Более высокая производительность жёстких дисков достигается за счет устройств, обладающих лучшими характеристиками производительности. Эти характеристики производительности можно сгруппировать в две категории: время поиска дорожки и скорость передачи данных.

Время доступа

Время доступа или время отклика вращающегося накопителя измеряет период, который проходит до начала фактической передачи данных передачи данных. На это время в таких накопителях влияют в основном механические особенности вращающихся дисков и перемещающихся . Оно складывается из нескольких измеримых составляющих, которые суммируются для получения общего показателя производительности устройства хранения. Поскольку время доступа может сильно варьироваться, производители обычно указывают его среднее значение или оно определяется в ходе тестирования.

Ключевые компоненты, которые обычно складываются для получения времени доступа, это:

Время поиска дорожки Вращательная задержка Время выполнения команды Время успокоения

Время поиска дорожки При работе вращающихся накопителей время поиска измеряет период, за который головка на рычаге привода перемещается к дорожке диска, где будут считываться или записываться данные. Информация на носителе хранится в секторах, расположенных на параллельных кольцевых дорожках (концентрических или спиральных, в зависимости от типа устройства) и имеется привод с рычагом, на котором прикреплена головка, которая может переносить данные на носитель и с него. Когда накопителю требуется прочитать или записать определенный сектор, он определяет, на какой дорожке находится этот сектор. Затем с помощью привода головка перемещается к нужной дорожке. Если головка изначально находилась на нужной дорожке, время поиска будет равно нулю. Если же головка находилась на внешнем краю носителя, а нужная дорожка – на внутреннем, то время поиска будет максимальным для данного накопителя. Время поиска не является линейной величиной по отношению к пройденному расстоянию из-за факторов ускорения и замедления рычага привода.

Среднее время поиска — это усредненное значение всех возможных значений времени поиска. Технически это время, необходимое для выполнения всех возможных поисков, деленное на общее количество таких поисков. Однако на практике оно определяется статистическими методами или просто аппроксимируется как время поиска по одной трети от общего числа дорожек.

Время поиска и характеристики Первый жёсткий диск имел среднее время поиска около 600 миллисекунд. К середине 1970-х годов появились жёсткие диски со временем поиска около 25 миллисекунд. Некоторые ранние диски для персональных компьютеров использовали шаговый двигатель для перемещения головок, и в результате время поиска достигало 80–120 миллисекунд, но уже в 1980-х годах это было быстро улучшено за счет использования привода типа «», что сократило время поиска примерно до 20 миллисекунд. Со временем время поиска продолжало медленно улучшаться.

Самые быстрые высокопроизводительные серверные накопители 2010 года имели время поиска около 4 мс. Некоторые мобильные устройства оснащены накопителями с временем поиска 15 мс, причем наиболее распространенные мобильные накопители имеют время около12 мс, а наиболее распространенные настольные накопители обычно имеют время около 9 мс.

Существуют и другие, реже упоминаемые виды измерений времени поиска — от дорожки к дорожке и полный ход. Измерение от дорожки к дорожке — это время, необходимое для перемещения с одной дорожки на соседнюю. Это самое короткое (быстрое) возможное время поиска. В жёстких дисках оно обычно составляет от 0,2 до 0,8 миллисекунды. Измерение полного хода — это время, необходимое для перемещения от самой внешней дорожки к самой внутренней. Это самое длинное (медленное) возможное время поиска.

Короткий рабочий ход Короткий рабочий ход — это термин, используемый в корпоративных системах хранения данных для описания жёсткого диска, чья общая ёмкость намеренно ограничена, чтобы головки привода перемещались по меньшему количеству дорожек. Это уменьшает максимальное расстояние, которое головки могут находиться от любой точки на диске, тем самым сокращая среднее время поиска, но также ограничивает общую ёмкость диска. Сокращенное время поиска позволяет жёсткому диску увеличить количество операций ввода-вывода в секунду (IOPS). Стоимость и энергопотребление на полезный байт хранилища возрастают по мере уменьшения максимального диапазона дорожек.

Влияние контроля слышимого шума и вибрации Уровень слышимого шума, измеряемый в децибелах , имеет большое значение для некоторых применений, таких как видеорекордеры, цифровая звукозапись и . Диски с низким уровнем шума обычно используют гидродинамические подшипники, более низкие скорости вращения (обычно 5400 об/мин) и снижают скорость поиска данных под нагрузкой (AAM), чтобы уменьшить слышимые щелчки и хруст. Накопители меньшего форм-фактора (например, 2,5 дюйма) часто тише более крупных дисков благодаря меньшим приводам, пластинам и, как правило, работают на скорости 5400 об/мин, в отличие от 7200 об/мин у большинства 3,5-дюймовых накопителей.

Некоторые дисковые накопители для настольных компьютеров и ноутбуков позволяют пользователю выбирать между скоростью поиска данных и уровнем шума. Например, компания, Seagate в некоторых своих накопителях предлагает набор функций под названием «Sound Barrier Technology» (технология «звукового барьера») который включает в себя возможности снижения шума и вибрации, управляемые пользователем или системой. Более короткое время поиска обычно требует большего энергопотребления для быстрого перемещения головок по пластине, что вызывает громкие звуки от опорного подшипника и увеличивает вибрацию устройства, поскольку головки быстро ускоряются в начале движения поиска и замедляются в конце. Тихая работа снижает скорость движения и ускорения, но за счет уменьшения производительности поиска.

Вращательная задержка +Типичные характеристики HDDСкорость HDDшпинделя[об/мин] Средняявращательнаязадержка [мс] 42007,14 54005,56 72004,17 100003,00 150002,00

Вращательная задержка — это время ожидания, пока вращение диска подведёт требуемый сектор диска под головку чтения-записи. У старых дисков со скоростью 3600 оборотов в минуту задержка составляла 8,33 миллисекунды, хотя такая скорость вращения встречается только в очень старых накопителях (середина 90-х годов и ранее). Она зависит от скорости вращения диска (или шпиндельного двигателя), измеряемой в оборотов в минуту (RPM). Для большинства накопителей на магнитных носителях средняя задержка вращения обычно рассчитывается на основе эмпирического соотношения, согласно которому средняя задержка в миллисекундах для такого накопителя составляет половину периода вращения. Максимальная задержка вращения — это время, необходимое для полного оборота, исключая время (поскольку нужная часть диска могла только что пройти мимо головки, когда поступил запрос) время раскрутки . Максимальная задержка = 60 об/мин Средняя задержка = 0.5*Максимальная задержка Следовательно, время вращательной задержки и, как следствие, время доступа могут быть улучшены (уменьшены) за счет увеличения скорости вращения дисков. Это также даёт преимущество в виде улучшения (увеличения) пропускной способности (обсуждается далее в этой статье).

Скорость вращения шпинделя может использовать один из двух методов вращения диска Постоянная линейная скорость (constant linear velocity, CLV), применяемый в основном в оптических накопителях, изменяет скорость вращения оптического диска в зависимости от положения головки Постоянная угловая скорость (constant angular velocity, CAV) используется в жёстких дисках, стандартных дисководах гибких дисков, некоторых оптических дисковых системах и виниловых аудиозаписях. При этом носителю придаётся одна постоянная скорость вращения, независимо от положения головки.

Еще одна сложность возникает в зависимости от того, является ли плотность записи битов на поверхности постоянной. Обычно, при постоянной угловой скорости, плотность не является постоянной, поэтому длинные внешние дорожки содержат столько же битов, сколько и более короткие внутренние. Когда плотность записи битов постоянна, внешние дорожки содержат больше битов, чем внутренние, и это обычно сочетается с постоянной линейной скоростью. В обеих этих схемах скорость передачи смежных битов постоянна. Это не так в других схемах, например, при использовании постоянной плотности записи битов с постоянной угловой скоростью.

Эффект снижения энергопотребления Потребление энергии становится все более важным вопросом, причем не только для мобильных устройств, таких как ноутбуки, но и для серверного и настольного оборудования. Увеличение плотности размещения машин в центрах обработки данных привело к проблемам с обеспечением достаточного питания устройств (особенно при запуске), а также с отводом образующегося в результате этого , не говоря уже об экологических и экономических аспектах (см. ). Большинство современных жёстких дисков поддерживают различные режимы управления питанием, которые позволяют экономить энергию за счет снижения производительности. Если эта возможность реализована, диск будет выбирать между полным режимом питания и одним или несколькими режимами энергосбережения в зависимости от его использования. Восстановление из самого глубокого режима, обычно называемого «сон», когда диск остановлен или вращение шпинделя прекращено, может занимать до нескольких секунд до полного восстановления работоспособности, что увеличивает результирующую задержку. Производители дисков также выпускают теперь зелёные модели, которые включают дополнительные функции, действительно снижающие энергопотребление, но могут негативно влиять на задержку, например, за счет снижения скорости вращения шпинделя и парковки головок вне рабочей поверхности для уменьшения трения.

Другое Время обработки команды или накладные расходы на команду — это время, которое требуется электронике накопителя для настройки необходимой связи между различными компонентами устройства, чтобы оно могло считывать или записывать данные. Это время составляет порядка 3 мкс, что значительно меньше других накладных расходов, поэтому при тестировании оборудования оно обычно игнорируется.

Время стабилизации — это время, которое требуется головкам для установки на целевую дорожку и прекращения вибрации, чтобы они не считывали или не записывали данные вне дорожки. Это время обычно очень мало, как правило, менее 100 мкс, и современные производители жёстких дисков учитывают его в своих спецификациях времени поиска.

Скорость передачи данных

Скорость передачи данных данных накопителя (также называемая пропускной способностью) включает как внутреннюю скорость (перемещение данных между поверхностью диска и контроллером накопителя), так и внешнюю скорость (перемещение данных между контроллером накопителя и хост-системой). Измеряемая скорость передачи данных — это наименьшая (самая медленная) из двух скоростей. Устойчивая скорость передачи данных или устойчивая пропускная способность накопителя будет наименьшей из устойчивых внутренних и устойчивых внешних скоростей. Устойчивая скорость меньше или равна максимальной или пиковой скорости, поскольку она не использует преимущества кэш-памяти или буферной памяти накопителя. Внутренняя скорость дополнительно определяется скоростью носителя, временем накладных расходов сектора, временем переключения головок и временем переключения цилиндров.

Скорость носителя Скорость, с которой накопитель может считывать биты с поверхности носителя. Время на служебную информацию сектора Дополнительное время (байты между секторами), необходимое для управляющих структур и другой информации, нужной для управления накопителем, поиска и проверки данных, а также выполнения других вспомогательных функций.