Что такое rpm жесткого диска

что такое rpm жесткого диска

Что такое скорость вращения шпинделя Скорость вращения шпинделя (spindle speed) определяет, насколько быстро вращаются пластины в нормальном режиме работы жесткого диска. Скорость вращения измеряется в оборотах в минуту (RpM). … То есть, чем быстрее скорость шпинделя, тем меньше задержки на вращение.

Что лучше 5400 или 7200?

Хитач или ВД. 5400 — медленнее, тише, потребляет меньше энергии, холоднее. 7200 — быстрее, шумит больше, потребляет больше энергии, греется больше.

Что дает скорость вращения шпинделя жесткого диска?

Скорость вращения шпинделя также влияет на производительность жесткого диска: для ее повышения пластины должны вращаться быстрее. В этом случае биты информации быстрее считываются головкой чтения/записи и скорость передачи данных возрастает.

Какая скорость у жесткого диска?

Следует различать скорость чтения-записи данных в отношении физического носителя и максимальную скорость передачи данных через интерфейс контроллера. В настоящее время скорость физических операций на дисках HDD достигает 200–300 МБ/с, а на дисках SSD — 600–700 МБ/с.

Что значит об мин?

Обороты в минуту конвертируются в обороты в секунду делением на 60: 1 об/мин = 1/мин = 1/(60 с) = 1/60 об/с ≈ 0,01667 об/с Обратное преобразование: обороты в секунду умножаются на 60 для перевода в обороты в минуту.

Что такое RPM в компьютере?

rpm (англ. revolution per minute — оборотов в минуту (об/мин)) — единица измерения скорости вращения. Обычно, используется при описании характеристик жёстких дисков, грампластинок, электродвигателей.

Что влияет на производительность жесткого диска?

Для дисков HDD большое влияние на скорость действия имеет скорость вращения (об/мин), т. е. количество оборотов пластины диска за минуту. Чем оно больше, тем быстрее жесткий диск реагирует на команды.

Чем выше скорость вращения жесткого диска тем?

На первый взгляд кажется, что чем быстрее, тем лучше. Однако надо учитывать, что с увеличением скорости вращения пластин диск сильнее нагревается и становится более шумным. Дисковые накопители с 7200 RpM универсальны для большинства задач, а диски с 5400 RpM отлично подойдут, например, для домашнего хранилища файлов.

Для чего нужен кэш жесткого диска?

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. …

Что быстрее HDD или SSD?

Операции чтения и записи в SSD-дисках проходят быстрее (файлы быстрее открываются, сохраняются и удаляются с диска). … Для сравнения, в HDD-дисках этот показатель около 80-100 IOPS, а в SSD-дисках — больше 8000 IOPS.

Что лучше жесткий диск или SSD?

SSD легче HDD, потому что состоит из микросхем. При пиковой нагрузке накопитель потребляет до 2 Вт, жесткий диск «съедает» до 7 Вт. Таким образом, SSD на 80% снижает потребление электричества. У SDD ограниченное количество циклов записи, а диски винчестера иногда отказываются работать.

Что лучше для игр HDD или SSD?

SSD гораздо быстрее и обеспечивают заметный прирост производительности в играх, особенно в плане времени загрузки. С другой стороны, HDD гораздо выгоднее для использования в качестве накопителей большого объема.

Как обозначается период обращения?

Период вращения обозначается буквой T и измеряется в единицах времени — секундах. t — время; n — количество оборотов.

Как об в мин в ГЦ?

Оборот в минуту в герц (об/сек)

Что такое обороты двигателя?

Пусковые обороты двигателя внутреннего сгорания — частота вращения коленчатого вала в момент запуска двигателя (см. Пусковая система двигателя внутреннего сгорания). … Пусковые обороты могут находиться около показателя 180 об/мин.

Ликбез по жёстким дискам: рекомендации по выбору накопителя

На первый взгляд кажется, что рынок жёстких дисков не так динамичен, как рынок процессоров или видеокарт. Большинство потребителей считают, что жёсткие диски не развиваются так быстро, как другие комплектующие современного персонального компьютера. Однако на практике всё далеко не так – производители жёстких дисков находятся в постоянном поиске эффективных решений для улучшения характеристик винчестеров. Все эти заблуждения от недостатка информации, у большого количества среднестатистических пользователей ПК знания о жёстком диске – на уровне строчки из прайс-листа: «Samsung 160 Гбайт 7200 об./мин.». В сегодняшнем материале мы хотим восполнить этот пробел и рассказать вам, дорогие читатели, что такое винчестер.

Жёсткий диск Western Digital

Немного теории

Жёсткий диск представляет собой сложное устройство для хранения данных, в основу которого положен принцип магнитной записи электрических сигналов.

Винчестеры используют одну или несколько магнитных пластин, на которые нанесены концентрические дорожки. Запись и хранение информации на этих пластинах происходит за счёт преобразования электрических сигналов в определённые изменения магнитного поля с последующим воздействием этим полем на магнитную пластину. Благодаря явлению остаточного магнетизма следы от этих воздействий сохраняются в магнитном материале на длительный срок. Считывание информации, то есть воспроизведение электрических сигналов, происходит точно так же, только в обратном направлении.

Магнитные домены или битовые ячейки представляют собой чередующиеся участки с различным направлением намагниченности. Плотность магнитной пластины определяется размерами ячеек: чем они меньше, тем выше плотность записи информации.

Битовые ячейки формируют секторы, которые впоследствии определяют минимальную логическую единицу хранения данных – кластер. Размер кластера меняется в зависимости от использования файловой системы – NTFS или FAT32. В конечном итоге кластеры образуют те самые пресловутые мегабайты, которые определяют ёмкость жёсткого диска.

Для считывания и записи информации используются так называемые головки, которые собраны на механическом перемещающемся приводе, предназначенном для позиционирования. Количество головок зависит от количества пластин. Для каждой магнитной пластины применяется по две головки – при условии, что используются обе её стороны. Визуально процесс позиционирования головок напоминает виниловый проигрыватель.

Ёмкость жёсткого диска напрямую связана с плотностью и количеством пластин. Всё достаточно просто: чем больше плотность и количество пластин – тем больше объём жёсткого диска. Однако повышать ёмкость исключительно за счёт увеличения количества пластин бессмысленно. Во-первых, корпус обыкновенного 3,5-дюймового винчестера способен уместить максимум 5 пластин и 10 головок. Во-вторых, большое количество пластин и головок увеличивает энергопотребление и тепловыделение, что повышает риск аппаратного сбоя из-за большого числа подвижных элементов.

Таким образом, для развития жёстких дисков производителю очень важно работать над увеличением плотности применяемых пластин. Для увеличения линейной плотности записи информации необходимо максимально уменьшать длину битовых ячеек и делать переходы между ними максимально резкими. На первый взгляд в теории кажется, что всё достаточно просто: уменьшай себе длину битовых ячеек и клепай пластины. Однако на практике всё немного иначе, и с уменьшением длины у битовой ячейки снижается устойчивость к внешним магнитным полям, в результате чего возникает так называемый супермагнитизм. Длина битовой ячейки уменьшается до критической отметки, и размагничивающиеся поля становятся настолько большими, что ячейка саморазмагничивается и исчезает. Говоря простым языком, происходит самопроизвольное стирание данных.

Основные игроки рынка винчестеров смогли решить эту проблему. Благодаря технологии перпендикулярной магнитной записи PMR (Perpendicular Magnetic Recording) производителям жёстких дисков удалось получить плотность в 200 Гбайт для одной пластины. Перпендикулярное расположение магнитных доменов позволило достигнуть высокой плотности без проявления суперпарамагнитного эффекта.

Формфактор, интерфейс и кэш-память жёстких дисков

Винчестеры получили очень широкое применение в различных устройствах: персональные компьютеры, ноутбуки, КПК, MP3-плееры и пр. Одним из основополагающих моментов типа жёсткого диска является его формфактор, который, в свою очередь, определяется диаметром пластин. Обычные десктопные жёсткие диски используют 3,5-дюймовые пластины и предназначены для установки в соответствующие отсеки корпусов настольных ПК.

Магнитные пластины диаметром 2,5 дюйма используются в мобильных жёстких дисках, которые широко применяются в ноутбуках и внешних портативных накопителях.

Есть и устройства, использующие пластины диаметром 1,8″, 1″ и 0,8″. Как правило, такие жёсткие диски используются в ультрапортативных ноутбуках, MP3-плеерах и других ультрамобильных девайсах.

Большинство жёстких дисков выпускается для двух интерфейсов – SATA и PATA. Их пропускная способность составляет 300 Мбит/с (Serial ATA II) и 133 Мбит/с соотвественно. На первый взгляд Serial ATA выглядит куда привлекательнее. Как говорится, многомегабайтная разница налицо, однако где преимущество от использования интерфейса с пропускной способностью 300 Мб/с, если стандартный жёсткий диск со скоростью вращения шпинделя 7 200 об./мин. имеет скорость чтения с пластин до 90 Мбит/с. Очередной маркетинг с точки зрения производительности. И всё же Serial ATA имеет конструктивное преимущество в виде тонкого шлейфа, который удобнее прокладывать в корпусе, чтобы он не мешал циркуляции воздушных потоков.

Serial ATA – интерфейс

Объем кэш-памяти большинства современных жёстких дисков составляет 8 и 16 Мбайт, хотя встречаются на рынке и модели с большим объёмом кэша. Для примера можно взять жёсткие диски Hitachi DeskStar 7K1000 HDS721075KLA330 и DeskStar 7K1000 HDS721010KLA330, объём кэша у которых составляет 32 Мбайт. В теории больший объём кэш-памяти – это хорошо, жёсткие диски хранят в кэше входящие команды и алгоритмы для предварительного кэширования данных, да и очередь команд NCQ (Native Command Queuing) тоже требует некоторого количества памяти. Однако на практике оказывается, что жёсткий диск с 16 Мбайт кэш-памяти не имеет какой-либо существенной прибавки в скорости по сравнению с аналогичной моделью, оснащённой 8 Мбайт.

Печатная плата жёсткого диска

Производительность жёстких дисков

На производительность жёсткого диска влияют несколько параметров: скорость вращения шпинделя, время доступа, плотность записи, интерфейс, формфактор, объём кэш-памяти, диаметр и количество пластин – некоторые сильно, некоторые не очень (например, интерфейс).

Скорость вращения шпинделя является одним из ключевых параметров, определяющих быстродействие накопителя на жёстких дисках. Данный параметр измеряется в оборотах в минуту (RPM или RotatePerMinute) и напрямую связан с линейной скоростью головок чтения/записи. Говоря простым языком, чем быстрее крутится шпиндель, тем больше данных могут считать/записать головки на магнитные пластины. Большинство жёстких дисков, рассчитанных на установку в настольные ПК, имеют скорость вращения шпинделя 7200 об./мин., ноутбучные накопители – 5400 об./мин., старые мобильные накопители – 4200 об./мин. Серверные решения имеют более внушительные характеристики – 10000 или 15000 об./мин. У десктопных решений есть приятные исключения в виде жёстких дисков Western Digital Raptor, у которых скорость вращения пластин составляет внушительные 10000 об./мин.

Western Digital Raptor X WD1500AHFD

Другой параметр – время доступа представляет собой временной промежуток, который требуется на ожидание подхода требуемого сектора, когда головки встанут на нужную дорожку. Очевидно, что время доступа напрямую связано со скоростью вращения шпинделя: чем быстрее пластина докрутится до необходимого ожидаемого сектора, тем быстрее головка считает его.

Диаметр пластин также влияет на производительность накопителя на жёстких дисках. Дело в том, что винчестеры с одинаковой скоростью вращения шпинделя имеют и одинаковую угловую скорость. Расстояние, которое за секунду проходят головки на внешних и внутренних дорожках, разное, в последнем случае оно меньше. Соответственно, линейная скорость на внутренних дорожках, которые ближе к центру пластины, гораздо меньше, чем на внешних, расположенных ближе к её краям. Из всех этих фактов несложно вывести логическое заключение, что жёсткие диски с пластинами диаметром 2,5 дюйма не смогут на равных тягаться с 3,5-дюймовыми собратьями.

Количество пластин играет косвенную роль в производительности жёстких дисков. Для того чтобы понять, в чем суть, достаточно представить современную линейку жёстких дисков от какого-либо производителя. Допустим, данная линейка жёстких дисков использует пластины плотностью 200 Гбайт. Производитель не может выпускать жёсткие диски только 200, 400 и 600 Гбайт, потому что рынок диктует другие условия, потребители хотят видеть на прилавках магазинов доступные модели объёмом 250 и 320 Гбайт. Соответственно, такие модели винчестеров используют не полную доступную ёмкость магнитной пластины, а определённую её часть. Как правило, не используется та самая медленная часть внутренних дорожек. Несложно сделать вывод, что у жёстких дисков, использующих «обрезанные» магнитные пластины, минимальные скорости передачи оказываются несколько выше, чем у винчестеров, использующих полную доступную ёмкость.

Производительность обусловлена рядом параметров винчестера, однако если трезво взглянуть на вопрос быстродействия, то на практике в большинстве случаев нереально будет заметить «на глаз» разницу между жёсткими дисками последних поколений со скоростью вращения шпинделя 7200 об./мин. производства Seagate, Hitachi, Samsung или Western Digital. Разница ощутима при использовании двух накопителей на 7200 об./мин. для массового рынка в конфигурации RAID 0 или в случае использования скоростных жёстких дисков – например, того же Western Digital Raptor со скоростью вращения шпинделя 10000 об./мин.

Надёжность жёстких дисков

Жёсткий диск – достаточно сложный элемент компьютера, так как является электронно-механическим изделием и ко всему прочему работает при больших физических нагрузках. Механические элементы не вечны, и стоит чётко понимать, что винчестер рано или поздно выйдет из строя. Поэтому, чтобы не потерять важные данные, мы настоятельно рекомендуем делать резервную копию информации. Если жёсткий диск выйдет из строя, вы сможете купить новый и записать данные из back-up. Всегда стоит помнить один важный момент: с ростом ёмкости жёсткого диска и, соответственно, объёма информации на нём возрастают требования к резервированию данных, back-up попросту становится больше.

Надёжность жёстких дисков измеряется временем наработки на отказ (Mean Time Between Failures). Параметр MTBF для каждой модели винчестера можно найти на сайтах производителей. Как правило, большинство жёстких дисков имеют сопоставимый уровень MTBF, исключение составляют серьёзные Enterprise и серверные решения.

Контролировать состояние жёсткого диска можно при помощи технологии самотестирования, которую разработали производители винчестеров. S.M.A.R.T. (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technolodgy) заключается в том, что жёсткий диск самостоятельно мониторит состояние своей работоспособности и заранее предупреждает пользователя о возможных ошибках и серьёзных последствиях.

Советы Ferra.ru по выбору жёсткого диска

Для того чтобы правильно выбрать жёсткий диск, нужно определиться, что для вас критично в первую очередь: производительность, ёмкость или и то и другое вместе. Если вы хотите приобрести недорогой и шустрый винчестер, который будет использоваться для Windows, так называемый системный жёсткий диск для операционной системы, тогда стоит присмотреться к моделям небольшой ёмкости, которые обладают приличными скоростными характеристиками. Для примера можно взять 160-гигабайтные модели производства Western Digital и Hitachi, Caviar SE WD1600AAJS и DeskStar 7K160. Последнюю мы уже рассматривали в одном из материалов.

Анатомия накопителей: жёсткие диски

что такое rpm жесткого диска

Он магнитный. Он электрический. Он фотонный. Нет, это не новое супергеройское трио из вселенной Marvel. Речь идёт о хранении наших драгоценных цифровых данных. Нам нужно где-то их хранить, надёжно и стабильно, чтобы мы могли иметь к ним доступ и изменять за мгновение ока. Забудьте о Железном человеке и Торе — мы говорим о жёстких дисках!

Итак, давайте погрузимся в изучении анатомии устройств, которые мы сегодня используем для хранения миллиардов битов данных.

You spin me right round, baby

Механический накопитель на жёстких дисках (hard disk drive, HDD) был стандартом систем хранения для компьютеров по всему миру в течение более 30 лет, но лежащие в его основе технологии намного старше.

Первый коммерческий HDD компания IBM выпустила в 1956 году, его ёмкость составляла аж 3,75 МБ. И в целом, за все эти годы общая структура накопителя не сильно изменилась. В нём по-прежнему есть диски, которые используют для хранения данных намагниченность, и есть устройства для чтения/записи этих данных. Изменился же, и очень сильно, объём данных, который можно на них хранить.

В 1987 году можно было купить HDD на 20 МБ примерно за 350 долларов; сегодня за такие же деньги можно купить 14 ТБ: в 700 000 раз больший объём.

Мы рассмотрим устройство не совсем такого размера, но тоже достойное по современным меркам: 3,5-дюймовый HDD Seagate Barracuda 3 TB, в частности, модель ST3000DM001, печально известную своим высоким процентом сбоев и вызванных этим юридических процессов. Изучаемый нами накопитель уже мёртв, поэтому это будет больше похоже на аутопсию, чем на урок анатомии.

что такое rpm жесткого диска

Основную массу жёсткого диска составляет литой металл. Силы внутри устройства при активном использовании могут быть довольно серьёзными, поэтому толстый металл препятствует изгибанию и вибрациям корпуса. Даже в крошечных 1,8-дюймовых HDD в качестве материала корпуса используются металл, однако обычно они делаются не из стали, а из алюминия, потому что должны быть как можно более лёгкими.

что такое rpm жесткого диска

Перевернув накопитель, мы видим печатную плату и несколько разъёмов. Разъём в верхней части платы используется для двигателя, вращающего диски, а нижние три (слева направо) — это контакты под перемычки, позволяющие настраивать накопитель под определённые конфигурации, разъём данных SATA (Serial ATA) и разъём питания SATA.

Serial ATA впервые появился в 2000 году. В настольных компьютерах это стандартная система, используемая для подключения приводов к остальной части компьютера. Спецификация формата претерпела множество ревизий, и сейчас мы пользуемся версией 3.4. Наш труп жёсткого диска имеет более старую версию, но различие заключается только в одном контакте в разъёме питания.

В подключениях передачи данных для приёма и получения данных используется дифференцированный сигнал: контакты A+ и A- используются для передачи инструкций и данных в жёсткий диск, а контакты B — для получения этих сигналов. Подобное использование спаренных проводников значительно снижает влияние на сигнал электрического шума, то есть устройство может работать быстрее.

Если говорить о питании, то мы видим, что в разъёме есть по паре контактов каждого напряжения (+3.3, +5 и +12V); однако большинство из них не используется, потому что HDD не требуется много питания. Эта конкретная модель Seagate при активной нагрузке использует менее 10 Вт. Контакты, помеченные как PC, используются для precharge: эта функция позволяет вытаскивать и подключать жёсткий диск, пока компьютер продолжает работать (это называется горячей заменой (hot swapping)).

Контакт с меткой PWDIS позволяет удалённо перезагружать (remote reset) жёсткий диск, но эта функция поддерживается только с версии SATA 3.3, поэтому в моём диске это просто ещё одна линия питания +3.3V. А последний контакт, помеченный как SSU, просто сообщает компьютеру, поддерживает ли жёсткий диск технологию последовательной раскрутки шпинделей staggered spin up.

Перед тем, как компьютер сможет их использовать, диски внутри устройства (которые мы скоро увидим), должны раскрутиться до полной скорости. Но если в машине установлено много жёстких дисков, то внезапный одновременный запрос питания может навредить системе. Постепенная раскрутка шпинделей полностью устраняет возможность таких проблем, но при этом перед получением полного доступа к HDD придётся подождать несколько секунд.

что такое rpm жесткого диска

Сняв печатную плату, можно увидеть, как она соединяется с компонентами внутри устройства. HDD не герметичны, за исключением устройств с очень большими ёмкостями — в них вместо воздуха используется гелий, потому что он намного менее плотный и создаёт меньше проблем в накопителях с большим количеством дисков. С другой стороны, не стоит и подвергать обычные накопители открытому воздействию окружающей среды.

Благодаря использованию таких разъёмов минимизируется количество входных точек, через которые внутрь накопителя могут попасть грязь и пыль; в металлическом корпусе есть отверстие (большая белая точка в левом нижнем углу изображения), позволяющее сохранять внутри давление окружающей среды.

что такое rpm жесткого диска

Теперь, когда печатная плата снята, давайте посмотрим, что находится внутри. Тут есть четыре основных чипа:

Открыть накопитель просто, достаточно открутить несколько болтов Torx и вуаля! Мы внутри…

что такое rpm жесткого диска

Учитывая, что он занимает основную часть устройства, наше внимание сразу привлекает большой металлический круг; несложно понять, почему накопители называются дисковыми. Правильно их называть пластинами; они изготавливаются из стекла или алюминия и покрываются несколькими слоями различных материалов. Этот накопитель на 3 ТБ имеет три пластины, то есть на каждой стороне одной пластины должно храниться 500 ГБ.

что такое rpm жесткого диска

Изображение довольно пыльное, такие грязные пластины не соответствуют точности проектирования и производства, необходимого для их изготовления. В нашем примере HDD сам алюминиевый диск имеет толщину 0,04 дюйма (1 мм), но отполирован до такой степени, что средняя высота отклонений на поверхности меньше 0,000001 дюйма (примерно 30 нм).

Базовый слой имеет глубину всего 0,0004 дюйма (10 микронов) и состоит из нескольких слоёв материалов, нанесённых на металл. Нанесение выполняется при помощи химического никелирования с последующим вакуумным напылением, подготавливающих диск для основных магнитных материалов, используемых для хранения цифровых данных.

Этот материал обычно является сложным кобальтовым сплавом и составлен из концентрических кругов, каждый из которых примерно 0,00001 дюйма (примерно 250 нм) в ширину и 0,000001 дюйма (25 нм) в глубину. На микроуровне сплавы металлов образуют зёрна, похожие на мыльные пузыри на поверхности воды.

Каждое зерно обладает собственным магнитным полем, но его можно преобразовать в заданном направлении. Группирование таких полей приводит к возникновению битов данных (0 и 1). Если вы хотите подробнее узнать об этой теме, то прочитайте этот документ Йельского университета. Последними покрытиями становятся слой углерода для защиты, а потом полимер для снижения контактного трения. Вместе их толщина составляет не больше 0,0000005 дюйма (12 нм).

Скоро мы увидим, почему пластины должны изготавливаться с такими строгими допусками, но всё-таки удивительно осознавать, что всего за 15 долларов можно стать гордым владельцем устройства, изготовленного с нанометровой точностью!

Однако давайте снова вернёмся к самому HDD и посмотрим, что же в нём есть ещё.

что такое rpm жесткого диска

Жёлтым цветом показана металлическая крышка, надёжно крепящая пластину к электродвигателю привода шпинделя — электроприводу, вращающему диски. В этом HDD они вращаются с частотой 7200 rpm (оборотов/мин), но в других моделях могут работать медленнее. Медленные накопители имеют пониженный шум и энергопотребление, но и меньшую скорость, а более быстрые накопители могут достигать скорости 15 000 rpm.

Чтобы снизить урон, наносимый пылью и влагой воздуха, используется фильтр рециркуляции (зелёный квадрат), собирающий мелкие частицы и удерживающий их внутри. Воздух, перемещаемый вращением пластин, обеспечивает постоянный поток через фильтр. Над дисками и рядом с фильтром есть один из трёх разделителей пластин: помогающих снижать вибрации и поддерживать как можно более равномерный поток воздуха.

В левой верхней части изображения синим квадратом указан один из двух постоянных стержневых магнитов. Они обеспечивают магнитное поле, необходимое для перемещения компонента, указанного красным цветом. Давайте отделим эти детали, чтобы видеть их лучше.

что такое rpm жесткого диска

То, что выглядит как белый пластырь — это ещё один фильтр, только он очищает частицы и газы, попадающие снаружи через отверстие, которое мы видели выше. Металлические шипы — это рычаги перемещения головок, на которых находятся головки чтения-записи жёсткого диска. Они с огромной скоростью движутся по поверхности пластин (верхней и нижней).

Посмотрите это видео, созданное The Slow Mo Guys, чтобы увидеть, насколько они быстрые:

В конструкции не используется чего-то вроде шагового электродвигателя; для перемещения рычагов по соленоиду в основании рычагов проводится электрический ток.

что такое rpm жесткого диска

Обобщённо их называют звуковыми катушками, потому что они используют тот же принцип, который применяется в динамиках и микрофонах для перемещения мембран. Ток генерирует вокруг них магнитное поле, которое реагирует на поле, созданное стержневыми постоянными магнитами.

Не забывайте, что дорожки данных крошечны, поэтому позиционирование рычагов должно быть чрезвычайно точным, как и всё остальное в накопителе. У некоторых жёстких дисков есть многоступенчатые рычаги, которые вносят небольшие изменения в направление только одной части целого рычага.

В некоторых жёстких дисках дорожки данных накладываются друг на друга. Эта технология называется черепичной магнитной записью (shingled magnetic recording), и её требования к точности и позиционированию (то есть к попаданию постоянно в одну точку) ещё строже.

что такое rpm жесткого диска

На самом конце рычагов есть очень чувствительные головки чтения-записи. В нашем HDD содержится 3 пластины и 6 головок, и каждая из них плавает над диском при его вращении. Для этого головки подвешены на сверхтонких полосках металла.

И здесь мы можем увидеть, почему умер наш анатомический образец — по крайней мере одна из головок разболталась, и что бы ни вызвало изначальный повреждение, оно также погнуло один из рычагов. Весь компонент головки настолько мал, что, как видно ниже, очень сложно получить её качественный снимок обычной камерой.

что такое rpm жесткого диска

Однако мы можем разобрать отдельные части. Серый блок — это специально изготовленная деталь под названием «слайдер»: когда диск вращается под ним, поток воздуха создаёт подъёмную силу, поднимая головку от поверхности. И когда мы говорим «поднимает», то имеем в виду зазор шириной всего 0,0000002 дюйма или меньше 5 нм.

Чуть дальше, и головки не смогут распознавать изменения магнитных полей дорожки; если бы головки лежали на поверхности, то просто поцарапали бы покрытие. Именно поэтому нужно фильтровать воздух внутри корпуса накопителя: пыль и влага на поверхности диска просто сломают головки.

Крошечный металлический «шест» на конце головки помогает с общей аэродинамикой. Однако чтобы увидеть части, выполняющие чтение и запись, нам нужна фотография получше.

что такое rpm жесткого диска

На этом изображении другого жёсткого диска устройства чтения и записи находятся под всеми электрическими соединениями. Запись выполняется системой тонкоплёночной индуктивности (thin film induction, TFI), а чтение — туннельным магнеторезистивным устройством (tunneling magnetoresistive device, TMR).

Создаваемые TMR сигналы очень слабы и перед отправкой должны проходить через усилитель для повышения уровней. Отвечающий за это чип находится рядом с основанием рычагов на изображении ниже.

что такое rpm жесткого диска

Как сказано во введении к статье, механические компоненты и принцип работы жёсткого диска почти не изменились за многие годы. Больше всего совершенствовалась технология магнитных дорожек и головок чтения-записи, создавая всё более узкие и плотные дорожки, что в конечном итоге приводило к увеличению объёма хранимой информации.

Однако механические жёсткие диски имеют очевидные ограничения скорости. На перемещение рычагов в нужное положение требуется время, а если данные разбросаны по разным дорожкам на различных пластинах, то на поиски битов накопитель будет тратить довольно много микросекунд.

Прежде чем переходить к другому типу накопителей, давайте укажем ориентировочные показатели скорости типичного HDD. Мы использовали бенчмарк CrystalDiskMark для оценки жёсткого диска WD 3.5″ 5400 RPM 2 TB:

В первых двух строчках указано количество МБ в секунду при выполнении последовательных (длинный, непрерывный список) и случайных (переходы по всему накопителю) чтения и записи. В следующей строке показано значение IOPS, то есть количество операций ввода-вывода, выполняемых каждую секунду. В последней строке показана средняя задержка (время в микросекундах) между передачей операции чтения или записи и получением значений данных.

В общем случае мы стремимся к тому, чтобы значения в первых трёх строчках были как можно больше, а в последней строчке — как можно меньше. Не беспокойтесь о самих числах, мы просто используем их для сравнения, когда будем рассматривать другой тип накопителя: твердотельный накопитель.

Что такое rpm на жестком диске

Если вы ищете жесткий диск, вы, вероятно, заметили, что они выпускаются в версиях 5400 и 7200 об / мин. RPM обозначает обороты в минуту или скорость, с которой поворачиваются пластинки. Как вы уже догадались, единственная разница между этими двумя типами жестких дисков заключается в том, что жесткий диск 7200 об / мин вращается намного быстрее, чем жесткий диск на 5400 оборотов в минуту.

Это единственное различие приводит к существенным различиям между 5400 и 7200 жесткими дисками. Первая из них — это уменьшенная временная задержка вращения или среднее время, в течение которого система ждет, пока блюдо достигнет правильного положения; 4.16ms для 7200 и 5.55ms для 5400. Это напрямую коррелирует со скоростью, с которой информация может быть записана или прочитана с жесткого диска. Разница в производительности еще больше, когда начинается фрагментация, поскольку файлы не будут смежными, и голова должна перемещаться несколько раз, чтобы извлечь файл. Как правило, жесткие диски с частотой 7200 об / мин работают намного лучше, чем 5400 жестких дисков.

Итак, почему 5400 жестких дисков существуют, если 7200 жестких дисков лучше и не намного дороже. В этом есть ряд факторов. Самым большим является связанное с этим потребление энергии. 5400 жестких дисков часто называют зелеными дисками, поскольку они потребляют меньше энергии, чем 7200 жестких дисков. Это важно для ноутбуков, потому что они позволяют ноутбуку продлевать срок службы батареи. Увеличение потребления энергии также означает увеличение количества тепла. Опять же, ноутбуки предпочитают меньшее производство тепла, поскольку тепло может сделать пользователя неудобным.

7200 об / мин жесткие диски также создают больше шума, чем 5400 об / мин жестких дисков. Это может быть неважно, если у вас один или два жестких диска. Но если у вас много работает одновременно, совокупный шум может быть довольно тревожным. Это, наряду с уменьшением энергопотребления, является одной из причин, почему некоторые серверы предпочитают использовать жесткие диски емкостью 5400 об / мин, а не жесткие диски 7200 об / мин.

Эти два жёстких диска восемь лет работают безупречно. Помимо диска в ноутбуке работает вентилятор, охлаждающий центральный поцессор и дискретную видеокарту (nVidia). Поэтому не могу точно сказать, кто шумит больше: жёсткий диск либо вентилятор? Шум незначительный есть, однако он не мешает мне играть в игры, смотреть фильмы и слушать музыку.

ОС Windows 7 64-разрядная загружается на данный момент 27 секунд. ОС Windows 8.1 также 64-разрядная загружается 31 секунду. В автозагрузке системы ничего нет. Всё, что мне нужно, я устанавливаю в Планировщике задач. Не раз на свой ноутбук пытался устанавить Windows 10, однако из-за отсутствия многих драйверов (нет драйверов на интегрированную карту Intel, чипсет Intel, встроенную веб-камеру и так далее) через пару дней её удалял. То звук некорректно работал, то тачпад зависал. Десятка на моём ноутбуке не хочет работать нормально.

Так что шум есть, но, на мой взгляд, он незначительный. Помимо жёсткого диска в ноутбуке работает также вентилятор, охлаждающий компоненты ноутбука.

Что такое rpm на жестком диске

Привет, друзья! Сегодня давайте обсудим скорость вращения шпинделя жесткого диска: 5400 или 7200 — что лучше и почему. В этом посте мы с вами выясним, какие бывают скорости, есть ли разница в работе разных HDD и на что может влиять эта характеристика.

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

Пользуясь случаем, ненавязчиво напоминаю, что харды любого бренда и объема вы найдете в этом популярном интернет‐магазине.

p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

Как устроен накопитель HDD

Для начала давайте вспомним схему винчестера для любого компьютера или для ноутбука. Основной элемент, на который записываются все данные — металлический намагниченный диск.

p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

ПК работает с двоичным кодом, так как в этом формате информацию очень удобно хранить. Единица будет зашифрована в заряженной ячейке, а ноль — в слоте без заряда.

p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

Объем накопителя зависит от того, сколько таких ячеек помещается на поверхности магнитного диска. Считываются данные с помощью магнитных головок, которые «парят» над поверхностью, но не касаются ее.

p, blockquote 5,0,1,0,0 —>

Одна из возможных поломок харда — когда головки падают на диск. Часть информации при этом возможно восстановить, однако требуется полностью стерильная лаборатория: малейшая частица пыли, попав на поверхность магнитного диска, размагничивает его, тем самым стирая часть данных.

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

Вращается диск винчестера с помощью электрического мотора. Шпинделем называется ось, на которой надеты один или несколько магнитных дисков.

RPM — что это такое

При всех прочих равных параметрах быстрее будет считываться информация с hard disk, у которого быстрее вращается ось. Что такое rpm на жестком диске Объясняется тем, что за одно и то же время под магнитной головкой «пробегает» больше секторов с записанной на них информацией.

p, blockquote 8,0,0,0,0 —>

Выход из строя привода — вторая распространенная причина потери функциональности винчестера, на что может влиять в том числе и механическое воздействие.

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

При ударе или падении, ось может попросту заклинить.

p, blockquote 10,1,0,0,0 —>

Также распространенная поломка — выход из строя электропривода. Детальнее про поломки и срок службы HDD вы можете почитать здесь.

p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

Скорость вращения шпинделя в об/мин обозначается как RPM. Эта характеристика всегда указана на шильдике, который наклеен на верхней крышке девайса(или же в подробных характеристиках на оф.сайте производителя).

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Какая оптимальная и максимальная скорость вращения

У современных HDD стандарта SATA III почти всегда шпиндели вращаются с частотой 7200 RPM. Для доступа к нужным ячейкам, головке требуется приблизительно 12 мс.

p, blockquote 13,0,0,0,0 —>

У винчестеров серии WD Raptor этот показатель еще выше — 10 000 оборотов за минуту. Итоговое время доступа к информации 8,5 мс.

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

У хардов со скоростью шпинделя 5400 (например, некоторые бюджетные SATA III или предыдущие поколения этого формата) для доступа к данным требуется приблизительно 16 мс. Незначительно она отличается у чуть более быстрых винчестеров, с частотой вращения шпинделя 5900 об/мин. Что такое rpm на жестком диске Есть ли разница для обычного пользователя? Я считаю, что нет — несколько миллисекунд вообще ничего не решают. При этом цена более быстрого винчестера, как правило, дороже — от 10 долларов и больше.

p, blockquote 15,0,0,1,0 —>

Учитывая, что на производительность компьютера влияет еще огромный перечень факторов, «шустрость» шпинделя — не тот параметр, по поводу которого стоит слишком сильно заморочиться.

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

Какая этому есть разумная альтернатива, позволяющая ускорить чтение данных? Конечно же, SSD и пока только он.

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

Буду благодарен, если вы не забудете расшарить этот пост в социальных сетях. Не прощаюсь, увидимся завтра!

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

p, blockquote 20,0,0,0,0 —> p, blockquote 21,0,0,0,1 —>

Какие факторы влияют на производительность систем хранения и как?

Системы хранения данных для подавляющего большинства веб-проектов (и не только) играют ключевую роль. Ведь зачастую задача сводится не только к хранению определенного типа контента, но и к обеспечению его отдачи посетителям, а также обработки, что накладывает определенные требования к производительности.

В то время, как при производстве накопителей используется множество других метрик, чтоб описать и гарантировать должную производительность, на рынке систем хранения и дисковых накопителей, принято использовать IOPS, как сравнительную метрику, с целью «удобства» сравнения. Однако производительность систем хранения, измеряемая в IOPS (Input Output Operations per Second), операциях ввода / вывода (записи / чтения), подвержена влиянию большого множества факторов.

В этой статье я хотел бы рассмотреть эти факторы, чтобы сделать меру производительности, выраженную в IOPS, более понятной.

Начнем с того, что IOPS вовсе не IOPS и даже совсем не IOPS, так как существует множество переменных, которые определяют сколько IOPS мы получим в одних и других случаях. Также следует принять во внимание, что системы хранения используют функции чтения и записи и обеспечивают различное количество IOPS для этих функций в зависимости от архитектуры и типа приложения, в особенности в случаях, когда операции ввода / вывода происходят в одно и тоже время. Различные рабочие нагрузки предъявляют различные требования к операциям ввода / вывода (I/O). Таким образом, системы хранения, которые на первый взгляд должны были бы обеспечивать должную производительность, в действительности могут не справится с поставленной задачей.

Основы производительности накопителей

Для того, чтоб приобрести полноценное понимание в вопросе, начнем с основ. IOPS, пропускная способность (MB/s или MiB/s) и время отклика в миллисекундах (мс) являются общепринятыми единицами измерения производительности накопителей и массивов из них.

IOPS обычно рассматривают в ключе измерения способности устройства хранения производить чтение / запись блоками размером 4-8КБ в случайном порядке. Что типично для задач онлайн-обработки транзакций, баз данных и для запуска различных приложений.

Понятие пропускной способности накопителя обычно же применимо при чтении / записи крупного файла, к примеру, блоками 64КБ и более, последовательно (в 1 поток, 1 файл).

Время отклика — время, которое необходимо накопителю для того, чтоб начать производить операцию записи / чтения.

Преобразование между IOPS и пропускной способностью может быть выполнено следующим образом:

IOPS = пропускная способность / размер блока;
Пропускная способность = IOPS * размер блока,

где размер блока — количество информации, переданное на протяжении одной операции ввода / вывода (I/O). Таким образом, зная такую характеристику жесткого диска (HDD SATA), как пропускную способность — мы с легкостью можем вычислить количество IOPS.

К примеру, возьмем стандартный размер блока — 4КБ и стандартную пропускную способность, заявленную производителем для последовательной записи или чтения (I/O) — 121 Мбайт / с. IOPS = 121 МБ / 4 КБ, в результате чего получим значение порядка 30 000 IOPS для нашего жесткого диска SATA. Если же размер блока увеличить и сделать равным 8 КБ, значение будет порядка 15 000 IOPS, то есть снизится практически пропорционально увеличению размера блока. Однако нужно четко понимать, что тут мы рассматривали IOPS в ключе последовательной записи или чтения.

Все меняется драматическим образом для традиционных жестких SATA дисков, если чтение и запись будут случайными. Тут начинает играть роль задержка (latency), которая очень критична в случае жестких дисков HDDs (Hard Disk Drives) SATA / SAS, а порой даже и в случае твердотельных накопителей SSD (Solid State Drive). Хотя последние зачастую обеспечивают производительность на порядки лучшую, чем у «вращающихся» накопителей, за счет отсутствия движущихся элементов, но все же могут возникать ощутимые задержки при записи, в виду особенностей технологии, и, как следствие, при использовании их в массивах. Глубокоуважаемый amarao провел довольно полезное исследование по использованию твердотельных накопителей в массивах, как выяснилось, производительность будет зависеть от latency самого медленного из дисков. Более подробно с результатами Вы можете ознакомиться в его статье: SSD + raid0 — не всё так просто.

Но вернемся к производительности отдельно взятых накопителей. Рассмотрим случай с «вращающимися» накопителями. Время, требуемое для выполнения одной случайной операции ввода / вывода будет определятся такими составляющими:

где T(A) — время доступа (access time или seek time), также известное, как время поиска, то есть время, требуемое для того, чтоб считывающая головка, была помещена на дорожку с нужным нам блоком информации. Зачастую в спецификации диска производителем указываются 3 параметра:

— время, требуемое, чтоб переместиться с самой дальней дорожке к самой ближней;
— время, требуемое для перемещения между смежными дорожками;
— среднее время доступа.

Таким образом мы приходим к волшебному выводу, что показатель T(A) может быть улучшен, если мы размещаем наши данные на как можно более близких дорожках, а все данные располагаются как можно дальше от центра пластины (требуется меньше времени для перемещения блока магнитных головок, а на внешних дорожках данных больше, так как больше длина дорожки и она вращается быстрее, нежели внутренняя). Теперь становится понятно почему дефрагментация может быть так полезна. Особенно с условием размещения данных на внешних дорожках в первую очередь.

T(L) — задержка, вызванная вращением диска, то есть время, требуемое для того, чтоб считать или записать конкретный сектор на нашей дорожке. Легко понять, что оно будет лежать в пределах от 0 до 1/RPS, где RPS — количество оборотов в секунду. К примеру при характеристике диска в 7200 RPM (оборотов в минуту) мы получим 7200/60 = 120 оборотов в секунду. То есть один оборот происходит за (1/120) * 1000 (количество миллисекунд в секунде) = 8,33 мс. Средняя же задержка в этом случае, будет равна половине времени, затрачиваемому на один оборот — 8,33/2 = 4,16 мс.

T(R/W) — время чтения или записи сектора, которое определяется размером выбранного при форматировании блока (от 512 байт и до… нескольких мегабайт, в случае с более емкими накопителями — от 4 килобайт, стандартный размер кластера) и пропускной способностью, которая указана в характеристиках накопителя.

Среднюю задержку вращения, которая приблизительно равна времени, затраченному на половину оборота, зная скорость вращения 7200, 10 000 или 15 000 RPM, легко определить. И выше мы уже показали как.

Остальные же параметры (среднее время поиска чтения и записи) определить сложнее, они определяются уже в результате тестов и указываются производителем.

Для расчета количества случайных IOPs жесткого диска возможно применить следующую формулу, при условии когда количество одновременных операций чтения и записи одинаково (50%/50%):

1/( ( (среднее время поиска чтения + среднее время поиска записи) / 2) / 1000) + (средняя задержка вращения / 1000)).

Многие интересуются, почему именно такое происхождение формулы? IOPS — количество операций ввода или вывода в секунду. Именно потому мы делим в числителе 1 секунду (1000 миллисекунд) на время с учетом всех задержек в знаменателе (выраженное также в секундах или миллисекундах), требуемое для осуществления одной операции ввода или вывода.

То есть формула может быть записана и таким образом:

1000 (мс) / ((среднее время поиска чтения (мс) + среднее время поиска записи (мс)) /2) + средняя задержка вращения (мс))

Для накопителей с различным количеством RPM (вращений в минуту), мы получим следующие значения:

Для 7200 RPM накопителя IOPS = 1/(((8,5+9,5)/2)/1000) + (4,16/1000)) = 1/((9/1000) +
(4,16/1000)) = 1000/13,16 = 75,98;
Для 10K RPM SAS накопителя IOPS = 1/(((3,8+4,4)/2)/1000) + (2,98/1000)) =
1/((4,10/1000) + (2,98/1000)) = 1000/7,08 = 141,24;
Для 15K RPM SAS накопителя IOPS = 1/(((3,48+3,9)/2)/1000) + (2,00/1000)) =
1/((3,65/1000) + (2/1000)) = 1000/5,65 = 176,99.

Таким образом мы видим драматические изменения, когда с десятков тысяч IOPS при последовательном чтении или записи, производительность падает до нескольких десятков IOPS.

И уже, при стандартном размере сектора в 4КБ, и наличию столь малого числа IOPS, мы получим значение пропускной способности отнюдь не в сотню мегабайт, а менее, чем в мегабайт.

Эти примеры также иллюстрируют причину незначительных изменений в номинальных дисковых IOPS от разных производителей для дисков с одним и тем же показателем RPM.

Теперь становится понятным, почему данные производительности, лежат в довольно широких диапазонах:

7200 RPM (Rotate per Minute) HDD SATA — 50-75 IOPS;
10K RPM HDD SAS — 110-140 IOPS;
15K RPM HDD SAS — 150-200 IOPS;
SSD (Solid State Drive) — десятки тысяч IOPS на чтение, сотни и тысячи на запись.

Однако номинальный дисковый IOPS остается все же далеко неточными, так как не учитывает различий в характере нагрузок в отдельно взятых случаях, что очень важно понимать.

Также, для лучшего понимания темы, рекомендую ознакомиться еще с одной полезной статьей от amarao: Как правильно мерять производительность диска, благодаря которой становиться также понятным, что latency вполне не фиксирована и также зависит от нагрузки и ее характера.

Единственное, хотелось бы добавить:

При расчете производительности жесткого диска можно пренебречь снижением количества IOPS при увеличении размера блока, почему?

Мы уже поняли, что для «вращающихся» накопителей, время, требуемое для случайного чтения или записи, складывается из следующих компонент:

И далее даже рассчитали производительность при случайном чтении и записи в IOPS. Вот только параметром T(R/W) мы там по сути пренебрегли, и это не случайно. Мы знаем, что допустим, последовательное чтение может быть обеспечено на скорости в 120 мегабайт в секунду. Становится понятным, что блок в 4КБ, будет считан за примерно 0,03 мс, время на два порядка меньшее, нежели время остальных задержек (8 мс + 4 мс).

Таким образом, если при размере блока в 4КБ мы имеем 76 IOPS (основная задержка была вызвана вращением накопителя и временем позиционирования головки, а не самим процессом чтения или записи), то при размере блока в 64КБ, падение IOPS будет не в 16 раз, как при последовательном чтении, а лишь на несколько IOPS. Так как время, затрачиваемое на непосредственно чтение или запись, возрастет на 0,45 мс, что составляет лишь порядка 4% от общего времени задержки.

В результате мы получим 76-4% = 72,96 IOPS, что согласитесь, совсем не критично при расчетах, так как падение IOPS не в 16 раз, а лишь на несколько процентов! И при расчетах производительности систем куда важнее не забыть учесть другие важные параметры.

Волшебный вывод: при расчете производительности систем хранения, основанных на жестких дисках, следует подбирать оптимальный размер блока (кластера), для обеспечения нужной нам максимальной пропускной способности в зависимости от типа данных и используемых приложений, причем падением IOPS при увеличении размера блока с 4КБ до 64КБ или даже 128КБ можно пренебречь, либо учитывать, как 4 и 7% соответсвенно, если в поставленной задаче они будут играть важную роль.

Также становится понятным, почему не всегда есть смысл использовать очень большие блоки. Скажем, при видеостриминге, двухмегабайтный размер блока может оказаться далеко не самым оптимальным вариантом. Так как падение количества IOPS будет более, чем в 2 раза. Помимо прочего добавятся другие деградационные процессы в массивах, связанные с многопоточностью и вычислительной нагрузкой при распределении данных по массиву.

Оптимальный размер блока (кластера)

Оптимальный размер блока нужно учитывать в зависимости от характера нагрузки и типа используемых приложений. Если идет работа с данными небольшого размера, к примеру с базами данных — следует выбрать стандартные 4 КБ, если же речь идет о стриминге видеофайлов — размер кластера лучше выбирать от 64 КБ и более.

Следует помнить, что размер блока не столь критичен для SSD, сколько для стандартных HDD, так как позволяет обеспечить нужную пропускную способность в виду небольшого количества случайных IOPS, количество которых снижается незначительно при увеличении размера блока, в отличии от SSD, где наблюдается практически пропорциональная зависимость.

Почему стандарт 4 КБ?

Для многих накопителей, в особенности твердотельных, значения производительности, к примеру записи, начиная с 4 КБ, становятся оптимальными, это видно из графика:

В то время, как на чтение, скорость также довольно существенна и более менее сносна начиная с 4 КБ:

Именно по этой причине 4 КБ размер блока очень часто применяют за стандартный, так как при меньшем размере идут большие потери производительности, а при увеличении размера блока, в случае работы с небольшими данными, данные будут распределены менее эффективно, занимать весь размер блока и квота накопителя будет использоваться не эффективно.

Уровень RAID

Если Ваша система хранения представляет собой массив накопителей объединенных в RAID определенного уровня, то производительность системы будет зависеть в значительной степени от того, какой именно уровень RAID был применен и какой процент от общего числа операций приходится на операции записи, ведь именно запись является причиной снижения производительности в большинстве случаев.

Так, при RAID0, на каждую операцию ввода будет расходоваться лишь 1 IOPS, ведь данные будут распределены по всем накопителям без дублирования. В случае же зеркала (RAID1, RAID10), каждая операция записи будет потреблять уже 2 IOPS, так как информация должна быть записана на 2 накопителя.

В более высоких уровнях RAID потери еще существеннее, к примеру в RAID5 штрафной коэффициент будет уже 4, что связано с тем, каким образом данные распределяются по дисках.

RAID5 используется вместо RAID4 в большинстве случаев, так как распределяет четность (контрольные суммы) по всем дискам. В массиве RAID4 один из дисков ответственен за всю четность, в то время как данные распространены более чем на 3 диска. Именно потому мы применяем штрафной коэффициент 4 в массиве RAID5, так как мы читаем данные, читаем четность, затем пишем данные и пишем четность.

В массиве RAID6 все аналогично, за исключением того, что мы вместо вычисления четности единожды, делаем это дважды и таким образом имеем 3 операции чтения и 3 записи, что дает нам уже штрафной коэффициент 6.

Казалось бы, что в таком массиве, как RAID-DP все будет аналогично, так как это по сути модифицированный массив RAID6. Но не тут то было… Хитрость заключается в том, что применяется отдельная файловая система WAFL (Write Anywhere File Layout), где все операции записи последовательны и производятся на свободное место. WAFL в основном напишет новые данные в новое местоположение на диске и затем переместит указатели на новые данные, устраняя таким образом операции чтения, которые должны иметь место. Кроме того идет запись журнала в NVRAM, который отслеживает транзакции записи, инициирует запись и может восстановить их при необходимости. Идет запись в буфер в начале, а затем они уже «сливаются» на диск, что ускоряет процесс. Вероятно эксперты в NetApp могут просветить нас более подробно в комментариях, за счет чего достигается экономия, я пока что еще не до конца разобрался в этом вопросе, но запомнил, что штрафной коэффициент RAID будет всего лишь 2, а не 6. «Хитрость» весьма существенна.

При больших массивах RAID-DP, которые состоят из десятков дисков, существует понятие уменьшения «штрафа четности», который возникает при записи четности. Так при росте массива RAID-DP, требуется меньшее количество дисков, выделяемых под четность, что приведет к снижению потерь, связанных с записями четностей. Однако в небольших массивах, либо с целью повышения консерватизма, мы можем пренебречь этим явлением.

Теперь, зная о потерях IOPS в результате применения того либо другого уровня RAID, мы можем рассчитать производительность массива. Однако, пожалуйста, примите к сведению, что другие факторы, такие как пропускная способность интерфейса, неоптимальное распределение прерываний по ядрах процессора и т.п., пропускная способность RAID-контроллера, превышение допустимой глубины очереди — могут оказывать негативное влияние.

В случае пренебрежения этими факторами, формула будет следующей:

Функциональные IOPS = (Исходные IOPS * % операций записи / штрафной коэффициент RAID) + (Исходные IOPS * % чтения), где Исходные IOPS = усредненный IOPS накопителей * количество накопителей.

Рассчитаем для примера производительность массива RAID10 из 12 дисков HDD SATA, если известно, что одновременно происходит 10% операций записи и 90% операций чтения. Допустим, что диск обеспечивает 75 случайных IOPS, при размере блока 4КБ.

Исходные IOPS = 75*12 = 900;
Функциональные IOPS = (900*0,1/2) + (900*0,9) = 855.

Таким образом видим, что при малой интенсивности записи, что в основном наблюдается в системах, рассчитанных на отдачу контента, влияние штрафного коэффициента RAID минимально.

В целях консерватизма я рекомендую добавлять от 20% от нужного числа IOPS, при проектировании систем.

Зависимость от приложений

Производительность нашего решения очень сильно может зависеть от приложений, которые будут исполнятся впоследствии. Так это может быть обработка транзакций — «структурированных» данных, которые организованы, последовательны и предсказуемы. Зачастую в этих процессах можно применить принцип пакетной обработки, распределив эти процессы во времени так, когда нагрузка минимальна, тем самым оптимизировав потребление IOPS. Однако в последнее время появляется все больше и больше медийных проектов, где данные «не структурированы» и требуют совсем иных принципов их обработки.

По этой причине подсчет необходимой производительности решения для конкретного проекта может стать весьма сложной задачей. Некоторые из производителей сторедж-хранилищ и экспертов утверждают, что IOPS не имеют значения, так как клиенты в подавляющем большинстве используют до 30-40 тысяч IOPS, в то время, как современные системы хранения обеспечивают сотни тысяч и даже миллионы IOPS. То есть современные хранилища удовлетворяют нужды 99% клиентов. Тем не менее это утверждение может быть справедливо далеко не всегда, лишь для бизнес-сегмента, который размещает хранилища у себя, локально, но не для проектов, размещаемых в дата-центрах, которые зачастую, даже при использовании готовых решений хранения, должны обеспечивать довольно высокую производительность и отказоустойчивость.

В случае размещения проекта в дата-центре, в большинстве случаев, все же более экономично строить системы хранения самостоятельно на основе выделенных серверов, нежели использовать готовые решения, так как становится возможным более эффективно распределить нагрузку и подобрать оптимальное оборудование для тех, либо других процессов. Помимо прочего, показатели производительности готовых систем хранения, далеки от реальных, так как в большинстве своем основаны на данных профилей синтетических тестов производительности, при применении 4 или 8 КБ размера блока, в то время как большинство клиентских приложений работает сейчас в средах с размером блока от 32 до 64 КБ.

Как видим из графика:

Менее, чем 5% систем хранения, настроены с применением блока менее 10 КБ и менее, чем 15% используют блоки с размером менее 20 КБ. Кроме того, даже для определенного приложения, редко когда возникает потребления I/O лишь одного типа. К примеру у базы данных будут различные профили I/O для различных процессов (файлы с данными, логирование, индексы …). А значит, заявленные синтетические тесты производительности систем, могут быть далекими от истины.

А что на счет задержек?

Даже если мы будем игнорировать тот факт, что инструменты, применяемые для измерения latency, имеют тенденцию измерять средние времена ожидания и упускают то, что один единственный I/O в каком-то из процессов, может занимать куда больше времени, чем другие, таким образом замедляя ход всего процесса, то совсем не учитывают то, насколько время ожидания I/O изменится в зависимости от размера блока. Помимо прочего это время также будет зависеть от конкретного приложения.

Таким образом мы приходим к еще одному волшебному выводу, что не только размер блока является не очень хорошей характеристикой при измерении производительности IOPS систем, но и latency может оказаться вполне бесполезным параметром.

Хорошо, если ни IOPS, ни время ожидания не являются хорошей мерой измерения производительности системы хранения, то что тогда?

Только реальный тест исполнения приложения на конкретном решении…

Этот тест будет тем реальным методом, который наверняка позволит понять, насколько производительным будет решение для Вашего случая. Для этого понадобится запустить копию приложения на отдельно взятом хранилище и симулировать нагрузку за определенный период. Только так можно получить достоверные данные. И разумеется, нужно измерять не метрики хранилища, а метрики приложения.

Тем не менее учет приведенных выше факторов, влияющих на производительность наших систем, может быть весьма полезным при подборе хранилища или построении определенной инфраструктуры на основе выделенных серверов. С определенной степенью консерватизма становится возможным подобрать более-менее реальное решение, исключить некоторые технические и программные изъяны в виде не оптимального размера блока при разбивке или не оптимальной работы с дисками. Решение, конечно, не будет на 100% гарантировать расчетную производительность, но в 99% случаев можно будет говорить, что решение справится с нагрузкой, особенно, если добавлять консерватизм в зависимости от типа приложения и его особенностей в расчет.

Ликбез по жёстким дискам: рекомендации по выбору накопителя

Жёсткий диск Western Digital

Немного теории

Пример работы жёсткого диска

Формфактор, интерфейс и кэш-память жёстких дисков

Есть и устройства, использующие пластины диаметром 1,8", 1" и 0,8". Как правило, такие жёсткие диски используются в ультрапортативных ноутбуках, MP3-плеерах и других ультрамобильных девайсах.

Обороты в минуту rpm

С помощью этого калькулятора можно ввести значение для конвертации вместе с исходной единицей измерения, например, ‘569 оборот в минуту’. При этом можно использовать либо полное название единицы измерения, либо ее аббревиатуруНапример, ‘оборот в минуту’ или ‘об/мин’. После ввода единицы измерения, которую требуется преобразовать, калькулятор определяет ее категорию, в данном случае ‘Скорость вращения’. После этого он преобразует введенное значение во все соответствующие единицы измерения, которые ему известны. В списке результатов вы, несомненно, найдете нужное вам преобразованное значение. Как вариант, преобразуемое значение можно ввести следующим образом: ’50 оборот в минуту в 1/с’, ’16 об/мин -> 1/с’ или ’22 об/мин = 1/с’. В этом случае калькулятор также сразу поймет, в какую единицу измерения нужно преобразовать исходное значение. Независимо от того, какой из этих вариантов используется, исключается необходимость сложного поиска нужного значения в длинных списках выбора с бесчисленными категориями и бесчисленным количеством поддерживаемых единиц измерения. Все это за нас делает калькулятор, который справляется со своей задачей за доли секунды.

Кроме того, калькулятор позволяет использовать математические формулы. В результате, во внимание принимаются не только числа, такие как ‘(45 * 67) об/мин’. Можно даже использовать несколько единиц измерения непосредственно в поле конверсии. Например, такое сочетание может выглядеть следующим образом: ‘569 оборот в минуту + 1707 1/с’ или ’98mm x 79cm x 82dm = ? cm^3′. Объединенные таким образом единицы измерения, естественно, должны соответствовать друг другу и иметь смысл в заданной комбинации.

Если поставить флажок рядом с опцией ‘Числа в научной записи’, то ответ будет представлен в виде экспоненциальной функции. Например, 8,466 044 490 860 2 × 10 31 . В этой форме представление числа разделяется на экспоненту, здесь 31, и фактическое число, здесь 8,466 044 490 860 2. В устройствах, которые обладают ограниченными возможностями отображения чисел (например, карманные калькуляторы), также используется способ записи чисел 8,466 044 490 860 2E+31. В частности, он упрощает просмотр очень больших и очень маленьких чисел. Если в этой ячейке не установлен флажок, то результат отображается с использованием обычного способа записи чисел. В приведенном выше примере он будет выглядеть следующим образом: 84 660 444 908 602 000 000 000 000 000 000. Независимо от представления результата, максимальная точность этого калькулятора равна 14 знакам после запятой. Такой точности должно хватить для большинства целей.

Калькулятор измерений, который, среди прочего, может использоваться для преобразования оборот в минуту в 1/с: 1 оборот в минуту [об/мин] = 0,016 666 666 666 667 1/с

Когда покупатель пытается собрать себе компьютер из комплектующих самостоятельно или просто выбирать жесткий диск для ПК, то часто сталкивается с понятием "RPM". Что это такое и является ли оно важным? RPM – это не просто важный, а один из ключевых параметров жесткого диска, который нужно учитывать в первую очередь при выборе. Давайте детальнее разберемся, что это – RPM.

Понятие

Аббревиатура RPM (Rounds per minute) на русский язык дословно переводится как "Обороты в минуту". Это единица обозначает скорость вращения шпинделя жесткого диска, но само по себе понятие ничего не говорит обычному пользователю. RPM жесткого диска играет роль в производительности системы, и чем выше будет скорость вращения, тем быстрее будет работать вся система в целом. Чаще всего в характеристиках к жесткому диску указывается этот параметр, и между двумя твердыми носителями желательно выбирать тот, у которого RPM будет выше.

Если взять два одинаковых по всем параметрам диска, но с разной скоростью вращения шпинделя, то можно сразу заметить существенную разницу в производительности системы.

Что такое шпиндель?

Жесткий диск состоит из нескольких герметизированных круглых пластин, которые находятся друг на друге и покрыты слоем ферромагнитного материала. Также в корпусе находится и считывающая головка. Эти пластины при работе вращаются с помощью шпинделя – специального вращающего вала. Этот вал приводится в движение электродвигателем. При вращении пластин считывающие головки не касаются поверхности дисков, однако находятся на максимально близком к ним расстоянии. В результате с помощью головок можно записывать и считывать информацию с твердых носителей – дисков.

В течение тысяч часов шпиндель стабильно вращает пластины с огромной скоростью, поэтому данный элемент должен быть надежным. Благодаря отсутствию прямого физического контакта между шпинделем и диском на последний можно записывать и стирать информацию. Считается, что в среднем на один диск можно записать и стереть информацию 100 тысяч раз.

Вот так выглядят шпиндели жестких дисков. Конечно, они могут отличаться в зависимости от модели устройства и производителя.

Итак, мы выяснили, что это – RPM. Параметр определяет, при какой скорости могут вращаться пластины при нормальном режиме работы. В свою очередь это позволяет понять, как быстро компьютерная система сможет получить информацию от жесткого диска при обращении к нему. Чем выше скорость, тем быстрее будет происходить обмен данными между системой и диском.

Как это работает?

Чтобы понять точнее, что это – RPM, необходимо понять принцип работы самого устройства. При запросе определенной информации блок магнитных головок переходит к запрошенной дорожке. На это требуется определенное время для поиска (Seek latency). После того как считывающие головки перемещаются в нужный сектор, необходимо дождаться поворота дисков, чтобы нужный участок оказался под считывающей головкой. Этот участок времени называют задержкой на вращение. Именно этот параметр зависит от скорости вращения шпинделя, и чем он будет выше, тем задержка на вращение будет ниже.

Обе задержки (на перемещение шпинделя и на вращение дисков) определяют скорость доступа системы к данным. Многие программы тестирования производительности просчитывают данный параметр и выводят его под строками "Access to data time". Это позволяет определить реальную скорость работы диска. Данный параметр непосредственно влияет на производительность всей системы. Сегодня есть множество мощных ноутбуков, которые оснащаются мощными видеокартами и процессорами, большим объемом оперативной памяти. Но при этом совместно с хорошим "железом" используются очень медленные жесткие диски со скоростью вращения в 5400 оборотов в минуту. В результате все эти мощные комплектующие не работают на полную мощность из-за низкой скорости доступа к данным. Так что RPM диска важен наравне с частотой процессора и шириной шины видеокарты.

Влияние RPM HDD на производительность

Винчестеры (так часто называют жесткие диски) могут быть формата LFF и SFF. Если говорить проще, то один тип дисков имеет формат 2.5 дюйма, другой – 3.5 дюйма. Первый часто используется в ноутбуках и серверах, второй – в обычных системных блоках. Именно этот тип жесткого диска чаще всего отличается высокой скоростью вращения шпинделя – 7200 оборотов в минуту. В таких моделях время совершения полуоборота составляет 4.2 мс, а среднее время поиска равно 8.5 мс. Следовательно, время доступа к данным будет составлять 12.7 мс.

Отметим, что в большинстве стационарных компьютерах используются винчестеры SATA. 7200 RPM – это стандартная скорость для таких моделей. Бывают также диски с 5400 RPM, но их не рекомендуется использовать на современных системах, хотя стоят они дешевле. Есть также диски параметром 10000 RPM – в таких моделях задержки на поиск и вращение составляют около 3 мс. Подобные устройства чаще всего применяются на игровых компьютерах, однако даже их можно назвать устаревшими. В современных настольных ПК и ноутбуках все чаще применяют диски SSD, принцип работы которых совершенно другой. Об этом расскажем немного позже.

Нестандартный параметр RPM

Есть также на рынке модели со скоростью вращения шпинделя 15000 оборотов в минуту. Как вы догадались, там время задержек еще ниже – около 2 мс, а среднее время поиска равно 3.8 мс. Это позволяет обеспечить доступ к данным за 5.8 мс. Следовательно, диски с большим RPM имеют низкое время поиска нужной информации, за счет чего обеспечивается быстрый обмен между хранилищем информации и системой.

Однако важно заметить, что при доступе к данным большого размера разница в производительности между дисками с большим и низким параметрами RPM будет несущественная, так как задержки на доступ к информации будут отсутствовать вообще.

Как узнать скорость вращения шпинделя?

Определить этот параметр проще простого – он всегда указывается на наклейке на самом устройстве. Достаточно открыть корпус своего системного блока и взглянуть на наклейку. Там может быть много непонятных параметров, но всегда есть одна из следующих строк:

RPM HDD: 5400.
RPM: 7200.
RPM: 10000.

Если жесткий диск скрыт под корпусом ноутбука, который достаточно сложно вскрыть, то можно воспользоваться специальной программой тестирования "железа".

Популярными являются следующие:

Они доступны для скачивания из интернета совершенно бесплатно. Запустив одну из указанных программ, можно быстро найти информацию об устройстве хранения данных. Там будут детально отображены параметры жесткого диска. Нас в первую очередь интересует строка "Rotation Rate" и значение напротив нее. В русской версии программы Aida64 необходимо в левой части нажать на "Хранение данных" – "Хранение данных Windows", затем в верхней части нужно выделить жесткий диск, после чего снизу появится информация о нем, в том числе и строка "Скорость вращения".

Недостатки высокой скорости

Конечно, при высоком RPM обеспечивается высокая производительность системы в целом, но есть и недостатки. Чем быстрее вращается шпиндель, тем сильнее нагревается сам диск, да и работает он шумнее. Также подобные винчестеры потребляют больше электроэнергии. Впрочем, современные технологии позволяют осуществить установку RPM и уменьшить потребление энергии и шум за счет снижения скорости вращения шпинделя. Потери производительности при этом компенсируются специальным алгоритмом кэширования данных.

SSD как альтернатива

При разработке современных компьютерных платформ от использования жестких дисков с пластинами и шпинделем отказываются. Сегодня применяют твердотельные накопители, в которых отсутствуют подвижные детали вообще. "Внутренности" этих дисков представляют собой микросхемы на плате. Работают такие устройства как обычные флэшки, вот только производительность и скорость доступа к данным в них очень высокая и намного превышает производительность дисков стандарта HDD. К тому же они не шумят, являются очень легкими и потребляют мало энергии. Высокая цена – единственный недостаток. Диск HDD 7200 RPM на 1 Тб будет стоить дешевле, чем SSD-накопитель с емкостью 128 или 256 Гб.

Если провести аналогию, то разница между SSD и HDD приблизительно такая же, как и разница между обычным DVD-диском и флэшкой. От дисков уже отошли, и сегодня преимущественно используются лишь флэшки.

Заключение

При выборе жесткого диска в первую очередь важно учитывать параметр производительности, который определяется скоростью вращения шпинделя в первую очередь. К сожалению, большинство пользователей смотрят на емкость дисков, хотя это не самое важное. Лучше отдать предпочтение винчестеру с емкостью 500 Гб и скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин, чем выбирать диск на 1 Тб и с параметром RPM 5400. А вообще, сегодня нужно отходить от использования подобных систем, поскольку SSD-накопители превосходят устаревшие устройства HDD во всем.

RCF против RPM

«RPM» означает «вращения в минуту», в то время как «RCF» означает «относительная центробежная сила».

RPM – это аннотация, по которой производитель вращающейся машины описывает свою скорость вращения. В линейном движении скорость объекта измеряется в метрах в секунду или милях в час. Но при вращательном движении скорость объекта обозначается его RPM. Эта скорость во вращательном движении является фактически частотой вращения. Если RPM вращающегося объекта составляет 200, то это означает, что конкретный объект выполняет 200 оборотов в минуту вокруг фиксированной оси.

Это также можно понять на примере компьютерного диска. RPM используется для определения времени доступа на жесткие диски компьютера. Это измерение количества полных оборотов, которые делает жесткий диск компьютера за одну минуту. Чем выше RPM, тем быстрее будут доступны данные. Например, если вы сравнивали 2 жестких диска, 1 с 5000 об / мин, а другой с 7500 об / мин, жесткий диск с 7500 об / мин будет иметь возможность доступа к данным намного быстрее, чем 5 000 об / мин.

Согласно SI (Международная система единиц), RPM не является единицей. Вращение в минуту является мерой «частоты» вращения, единица СИ которого занимает второе место или секунду.

Относительная центробежная сила или RCF измеряется с точки зрения силы тяжести, умноженной силой. Это также называется G-силой. Центробежная сила представляет собой эффект инерции, возникающей по отношению к вращению, и испытывается как внешняя сила от центра вращения. Относительная центробежная сила (RCF) описывает величину силы ускорения, приложенной к образцу в центрифуге. RCF измеряется кратным или числом раз стандартного ускорения силы тяжести на поверхности Земли (x g). RCF описывается двумя переменными, которые являются радиусом и угловой скоростью ротора. Вот как широко ротор и как быстро он движется.

Если скорость вращения выражается в оборотах в минуту (RPM), а радиус задается в сантиметрах (см), то RCF может быть рассчитан по следующему уравнению:

RCF = 1.1118 x 10-5 x r x N2

«R» обозначает радиус вращения в сантиметрах и «N» означает скорость вращения, измеренную в RPM.

RCF является важным параметром при расчете эффективности и эффективности экранов, используемых в горнодобывающей промышленности или отрасли обработки материалов. Чем выше RCF экрана, тем выше будет эффективность его разделения. Вращающиеся устройства, такие как центрифуги, центробежные насосы, центробежные регуляторы, центробежные муфты и т. Д. Работают над концепцией центробежной силы.

Что такое rpm жесткого диска