Technologie současných pevných disků

Rychlost pevných disků je jedním z nejdůležitějších faktorů, které ovlivňují výkon celé sestavy. Fyzikální a technologické hranice zrychlování se zdají být vyčerpány, a proto přicházejí stále více ke slovu různé inteligentní techniky vedoucí k nemalému zvýšení výkonu.

Související odkazy

Slovník
firmware
RAID
SCSI
server

Katalog produktů
Pevné disky

Na výkonnost pevných disků lze pohlížet z různých úhlů. Jde hlavně o cílovou oblast využití, která určuje důležité parametry se zásadním vlivem na výkon. Zažitým omylem v této oblasti je orientace podle průměrné přenosové rychlosti. Tento parametr přitom nevypovídá o výsledné rychlosti disku při většině operací téměř nic. Při běžné práci totiž jen velmi málo využíváte sekvenční přístup k datům (značně akcelerovaný i vyrovnávací pamětí), který je třeba jen při kopírovaní velkého množství dat anebo čtení souvislého bloku dat.

Při použití ve stolním počítači oceníte hlavně rychlý přístup k souborům (tedy parametr přístupová doba) a práci s menšími bloky dat. Tyto výkonnostní parametry se dostávají ke slovu hlavně při startu operačního systému nebo načtení větších aplikací (her). Právě zde je úzké hrdlo běžného počítače, protože vzniká situace, kdy procesor čeká na data, která jsou na pevném disku. Při přímém porovnání rychlosti operační paměti a pevného disku vyvolává výsledek přirovnání ke sportovnímu vozu a hlemýždi.

RAID
Redundant Array of Independent Disks neboli redundantní pole nezávislých disků je technologie umožňující zapojit do jednoho svazku dva a více disků za účelem zvýšení kapacity, rychlosti nebo bezpečnosti dat. Existuje několik možností zapojení, které přinášejí téměř zdvojnásobení rychlosti (RAID 0), úplné zálohování obsahu (RAID 1) nebo různé kombinace těchto variant (RAID 1 + 0, RAID 5 atp.). S pomocí pole RAID můžete z několika menších disků vytvořit mnohem větší pole s velmi vysokou rychlostí. Jedna z variant zapojení, která také spadá pod RAID, je i technologie JBOD (Just a Bunch Of Disks, česky pouze několik disků), která umožňuje jednoduše spojit několik (i různě velkých) disků do jediného svazku s velikostí rovnou součtu jejich kapacit. Při běžných zapojeních do RAID musíte použít disky se stejnou kapacitou (ideálně i stejný model, výrobce a sérii).

Co nejde po dobrém

Cest ke zvyšování a hodnocení výkonu pevných disků je hned několik. Jako nejjednodušší metoda se může zdát zvyšování rychlosti otáčení ploten, což zákonitě vede ke zvýšení přenosové rychlosti i přístupové doby. Podobně výhodně může působit i zvětšování velikosti vyrovnávací paměti.

Klepněte pro větší obrázek
Možná si mnozí kladete otázku, proč je sériové zapojení pevných disků (Serial ATA) lepší a výhodnější než dosavadní paralelní (Parallel ATA). Sériové zapojení je v případě SATA realizováno systémem zvaným point-to-point, kdy je každé zařízení zvlášť na samotném kanále. Tento způsob má výhodu ve vzájemném neovlivňování výkonu jednotlivými zařízeními připojenými na stejný řadič. Každý disk má tedy k dispozici plnou rychlost rozhraní (150 nebo až 300 MB/s)

Tyto jednoduché cesty ale narážejí na nepřekročitelné fyzikální a ekonomické překážky. Rychlost otáčení ploten také nelze zvyšovat věčně, protože disk potom trpí kratší životností, vyšší hlučností a značným zahříváním. Rovněž zvětšování vyrovnávací paměti má velmi malý výsledný efekt, protože jde především o firmware a elektroniku, která je schopna větší vyrovnávací paměť využít. Dnešní běžné hodnoty (8 nebo 16 MB) jsou tedy v zásadě zcela dostatečné.

Inteligence vítězí

Tam, kde selhává přístup hrubé síly, přicházejí ke slovu technologická vylepšení, která s sebou přineslo hlavně rozhraní Serial ATA. Jde především o technologii NCQ – Native Command Queuing (přirozené řazení požadavků). Již samotný název poměrně vystihuje podstatu této technologie, kterou je zjednodušeně řečeno ponechání rozhodování o pořadí čtení dat na logice disku. Díky tomu je možné dosáhnout mnohem lepších přístupových dob. Praktický přínos je na výkonu aplikací pozorovatelný, ale pouze v případě, že si aplikace žádá více dat současně a disk může přeuspořádat frontu požadavků pro dosažení maximální efektivity. Podporu NCQ hledejte nejen na samotném pevném disku, ale také na řadiči.

Velmi důležitým faktorem je rovněž optimalizace firmwaru pevného disku. Při správném nastavení lze velmi efektivně využívat vyrovnávací paměť, což v kombinaci s vysokou propustností rozhraní umožňuje dosahovat velmi pěkných výsledků. Typickým příkladem silně optimalizovaného firmwaru jsou řídicí softwary na discích Samsung.

Co přináší SATA II
Nejnovější revize specifikace SATA s číslem II pouze rozšiřuje stávající SATA 1.0a rev. 1.2. Jde v zásadě pouze o kosmetické změny, které přinášejí podporu Port Multiplier a Port Selector. V případě SATA II disků si také můžete být jisti, že podporují i NCQ, u starších modelů bývá tato funkce uvedena dodatečně. Port Multiplier umožňuje připojení až pěti disků na jeden kanál SATA II, a umožňuje tak jednoduše rozšířit dostupnou kapacitu. Port Selector přináší možnost připojení dvou řadičů na jeden pevný disk, aby se zamezilo výpadkům kvůli poruše. Podpora vyšší rychlosti (až do 300 MB/s) není obsahem nové specifikace a s označením SATA II nesouvisí.

Klepněte pro větší obrázek
Nejvyšší možný počet ploten v pevném disku běžných rozměrů je pět. To už ale vzhledem k zahřívání a hlučnosti takovéhoto disku není ideální. I proto většina disků nepoužívá více než tři plotny (na snímku je serverový disk Hitachi Ultrastar 73LZX se šesti plotnami)

K dalším zajímavým funkcím obsaženým ve specifikacích SATA patří například i možnost Hot plug (připojení a odpojení za běhu). V případě serverových aplikací nebo velkého množství disků možná využijete i tzv. Staggered Spin-up (odstupňované roztočení), s jehož pomocí startují disky postupně, a příliš tak nezatěžují napájecí zdroj počítače.

Zvyšování kapacity

Pevné disky samozřejmě neoslovují pouze rychlostí, ale také kapacitou. Nárůst objemu multimediálních dat a velikosti programů se zdá být nezastavitelný a každý pevný disk se po určitém čase ukáže jako příliš malý. Zvyšování kapacity je tedy pochopitelný trend sledující potřeby uživatelů.

Data jsou na pevném disku uložena na magnetických plotnách, na které jsou zapisovány a z nich i následně čteny pomocí speciálních magnetických hlaviček. Výsledná kapacity disku se odvíjí nejen od počtu osazených ploten, ale také od počtu hlaviček (někdy nebývají využívány obě strany všech ploten) a hlavně hustoty záznamu. Aktuálně nejvyšší běžně dostupná hustota záznamu dosahuje až 125 GB na jednu plotnu (obě strany). Zhušťování hustoty záznamu dat přináší nejen stoupání kapacity, ale rovněž zlepšování přístupové doby, protože hlavičky nemusí urazit tak dlouhou dráhu při čtení dat.

Serverové aplikace

Pro serverové stanice a náročné aplikace se ještě pořád využívá hlavně již téměř pětadvacet let staré rozhraní SCSI (Small Computer System Interface, čtěte „skazy“). Tyto disky se od těch běžných odlišují v několika ohledech. Ve většině případů dosahují rychlosti 10 000–15 000 ot./min a často bývají zapojené v polích RAID. Rozhraní i samotné disky jsou navrženy pro maximální výkon a zároveň i spolehlivost, přičemž daní za tyto superlativy je nejen velmi vysoká cena, ale také hlučnost a zahřívání, které ve stolních počítačích snese jen málokdo.

V levnějších serverech se v poslední době používají i disky pro rozhraní SATA, které nabízejí i několikanásobně levnější řešení. Rovněž z toho důvodu jsou na trhu dostupné modely určené pro nepřetržitý běh.

Poslední novinkou v této oblasti je hybrid mezi SCSI a SATA – tzv. SAS neboli Serial Attached SCSI (sériově připojené SCSI). Hlavními výhodami jsou ještě vyšší rychlost (až 375 MB/s v každém směru), skladnější kabeláž a téměř neomezený počet zařízení na jeden kanál. Zajímavostí je rovněž kompatibilita běžných SATA disků s rozhraním SAS.

Jak postavit bity

Neustálé zvyšování hustoty zápisu již dnes běžnými metodami není dále možné. Výrobci i zde narážejí na fyzikální limity, protože jednotlivé miniaturní částečky pevného disku s orientovaným magnetickým nábojem jsou již tak malé, že neudrží svůj náboj a ztrácejí data. Zde zřejmě přijde ke slovu technologie firmy Hitachi s názvem Perpendicular Recording (kolmý zápis). Jde jednoduše o změnu uložení datových bitů z horizontálního postavení (rovnoběžného s plotnou) na kolmé. Tato změna si vyžádá hlavně vylepšení a změnu hlaviček. Hitachi předpokládá dosažení kapacity až 1 TB pro běžné 3,5“ pevné disky.

Článek vznikl
ve spolupráci
s časopisem
Computer
a čerpá
z čísla 11/05.

 

Diskuze (41) Další článek: Vysoce kritická chyba v přehrávači Winamp

Témata článku: Technika, Pevné disky, Sestavy, Výpadky paměti, Vyrovnávací paměť, Firmware, Praktická elektronika 2016, Stejná metoda, Serial, Hlemýžď, Praktická elektronika, Změna dráhy, Raid, Spin, Malý vůz, Disk, Technolog, Bunch of Disks, Úzké hrdlo, Disko, Běžná aplikace, Independent, Stejné parametry, Datový bit, Přímé porovnání


Určitě si přečtěte

Finanční správa tento měsíc spustí Moje Daně. Přiznání má být hračka
Lukáš Václavík
eIdentitaČeskoeGovernment
Konec modrých obrazovek smrti? Microsoft vydává mimořádnou aktualizaci pro Windows 10
Karel Kilián
Windows UpdateAktualizaceWindows 10
Můžete mít dvakrát rychlejší VDSL? Mapa Cetinu ukazuje, kde je dostupný bonding
Lukáš Václavík
CETINPřipojení k internetu
Vybíráme nejlepší monitory: Od úplně levných až po displeje na rozmazlování očí

Vybíráme nejlepší monitory: Od úplně levných až po displeje na rozmazlování očí

** Vybrali jsme nejlepší monitory na práci i pořádné hraní ** Nejlevnější monitor s kvalitním panelem nestojí ani tři tisíce ** Rozlišení 4K a větší obrazovka už není nedostupný luxus

David Polesný | 31

David Polesný
Monitory
Micro:bit V2: Tuto destičku plnou čipů dokáže naprogramovat i vaše babička

Micro:bit V2: Tuto destičku plnou čipů dokáže naprogramovat i vaše babička

** Chcete se teď hned naučit programovat čipy? ** Nechcete nic instalovat a číst zdlouhavé manuály? ** Naprogramujeme si Micro:bit, který zahraje Tichou noc

Jakub Čížek | 35

Jakub Čížek
Pojďme programovat elektronikuProgramování pro děti
Fedora 33 prostě funguje. Linux si zaslouží dobýt laptop, je to ale asi opět marné

Fedora 33 prostě funguje. Linux si zaslouží dobýt laptop, je to ale asi opět marné

** Desktopový Linux funguje a vypadá stále lépe ** Fedora 33 není výjimkou ** Ve stínu Windows a macOS tu vyrostly skvělé alternativy

Jakub Čížek | 167

Jakub Čížek
FedoraOperační systémyLinux
Superinteligenci nedokážeme ovládat a nejspíše se nedozvíme, že už tam někde je

Superinteligenci nedokážeme ovládat a nejspíše se nedozvíme, že už tam někde je

** Firmy i organizace včetně EU připravují etické kodexy pro A.I. ** Vědci z Madridu zkoumali, jestli je budeme moci aplikovat na A.I. 2.0 ** A je tu háček, superinteligence pro nás totiž bude neuchopitelná

Jakub Čížek | 83

Jakub Čížek
Umělá inteligence
Bankovní identita bude jednotná. K České spořitelně, ČSOB a KB se připojí menší banky
Lukáš Václavík
Portál občanaBankaeGovernment