Welche Faktoren bestimmen wirklich die Lese- und Schreibgeschwindigkeit mechanischer Festplatten?

Die Lese- und Schreibgeschwindigkeit mechanischer Festplatten wird durch Geschwindigkeit, Datendichte, Cache -Größe, Schnittstellentyp und Suchzeit bestimmt. Hochgeschwindigkeit verkürzt die Latenz, hohe Dichte verbessert die lineare Geschwindigkeit, großer Cache optimiert das zufällige Lesen und Schreiben, während Fragmentierungsprogramme und Hintergrundprogramme die tatsächliche Erfahrung verlangsamen.

Die Lese- und Schreibgeschwindigkeit einer mechanischen Festplatte wird letztendlich durch mehrere Kernelemente bestimmt. Das intuitivste Gefühl ist die Scheibengeschwindigkeit, die Datenspeicherdichte und die Cache -Größe. Natürlich spielen auch die Festplattenschnittstelle und der interne Suchmechanismus eine Rolle, die nicht ignoriert werden kann. Diese Faktoren sind mit letztendlich die Leistung verbunden, die wir tatsächlich erleben.

Lösung

Um die Lese- und Schreibgeschwindigkeit mechanischer Festplatten tief zu verstehen, müssen wir uns auf mehrere wichtige technische Punkte konzentrieren. Erstens und vor allem die Scheibengeschwindigkeit (Drehzahl) . Dies bestimmt direkt, wie viel Daten der Kopf in der Einheitszeit lesen oder schreiben kann und wie lange die Suchzeit dauert. Hohe Geschwindigkeit bedeutet, dass Daten unter dem Kopf schneller geleitet werden, wodurch die Datenübertragungsraten verbessert werden.

Die zweite ist die Datendichte (Flächendichte) , die die Datenmenge ist, die pro Flächeneinheit gespeichert werden können. Bei der gleichen Geschwindigkeit kann der Kopf mehr Daten lesen, indem die Datendichte auf der Disc höher ist, indem sie eine kurze Strecke übergeben, was zweifellos die lineare Lese- und Schreibgeschwindigkeit erhöht. Es ist wie auf einer Autobahn, je mehr Fahrzeuge Sie innerhalb einer Zeiteinheit fahren können.

Cache (Cache/Puffer) ist ebenfalls ein wichtiger Beschleuniger. Ein Stück DRAM wird normalerweise als Cache in die Festplatte integriert, mit der Daten vorübergehend gespeichert werden, die gelesen oder nur geschrieben werden sollen. Wenn sich die vom System angeforderten Daten im Cache befinden, muss die Festplatte nicht zeitaufwändige mechanische Suchvorgänge ausführen und direkt aus dem Cache zurückgegeben. Dies ist sehr effektiv für kleine Dateien, zufälliges Lesen und Schreiben oder häufig zugegriffene Daten.

Darüber hinaus begrenzt der Grenzflächentyp auch die Obergrenze der Datenübertragung zwischen der Festplatte und dem Motherboard. Zum Beispiel beträgt die theoretische Bandbreite von SATA 3.0 6 Gbit / s. Obwohl mechanische Festplatten selten über diese Bandbreite laufen, wird eine veraltete Schnittstelle zweifellos zu einem Engpass.

Es gibt auch die Suche nach Zeit , die sich auf die Zeit bezieht, die der magnetische Kopf benötigt, um sich von einer Strecke zur anderen zu bewegen. Es ist durch das Design des Roboterarms, die Leistung des Antriebsmotors und die Optimierung interner Algorithmen begrenzt. Je kürzer die Suchzeit ist, desto besser die zufällige Les- und Schreibleistung.

Die Fragmentierung der Datei ist auch ein Faktor, der nicht ignoriert werden kann. Wenn die Datei in der Festplatte fragmentiert ist, muss der Kopf häufig bewegt werden, um eine vollständige Datei zu lesen, die die Suchzeit erheblich erhöht und somit die tatsächliche Lese- und Schreibgeschwindigkeit verkürzt.

Warum fühlen sich Hochgeschwindigkeits-Festplatten im tatsächlichen Gebrauch reibungsloser?

Ich persönlich denke, dass der Hauptgrund, warum Hochgeschwindigkeits-Festplatten eine glattere Erfahrung bringen können, darin besteht, dass sie die "wartende" Zeit direkt verkürzen. Denken Sie darüber nach, eine Festplatte mit einer Festplatte von 7200 U / min hat eine Festplatte, die 120 Kurven pro Sekunde dreht, während eine Festplatte von 5400 U / min nur 90 Kurven dreht. Dies bedeutet, dass die Hochgeschwindigkeits-Festplatte, egal wo sich die Daten befinden, den Zieldatenbereich unter dem Kopf schneller "drehen" kann.

Dies ist nicht nur eine theoretische Erhöhung der Datenübertragungsrate. In praktischen Anwendungen, beispielsweise wenn Sie ein großes Spiel starten oder ein komplexes Videobearbeitungsprojekt laden, muss die Festplatte Tausende von verstreuten kleinen Dateien lesen. Zu diesem Zeitpunkt muss der Kopf häufig auf die Scheibe springen. Die Hochgeschwindigkeit verringert die Zeit, um nach jedem Sprung auf Daten zu warten, und verringert auch die Verzögerung (Rotationsverzögerung) des Kopfes, die darauf warten, dass der nächste Sektor auf derselben Strecke vorhanden ist. Diese angesammelten winzigen Zeiteinsparungen spiegeln letztendlich in der "fließenden", die wir empfinden. Zum Beispiel habe ich eine 5400 U / min -Laptop -Festplatte verwendet, und es kann lange dauern, um Photoshop zu öffnen. Nachdem ich zu einer 7200 U / min -Desktop -Festplatte gewechselt war, fühlt es sich so an, als hätte ich die Welt verändert. Obwohl es für eine SSD unvergleichlich ist, wurde das "Stottern" in der Tat stark reduziert. Dadurch reagiert jeder E/A -Betrieb schneller und verringert so das Stottern von Anwendungen, wenn sie auf Daten warten.

Hat die Größe der Festplatten -Cache wirklich einen so großen Einfluss auf die Leistung?

Die Rolle von Festplatten -Cache oder Puffer kann nicht unterschätzt werden, aber sein "großer Einfluss" spiegelt sich häufig in bestimmten Szenarien wider. Der Cache ist wie ein kleiner Hochgeschwindigkeitsbereich in der Festplatte. Wenn das System Daten anfordert, versucht die Festplatte, die Daten, die Sie als nächstes benötigen, vorherzusagen, und laden Sie sie im Voraus in den Cache (Vorschau lesen). Oder wenn Sie Daten schreiben, werden die Daten zuerst in den Cache geschrieben, und die Festplatte schreibt dann zum richtigen Zeitpunkt auf die langsame Festplatte (später schreiben).

Für die häufig auf kleinen Dateien oder Datenblöcke zugegriffenen Personen, die wiederholt gelesen werden, sind die Vorteile großer Caches sehr offensichtlich. Beispielsweise werden einige Kerndateien des Betriebssystems oder Indexdateien in der Datenbank sehr wahrscheinlich wiederholt gelesen. Wenn diese Daten längere Zeit im Cache aufbewahrt werden können, kann jeder Zugriff direkt aus dem Cache abgerufen werden, wodurch zeitaufwändiges mechanisches Suchen und Lesen vermieden werden kann. Dies kann die zufällige Lese- und Schreibleistung erheblich verbessern, insbesondere in Multitasking -Umgebungen, in denen große Caches E/A -Peaks besser glattes glätten können, wenn mehrere Anwendungen gleichzeitig Festplattendaten anfordern.

Andererseits ist der Cache -Effekt für Dateien mit sehr großen einzelnen Transfers wie dem Kopieren eines Films mit Dutzenden von GB relativ begrenzt. Denn unabhängig davon, wie groß der Cache ist, kann er nicht die gesamte Datei installieren und hängt letztendlich von der physischen Lese- und Schreibgeschwindigkeit der Festplatte ab. Es ist eher ein Mittel zur "assistierten Beschleunigung" und "optimierter Zeitplanung", als die physikalischen Grenzen mechanischer Festplatten grundlegend zu ändern. Wenn Sie sich hauptsächlich mit dem sequentiellen Lesen und Schreiben großer Dateien befassen und der Cache von 64 MB auf 256 MB erhöht wird, spüren Sie möglicherweise keinen qualitativen Sprung, aber bei den täglichen Operationen und Multitasking ist die Glätte, die durch einen großen Cache gebracht wird, real.

Welche anderen Faktoren auf Software- oder Systemebene selbst verlangsamen zusätzlich zu der Hardware selbst die mechanische Festplatte?

Zusätzlich zu den Hardwarespezifikationen der Festplatte selbst ist die Langsamkeit der Festplatte, von der wir glauben, dass sie tatsächlich auf System- und Softwareebene "anhalten". Das häufigste und problematischste, was zweifellos die Fragmentierung von Dateien ist. Wie bereits erwähnt, wird die Datei in viele kleine Stücke unterteilt, die an verschiedenen Stellen der Festplatte verstreut sind, wenn eine Datei auf die Festplatte geschrieben wird, wenn kein kontinuierlicher großer Platz auf der Festplatte vorhanden ist. Wenn wir diese Datei lesen müssen, muss der Kopf wie eine kopflose Fliege sein, die überall auf der Scheibe "Schätze" sucht, sich ständig bewegt und positioniert wird, was die Zeit der Suche nach Tao erheblich erhöht und natürlich verlangsamt. Die regelmäßige Defragmentierung der Festplatte (obwohl Windows nun standardmäßig automatisch ausgeführt wird, muss sie in alten Festplatten oder spezifischen Nutzungsszenarien weiterhin beachtet werden) kann dieses Problem effektiv lindern.

Zweitens wird die E/A -Planungsstrategie des Betriebssystems auch die Festplattenleistung beeinflussen. Das Betriebssystem ermittelt die Ausführungsreihenfolge von Festplattenanforderungen basierend auf verschiedenen Algorithmen. Beispielsweise priorisieren einige Scheduler Anfragen mit hohen Echtzeitanforderungen, während andere versuchen, benachbarte Anfragen zur Verringerung der Anzahl der SUB-SUBS zu verschmelzen. Unter verschiedenen Arbeitsbelastungen funktionieren unterschiedliche Strategien unterschiedlich, aber in der Regel müssen moderne Betriebssysteme bereits gut genug sind, dass wir nicht zu viel eingreifen müssen.

Es gibt auch einige "unsichtbare Mörder", z. B. Anwendungen im Hintergrund . Antivirus -Software scannt im Hintergrund, Aktualisierungen im Systemindexierungsdienst, lädt heimlich Download -Tools und sogar einige Rogue -Software regelt und schreibt Protokolldateien. Diese werden unbewusst eine große Menge an festen Festplatten -E/A -Ressourcen einnehmen, was dazu führt, dass die Anwendung, mit der Sie langsam reagieren.

Darüber hinaus ist die Gesundheit der Festplatte auch ein Schlüsselfaktor. Durch intelligente (Selbstüberwachung, Analyse und Berichterstattungstechnologie) können wir feststellen, ob es schlechte Kanäle auf der Festplatte gibt und ob die Suchfehlerrate zunimmt. Eine Festplatte, die sich zum Altern bewegt, der Verschleiß interner mechanischer Komponenten zu einer erhöhten Suche nach Zeit, einer instabilen Datenübertragung und sogar dem Risiko eines Datenverlusts führt. Zu diesem Zeitpunkt nützt jede Softwareoptimierung, und das Ersetzen der Festplatte ist die einzige Lösung. Die alten oder inkompatiblen Treiber, die Effizienzunterschiede in Dateisystemen (wie NTFs, Ext4 usw.) in der Fragmentierungsmanagement- und Metadatenverarbeitung beeinflussen auch die tatsächliche Leistung mechanischer Festplatten.

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