2014/06/26 Hardware

Producenci dysków twardych nie spoczywają na laurach. Każdego dnia powstają technologie zwiększające szybkość, niezawodność i pojemność dysków twardych. Do niedawna niemożliwym wydawało się przekroczenie bariery 1TB na pojedynczym dysku, dziś ta wielkość nie robi już na nikim wrażenia. W świadomości użytkowników tkwi najczęściej jeden obraz dysku twardego - 3. 5` dysk twardy w komputerze o danej pojemności. Tymczasem parametrów określających dysk jest dużo więcej. Dobór odpowiedniego dysku pozwoli na jego wieloletnią, bezawaryjną pracę w określonym środowisku.

Dysk określają m.in. takie parametry jak: typ, wielkość , pojemność, złącze, prędkość obrotowa, oszczędność energetyczna, pamięć cache, czasy dostępu oraz MTBF.

Rozróżniamy 3 podstawowe typy dysków twardych: magnetyczne, hybrydowe oraz SSD. Dyski magnetyczne to te spotykane na co dzień w komputerach – jest ich zdecydowanie najwięcej. Hybrydowe dyski charakteryzuje połączenie technologii magnetycznej jako nośnika przechowywania danych z technologią pamięci flash – jako pamięci buforowej ( nie cache). Najnowszym krzykiem mody są dyski SSD – w całości wykonane na wzór pamięci flash (pendrive). Oczywiście te ostatnie z uwagi na fakt, że są nowością kosztują jeszcze wielokrotnie więcej jak dyski magnetyczne. Nie osiągają również tak imponujących pojemności, wygląda więc na to, że nieprędko zastąpią zwykłe dyski. Mają jednak sporo niezaprzeczalnych zalet – nie posiadają ruchomych części, które psują się zwyczajowo w dyskach magnetycznych tj. głowicy i ruchomych talerzy. Prędkość dostępowa do pamięci typu flash jest natychmiastowa i nie wymaga pozycjonowania głowicy.

Najczęściej występującymi wielkościami dysków są 3.5 calowe oraz 2.5 calowe, przy czym te drugie do niedawna najczęściej znajdowały zastosowanie w notebookach. Obecnie montuje się je także w miniaturowych komputerach oraz urządzeniach sieciowych (serwery, macierze, etc).

Wielkość dysków twardych w chwili obecnej przekroczyła już 6TB i stale rośnie. Warto zwrócić uwagę iż uzyskanie tak imponujących pojemności skutkuje zmniejszeniem szybkości ogólnej działania dysku (dłuższe czasy dostępu) pomimo zastosowania innowacyjnych technologii wspomagających. Często więc zmuszeni jesteśmy do dokonywania wyboru pomiędzy szybkością pojemnością dysków.

Najczęściej stosowanym złączem w chwili obecnej (które już niemalże całkowicie wyparło powolne złącze IDE/ATA) jest złącze SATA. W chwili obecnej wycofuje się ze sprzedaży dyski i płyty główne obsługujące SATA I o przepustowości 1.5Gbps, na rzecz technologii SATA II (3Gbps) oraz przede wszystkim SATA III (6Gbps). Niemniej dyski SATA zachowują wsteczną zgodność. Do zastosowań profesjonalnych w platformach serwerowych i platformach typu storage stosuje się także złącza SAS (3Gbps, 6Gbps oraz 12Gbps przepustowości – będące następcą zwykłej magistrali SCSI) oraz FC (Fibre Channel), przy czym dyski SAS są częściowo zgodne z dyskami SATAII i III (kontroler może obsłużyć taki dysk). Dyski z interfejsem Fibre Channel mogą pracować w zależności od implementacji z prędkościami 2Gbps, 4Gbps, 8Gbps oraz 16Gbps.

Stosowanymi w standardowych dyskach magnetycznych prędkościami obrotowymi są 5400RPM oraz 7200RPM, rzadziej spotyka się w zestawieniu ze zwykłymi komputerami dyski 10000RPM, natomiast zdecydowanie serwerowymi są dyski osiągające prędkość 15000RPM. Nowinką są natomiast dyski o niestandardowych prędkościach wynikających z konstrukcji dysków ECO tudzież GREEN – np. w przypadku dysków Seagate jest to 5900RPM. Termin RPM czyli Rounds Per Minute określa ilość obrotów talerzy dysku w ciągu minuty, co przekłada się na szybkość odczytu danych przez głowicę. Oczywiście termin prędkości dysku nie ma zastosowania do dysków SSD gdzie nie ma talerzy i głowicy a dostęp jest bezpośredni.

Zużycie energii dla przeciętnych użytkowników jest parametrem drugorzędnym – w chwili obecnej na rynku są już serie Green, EcoGreen oraz LowPower które charakteryzuje cichsza praca oraz rozwiązania dostosowujące prędkość obrotu talerzy do odczytu/zapisu danych. Ponadto najczęściej producenci modyfikują oprogramowanie układowe w taki sposób aby np. dysk szybciej przechodził w stan spoczynku przy dłuższym nieużywaniu. W istocie najczęściej dyski te pracują wolniej od ich energochłonnych towarzyszy, ale dzięki temu zauważalny jest spadek poboru mocy nawet o 45% w niektórych modelach. Dyski te w połączeniu z dużym zagęszczeniem danych na talerzach nadają się do przechowywania danych, jednak jako dysk systemowy dla wymagającego użytkownika mogą okazać się zbyt wolne. Ostatnie modele dysków Energooszczędnych posiadające 64MB pamięci cache są w istocie odrobine mniej „Green”. Pobór mocy wynosi około 80% zwyczajowego poboru, za to osiągnięto zwiększenie ich prędkości. Czy warto zakupić dyski typu Green? Tam gdzie wydajność nie ma większego znaczenia jak najbardziej tak. Polecamy je szczególnie w konfiguracji z systemowymi dyskami SSD.

Cache dyskowe służy do buforowania operacji odczytu i zapisu celem wybalansowania systematyki IO dysku. Ponadto cache natywnie przyspiesza dostęp do zbuforowanych danych podczas wielokrotnego odczytu. Generalnie im więcej pamięci cache tym lepiej, niemniej podczas operacji zapisu na dysku istnieje ryzyko utraty danych podczas awarii zasilania, jeżeli dane znajdują się w buforze cache a nie zostały zapisane na dysku.

Czas dostępu do dysku to w rzeczywistości czas jaki musi upłynąć zanim dysk będzie gotowy do odczytu/zapisu, zatem czas jaki potrzebuje głowica na wypozycjonowanie się z talerzem i rozpoczęcie operacji IO. Do niedawna za poprawny uznawano czas około 12ms, jednak w obecnie sprzedawanych dyskach czas ten wynosi standardowo 8-9ms, natomiast jeśli idzie o dyski wysokowydajnych platform serwerowych czas ten skrócono nawet do poziomu 3ms co gwarantuje odczyt i zapis niemalże natychmiastowy.

Innym parametrem ważnym z punktu widzenia zakupu dysku twardego jest jego żywotność mierzona poprzez parametr MTBF. Okres wyrażony w godzinach określający ile dany dysk powinien przeżyć bez awarii. W przypadku dysków typu desktop jest to okres rzędu miliona godzin w odniesieniu do dysków magnetycznych. Jeśli idzie o dyski SSD jest to wartość dwukrotnie wyższa. Dyski magnetyczne do zastosowań serwerowych i macierzowych mają czas MTBF na poziomie od 1200000 godizn do 2000000 godzin.

Dyski twarde są konstrukcjami wrażliwymi na uderzenia. Nawet drobny upadek pracującego dysku może spowodować jego uszkodzenie. Dyski w stanie wyłączonym mogą wytrzymać odrobinę więcej, niemniej ich konstrukcja (talerze i głowica) powoduje, że są wyjątkowo podatne na uszkodzenia. Inaczej ma się rzecz w dyskach SSD. Do ich uszkodzenia może nie wystarczyć klasyczne tłuczenie młotkiem.

Dzisiejsze dyski posiadają jeszcze jedną ciekawą zaletę – jest to system NCQ który przyspiesza operacje na dysku tworząc tzw. kolejkę. Dane na dyskach zapisywane są w różnych miejscach, gdyby pozwolić głowicy wyszukiwać dane zgodnie z żądaniami to przeszukiwanie byłoby nieuporządkowane. Mechanizm NCQ układa żądania w taką kolejkę, aby zoptymalizować czas dostępu do danych.

W chwili obecnej najczęściej zakupywanym dyskiem jest klasyczny dysk o szybkości obrotów 7200RPM, 3.5 cala o interfejsie SATAII (coraz częściej SATAIII) o określonej pojemności np. 1TB, niemniej w naszej opinii przyszłość należy do dysków SSD o ile technologia ich wytwarzania pozwoli na powiększenie ich pojemności. Dotychczas dyski SSD służą jako dyski systemowe – instaluje się na nich systemy operacyjne co przyspiesza ogólne działanie systemu, natomiast dyski magnetyczne służą jako magazyny danych.