Выбор винчестеров

Проблема выбора накопителей в последнее время становится все актуальнее для нас в связи с тем, объем данных, хранимых на винчестерах, и сами объемы девайсов растут в геометрической прогрессии. Уже стало традицией менять накопители каждый год. С изменением объема устройств меняются и их технические параметры. Этот факт еще более усложняет выбор нового устройства. Помочь разобраться в этой проблеме поможет эта статья.

Итак, на какие параметры стоит, прежде всего, обратить внимание при выборе винчестера? Вот основные параметры, по которым можно с уверенностью выбрать нужное устройство:

• Протокол интерфейса
• Емкость
• Скорость вращения шпинделя
• Кэш
• Среднее время поиска
• Среднее время доступа
• Средняя задержка
• MTBF

По выше указанным параметрам достаточно легко выбрать устройство, которое будет удовлетворять всем требованиям. Перед тем как приступить к выбору винчестера, необходимо определиться, для работы с какими данными будет использоваться устройство. Для домашнего или офисного привода устройство должно надежным, не требующим дополнительных расходов. Как известно, скорость обратно пропорциональна надежности, поэтому если вас прежде всего интересует надежность хранимых данных, то вам следует взять чуть более медленное устройство. Как правило, высокоскоростные накопители требуют хорошего питания (а значит, блок питания должен дорогим и мощным) и дополнительного охлаждения.

Интерфейсы

Прежде чем перейти к рассмотрению стандартов и протоколов интерфейсов, я хочу развеять некоторые, накопившиеся у пользователей за долгое время, предубеждения. Часто названия стандартов используются в ложном значении, в связи с чем хочу напомнить, IDE (Integrated Drive Electronics) – название интерфейса накопителей с интегрированным контроллером, в то время как ATA (AT Attachment) – название стандарта, соответствующего интерфейсу. PIO и DMA – это режимы передачи, по которым передаются данные.

Стандарт АТА стал официальным названием интерфейса IDE в 1989 году. С того времени стандарт значительно эволюционировал. Первые накопители выставлялись в CMOS с их физическими параметрами. Ведь разъем IDE на системной плате представляет собой просто урезанный 16-разрядный слот расширения ISA, имеющий 40 контактов вместо 98 возможных. В стандарте АТА-1 были решены проблемы совместимости, возникавшие при подключении к шинам ISA и EISA. Первый стандарт определил назначения контактов 40-контактного разъема, тайминги и параметры шин и кабелей. С этого времени все контроллеры ATA-IDE должны были соответствовать 8 командам первого АТА-контроллера WD1003. Главной из них стала команда автоматического распознавания жесткого диска. Версия стандарта ATA-1 была окончательно утверждена в 1994 году.

Спецификация АТА-2 (EIDE) представляет собой расширение первоначального варианта и имеет ряд очень существенных дополнений. Наиболее существенным из них стала возможность работать в режимах программного ввода/вывода и прямого доступа к памяти. Кроме этого, ATA-3 поддерживает SMART (Self Monitoring Analysis and Report Technology). Вот основные области, в которых ATA-2 и все последующие стандарты претерпели изменения:

• Увеличена максимальная емкость накопителей
• Увеличена скорость обмена данными
• Появление второго канала для IDE-устройств

Как уже говорилось в предыдущем номере журнала, в ATA-2 был преодолен барьер в 504 Мбайта, а в ATA-5 – в 33 Гбайта.

В режимах PIO данные считываются или записываются в буферную область, а затем передаются в оперативную память. Также предусмотрен блочный режим передачи данных (Block mode PIO) с использованием команд Read/Write Multiple, что позволяет значительно снизить общее количество запросов к процессору.

Кроме PIO ATA-2 поддерживает прямой доступ к ОЗУ (DMA), когда данные заносятся в оперативную память минуя процессор в паузах между обращениями CPU к памяти, что немного снижает скорость передачи, но зато экономит процессорное время. DMA осуществляется 2 разными способами: обычным DMA и Busmastering DMA. В первом случае обработка запросов, захват шины и передача данных реализуются контроллером DMA на материнской плате, во втором случае эти операции выполняет устройство, смонтированное на самой плате интерфейса. Режим Bus Master IDE использует режим хозяина на шине PCI при передаче данных. Теперь Bus Master IDE заменен Ultra-DMA.

Стандарты до ATA-5 использовали плоский 40-жильный шлейф для связи порта и контроллера. В связи с тем, что шумы и помехи в кабеле сильно возросли в последнее время, то стал использоваться 80-жильный шлейф, в котором чередуются жила данных и жила общая (заземленная), служащая экраном. Итого, количество жил данных осталось тем же. Важным условием является длина шлейфа: она не должна быть больше 46 см, чем короче шлейф, тем лучше. Из-за искажения сигнала реальная скорость передачи по протоколу UATA/100 достигает 55-60 Мбайт/с в лучшем случае.

Недавно начали выпускаться винчестеры с интерфейсом Serial ATA. Первое поколение этого стандарта позволяет передавать данные со скоростью до 150 МБ/с при внутренней скорости передачи сигналов до 1,5 Гбит/с. Этот интерфейс последовательный и позволяет использовать гибкие, тонкие круглые кабели длиной до 1 метра. Шина использует 8 сигнальных линий, поэтому ее легче разводить и использовать.

Скорость работы

Скорость работы напрямую зависит от скорости вращения шпинделя винчестера. Чем больше скорость, тем быстрее передаются данные, тем быстрее они находятся. Безусловно, большая скорость вращения, тем больше разогревается винчестер, а значит, хранение и передача их становится менее надежной. Разогрев нередко приводит и к механическим сбоям в работе жестких дисков. Особенно этим славятся винчестеры IBM, которые вообще очень чувствительны к температуре, в том числе окружающей среды. Не переносят они и перепадов влажности и температуры. Хотя, вообще-то, для всех винчестеров полная акклиматизация длится около 12 часов. Итак, если вы решили покупать быстрый винчестер со скоростью вращения шпинделя 7200 об/мин, то будьте готовы купить ему и дополнительное активное охлаждение. Хотя оно и снижает температуру на поверхности гермоблока, но помните, что это не панацея, ведь движущиеся части и воздух внутри HDA разогреваются все также сильно.

Оценить скорость работы жесткого диска можно по следующим параметрам. Среднее время поиска (average seek time) измеряется в миллисекундах и подразумевает среднестатистическое время, в течение которого головки перемещаются с одного произвольного цилиндра на другой. Измеряется этот параметр путем большого количества операций поиска случайных дорожек, а затем делится на общее время выполнения процедуры. Причем, время поиска на чтение и запись различаются. В качестве этой величины производители указывают время перемещения головок на расстояние, равное одной трети ширины зоны данных на диске. Этот параметр в основном определяется конструкцией привода головок. Для высокопроизводительных накопителей эта величина должна быть в пределах 8,5-9,5 мс.

Среднее время доступа (average access time) отличается от среднего времени поиска тем, что при измерении учитывается запаздывание (среднее время) при перемещении головки к искомому сектору на дорожке, т.е. это сумма среднего времени поиска и запаздывания. С увеличением скорости вращения шпинделя уменьшаются задержки. Величина запаздывания равна половине периода вращения диска. При скорости вращения 7200 об/мин запаздывание должно составлять менее 4 мс.

Скорость передачи данных ограничивается возможностями контроллера, не рассчитанным на быструю передачу данных. В старых контроллерах использовался принцип чередования секторов (interleave), при котором сектора нумеровались не подряд, а так, чтобы медленно работающий контроллер успевал обрабатывать данные и не пропускал сектор со следующим номером из-за слишком быстрого вращения шпинделя. Теперь, когда используются быстрые контроллеры, необходимость в интерливе отпала, т.е. он равен 1:1.

 Для определения реальной скорости передачи данных необходимо знать несколько реальных параметров накопителя. Это, во-первых, реальная частота вращения дисков и, во-вторых, среднее количество секторов на дорожке (на разных дрожках оно разное). Скорость передачи данных максимальна на внешних дорожках, где количество физических секторов наибольшее. Максимальную скорость передачи данных MDTR (Maximum Data Transfer Rate) в мегабайтах в секунду по следующей формуле:

MDTR = SPT x 512 x RPM / 60 / 1000000,

где SPT – количество секторов на дорожке в среднем, а 512 – количество байт в секторе, а 60 – количество секунд в минуте.

Одним из важнейших параметров накопителя, на который стоит ориентироваться при выборе устройства является объем кэша-буфера. Именно этот параметр может значительно влиять на скорость передачи данных и оптимизировать работу накопителя – ведь к головкам будет меньше обращений, они будут меньше нагреваться.

Схема кэширования работает следующим образом. Программы кэширования SMARTDRV (DOS) и VCACHE (Windows) подключаются к прерыванию жесткого жиска на уровне BIOS и перехватывают запросы на считывание и запись. Если приложению понадобились какие-то данные, то программа кэширования проверяет наличие этих данных в аппаратном кэше жесткого диска и при наличии их там, они считываются без обращения к головкам. Если их там нет, то данные считываются с накопителя и одновременно записываются в кэш-буфер.

Уже достаточно давно выпущены, но только недавно появились на рынке диски с кэшем объемом 8 Мбайт. Сейчас доступны следующие модели: WD1800JB и WD2000JB от Western Digital, диск IC35L180AVV207-1 от IBM (Hitachi Deskstar 180GXP) и 6Y160P0 от Maxtor (DiamondMax Plus 9). Их краткие характеристики приведены в таблице.

На поверку практически все заявленные параметры отражают действительность: Hitachi (как-то даже не привычно его так называть, но приходится) показал наилучшие скоростные характеристики, побеждая в многих тестах, Maxtor, благодаря наименьшему количеству дисков и деталей оказался самым тихим (впрочем, как всегда). WD отличается повышенной шумностью, так как производитель решил не использовать гидродинамические подшипники, в отличие от обоих соперников. Несмотря на это, Western Digital сделал очень неплохие накопители, и возможно, после обновления firmware, они покажут значительно лучшие результаты.

Надежность

И последним, но возможно, самым важным параметром является надежность накопителя. Надо заметить, но этот параметр заметно улучшился в последний год. Величина, по которой можно оценить надежность называется среднестатистическим временем между сбоями (MTBF – Mean Time Between Failures). Колеблется он от 20000 до 500000 часов работы, т.е. 57 лет! Как правило, эта цифра отражает лишь ожидания производители касательно их творения. А вот неутешительная статистика «падений винтов» (от самых надежных к самым «падучим»): Samsung, Quantum, Western Digital, Seagate, Maxor, Fujitsu и IBM. Как вы видите, хотя жеские диски IBM одни из самых быстрых, но тем не менее их надежность оставляет желать лучшего. А вот список самых ненадежных моделей (от самых «падучих» к самым надежным):

Эти данные предоставлены тестовой базой московского центра восстановления данных, на базе которых к постоянном включенном режиме происходит тестирование накопителей. Причем, хочется отметить, что у большей части накопителей сбой происходит в результате аппаратного сбоя в течение первого года эксплуатации. Если жесткий диск прожил у вас более 2 лет, то скорее всего, единственное, что ему грозит – это ухудшение некоторых параметров.

Вопрос плотности записи на диск стоит также остро. Сейчас уже начинают использоваться пластины с плотностью 80 Гб на пластину. Это положительно сказывается на скорости и цене, а также массе винчестера. А вот с надежностью вопрос спорный: с одной стороны уменьшается количество пластин, которые могут поломаться и деталей соответственно, с другой, использование одной-двух головок менее надежно. Ведь если одна головка или поверхность «блина» начнут сбоить, то нормально останутся работать другие. Если же используется одна головка (Maxtor 541DX например), то могут быть искажения.

Теперь, наверное, стоит рассмотреть стандартные, часто встречающиеся проблемы с накопителями. Уже упомянутый Maxtor 541DX в некоторых партиях сильно шумел, а потом переставал определяться. Причиной этому был нецентрированный прижимной пластине дисков. которая вызывала люфт и вибрацию. Такой диск легко определить изначально по легкому дрожанию и шуму в гермоблоке.

Всеобще известна трагическая история винчестеров Fujitsu MPG (особенно AT). Эта серия винтов у многих работала в течение года, но после начинались серьезные глюки. Причина была не объяснима. То они не определялись в BIOS, то они вызывали зависания, то стучали головками. Причем почти у всех, а закономерность было выявить невозможно. На самом же деле, «герой» своего времени, имевший одни из лучших характеристик (все в нем было хорошо), «заболевал» из-за неудачного стечения множества факторов. А первопричиной, породившей все остальные неполадки стали нарушения в технологическом процессе производства (для пайки применялся неподходящий флюс): это привело к деградации микросхемы управления и других контактов, что в свою очередь – к «странностям» поведения накопителя. Помочь в данной ситуации распайкой и промывкой всех контактов платы контроллера – полная замена платы чаще всего не помогала (они были уникальны).

Серия DTLA фирмы IBM («дятлы») вообще являются классикой жанра. Но на самом же деле относится это и ко всем остальным винтам IBM. Кстати, теперь все мощности IBM по производству HDD переданы Hitachi, поэтому новые серии Vancouver 2 правильнее называть Hitachi Deskstar series. И сайт всех жестких дисков IBM – http://www.hgst.com Но мы отвлеклись – проблема плохих разбалтывающихся контактов и перегрева свойственна всем накопителям IBM-Hitachi, поэтому в погоне за скоростью с ними надо быть предельно внимательными.

Для надежности крайне важно наличие противоударной подвески. Следует выбирать винчестеры с резиновой прокладкой между двумя корпусными частями гермоблока.

Подключение

Выбрав и приобретя накопитель, не спешите радоваться – вам еще предстоит его настройка. По статистике только 60% накопителей становят сразуи без проблем. Перед тем как установить накопитель его необходимо сконфигурировать. Желательно подключать HDD на разные IDE-каналы (особенно если они разноскоростные), но если уж приходится «сажать» 2 устройства на один IDE-канал, то их необходимо сконфигурировать как Master и Slave перемычками (джамперами) в соответствии с этикеткой на самом винчестере. Сразу стоит отметить, что в операционной системе буквы разделам будут присваиваться в следующем порядке: сначала буквы для всех Primary-устройств на всех каналах, затем для всех Slave’ов. Если одно из двух конфигурируемых устройств HDD, а второе – CD-ROM, то жесткий диск надо сконфигурировать первым.

Порою этикетки не столь красноречивы, как бы этого хотелось. Прежде всего эта проблема касалась винчестеров Quantum. У них джамперы находились снизу на плате. Предлагалось  3 опции: DM, SP, DS. Первый означал Master, второй  - Cable Select, третий – Slave. Но почему-то у многих из них, первый и третий менялись местами. К счастью, Quantum больше нет и их «винтов» вместе с ними.

Кроме того, у многих накопителей Seagate и WD этикетку надо читать в зеркальном отображении. Это означает, что контакт на рисунке указанный самым левым, на накопителе соответствует самому правому (если смотреть со стороны разъема).

После конфигурирования необходимо закрепить накопитель в корзинке для 3.5” устройств и закрепить симметрично (о обоих сторон) как минимум, на 2 винта. Плохое крепление влечет за собой вибрацию и разъюстировку и разбалансировку.

После закрепления винтами надо подключить шлейфы и питание. Не следует подключать старые и новые устройства IDE на шлейф ATA/100, если хотя бы одно из устройств этот режим не поддерживает. Это влечет за собой невозможность определения второго устройства (Slave). Кроме того, объединение разноскоростных устройств на одном шлейфе приводит к тому, что вся система работает на скорости меньшего. И последнее: не стоит  запитывать энергоемкие устройства от одного разветвителя питания.

Александр Дудкин