Желаю доброго времени суток своим читателям, интересующихся подробностями работы компьютерного железа. Сегодня предметом нашего обсуждения будет кэш память жесткого диска. Буферизация данных применяется в различных процессах, но именно в данном устройстве ее использование дает ощутимый прирост быстродействия, нивелируя недостатки процесса считывания.
Для начала немного истории, которая раскрывает суть термина «cache».
В далеком 1967 году, при подготовке статьи о 85-й модели компьютера BM System/360 было решено найти лаконичную и более понятную замену определению «высокоскоростной буфер». Редактор журнала «IBM Systems Journal» Лайл Джонсон предложил использовать слово «кэш» (в разных европейских языках означающее понятие «прятать», «тайник», «запас»). Этот термин оказался не только простым и удобным, но и точно определял суть используемого устройства. Он прижился, стал общепринятым.
Что делает кэш в вашем винчестере?
Теперь взглянем на принцип работы жесткого диска HDD, который хоть и вытесняется в компактных устройствах твердотельными накопителями, но, пожалуй, еще долго будет оставаться основным средством хранения информации.
Итак, внутри его расположены несколько вращающихся магнитных пластин. Считывающие головки перемещается в нужный сектор и производят запись или чтение информации. (Визуально все это напоминает проигрыватель винилов).
Как видите, механизмов в данном устройстве предостаточно, и, несмотря на сверхвысокие скорости их движения, обращение к HDD за очередной порцией данных занимает очень много (по меркам быстродействия ЦПУ) времени. Усугубляет данную ситуацию тот факт, что информация записана на поверхности дисков фрагментами, которые могут быть расположены в разных местах и на отдельных пластинах.
Так вот, чтобы системе не заниматься черновой работой складывания воедино отдельных блоков информации, данную работу было решено получить самому жесткому диску, который будет сам связывать их воедино в собственном кэше. Условно, можно обрисовать такую аналогию данного процесса: боссу понадобилась вся информация по сделке и подчиненный, дабы не носить в кабинет по отдельному документу, предварительно собирает и группирует их у себя в отделе.
Сразу добавлю, что в SSD проблема инертности считывания информации не стоит так критично. Здесь скорость данного процесса на несколько порядков выше. Но в связи с фрагментированием записи больших объемов данных оптимизация работы с ними также необходимо. Поэтому в некоторых твердотельных накопителях cache так же присутствует.
Кэш память – один из параметровHDD
Переходим непосредственно к железу с целью выяснить, что собой представляет кэш жесткого диска.
В HDD помимо механических деталей имеется управляющая плата с коннектроами. На ней и расположена специальная микросхема, представляющая собой память с высокоскоростным доступом. Это и есть кэш. Объем его относительно не велик и в обычных винчестерах может быть 32 и 64 мегабайта (в некоторых старых моделях встречаются еще значения 8 или 16 Мб). Этого вполне достаточно, чтобы сделать работу системы персонального компьютера плавной и быстрой.
Сколько лучше, спросите вы? Мне кажется, ответ очевиден, но некоторые блогеры отмечают, что существенную разницу между 32 и 64 Мб в процессе использования HDD уловить практически невозможно. Я же полагаю, что с ростом сложности программных задач это все-таки будет заметно.
И если вы рассчитываете выжать из своего ПК максимум, то стоить устанавливать на него лучшее из того, что вы сможете себе позволить. В пользу такой позиции говорит и тот факт, что на серверных жестких дисках уже используется кэш объемом в 128 и даже в 256 Мб. Думаю этот факт поможет ответить вам на вопрос: на что влияет объем буфера?
Алгоритм работы кэш жесткого диска
Давайте разберемся, как работает буферная память винчестера. Основным потребителем, расположенной на нем информации является процессор. Дальше работает такая схема:
И еще один момент: cache винчестера – это энергозависимая память. Поэтому перед выключением ПК система копирует информацию из кэша непосредственно на сам HDD, а после включения переносить ее обратно. При аварийном обесточивании компьютера этого не происходит.
Кэширование данных собственным чипом жесткого диска предназначено для обеспечения системы цельными блоками данных, что существенно увеличивает ее быстродействие. Но помимо отдельной платы буферизация информации также может производиться и другими, хорошо известными нам способами.
Но это уже совершенно другие устройства, требующие отдельной статьи. А по поводу самой кэш памяти жесткого диска мне уже добавить нечего и я буду с вами прощаться.
Присылайте мне свои вопросы, подсказывайте интересные темы, и я постараюсь вас снова порадовать на страницах своего блога.
Определение размера буфера или кеша у жестких дисков с интерфейсом ATA
Определение размера буфера или кеша у жестких дисков с интерфейсом ATA
Жесткие диски с интерфейсом ATA разрабатываются согласно техническим условиям, предложенным промышленным консорциумом, известным как Комитет T13. Производители жестких дисков, систем, наборов микросхем, хост-адаптеров и операционных систем, разработчики программного обеспечения и прочие специалисты компьютерной отрасли используют эти технические условия для обеспечения совместимости. Аналогичные технические условия и группы существуют для интерфейсов SATA, SCSI, USB и 1394.
Текущая версия технических условий называется ATA-8. В первой версии, ATA-1, разработанной в 1991 г., определялся начальный перечень команд (на основе интерфейса ESDI), в том числе Identify Device — команда идентификации устройства. Команда Identify Device (ECh) возвращает ответ длиной 512 байт, который содержит сведения о жестком диске в двоичном формате. Они включают номер модели, серийный номер и емкость накопителя, а также другие сведения, например о возможности диагностики или поддержке определенных скоростей. При запуске компьютер использует команду Identify Device, чтобы автоматически определить размер накопителя.
В ATA-1 (1991 г.) слово 21 в ответе команды Identify Device было определено следующим образом:
«Buffer size in 512 byte increments (0000h=not specified)» (Размер буфера с приращением в 512 байт (0000h=не задано)).
В ATA-3 (1997 г.) в слове 21 стал выдаваться ответ «Obsolete» (Устарело).
Сейчас, в ATA-8 (2006 г.), в слове 21 выдается ответ «Retired» (Не используется).
Несмотря на то, что с момента выхода спецификации ATA-3 слово 21 не требуется, многие производители жестких дисков по-прежнему используют его, чтобы указать размер буфера. Со временем было создано множество средств диагностики жесткого диска и программных пакетов для тестирования, которые считывают данные из слова 21. Например, если в слове 21 указано значение 8000h, то размер кеша составляет 16 МБ (8000h = 32 768 x 512 = 16 777 216 байт).
Seagate не предлагает диагностические программы, показывающие размер буфера накопителя. Технические характеристики всех моделей накопителей Seagate, включая размер буфера, можно найти на этом веб-сайте с помощью функции поиска.
Почему размер кеша определяется как 0 МБ?
Если программный пакет для тестирования жесткого диска или средство диагностики определяет размер буфера как 0 МБ, то размер кеша, скорее всего, составляет 32 МБ. Чтобы в этом убедиться, обратитесь к опубликованной документации с техническими характеристиками диска. В слове 21 не могут храниться значения больше FFFFh. Чтобы указать размер буфера 32 МБ для современного жесткого диска, необходим дополнительный байт: 10000h. Поэтому в слове 21 значение 10000h отображается как 0000h, то есть ноль.
Важно понимать, что все значения и информация, получаемые с помощью команды Identify Device, предоставляются производителем. Другими словами, если в ответе говорится, что буфер имеет размер 8 МБ, то это просто значение, указанное производителем накопителя. Сама микросхема памяти при этом не проверяется. Если в данных о буфере диска указано 0 МБ, это тоже не автоматически обнаруженный размер, а просто данные из слова 21.
Поэтому, пока Комитет T13 не примет новую спецификацию ATA, которая позволит правильно указывать размер кеша больше FFFFh, фактический размер буфера вы сможете определить, только изучив опубликованные технические характеристики.
Что такое кэш память жесткого диска и для чего она нужна
Кэш память или как ее называют буферная память жесткого диска. Если вы не знаете что это, то мы с радостью ответим на данный вопрос и расскажем обо всех имеющихся особенностях. Это особый вид оперативки, выступающий в качестве буфера для хранения ранее считанных, но еще не переданных данных для их дальнейшей обработки, а также для хранения информации, к которой система обращается чаще всего.
Необходимость в транзитном хранилище появилась из-за значительной разницы между пропускной способности системы ПК и скорости считывания данных с накопителя. Также кэш-память можно встретить на других устройствах, а именно в видеокартах, процессорах, сетевых картах и прочих.
Какой бывает объем и на что он влияет
Отдельного внимания заслуживает объем буфера. Зачастую HDD оснащаются кэшем 8, 16, 32 и 64 Мб. При копировании файлов больших размеров между 8 и 16 Мб будет заметна значительная разница в плане быстродействия, однако между 16 и 32 она уже менее незаметна. Если выбирать между 32 и 64, то ее вообще почти не будет. Необходимо понимать, что буфер достаточно часто испытывает большие нагрузки, и в этом случае, чем он больше, тем лучше.
В современных жестких дисках используется 32 или 64 Мб, меньше на сегодняшний день вряд ли где-то можно найти. Для обычного пользователя будет достаточно и первого, и второго значения. Тем более что помимо этого на производительность также влияет размер собственного, встроенного в систему кэша. Именно он увеличивает производительность жесткого диска, особенно при достаточном объеме оперативки.
То есть, в теории, чем больше объем, тем лучше производительность и тем больше информации может находиться в буфере и не нагружать винчестер, но на практике все немного по-другому, и обычный пользователь за исключением редких случаев не заметит особой разницы. Конечно, рекомендуется выбирать и покупать устройства с наибольшим размером, что значительно улучшит работу ПК. Однако на такое следует идти только в том случае, если позволяют финансовые возможности.
Предназначение
Она предназначена для чтения и записи данных, однако на SCSI дисках в редких случаях необходимо разрешение на кэширование записи, так как по умолчанию установлено, что кэширование записи запрещено. Как мы уже говорили, объем – не решающий фактор для улучшения эффективности работы. Для увеличения производительности винчестера более важной является организация обмена информацией с буфером. Кроме этого, на нее также в полной мере влияет функционирование управляющей электроники, предотвращение возникновения ошибок и прочее.
В буферной памяти хранятся наиболее часто используемые данные, в то время как, объем определяет вместимость этой самой хранимой информации. За счет большого размера производительность винчестера возрастает в разы, так как данные подгружаются напрямую из кэша и не требуют физического чтения.
Физическое чтение – прямое обращение системы к жесткому диску и его секторам. Данный процесс измеряется в миллисекундах и занимает достаточно большое количество времени. Вместе с этим HDD передает данные более чем в 100 раз быстрее, чем при запросе путем физического обращения к винчестеру. То есть, он позволяет устройству работать даже если хост-шина занята.
Основные преимущества
Буферная память имеет целый ряд достоинств, основным из которых является быстрая обработка данных, занимающая минимальное количество времени, в то время как физическое обращение к секторам накопителя требует определенного времени, пока головка диска отыщет требуемый участок данных и начнет их читать. Более того, винчестеры с наибольшим хранилищем, позволяют значительно разгрузить процессор компьютера. Соответственно процессор задействуется минимально.
Ее также можно назвать полноценным ускорителем, так как функция буферизации делает работу винчестера значительно эффективнее и быстрее. Но на сегодняшний день, в условиях быстрого развития технологий, она теряет свое былое значение. Это связано с тем, что большинство современных моделей имеют 32 и 64 Мб, чего с головой хватает для нормального функционирования накопителя. Как уже было сказано выше, переплачивать разницу можно лишь тогда, когда разница по стоимости соответствует разнице в эффективности.
Напоследок хотелось бы сказать, что буферная память, какой бы она не была, улучшает работу той или иной программы, или устройства только в том случае, если идет многократное обращение к одним и тем же данным, размер которых не больше размера кэша. Если ваша работа за компьютером связана с программами, активно взаимодействующими с небольшими файлами, то вам нужен HDD с наибольшим хранилищем.
Как узнать текущий объем кэша
Если вы покупаете новое устройство, то все необходимые характеристики можно узнать на коробке или в приложенной инструкции. Еще один вариант – посмотреть в интернете.
Что такое размер кэша жесткого диска и как его проверить?
В высокотехнологичных гаджетах для хранения информации и данных используются жёсткие диски. Однако существуют разные типы жёстких дисков с нужной скоростью и объёмом памяти. В этом руководстве мы объясним различные типы жёстких дисков, их функции, важность размера кэша жёсткого диска и способы его проверки. Не теряя времени, давайте разберёмся в этом подробнее!
Теперь у всех есть драйв разной формы и размера. Это могут быть карты SSHD, HDD, MicroSD и Flash. Все они имеют разные функции и способы использования, и необходим правильный уход, если вы не хотите потерять свои данные. Кроме того, доступные сегодня жёсткие диски могут иметь различные формы и формы.
Некоторые из них приведены ниже:
Хотя они различаются анатомически, они служат одной цели — хранению и обработке данных.
Различные типы жёстких дисков?
Было изобретено четыре различных типа накопителей: Serial ATA, PATA, SCSI и SSD. Самые ранние диски использовали PATA, который относится к типу интерфейса, используемого для соединения вашего компьютера с жёстким диском.
Около 40 или 80 ленточных кабелей использовались для параллельной передачи данных в 16-битные карманы. Эта система дисков PATA может быть научно обоснована для современных дисков.
Последовательный ATA или SATA
Жёсткие диски SATA теперь заменили PATA из-за его улучшенной производительности. Они могут передавать данные намного быстрее (более 150 из 600 мегабайт), в отличие от PATA (133 мегабайта), который потребляет очень мало энергии (250 мВ, чем 5 В), а кабели SATA более гибкие и тонкие.
Интерфейс малой компьютерной системы или SCSI
SCSI позволяет подключать различные периферийные устройства, такие как принтеры, жёсткие диски, компакт-диски, сканеры и многое другое. Приводы интерфейса малых компьютерных систем могут быть легко подключены как внутри, так и снаружи.
Твердотельные накопители или SSD
Твердотельные накопители — это новейшие типы накопителей, которые не состоят из движущихся частей. Это делает их менее восприимчивыми к какому-либо повреждению. Они используют микросхемы флэш-памяти вместо хранения данных и предлагают более быстрый доступ к данным. В наши дни они довольно распространены в ноутбуках. SSD-накопители также используются для мобильных переводов. Имеет общую совместимость как флешка. Используется дополнительный провод, обеспечивающий высокую совместимость с другими устройствами.
Теперь давайте продолжим и проверим типы технологий, используемых в жёстких дисках:
Типы технологии HDD
Существуют три типа жёстких дисков: магнитные, твердотельные (SSD) и гибридные. Обсудим их кратко:
Магнитные жёсткие диски
В этих дисках используются вращающиеся магнитные диски, известные как пластины, и механический рычаг, который записывает и считывает данные с помощью процесса намагничивания. Данные могут храниться на круговых частях диска, известных как дорожки, которые можно разделить на различные секторы, содержащие блоки данных. Хотя они могут быть медленнее, чем твердотельные накопители, но они очень доступны и имеют большую ёмкость.
Твердотельные накопители (SSD)
Твердотельные накопители — это самые быстрые типы жёстких дисков и хранилищ данных со скоростью передачи данных, превышающей 550 мегабайт и выше. Отсутствие движущихся частей обеспечивает большую надёжность и исключает любую возможность повреждения данных или снижения производительности из-за вибрации и ударов. Диски могут допускать нарушение доступа к данным за миллисекунду, что сокращает время загрузки, запуск приложений и ускоряет работу системы.
Гибридные жёсткие диски
Гибридные жёсткие диски или жёсткие диски — это комбинации обоих ранее обсуждавшихся дисков с использованием флеш-памяти и пластин. Они хранят часто используемые данные во флэш-памяти, что обеспечивает более высокую скорость работы с файлами, тогда как остальные могут храниться на пластине. Если говорить о цене, они намного дороже, чем магнитные диски, но дешевле, чем твердотельные накопители.
Что такое кеш жёсткого диска?
Кэш жёсткого диска (HDC) также известен как дисковый буфер. Он действует как пространство временной памяти, когда жёсткий диск записывает и считывает данные в своё постоянное хранилище.
Вы можете подумать, что кеш жёсткого диска похож на RAM (оперативную память), созданную только для диска. Жёсткие диски имеют встроенные микроконтроллеры, которые обрабатывают и управляют выходящими данными, как и центральный процессор. И кеш работает в соответствии с микроконтроллером для хранения памяти во время её обработки.
Кэш жёсткого диска похож на буферизацию, когда речь идёт о потоковом контенте в реальном времени. Все имели дело с потоковое видео на медленном соединении. HDC позволяет вашему диску делать то же самое при записи и чтении данных.
Важен ли размер кэша жёсткого диска?
Использование и потребность в размере кэша ограничены конкретными ситуациями или случаями. Таким образом, это полностью зависит от конкретного использования. При копировании больших файлов на жёсткий диск скорость его вращения ограничивает скорость записи. Дисковый кеш не увеличит скорость передачи файлов. Таким образом, в такой ситуации размер кеша бесполезен.
В качестве альтернативы, при копировании файлов, размер которых меньше размера буфера, дисковый кеш может улучшить скорость передачи просто за счёт повышения эффективности привода. По этой причине в новых дисках увеличиваются размеры кэша, чтобы обеспечить более высокий диапазон эффективности.
Несмотря на то, что дисковый кеш небольшой и составляет менее 0,1% от всего объёма диска, он даёт достаточно места для размещения большого количества дорожек данных и делает возможным чередование. Данные поступают в дисковый буфер, и система извлекает данные из этого буфера. Таким образом, давая дисковым головкам достаточно времени, чтобы найти следующий блок и многое другое.
Имеет ли значение размер кэша жёсткого диска?
В бытовых жёстких дисках размер кэша составляет 32, 64, 128 и 256 МБ. Скорость доступа ко всем кешам одинакова. Размеры различаются и означают, что в кеше будет больше данных, доступ к которым будет осуществляться намного быстрее. Как правило, размер кэша имеет огромное значение для производительности, поскольку он может хранить больше.
Но если вы переносите небольшие файлы, размер которых меньше размера кеша, диск может сознательно изменить порядок файлов для повышения качества, и скорость передачи будет увеличена. Вот почему мы не можем полностью исключить из уравнения размер буферного кеша, который будет увеличен на следующем жёстком диске.
Если вы хотите купить жёсткий диск и немного запутались в спецификациях, которые вы хотите учитывать, вашим приоритетом должно быть «RPM», которое определяет скорость записи и чтения диска. Во-вторых, вас может беспокоить цена, по которой вы получаете жёсткий диск. Если разница в цене между обоими жёсткими дисками одинакова и единственная разница заключается в размере буфера, выберите более дешёвый, так как вы вряд ли найдёте разницу в них обоих.
Кэш SSD и HDD
Кэш обычно поставляется в небольших количествах, так как он дорог в производстве. Твердотельные накопители без движущихся физических компонентов будут дороже традиционных жёстких дисков.
Кроме того, доступ к информации из кеша жёсткого диска будет быстрее, чем с жёсткого диска, поскольку он потребляет флэш-память. Это несправедливое сравнение, поскольку кеш жёсткого диска относительно невелик по размеру, и большая часть данных, к которым вы пытаетесь получить доступ, обычно поступает с пластин жёсткого диска, а не из кеша жёсткого диска. Подумайте только на секунду, что стандартный жёсткий диск с кеш-памятью 64 МБ будет хранить от 2 до 3 HD-изображений. По сравнению с SSD на 1 ТБ, который поставляется с флэш-памятью, это нечестно.
Как проверить размер кеш-памяти жёсткого диска?
Давайте посмотрим на шаги, чтобы проверить размер кеша, и если эти шаги не работают, рассмотрите возможность установки стороннего программного обеспечения для того же:
В случае, если описанные выше шаги не сработают, вы должны рассмотреть возможность установки стороннего программного обеспечения под названием CrystalDiskInfo. Это замечательное программное обеспечение, которое позволяет вам бесплатно находить такие детали, как размер кеша, прошивка, серийный номер, интерфейс и детали SMART.
Покупка жёсткого диска
Имея следующую информацию, мы можем сделать вывод, что размер кеша имеет значение. Кэш не очень важен как характеристики основного диска; однако вы всё равно должны это учитывать. Предположим, ваш диск будет многозадачным и будет работать непрерывно, как на сервере или на игровых платформах, тогда вы должны выбрать больший размер кеша. Вы получите от этого огромную пользу. Даже домашние пользователи, которым нужен накопитель для обычного использования, не должны беспокоиться об этом.
Подходит ли мне размер кеш-памяти 256 МБ?
Размер кэша 256 МБ больше, и это означает, что больше места для хранения и реорганизации. Так что определённо, кэш 256 МБ — это хорошо по сравнению с кешем 64 МБ.
Какая кеш-память на жёстком диске?
Когда дело доходит до компьютерного хранилища, важную роль играет дисковый кеш. Это встроенная память, хранящаяся на жёстком диске, которая работает как щит для компьютеров и физических дисков, используемых для хранения.
Какие бывают жёсткие диски?
Есть два основных жёстких диска, и это жёсткие диски, использующие вращающиеся диски и в основном использующие магнитные хранилища. А твердотельные накопители не имеют движущихся частей и используют флэш-память, как USB- накопители.
Имеет ли значение размер кеша на жёстком диске?
Да, размер кеша имеет значение. Хотя кэш не так важен, как характеристики основного диска, вы всё равно должны это учитывать. Предположим, ваш диск будет многозадачным и будет работать непрерывно, так же, как на сервере или для игровых платформ, вы можете искать больший размер кеша.
Могут ли компьютеры работать без кеш-памяти?
У компьютера ограниченная память DRAM и меньше кэш-памяти. Таким образом, когда запущена какая-либо большая программа и несколько программ, память используется полностью. Следовательно, чтобы компенсировать нехватку этой физической памяти, операционная система компьютера создаст виртуальную память.
Отдельного внимания заслуживает объем буфера. Зачастую HDD оснащаются кэшем 8, 16, 32 и 64 Мб. При копировании файлов больших размеров между 8 и 16 Мб будет заметна значительная разница в плане быстродействия, однако между 16 и 32 она уже менее незаметна. Если выбирать между 32 и 64, то ее вообще почти не будет. Необходимо понимать, что буфер достаточно часто испытывает большие нагрузки, и в этом случае, чем он больше, тем лучше.
