластин жесткого диска. А от скорости зависит многое, а главное - процесс износа жесткого диска (HDD ). Итак, переходим к характеристикам скорости HDD.

На сегодняшний день есть три основных скорости вращения дисков: 5400 об/мин , 7200 об/мин и 10 или 15.000 об/мин . В чем разница, а проще говоря: какая скорость лучше? Смотрим:

1) скорость 5200 об/мин - самая низкая скорость HDD. В основном, жесткие диски с такой скоростью вращения устанавливают в ноутбуки . Такая мера уменьшает расход энергии ноутбука, а следовательно - батарея медленнее разряжается. Плюс ко всему прочему такая скорость снижает риск критической нагрузки на систему. Единственный «минус» такой скорости - низкая производительность (кстати, такие же диски можно встретить и на некоторых домашних компьютерах);

2) 7200 об/мин - эта скорость вращения шпинделя жесткого диска самая распространенная. В этой скорости соединились сразу два плюса: во-первых, диски с такой скоростью не требовательны к потреблению энергии, а во-вторых, обладают высокой производительностью. В общем, друзья, 7200 об/мин - это как шампунь «два в одном»: и скорость и производительность на достойном уровне;

3) от 10 до 15.000 об/мин - эту уже настоящий «монстр». Производительность просто супер! Но есть два громадных «минуса»: температура нагрева пластин жесткого диска и быстрый износ. При установке HDD с такой скоростью, Вам сначала необходимо позаботиться о достойном охлаждении данного монстра, а также запастись хорошими флешками или «болванками»: хранить ценную информацию на таких дисках я бы не рискнул!

Подводя итог, смело можно указать пальцем на диски со скоростью 7200 об/мин и сказать: «Это то, что надо!». Кроме достойной производительности, эти диски еще и не нагреваются до критических показателей. Да и вопрос цены и качества идеально подходит именно к 7200 об/мин, чего не скажешь о 5200 об/мин и 15.000 об/мин.

Итак, друзья, надеюсь, что данная статья поможет Вам в будущем (а может уже и сейчас) сделать ПРАВИЛЬНЫЙ выбор в отношении скоростных данных жестких дисков.

Читайте также

С каждым годом IT-индустрия практически в каждом из компонентов системного блока, стремится повысить скорость. Скорость вычислений, скорость доступа, скорость передачи – все это увеличивается ежеквартально.

Не обошли стороной эти скоростные изменения и сферу накопителей информации – жестких дисков. Здесь постоянно увеличивалась и увеличивается скорость вращения шпинделя жесткого диска, которая, в свою очередь влияет на скорость доступа к данным, скорость записи и скорость чтения информации.

Скорость вращения шпинделя жесткого диска

Скорость вращения шпинделя жесткого диска – это основная характеристика жесткого диска, которая напрямую влияет на результирующую производительность устройства.

На данный момент для десктопных вариантов систем, популярностью пользуются три вида жестких дисков по скорости вращения шпинделя – это 5400 об/мин., 7200 об./мин и 10 000 об./мин.

Естественно, у более скоростных жестких дисков помимо достоинств перед собратьями меньшими, существуют и недостатки для потребителя – это повышенная цена, более высокий уровень шума и большее энергопотребление. По поводу уровня шума – это довольно спорный и незначительный момент. На фоне подавляющего большинства шумных кулеров для обычных систем – может быть вообще не заметен.

Что же дает более высокая скорость вращения шпинделя для повышения скорости работы системы? Во-первых, это скорость случайного доступа к какой-либо информации на жестком диске. Естественно, время за которое головка чтения доходит до определенного места на пластине жесткого диска, в случае с 5400 об./мин. – существенно падает, по сравнению с 7200 об./мин или же 10 000 об./мин. Такая же ситуация и со скоростью записи.

Тестирование жестких дисков

Теперь давайте все это рассмотрим на показательных примерах. На ixbt.com провели тестирование четырех жестких дисков, которые существенно разнятся по параметрам. В результате были получены очень показательные графики, на которых четко видно превосходство более высокой скорости вращения шпинделя.

Итак, модели для тестирования:

• Western Digital Green - WD10EZRX (5400 об./мин.)
• Western Digital Blue - WD10EALX (7200 об./мин.)
• Western Digital Black WD1002FAEX (7200 об./мин.)
• Western Digital VelociRaptor WD1000DHTZ (10 000 об./мин.)

В большей мере нас интересуют три модели с разной скоростью вращения.

Теперь давайте рассмотрим графики тестирования:

1. Скорость чтения и скорость записи

Как видно из графиков тестирования, Green-серия с 5400 об./мин, провально отстает от всех. Особенно четко можно увидеть градацию по скорости вращения шпинделя, именно на графике времени доступа при чтении.

2. Произвольный доступ

Опять же, четко прослеживается заметное преимущество жестких дисков с 7200 об./мин. над «низкооборотистой» Green-серией, при чем на одном из графиков они вплотную подбираются к Veloci Raptor с 10 000 об./мин.

При тестировании жестких дисков в большинстве приложений, а также в игровых нагрузках, соблюдается все то же отставание Green-серии.

Итоги

После всего этого остается только подвести небольшие итоги. Безусловно, не все тесты были провальны со стороны Green с 5400 об./мин, так как скорость вращения шпинделя решает не все, но подавляющее большинство тестов, оказались печальными для Green-диска. В любом случае не стоит заострять внимание на одной характеристике. Для того же копирования файлов необходимо увеличении плотности записи, а не повышение скоростей вращающихся элементов накопителя. Так что комплексность анализа характеристик остается единственным правильным решением при выборе жесткого диска. Также важно помнить про основную характеристику жесткого диска – это объем памяти HDD , ведь «как ни крути», основная задача накопителя - хранить информацию.

Итак, мы начинаем. Предлагаю вашему вниманию первый тест дисков, предназначенных для использования в мобильных компьютерах. Методика тестирования приведена . Прошу не судить слишком строго - все-таки первый опыт. Пока не посмотришь на результаты тестов, сложно сказать, какие из них более показательны. Для первого тестирования были выбраны диски со скоростью вращения шпинделя 5400 rpm от трех производителей - Hitachi, Seagate и Toshiba (диск от Fujitsu тестируется в данный момент, его результаты будут доступны чуть позднее). На данный момент эти диски представляют собой высокопроизводительное решение (как некий аналог десктопных дисков со скоростью вращения шпинделя 7200 rpm, тогда диск на 7200 rpm можно считать аналогом WD Raptor:). Для начала более подробно пройдемся по официальным спецификациям и использованным технологиям (если, конечно, производитель считает нужным сообщить о некоторых из них).

Hitachi Travelstar DK23FB-40

Диск является детищем Hitachi, его разработка, по видимому, относится к тому времени, когда Hitachi еще не «поглотила» отдел IBM, занимающийся жесткими дисками. Обладает большой плотностью записи - 68,5 Gbits/кв.дюйм. Подробности о каких-либо примененных технологиях от широких масс скрываются. В связи с тем, что Hitachi Global Storage (такое название получило подразделение после объединения с IBM"овскими разработчиками) уже выпустило три новых серии дисков (на 4200, 5400 и 7200 rpm), можно сказать, что данный диск относится к предпоследнему поколению.

Seagate Momentus ST94811A

После определенного перерыва компания Seagate решила вернуться в сектор жестких дисков форм-фактора 2,5″ дюйма. На текущий момент в линейке Momentus представлены 4 диска объемами 20 и 40GB и емкостью буфера 2 и 8MB. К нам на тестирование попал самый старший представитель этой линейки - винт на 40GB с 8MB буфером. Интересно отметить, что все выпускаемые ныне диски серии Momentus содержат только один «блин». По заявлениям Seagate, диск Momentus по энергопотреблению близок к дискам со скоростью вращения шпинделя 4200 rpm, а использование скорости вращения шпинделя в 5400 rpm приносит 50% увеличение производительности системы по сравнению с ними. Ну что же, возможность сравнить результаты с низкооборотистым диском от Toshiba нам сегодня будет предоставлена. Также в Seagate считают, что использование 8MB буфера приближает производительность этого диска к уровню дисков настольных систем - приближать то, скорее всего, чуть-чуть приближает, но в основном это заявление имеет чисто маркетинговый характер. Если говорить о технологиях, то в Momentus"e установлен SoftSonic FDB (Fluid Dynamic Bearing) мотор и применена QuietStep ramp load technology, предназначенная для уменьшения шумности диска. Также используется ставшая уже характерной для нынешних продуктов Seagate технология 3D Defense System - Drive, Data & Diagnostic Defense.

Toshiba MK4019GAX

В диске, как и в Seagate Momentus, используется Fluid Dynamic Bearing motor drive. К вопросу об увеличении производительности по сравнению с дисками на 4200 rpm инженеры Toshiba подошли осторожнее и заявили только о 12% роста производительности. Правда, довольно смело заявили о наибольшей плотности записи среди дисков на 5400 rpm по сравнению с продукцией конкурентов - 34,7 Gbits/кв.дюйм, однако у диска Hitachi даже из предпоследней линейки плотность записи составляет уже 68,5 Gbits/кв.дюйм (более подробно смотри таблицу характеристик, заявленных производителями). В качестве особенности можно выделить наибольший среди испытуемых дисков размер буфера - 16MB.

Toshiba MK3021GAS

Для этого диска также заявлено, что он обладает максимальной плотностью записи среди дисков конкурентов - 48,8 Gbits/кв.дюйм. Надо полагать, что это отностится только к дискам на 4200 rpm, иначе инженеры Toshiba противоречат сами себе (смотри абзац выше). Здесь также используется Fluid Dynamic Bearing motor drive.

Характеристики дисков приведены в таблице.

Небольшой комментарий. Если судить по объемам дисков и количеству пластин, плотность записи на пластину у Hitachi Travelstar составляет 30 GB (используются урезанные пластины), у Seagate Momentus - 40 GB, у Toshiba MK4019GAX - 20 GB. Toshiba MK3021GAS со скоростью вращения шпинделя 4200 rpm позволяет записать на пластину 30 GB.

Тесты

В качестве тестового стенда используется ноутбук MaxSelect TravelBook Z4 , предоставленный компанией «Atlantic Computers». Конфигурация тестового стенда следующая.

• Процессор - Intel Pentium-M 1.3GHz;
• Чипсет - Intel 855PM (Montara);
• Оперативная память - 512 МВ DDR266;
• Видеосистема - интегрированная
• Жесткий диск - Toshiba MK4018GAS;
• Операционная система - Microsoft Windows XP Professional SP1.

Набор тестов следующий:

• Ziff-Davis WinBench 99;
• Intel IOMeter;
• MobileMark 2002.

Подробную методику тестирования можно прочитать . Ziff-Davis WinBench 99

По максимальному значению скорости линейного чтения впереди, как и ожидалось, Seagate Momentus. Совсем немного уступает ему диск от Hitachi, зато у него самая большая скорость чтения в конце диска - еще одно подтверждение тому, что пластины используются не полностью. Toshiba MK4019GAX отстает достаточно существенно, при этом на пятки ему наступает MK3021GAS.

Hitachi Travelstar DK23FB-40

Seagate Momentus ST94811A

Toshiba MK4019GAX

Toshiba MK3021GAS

Со временем доступа творятся чудеса. Диски от Hitachi и Seagate показали результаты где-то на 1 ms лучше заявленных, а Toshiba MK4019GAX - более чем на 1 ms хуже. И только MK3021GAS со скоростью вращения шпинделя 4200 rpm показал в этом тесте результаты, близкие к ожидаемым. Попробуем измерить этот параметр с использованием другого теста - Intel IOMeter.

М-да, сильно лучше не стало. Поскольку это первое тестирование, сложно сказать, в чем здесь причина.

В тестах Ziff-Davis Disk WinMarks вперед вырвался диск от Hitachi. Seagate Momentus удалось его опередить только в Business WinMark при использовании файловой системы NTFS. А вот Toshiba отстает - не помогает даже 16-мегабайтный буфер. В целом можно говорить о том, что и Seagate, и Toshiba свои обещания выполняют - результаты Momentus в High-End WinMark действительно почти в полтора раза, а Toshiba MK4019GAX - даже более, чем на 12% выше результатов Toshiba MK3021GAS. Intel IOMeter

Поскольку вряд ли кто-нибудь в настоящее время рискнет использовать ноутбук в качестве сервера, ограничимся рассмотрением работы дисков в паттерне Workstation. Здесь явный лидер - Seagate Momentus. Диск Hitachi догоняет его только в области максимальных нагрузок, которые, скажем прямо, вряд ли являются определяющими при работе с ноутбуком. Неожиданно хорошо проявил себя диск Toshiba MK4019GAX. Проигрывая Hitachi при малых нагрузках, он практически не уступает на средних.

В модели случайного чтения картина приблизительно та же, а вот при случайной записи диски разбились на пары. Seagate Momentus и Hitachi показали приблизительно одинаковые результаты, а вот диски Toshiba отстали, причем преимущества у диска со скоростью вращения шпинделя 5400 rpm практически нет.

При работе дисков с разным соотношением запросов на чтение/запись на фоне остальных блестяще показал себя диск от Seagate, сказывается богатый опыт разработки десктопных дисков? А вот диск Hitachi показывает себя с лучшей стороны только на максимальных нагрузках, в других случаях его результаты сравнимы с результатами Toshiba MK4019GAX, которому не очень посмогает и 16-мегабайтный буфер.

По этим графикам можно сказать, что диски Toshiba не любят писать двухкилобайтные блоки. MobileMark 2002

Теперь - самое интересное. Все, что было до этого - по большей части имеет теоретический интерес. А вот как поведут себя диски в реальной работе (вернее, конечно, в ее модели)? Итак, компьютер включен. Что получается?

Первый вывод состоит в том, что IOMeter и MobileMark моделируют работу компьютера по-разному. В связи с этим возникает задача на будущее - попробовать описать работу теста MobileMark в терминах параметров теста IOMeter. Во-вторых, победителем в этом тесте является диск Hitachi. Его превосходство над Seagate Momentus - порядка 5% - меньше, чем в тесте Ziff-Davis High-End WinMark (порядка 7% при использовании той же файловой системы NTFS). В-третьих, остановка дисков при простое (а остановки при работе теста бывают, так как для моделирования работы пользователя включаются паузы продолжительностью до 20 минут) снижает производительность системы, правда, незначительно (до 3%). Теперь посмотрим, как влияет производительность на время автономной работы.

Меня всегда интересовал вопрос - а уменьшает ли отключение дисков на период простоя энергопотребление? Ведь при запуске диска требуется больший ток, чего не любят аккумуляторные батареи, и что может свести на «нет» всю экономию. Результаты тестов показывают, что, по крайней мере в модели, реализованной в тесте MobileMark 2002, остановка дисков действительно не дает выигрыша. Что же касается конкретных результатов, то при установке в систему диска Seagate Momentus время автономной работы действительно было максимальным для тестировавшихся дисков со скоростью вращения шпинделя 5400 rpm. Правда, разницу в 1-2 минуты не назовешь определяющей - она близка к погрешности теста. Гораздо интересней тот факт, что диск Toshiba MK3021GAS со скоростью вращения шпинделя 4200 rpm превзошел «старших» по времени автономной работы менее, чем на 10 минут (порядка 4%) при отставании в производительности порядка 12%.

Шумность

Здесь по субъективным ощущениям все диски выступили очень неплохо, за исключением Toshiba MK4019GAX. Треск при позиционировании слышен очень отчетливо, а в тестах случайного чтения/записи он просто раздражал.

Выводы

Итак, что можно сказать по сути? 16-мегабайтный буфер не помог диску Toshiba MK4019GAX - он стал аутсайдером тестирования. А учитывая не лучшие акустические характеристики, я бы не рекомендовал его устанавливать на ваш ноутбук. Остальные два диска показали хорошие результаты. Пожалуй, по совокупности, учитывая первенство в тестах, основанных на реальных приложениях, первое место можно отдать Hitachi Travelstar DK23FB-40. В связи с этим интересно будет протестировать последнее поколение дисков от Hitachi. И еще одно замечание - как показали тесты, отключение дисков в период простоя в используемой модели не приводит к сколько-нибудь существенному увеличению времени автономной работы, зато при этом снижается производительность, и, возможно, уменьшается время жизни дисков («возможно» - потому, что увеличивается число старт/стопов, но уменьшается время работы диска).

Средняя текущая цена (количество предложений) на диски в московской рознице: