Информационные кладовые
Мощный процессор, большая “оперативка”, крутая “видеокарта”… Всё это внушает уважение, однако не забудем о том, что все эти железяки предназначены для ОБРАБОТКИ компьютерной информации. А эту информацию надо ещё где-то хранить…
Да, память у компьютера уже есть – оперативная! Но ей одной сыт не будешь – пусть быстрая она, пусть шустрая, но уж больно легкомысленная. Информация в ней хранится недолго – до исчезновения питания. Представьте, каково было бы нам каждое утро просыпаться, забыв весь прошлый опыт, радуя мир криками “уа-уа” и требуя соску? Хорошо ещё, что у большинства людей (за исключением разве что политиков) проблем с постоянной памятью нет. И свои поступки и обещания они, в общем-то, способны вспомнить. Компьютеру повезло гораздо меньше.
… Сегодня мы и представить не можем, что каких-нибудь сорок лет назад постоянная память в компьютере измерялась мегабайтами, а вместо “флэшек” были лишь гибкие дискеты, вмещавшие всего лишь несколько сот килобайт (даже эта книжка на ней не поместилась бы).
И лишь в начале 80-х годов прошлого века тихо и незаметно проскользнули в персоналки первые “винчестеры” ёмкостью – страшно подумать! – уже на десятки, а то и на сотни мегабайт. Сегодня объём винчестеров измеряется уже теребайтами, а дискеты, как и сменившие их CD и DVD, ушли в прошлое, уступив место флэшкам. Которые, возможно, уже через пару лет будут заменены какими-нибудь голографическими кубиками.
Все эти носители служат одной цели: хранению всех наших информационных богатств. А часто – ещё и транспортировке (не всё же возможно перекачать по Сети!).
Познакомимся с ними поближе…
Жёсткий диск
… Апрельским вечером 1945 года штандартенфюрер Штирлиц рассекал на своём “Хорьхе” по притихшему Берлину: партайгеноссе Борман уже ждал своего агента, нервно постукивая трубкой. В кармане плаща знаменитого разведчика лежал магнитофон, и катушки с тонкой магнитной лентой настороженно ожидали первых звуков беседы…
Стоп. Хотя советский сериал “17 мгновений весны” и прославился рекордным колличеством ляпов, этот знатоков смешит особенно. Никак не мог лихой разведчик услаждать слух папаши Мюллера фонограммами с мрачным голосом Бормана. И уж тем более – с портативного магнитофона.
Да, магнитофоны у немецкой разведки, разумеется, были, поскольку сам принцип магнитной записи был разработан инженером Смитом ещё в 1888 году, а покрытая сисидом железалента – в 1927 году. Однако большинство приборов для записи звука в годы войны использовали для записи не ленту а металлическую проволоку.
Как мы помним, у первых “вычислителей” никакой внешней или внутренней копилки для хранения данных не имелось. А единственным носителем информации оставались (бумажная полоска с пробитыми дырочками) – перфолента (для того, чтобы сохранить всего одну страничку книги, понадобился бы целый рулон). И всё же именно бумага исправно работала главным “запоминающим устройством” в компьютере на протяжении нескольких десятилетий.
В конце сороковых годов на смену дырявой ленте пришла магнитная запись – этот принцип был открыт ещё в конце XIX века, а до практического применения доведён инженерами компании BASF в 1934г. С магнитной записью знаком каждый из нас – хотя бы на примере устаревших, но всё ещё популярных у нас аудио- и видеокассет.
И вот наконец в 1951 году бумагу сменила магнитная запись: компьютер Univac 1 получил накопитель на основе металлической ленты. Позднее магнитные накопители (стримеры) перешли на полимерную ленту, носителем информации на которой служил слоймагнитного материала (первоначально им была обычная ржавчина – оксид железа, а сегодня всё чаще используется магнитная плёнка, состоящая из малекул чистого железа, кобальта и никеля), толщина которого составляет доли микрона! Примерно та же смесь, только напылённая на стеклянную или металлическую основу, и хранит на себе все нужные нам гигабайты программ, музыки и фильмов.
Плёнка прослужила компьютеру рекордно долгий срок: ещё в 90х годах прошлого века многие домашние компьютеры загружали программы с магнитных кассет. Хотя уже давно существовала замена: в 1956 году компания IBM выпустила первый жёсткий диск под названием RAMAC – “дедушку” современных винчестеров. Размером этот монстр был вдвое больше холодильника, а хранить мог всего 5 Мб информации, что было каплей в море по сравнению с ленточными накопителями. И тем не менее переход от ленты к диску был штукой революционной: ведь на ленту можно было записывать только последовательно, быстрый доступ к отдельным её участкам был невозможен, а загрузка программ могла занимать десятки минут!
В 1973 г. IBM представила новый, более ёмкий накопитель IBMmodel 3340 diskdrive. Эта модель имела два разделённых шпинделя, каждый с ёмкостью в 30 Мб – по этой причине накопитель часто фигурировал в документах под маркой “30-30”. Данное наименование и породило кличку “винчестер” – по ассоциации с “культовой” винтовкой 30-30 Winchester образца 1894 года. Удивительно, но ещё в начале 80-х большинство пользователей просто не знало, чем заполнить такой гигантский объём: все нужные программы спокойно умещались в 2-3 Мб.
Сегодня ёмкость винчестеров уже измеряется терабайтами, а их размеры значительно поскромнели. Однако его устройство не претерпело серьёзных изменений. Любой жёсткий диск состоит из трёх основных блоков.
Первый блок и есть, собственно, само хранилище информации – один или несколько стеклянных (или металлических) дисков, покрытых с двух сторон магнитным материалом, на которые записываются данные.
Магнитная поверхность каждого диска разделена на концентрические дорожки, которые, в свою очередь, делятся на отрезки – сектора. Но не будем забывать о том, что жёсткий диск – устройство всё-таки объёмное: дисков в корпусе винчестера может быть несколько, да имеют они по две рабочие поверхности! Поэтому наряду с дорожками и секторами, создатели жёсткого диска предусмотрели и третье деление – на цилиндры. Цилиндр – это сумма всех совпадающих друг с другом дорожек по вертикали. Таким образом, чтобы узнать, какое колличество цилиндров содержит жёсткий диск, нам необходимо просто умножить число дорожек на суммарное число рабочих поверхностей, которое, в свою очередь, соответствует удвоенному числу дисков в винчестере.
Разбивка винчестера на дорожки и секторы происходит ещё на заводе, при его изготовлении – она называется форматированием низкого уровня. Не путайте его с другим форматированием – логическим, во время которого существующие физические секторы объединяются в кластеры. Эту операцию нам, возможно, придётся делать самим, при помощи специальных программ.
Второй блок – механика жёсткого диска, ответственная за вращение этого массива “блинов” и точное позиционировние системы читающих головок. Каждой рабочей поверхности жёсткого диска соответствует одна читающая головка, которая летает над ней, словно неистовый Карлсон, и “заряжает” информацией одну магнитную частичку за другой. При чём располагаются эти головки по вертикали точным столбиком. А значит, в любой момент времени все головки находятся на дорожках с одинаковым номером. То есть, работают в пределах одного цилиндра. Кстати, интересно, что в качестве одного из важнейших технологических параметров любого диска указывается именно число читающих головок, а не совпадающее число с ним колличество рабочих поверхностей.
Наконец, третий блок включает электронную начинуку – микросхемы, остветственные за обработку данных, коррекцию возможных ошибок и управление муханической частью, а также микросхемы кэш-памяти (как и процессор, жёсткий диск нуждается в буфере для передачи данных).
Объёмы жёстких дисков растут настолько быстрыми темпами, что только диву даёшься – как ухитряются его крохотные пластины вмещать в тысячу раз больше данных, чем 10-15 лет назад? Конечно, в первую очередь это происходит путём увеличения плотности записи на пластину – на сегодня она достигла 500 Гб. Для этого пришлось придумать целую кучу новых технологий – несколько лет назад, когда казалось, что потенциал ёмкости винчестеров уже исчерпан, на выручку пришла технология “перпендикулярной записи”. Понять принцип её работы проще всего на примере самых обычных спичек: их можно выложить в линейку – получится длинная и абсолютно некомпактная гусеница. А что будет, если намазать стол клеем и поставить те же самые спички торчком, плотно прижав друг к другу? Правильно – они займут гораздо меньшую площадь. Точно такой же фокус проделали и с магнитными частичками (доменами) на поверхности винчестеров – это и позволило за короткий период увеличить ёмкость накопителей в несколько раз. Сегодня, впрочем, потенциал этой придумки уже исчерпан и надо срочно изыскивать новые. И кое-что уже изыскали – например, Toshiba предложила технологию под названием DiscreteTrackRecording (DRT), которая позволила увеличить ёмкость стандартной пластины ещё в полтора раза, до 516Мбит на квадратный миллиметр. Эта технология позволяет создавать дополнительные вертикальные элементы за счёт формирования между дорожками специальных углублений – канавок. Остаётся надеяться, что эта находка, не последняя, ибо потребность в дисковом пространстве растёт угрожающими темпами.
Впрочем, к этому разговору мы ещё вернёмся. А сейчас попробуем перечислить все те параметры, которые важны для нас при выборе накопителя.
Если описывать каждый винчестер по “науке”, в соответствии с его физическими характеристиками, нам потребуется добрый десяток величин, большинство из которых к тому же ничего не скажут обычному пользователю. Но несколько мы всё же выучим.
Начнём с главного: жёсткие диски бывают:
Большие (3,5 дюйма) и маленькие (2,5 и 1,5 дюйма). Первые предназначены для больших компьютеров, вторые – для ноутбуков.
Внутренние и внешние. Тут тоже всё ясно: живут внутри системного блока, вторые – подключаются к нему через специальный разъём (USB, eSata). В этой главе мы сосредоточимся исключительно на внутренних дисках, О внешних же вариантах поговорим чуть позже. Размер же для нас тоже не слишком важен, благо все характеристики винчестеров актуальны и для больших и для маленьких моделей.
Тип интерфейса. Практически все современные модели винчестеров рассчитаны на подключение к разъёму SerialATA (SATA). У стандартов SATA есть несколько модификаций, от которых зависит предельная скорость передачи данных от накопителя (не путайте со скоростью чтения, которая значительно выше). В настоящее время большинство внутренних накопителей поддержтвает стандарт SATA-3., позволяющий передавать данные с теоретической скоростью до 600 Мб/с.
Правда, традиционным жёстким дискам особой нужды в таком канале нет, поскольку скорость чтения данных у них составляет от силы 120 Мбит/с. А вот при использовании SSD – дисков (о которых мы тоже поговорим) преимущества SATA-3 проявляются на всю катушку.
При работе с накопителями, поддерживающими спецификацию SATA-3, обязательно убедитесь, что SATA – контроллёр, к которому подключён данный диск, работает в режиме AHCI (AdvancedHostControllerInterface), - сделать это можно в BIOS вашего компьютера. Поскльку только в этом режиме становятся доступны такие “изюминки” современных винчестеров, как технология NCQ (NativeCommandQueuing), которая позволяет обеспечить максимальную скорость обмена данными.
Объём диска. Если интерфейс и прочие ТТХ винчестера нас волнуют исключительно из соображений “подойдёт – не подойдёт?”, то вот ёмкость – вопрос и в самом деле первостепенный. Казалось бы, ещё совсем недавно и гигабайт казался роскошью… а сегодняшние винчестеры успешно перешагнули 4- терабайтный рубеж! Просто подумайте, сколько можно упихнуть в этот объём: около 1000 фильмов в DVD – качестве или 500 – в HD, порядка 40 000 музыкальных дисков в формате MP3 и … страшно подумать, сколько всего ещё! И тем не менее не так уж это и много, по сегодняшним меркам – а потому покупать винчестер объёмом меньше терабайта просто нецелесообразно: доплатив всего лишь 30 процентов, вы можете приобрести винчестер вдвое большей ёмкости. Не забывайте и о том, что одна только операционная система Windows 7 с минимальным объёмом прикладных программ потребует от вас не менее 20 Гб дискового пространства.
Однако ставить в компьютер один громадный винчестер и радостно на сём успокоиться- неразумно, да и не слишком безопасно. При работе Windows и прикладные программы (в особенности торрент-качалки) постоянно обмениваются данными с винчестером, эксплуатируя его и в хвост и в гриву. А объёмные диски ни моральной, ни физической устойчивостью не отличаются, так что лично я рекомендую использовать под “систему” быстрый жёсткий диск небольшого объёма (1 Тб), а все свои музыкально – фильмовые “загашники” хранить либо на отдельном “винчестере”, либо, что ещё лучше – на внешнем накопителе или сетевом NAS.
Фактическая ёмкость любого винчестера куда меньше заявленной. Дело в том, что при расчёте объёма 1 Мб вопреки здравому смыслу признаётся равным 1000 Кб, 1 Гб – 1000 Мб. Разница в объёме получается, таким образом, не маленькая – до 20 Гб! И разница эта – отнюдь не в пользу потребителей…
Объём кэш – памяти. Как и процессор, жёсткий диск оснащён быстрой “буферной” памятью – кэшем, который ускоряет процесс обмена данными с системной платой. Размер этой памяти может составлять либо 32, либо 64 Мб – причём накопитель с большими “мозгами” работает быстрее.
Тип жёсткого диска и скорость вращения. Скоростных показателей у диска много. Например, скорость доступа к данным – она показывает, насколько быстро диск может найти нужный нам файл или папку (она составляет от 4 до 15 миллисекунд). Есть ещё и скорость чтения данных, которая измеряется сотнями мегабит в секунду. Однако самый распространённый показатель – количество оборотов, который пластины диска совершают в минуту. В отличие от других скоростных показателей, этот пишут прямо на этикетке винчестера. Вариантов у нас всего два – либо медленный, но тихий винчестер со скоростью 5400 оборотов в минуту, либо – более быстрый и шумный, со скоростью 7200 оборотов. Впрочем, особо доверять этим цифрам не стоит: специалисты утверждают, что чрезмерные скорости вращения диска на самом деле не слишком убыстряют чтение данных. А вот на надёжность хранения информации и срок службы винчестера влияют куда более ощутимо… Винчестеры с меньшей скоростью вращения меньше шумят и греются, требуют меньше энергии, да и надёжность у них ощутимо выше…
Исходя из этих характеристик, мы можем разбить диски на две условные группы: “Спринтеры”. Их козырь – быстрота, малое время доступа к данным и высокая скорость чтения. Достигается за счёт ёмкости – она у “спринтеров” далеко не рекордная (благо в таких дисках используется одна или две пластины). Такие винчестеры стоит использовать в качестве главных – на них можно устанавливать операционную систему, и базовый набор прикладных программ. “Спринтеры” есть в линейках всех основных производителей жёстких дисках – так, у WesternDigital эта серия WDCaviarBlack, у Seagate – Barracuda, а у Hitachi – семейство Ultrastar. Характеристики этого типа дисков – высокая скорость вращения (7200 оборотов в минуту и выше), время поиска данных – не выше 9 мс.
“Зелёные”. Тихие и относительно “холодные” диски, предназначенные для хранения больших объёмов информации, не требующей высокой скорости чтения/записи. Идеальны для хранения цифровой музыки, фильмов и информационных архивов – за счёт своей неспешности эти винчестеры могут работать круглосуточно и служат гораздо дольше “спринтеров”. Я рекомендую такой диск ставить в компьютер вторым (а первым использовать “спринтера” объёмом от 500 Мб до терабайта). Представители семейства: SeagateGreen, HitachiCinemaStar, WDCaviarGreen. Характеристики: скорость вращения диска 5400 оборотов в минуту, время доступа к данным – 12 – 14 мс.
“Красные”, отказоустойчивые диски, спеуиально предназначенные для установки в RAID – массивы. Скорость их невелика, зато надёжность в несколько раз выше, чем даже у “зелёных” моделей, такие диски способны работать круглосуточно и без сбоев. Пожалуй, лучший вариант – диски серии WDRed, стоимость которых примерно на 10-20% выше, чем у обычных винчестеров. Однако грех экономить, коли речь идёт о сохранности огромных залежей музыки, фото, документов и прочего инфохлама, нажитого непосильным трудом.
SSD – накопители
… Увы, старой доброй магнитной технологии давно уже пора на покой, ибо несмотря на рост ёмкости их ахиллесова пята остаётся прежней: высокое энергопотребление, излишняя шумность, а самое главное – низкая надёжность хранения данных. Ведь одного щелчка головки по поверхности диска достаточно, чтобы загрузить десятки мегабайт информации!
Всё это могло бы поставить крест на карьере винчестеров уже сегодня – тем более, что у магнитных пластин жёсткого диска уже давно имеется преемник: уже знакомая нам флэш-память.
Flash по – английски – значит “молния”, “заряд”. Название напоминает о принципе записи: ячейки флэш – памяти изменяют своё состояние под воздействием электромагнитного заряда. “Тоже мне новости – скажите вы – точно так же и оперативная память работает!”. Не спорю, NAND – память, на основе которой построены флэшки, и впрямь близкая родственница микросхем RAM… С одним лишь исключением: если оперативная память нуждается в постоянных обновлениях заряда в ячейках, то флэшка способна хранить её сколь угодно долго – для этого ей, как и винчестеру не нужна “подпитка”.
Изобрёл эту китайскую штуку в середине 80 – х годов инженер Фуджил Масуока из компании Toshiba. А через десять лет на рынке появились первые флэш – карты. Сегодня “флэшки” встраиваются в телефоны, планшеты и фотоаппараты, а с помощью крохотных, но ёмких USB – флэшек мы можем таскать в кармане едва ли не всю самую важную информацию с нашего компьютера.
… Раз уж мы упомянули о флэш-брелоках, не грех продолжить разговор о различных видах флэш – памяти. Точнее, о карточках разного формата, которые могут использоваться в различных видах мобильных устройств – от плееров до карманных компьютеров и фотоаппаратов. Самые популярные сегодня – карточки типа SecureDigital – с ними работает большинство устройств, от фотоаппаратов и видеокамер до “читалок” и плееров. Карточки этого типа выпускаются в улучшенных модификациях SDHC (объём до 32 Гб) и SDXC (от 64 Гб), и вот этот стандарт поддерживают только устройства, выпущенные после 2010 г. Добавим, что для мобильников и коммуникаторов разработаны ещё более
миниатюрные карты – Mini – SD и Micro – SD.
Что же касается USB – флэшек, то тут схожая ситуация: у дешёвых моделей скорость чтения может составлять окло 50 Мб/с, что вполне нормально. А вот скорость записи у недорогих моделей всегда “хромает”: максимум 25 Мб/с! А теперь представьте, сколько времени уйдёт у вас на то, чтобы заполнить “тормозящую” флэшку на 32 Гб! Могу подсказать: в худших случаях – около часа. Да и работать с таким брелочком – настоящее мучение: программы загружаются по нескольку минут…
Конечно, речь идёт о флэшках старого образца, стандарта USB 2.0, у сегодняшних “троек” скорость чтения – записи куда выше – до 125 Мб/с и 50 Мб/с соответственно. Но пока что такие флэшки – редкость, и в продаже их не так много, да и стоят они довольно дорого. Да и от скорости разъёма тут, откровенно говоря, практически ничего не зависит: “бутылочным горлышком” является сама память… Вспомните – даже медленный USB 2/0 легко поддерживает скорость до 50 Мб/с, а это вдвое выше скоростных характеристик недорогих флэшек.
Ну а теперь подумаем, может ли флэш – память заменить традиционный винчестер. С одной стороны, почему нет: флэш – память экономична, не содержит никакой механики – стало быть, на лицо выигрыш в размере и энергопотреблении. К тому же отыскать нужные данные в ячейках флэш-памяти можно куда быстрее, чем на магнитных “блинах” винчестера (среднее время поиска на флэш – карте составляет 0,1 мс против 15-17 мс у обычных жёстких дисков). Скорость чтения – записи у современных SSD в разы больше, чем у винчестеров – до 500 Мб/с (скорость записи у дешёвых SSD – дисков правда, значительно меньше – до 200 Мб/с. Но даже в этом случае традиционные жёсткие диски уступают минимум в два раза).
Увы, мёд без дёгтя встречается только в сказках про Винни – Пуха, но никак не в сфере высоких технологий. В случае с флэш – памятью мы сталкиваемся сразу с несколькими досадными заподлянками. Во – первых, она существенно дороже (пусть и дешевеет спринтерскими темпами каждый год). Сравните сами: в конце 2013 года SSD – диск объёмом 256 Гб можно было купить за 200 долларов – точно в такую же сумму вам обошёлся бы обычный винчестер ёмкостью в 4 Тб! Максимальный объём SSD – дисков также невелик: на сегодня он составляет 512 Гб.
Во-вторых, ячейки флэш – памяти довольно быстро изнашиваются: информацию в них можно записать всего лишь около 100 000 раз. Много кажется – но не забывайте, при активной работе с диском многие ячейки перезаписываются несколько раз в секнду! То есть при активном использовании флэш – диск начнёт выходить из строя уже через пару – тройку лет…
В – третьих, скорость записи. Запись данных на флэш – память производится иначе, чем на магнитную пластину жёсткого диска, которому фактически безразлично, куда писать данные – в пустую ячейку или в занятую. А вот при записи на SSD – диск мы видим иную картину: флэш – память физически не умеет сохранять что-то в уже занятые ячейки, поэтому сначала их нужно освободить, а уж потом – записывать. Вот и приходится диску выполнять две операции вместо одной, что и приводит к падению скорости. Конечно, сегодня уже существуют технологии, способные нивелировать этот недостаток (например, TRIM), но до окончательного решения проблемы ещё далеко…
Вот почему, забронировав за собой нишу в элитных ноутбуках, SSD – диски пока с трудом приживаются на больших компьютерах. Хотя, возможно, в самое ближайшее время они закрепятся и здесь, пусть и не на ведущих ролях. Идеальная схема такая: в систему устанавливается один быстрый SSD – диск объёмом в 128 Гб – на него ставится система и все важные программы. Вторым же номером работает обычный винчестер большой ёмкости – на нём складируются музыка, игрушки и прочий хлам.
Ну а теперь займёмся выбором, баго он, в общем то, не так уж и велик.
Интерфейс. Как и обычные винчестеры, SSD – 3 (SATA/600). Но выпускаются они в виде плат для стандартного разъёма PCI – Express и нового слота mSATA, который имеется лишь на самых новых моделях “материнок”.
mSATA – накопители значительно компактнее обычных SSD, меньше и их объём (в настоящее время – до 240 Гб). mSATA – накопители пока что не получили широкого распространения, а вот PCI – Е – варианты SSD, напротив, весьма популярны – несмотря на то, что не являются универсальным решением, ибо установить такую плату можно только в большой домашний компьютер, но никак не в ноутбук.
Тип памяти. В современных SSD – дисках используются три типа микросхем памяти: SLC (SingleLevelCell), MLC (MultiLevelCell) и TLC (Triple – LevelCell). Первые – быстрее, но дороже, вторые – дешевле, но несколько медленнее. Кроме того, MLC – чипы обладают значительно меньшим сроком жизни, чем их конкуренты: если ячейка SLC – памяти выдерживает до 300 000 циклов записи, то у MLC этот показатель впятеро меньше. Впрочем, даже этого вполне достаточно для домашнего накопителя, так что не стоит пугаться SSD – дисков, построенных на основе MLC – чипов – тем более, что среди них можно найти множество быстрых и популярных моделей (та же OCZVertex 4).
Что же касается TLC, то этот тип памяти – самый дешёвый из трёх (примерно на 30% дешевле MLC), Однако срок её жизни и производительность также значительно меньше: ещё недвно TLC – память выдерживала лишь 1000 циклов перезаписи, что автоматически снижает срок жизни накопителя до двух лет и даже меньше. И всё же именно на TLC делает ставку компания OCZ, которая планирует выпустить в первой половине 2012 года целую серию накопителей на её основе. Лично я бы от покупки таких навинок воздержался бы – особенно с учётом того, что это первая попытка построить “соломенный домик” на столь эфемерной основе. Чем это кончилось для одного из трёх поросят – все помнят …
|