8. Параметры дисковых накопителей

8.1 Общие параметры

Форматированная емкость (Formatted Capacity), Гбайт (Мбайт), представляет собой объем хранимой полезной информации — то есть сумму полей данных всех доступных сектора.
Неформатированная емкость (Unformatted Capacity) представляет собой максимальное количество бит, записываемых на всех треках диска, включая и служебную информацию (заголовки секторов, контрольные коды полей данных).
Соотношение форматированной и неформатированной емкости определяется форматом трека (размером сектора), но, поскольку для рядового пользователя свободы выбора формата нет, практический интерес представляет только форматированная емкость диска, которая указывается для стандартного размера сектора (512 байт).
Скорость вращения шпинделя (Spindle Speed), измеряемая в оборотах в минуту (RPM — Rotates Per Minutes), позволяет косвенно судить о производительности (внутренней скорости). Для жестких дисков значение 3600, 5400, 7200 об/мин уже является обычной, 10000 – 15000 - высокой скоростью.
Интерфейс (Interface) определяет способ подключения накопителя. Для накопителей со встроенным контроллером распространены интерфейсы АТА (он же IDE) и SCSI. Устаревшие жесткие диски имели интерфейсы ST-506/412 и ESDI, напоминающие интерфейс НГМД.
Объем внутренней кэш-памяти, а также особенности ее организации (многосегментность, адаптивность). По характеристикам кэша можно судить о том, в какой степени может быть интересна внешняя скорость.

8.2 Параметры организации конфигурации

Количество физических дисков (Disks) или рабочих поверхностей (Data Surfaces), используемых для хранения данных. Современные накопители с небольшой высотой имеют малое (1-2) количество дисков для облегчения блока головок.
Количество физических головок чтения-записи (Read/Write Heads), естественно, совпадающее с числом рабочих поверхностей.
Физическое количество цилиндров (Cylinders) с нескольких сотен, характерных для первых винчестеров, возросло до нескольких тысяч.
Размер сектора (Bytes Per sector) обычно составляет 512 байт.
Расположение сервометок или сервоголовок (Servo Head) может быть на выделенной поверхности (Dedicated Servo), на рабочих поверхностях (Embeded Servo) или гибридным (Hybrid Servo).
Метод кодирования-декодирования данных (Recording Method или Data Encoding Sheme) может быть MFM (FM почти и не применяли), RLL (ARLL), PRML. Последний является наиболее прогрессивным.

8.3 Параметры быстродействия и производительности

Внутренняя скорость передачи данных (Internal Transfer Rate), измеряемая в количестве бит (мегабит) в секунду, передаваемых между носителем и буферной памятью контроллера, задает физический предел производительности накопителя. Здесь сознательно объем передаваемой информации измеряют в битах, а не байтах: из длинной цепочки бит сектора «полезными» являются только байты поля данных, а остальные — «накладные расходы».
Внешняя скорость передачи данных (External Transfer Rate), измеряемая в количестве килобайт (мегабайт) полезных данных в секунду, передаваемых по шине внешнего интерфейса, зависит от быстродействия электроники контроллера, типа интерфейсной шины и режима обмена.
Время перехода на соседний трек (Track-to-Track Seek), измеряемое в миллисекундах, характеризует быстродействие системы позиционирования. Для современных жестких дисков характерно время перехода в 0,8-2 мс, причем для записи оно несколько больше, чем для считывания (записывать лучше при более точном позиционировании).
Среднее время поиска (Average Seek Time) определяется по смеси обращений к случайным цилиндрам и для современных жестких дисков составляет около 8-10 мс. Чем больше объем накопителя, тем больше и время поиска: большее число головок труднее быстро перемещать; большее число цилиндров или увеличивает длину перемещения головок, или повышает требования к точности позиционирования.
Максимальное время поиска (Maximum Seek Time) примерно в два раза превышает среднее и относится к самым дальним переходам между крайними цилиндрами.
Среднее ожидание сектора при одиночном обращении (Average Latency) обычно составляет половину времени полного оборота (для 3600 об/мин — 8 мс). Новейшие контроллеры ухитряются уменьшить это значение чуть ли не до нуля (Zero Latency), начиная считывание всего трека сразу после позиционирования (не дожидаясь команды.

8.4 Параметры надежности и достоверности хранения данных

Дисковые накопители являются, пожалуй, той частью компьютера, отказ которой оборачивается самыми крупными убытками (если потерянные данные не имеют дублей). Естественно, надежность их пытаются повышать всеми возможными способами, но отказы все-таки случаются.

Отказы разделяются на предсказуемые и непредсказуемые.

Предсказуемые отказы (Predictable Failure) появляются в результате постепенного ухода каких-либо параметров от номинальных значений, когда этот уход перейдет некоторый порог. Если наблюдать за такими параметрами накопителей, как время разгона до заданной скорости, время позиционирования, процент ошибок позиционирования, высота полета головок, производительность (зависящей и от числа вынужденных повторов для успешного выполнения операций), количество использованных резервных секторов и других параметров, то становится возможным предсказание отказов. Сообщение об их приближении операционной системе и (или) пользователю позволяет предпринять необходимые меры и предотвратить крупный ущерб.
Целям предупреждения отказов служит технология S.M.A.R.T.
1. Ожидаемое время до отказа MTBF (Mean Time Before Failure), измеряемое в сотнях тысяч часов, является, естественно, среднестатистическим показателем для данного изделия. Реально столько часов (100 000 часов — это более 10 лет) испытания проводить, естественно, невозможно. На самом деле делается выборка из большой группы устройств, из которых за вполне обозримое время испытаний какая-то часть выйдет из строя.
  По зафиксированному потоку отказов (термин поток, конечно, в данном случае звучит угрожающе) теория вероятностей позволяет вычислить это условное ожидаемое время безотказной работы. Значение MTBF, равное 100 000 часов, считается малым; 200 000-400 000 часов — нормальным, а 1 000 000 часов — высоким показателем надежности. Но, как говорится, «столько не живут», а возможный отказ винчестера в течение года (всего-то 8 760 часов) вполне уложится в статистический показатель (если у вас за год не отказала значительная партия устройств). Иногда указывают и ожидаемое время наработки на отказ РОН (Power On Hours), которое учитывает только время работы устройства (MTBF не различает, включено устройство или нет).
2. Гарантийный срок (Limited Warranty), в течение которого изготовитель (или поставщик) обеспечивает ремонт или замену отказавшего устройства, является более ценным параметром для пользователя. Примечательно, что даже при MTBF=800000 часов (91 год) изготовитель дает гарантию всего на 3-5 лет.
3. Максимальное допустимое ударное ускорение (сила удара) (Shock resistance) - пpи котоpой винчестеp остается pаботоспособным.
  Различается для включенного (operating) и выключенного (non-operating) состояния; во втоpом допустимое ускоpение обычно в несколько десятков раз больше. Обычные винчестеры в нерабочем состоянии выдерживают ускорение до нескольких десятков G (при падении на бетон с высоты 10 см образуется нагрузка около 70 G), переносные - до одной-двух сотен G.
  
  В рабочем состоянии винчестеры обычно переносят ускорения порядка единиц G (легкие толчки). Hекотоpые модели имеют защиту от удаpов, котоpая пpи обнаpужении недопустимого ускоpения отключает пеpедачу данных и фиксиpует блок головок в неpабочей зоне.
4. Вероятность неисправимых ошибок чтения (Nonrecoverable Read Errors per Bits Read) для современных винчестеров имеет порядок одной ошибки на 1014 считанных бит. При постоянной работе винчестера раз в 115 дней будут возникать ошибки, не восстанавливаемые (но обнаруженные!) схемами ЕСС-контроля. Вполне вероятно, что повторное считывание позволит считать сектор без ошибок.
5. Вероятность исправимых ошибок (Recoverable Read Errors per Bits Read) имеет порядок единицы на 1011 считанных бит. Если бы не было ЕСС-контроля (или если схема контроля неисправна), этот поток ошибок (в том же примере — чаще, чем раз в три часа) сделал бы работу с таким накопителем просто невыносимой.
6. Вероятность ошибок поиска (Seek Errors per seek) характеризует качество сервосистемы. Для современных винчестеров характерна вероятность одной ошибки на 108 операций поиска. Эти ошибки (при малом их числе) вполне безобидны, поскольку наличие номера цилиндра в заголовке каждого сектора не позволяет «промахнуться» при выполнении операций чтения или записи. Повторение операции поиски только слегка снижает среднее время доступа.
Конечно, остаются и непредсказуемые отказы (Non-Predictable Failure), которые случаются внезапно. Они чаще всего вызываются разрушениями электронных схем под действием импульсных помех, механические части страдают от ударов. Снижать вероятность непредсказуемых отказов позволяет совершенствование технологий производства компонентов.

8.5 Физические параметры

Они включают ширину (Width), высоту (Heigth) и глубину (Depth) корпуса накопителя, измеряемые в дюймах (inches) или миллиметрах, и массу (Weight), измеряемую в фунтах (lb) или килограммах.

Потребляемая мощность определяется номинальными и пиковыми токами, потребляемыми по цепям +5 В и +12 В.

Условия эксплуатации и хранения определяют возможные диапазоны температур, атмосферного давления, влажности и силы допустимых ударов. Вполне понятно, что условия эксплуатации (Operating Conditions) несколько жестче, чем условия хранения (Non-Operating Conditions).