ハードディスクの性能を示す技術指標

ハードディスク容量、ハードディスク速度、ハードディスク回転速度、インターフェース、キャッシュ、ハードディスクのシングルディスク容量など、ハードディスクのパフォーマンスを示す技術指標。

ハードディスク インターフェイス

ATA (Advanced Technology Attachment の正式名) は、従来の 40 ピン パラレル ポート データ ケーブルを使用してマザーボードとハードディスクを接続します。最大外部インターフェイス速度は 133MB/s ですが、パラレル ポート ケーブルの耐干渉性能が低すぎ、ケーブルがスペースを占有し、コンピュータの熱放散に適さないため、徐々に SATA に置き換えられることになります。

IDE

IDE の英語の正式名は「Integrated Drive Electronics」、つまり「電子統合ドライブ」であり、一般に PATA パラレル ポートとして知られています。

SATA

SATA (シリアル ATA) ポートを使用するハード ドライブはシリアル ハード ドライブとも呼ばれ、PC ハード ドライブの将来のトレンドです。 2001年にIntel、APT、Dell、IBM、Seagate、Maxtorなどの大手メーカーで構成されるSerial ATA委員会がSerial ATA 1.0仕様を正式に制定し、2002年にはSerial ATA関連機器はまだ正式に発売されていないものの、Serial ATA仕様が正式に制定されました。 ATA 委員会は、シリアル ATA 2.0 仕様の策定を主導してきました。 Serial ATA はシリアル接続方式を採用しています Serial ATA バスはエンベデッドクロック信号を使用しており、エラー訂正能力が強化されています 従来と比べて最大の違いは、データだけでなく伝送命令もチェックできることです見つかった場合は修正されるため、データ送信の信頼性が大幅に向上します。シリアル インターフェイスには、構造が簡単でホットスワップがサポートされているという利点もあります。

SATA2

Seagate は、NCQ ローカル コマンド アレイ テクノロジを SATA に追加し、ディスク速度を向上させます。

SCSI は Small Computer System Interface の略で、初期の SCSI-II から現在の Ultra320 SCSI およびファイバー チャネルに至るまで、何世代もの開発を経てきました。コネクタにもさまざまな種類があります。 SCSI ハード ドライブは、最大 15,000 rpm と高速に回転し、データ転送時の CPU コンピューティング リソースの消費が少ないため、ワークステーション レベルのパーソナル コンピュータやサーバーで広く使用されていますが、単価も ATA や SATA ハード ドライブに比べて高価です。同じ容量です。

SAS (Serial Attached SCSI) は、新世代の SCSI テクノロジーであり、SATA ハードドライブと同様に、シリアル テクノロジーを採用して、3Gb/s に達する高速伝送速度を実現します。また、接続ケーブルの削減によりシステム内部のスペースが向上します。

さらに、SAS ハードディスクは SATA ハードディスクと同じバックプレーンを共有できるため、同じ SAS ストレージ システム内で、一部の高価な SCSI ハードディスクの代わりに SATA ハードディスクを使用でき、全体的なストレージ コストを節約できます。

ハード ドライブのサイズ

5.25 インチ ハード ドライブは、初期のデスクトップ コンピューターに使用されていましたが、歴史の舞台から消えました。

3.5 インチ デスクトップ ハード ドライブ。非常に人気があり、さまざまなコンピューターで広く使用されています。

2.5 インチ ノートブック ハード ドライブ。ノートブック コンピュータ、デスクトップオールインワン マシン、モバイル ハード ドライブ、ポータブル ハード ドライブ プレーヤーで広く使用されています。

1.8 インチ マイクロ ハード ドライブ。超薄型ラップトップ、モバイル ハード ドライブ、Apple プレーヤーで広く使用されています。

1.3 インチ マイクロ ハード ドライブ。Samsung のモバイル ハード ドライブでのみ使用される、Samsung 独自のテクノロジーである単一製品です。

1.0 インチ マイクロ ハード ドライブ。IBM によって最初に開発された、MicroDrive マイクロ ハード ドライブ (略して MD)。 CFII規格に準拠しているため、一眼レフデジタルカメラに広く採用されています。

0.85 インチ マイクロ ハード ドライブ。単一製品であり、日立の HD 携帯電話 1 台にのみ使用されていることが知られている、日立独自の技術です。

ハードディスクの物理構造

1. 磁気ヘッド

ハードディスクの内部構造磁気ヘッドヘッドはハードディスクの最も高価なコンポーネントであり、ハードディスク技術の最も重要かつ重要な部分でもあります。従来の磁気ヘッドは読み出しと書き込みを兼ね備えた電磁誘導ヘッドですが、ハードディスクの読み出しと書き込みは全く別の動作であるため、この複合型磁気ヘッドでは両方を考慮した設計が必要となります。読み取りと書き込み、これら 2 つの特性により、ハード ドライブの設計に制限が生じます。 MRヘッド（磁気抵抗効果型ヘッド）、すなわち磁気抵抗効果型ヘッドは、分離型磁気ヘッド構造を採用しており、ライトヘッドには従来の磁気誘導ヘッド（MRヘッドではライト動作ができない）が使用され、リードヘッドには新しいMRヘッドが使用されています。いわゆる誘導書き込みと磁気抵抗読み取りです。このようにして、設計中に 2 つの異なる特性を個別に最適化して、最高の読み取り/書き込みパフォーマンスを得ることができます。さらに、MR ヘッドは電流の変化ではなく抵抗の変化によって信号振幅を感知するため、信号の変化に非常に敏感であり、それに応じてデータの読み取り精度も向上します。また、読み取り信号の振幅はトラック幅とは関係がないため、トラックを非常に狭くすることができ、それによってディスク密度を 200MB/inch2 まで高めることができますが、従来の磁気ヘッドを使用すると 20MB/inch2 までしか到達できません。 MRヘッド搭載が広く使われている主な理由です。現在、ＭＲ磁気ヘッドが広く普及しており、さらに多層構造でより磁気抵抗効果の高い材料を用いたＧＭＲ磁気ヘッド（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｈｅａｄ）も普及しつつある。

2.トラック

ディスクが回転するとき、ヘッドが同じ位置に留まっていると、各ヘッドはディスクの表面に円形のトラックを描きます。この円形のトラックはトラックと呼ばれます。これらのトラックは、特殊な方法で磁化されたディスク上の磁化領域であるため、肉眼では見えません。ディスク上の情報は、このようなトラックに沿って保存されます。隣接するトラックが隣接しないのは、着磁部が近すぎると互いに磁気の影響を及ぼし、磁気ヘッドの読み書きが困難になるためである。 1.44MB の 3.5 インチ フロッピー ディスクには片面に 80 トラックがありますが、ハードディスクのトラック密度はこれよりはるかに大きく、通常は片面に数千のトラックがあります。

3. セクター

ディスク上の各トラックはいくつかの円弧セグメントに分割されており、これらの円弧セグメントがディスクのセクターとなります。各セクターには 512 個のデータを保存できます情報のバイト数。ディスク ドライブは、ディスクへのデータの読み取りおよび書き込みの単位としてセクタを使用します。 1.44MB 3.5 インチ フロッピー ディスク、各トラックは 18 セクターに分割されています。

4. シリンダー

ハードディスクは通常、重なったプラッターのセットで構成されており、各ディスクは同じ数のトラックに分割され、外周から始まります。 . ナンバリングは「0」から始まり、同じ番号のトラックがシリンダーを形成し、これをディスクのシリンダーと呼びます。ディスク上のシリンダの数は、ディスク上のトラックの数と同じです。各ディスクには独自のヘッドがあるため、ディスクの数はヘッドの総数と同じになります。ハードディスクのいわゆるCHSは、Cylinder（シリンダー）、Head（ヘッド）、Sector（セクター）であり、ハードディスクのCHSの番号がわかれば、ハードディスクの容量を知ることができます。ハードディスクの容量 = シリンダ数 * ヘッド数 * セクタ数 * 512B。

ハードディスクの論理構造

1. ハードディスクパラメータの説明

ここまで、ハードディスクパラメータについて説明しました。人々がよく話題にするのは、依然として古代の CHS (シリンダー/ヘッド/セクター) パラメーターです。では、なぜこれらのパラメータが使用されるのでしょうか? それらの意味は何ですか? 値の範囲は何ですか?

昔、ハードディスクの容量がまだ非常に小さかった頃、人々はハードディスクのような構造を使用していました。フロッピー ディスクからハードディスクを作成します。つまり、ハードディスク プラッタの各トラックには同じ数のセクタがあります。これにより、いわゆる 3D パラメータ (ディスク ジオメトリ) が得られ、それらはヘッドの数 (ヘッド)、シリンダの数 (シリンダ)、セクタの数 (セクタ)、および対応するアドレス指定方法です。

その中:

ヘッド数 (Heads) は、ハードディスクの合計ヘッド数、つまりプラッターの数を示し、最大は 255 です (8 つに格納されます)。バイナリ ビット);

シリンダ数 (シリンダ) は、ハードディスクの各側のトラック数を示し、最大 1023 (10 バイナリ ビットで格納);

セクタ数 (Sectors) は各トラックのトラック数を示します いくつかのセクタ、最大は 63 (6 バイナリ ビットで格納);

各セクタは通常 512 バイトです。理論的にはこれは必要ありませんが、それ以外の値はないようです。

したがって、最大ディスク容量は次のとおりです:

255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 7.837 GB (1M =1048576 バイト)、またはハードディスク メーカーが一般的に使用する単位:

255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8.414 GB (1M =1000000 バイト)

CHS アドレッシング モードでは、ヘッド、シリンダー、セクターの値の範囲は 0 ～ ヘッド - 1.0 です。シリンダーへ - 1. 1 からセクターまで (1 から始まることに注意してください)。

2. 基本的な Int 13H コールの概要

BIOS Int 13H コールは、BIOS によって提供されるディスクの基本的な入出力割り込みコールであり、ディスク (ディスクを含む) を完成させることができます。ハードディスクとフロッピーディスク）リセット、読み書き、検証、位置決め、診断、フォーマットなどの機能。 CHS アドレッシング方式を採用しているため、最大約 8 GB のハードディスクにアクセスできます (本文中で特に指定がない限り、単位は 1M = 1048576 バイトです)。

3. 最新のハードディスク構造の紹介

古いハードディスクでは、各トラックのセクタ数が等しいため、外側のトラックの記録密度は内側のトラックよりもはるかに低いため、多くのディスク領域が無駄になります (フロッピー ディスクと同じ)。この問題を解決し、ハードディスク容量をさらに増やすために、等密度構造を使用したハードディスクの製造に切り替えました。つまり、外周トラックの方が内周トラックよりも多くのセクタを持ち、この構造を採用した後、ハードディスクは実際の3Dパラメータを持たなくなり、アドレッシング方法もリニアアドレッシング、つまりセクタ単位のアドレッシングに変更されました。

3D アドレス指定を使用する古いソフトウェア (BIOSInt13H インターフェイスを使用するソフトウェアなど) と互換性を持たせるために、アドレス変換器がハードディスク コントローラー内にインストールされており、古い 3D パラメーターを次の形式に変換する役割を果たします。新しい線形パラメータ。これは、現在ハードディスクの 3D パラメータに多くの選択肢がある理由でもあります (異なる動作モードは、LBA、LARGE、NORMAL などの異なる 3D パラメータに対応しています)。

4. Extended Int 13H の概要

最新のハードディスクはリニア アドレッシングを採用していますが、基本的な Int13H の制約により、プログラムは BIOS Int 13H インターフェイスを使用します。 , たとえば、DOS は 8 G 以内のハードディスク領域にのみアクセスできます。この制限を打破するために、Microsoft などのいくつかの企業は、リニア アドレス指定を使用してハードディスクにアクセスする Extended Int 13H 標準 (Extended Int13H) を開発しました。これにより、8G の制限が破られ、リムーバブル メディア (たとえば、可動メディア）、ハードドライブ）のサポート。

ハードディスクの基本パラメータ

1. 容量

コンピュータシステムのデータストレージとして、容量は最も重要です。ハードディスクパラメータの重要な要素。

ハードディスクの容量はメガバイト (MB) またはギガバイト (GB) で測定され、1GB = 1024MB です。ただし、ハードディスクのメーカーは通常、ハードディスクの公称容量を 1G=1000MB とするため、BIOS やハードディスクのフォーマット時に表示される容量はメーカーの公称値よりも小さくなります。

ハードディスクの容量インデックスには、ハードディスクの単一ディスク容量も含まれます。いわゆるシングル ディスク容量とは、ハードディスク プラッタ 1 枚の容量を指し、シングル ディスク容量が大きいほど、単価が低くなり、平均アクセス時間が短くなります。

ユーザーにとって、ハードディスクの容量はメモリと同じで、常に少なすぎることも多すぎることもありません。 Windows オペレーティング システムでは、操作が簡単になっただけでなく、ファイルのサイズと数も増大しており、一部のアプリケーションでは簡単に数百メガバイトのハードディスク容量を消費する可能性があり、増加し続ける傾向にあります。したがって、ハードドライブを購入する際には、適切な情報を得ることが賢明です。ここ 2 年で、ハードディスクの主流は 80G になり、160G を超える大容量ハードディスクも普及し始めています。

一般に、ハードディスクの容量が大きいほどバイトあたりの価格は安くなりますが、主流の容量を超えるハードディスクについては若干の例外があります。 2008 年 12 月初めの時点で、中関村の 1TB (1000GB) Seagate ハード ドライブの価格は 700 人民元、500G ハード ドライブは約 320 人民元でした。

2. 回転速度

回転速度 (Rotationl Speed または Spindle Speed) は、ハードディスク内のモーター スピンドルの回転速度です。ハードディスクプラッタが 1 分間に回転できる最大回転数。回転速度はハードディスクのグレードを示す重要なパラメータの 1 つであり、ハードディスクの内部転送速度を決定する重要な要素の 1 つであり、ハードディスクの速度に直接大きな影響を与えます。ハードディスクの回転が速くなると、ハードディスクのファイル検索も速くなり、ハードディスクの相対的な転送速度も向上します。ハードディスクの速度は 1 分あたりの回転数で表され、単位は RPM です。RPM は、Revolutions Per Minute の略で、1 分あたりの回転数を表します。 RPM 値が大きいほど、内部転送速度が速くなり、アクセス時間が短くなり、ハード ドライブの全体的なパフォーマンスが向上します。

ハードディスクのスピンドルモーターはプラッターを高速回転させ、浮力を発生させて磁気ヘッドをプラッター上に浮上させます。アクセスするデータのセクタを先頭に持ってくるには、回転速度が速いほど待ち時間が短くなります。したがって、回転速度がハードドライブの速度を大きく決定します。

家庭用の一般的なハード ドライブの速度には、一般的に 5400 rpm と 7200 rpm が含まれます。高速ハード ドライブは、デスクトップ ユーザーにとっても第一の選択肢です。一方、ノートブック ユーザーの場合は、4200 rpm と 5400 rpm が主な選択です。企業は 7,200 rpm のラップトップ ハード ドライブをリリースしていますが、市場ではまだ比較的まれです。サーバー ユーザーはハード ドライブのパフォーマンスに対して最も高い要求を持っています。サーバーで使用される SCSI ハード ドライブは基本的に 10,000 rpm を使用し、15,000 rpm のものもあり、その家庭用製品をはるかに上回る性能を誇ります。回転速度が高くなると、ハードディスクの平均シーク時間や実際の読み取り/書き込み時間を短縮できますが、ハードディスクの回転速度が上がり続けると、温度の上昇、モータースピンドルの摩耗の増加、稼働時間の増加などの悪影響も生じます。ノイズ。ラップトップのハード ドライブの回転速度はデスクトップのハード ドライブよりも低く、これは部分的にこの要因の影響を受けています。ノートパソコンは内部スペースが狭く、デスクトップ用ハードディスク（3.5インチ）に比べてノートパソコン用ハードディスク（2.5インチ）のサイズも小さく設計されており、回転数の増加による温度上昇により、より高い要求が求められます。ノートパソコン自体の放熱性能が低下すると、騒音が大きくなり、必要な騒音低減措置を講じる必要があり、ノートパソコンのハードドライブの製造技術がさらに要求されます。同時に、他の条件を変えずに回転速度が上昇すると、モーターの消費電力が増加し、単位時間あたりの消費電力が増加し、バッテリーの使用時間が短くなります。ノートブックの携帯性に影響します。したがって、ラップトップのハードドライブは通常、比較的低速の 4200rpm ハードドライブを使用します。

ハードディスクモーターの改良で速度が変わる現在、従来のボールベアリングモーターは流体動圧ベアリングモーター(流体動圧軸受モーター)に完全に置き換えられています。液体軸受モータは精密機械業界でよく使用されており、ボールの代わりに油膜を使用した粘膜液体油軸受が使用されています。これにより、金属表面の直接摩擦が回避され、騒音と温度が最小限に抑えられると同時に、油膜が効果的に振動を吸収し、耐震性が向上し、磨耗が軽減され、耐用年数が延長されます。

3. 平均アクセス時間

平均アクセス時間(Average Access Time)とは、磁気ヘッドが開始位置から目標トラック位置に到達し、ターゲットトラックから目的の位置を検索します データセクターの読み取りおよび書き込みに必要な時間。

平均アクセス時間は、ハードディスクの読み取りおよび書き込み速度を反映します。これには、ハードディスクのシーク時間と待機時間が含まれます。つまり、平均アクセス時間 = 平均シーク時間、平均待機時間です。

ハードディスクの平均シーク時間 (平均シーク時間) とは、ハードディスクのヘッドがディスク表面上の指定されたトラックに移動するのに必要な時間を指します。もちろん、時間が短いほど良いのですが、現在、ハードディスクの平均シーク時間は通常 8ms から 12ms の間ですが、SCSI ハードディスクは 8ms 以下である必要があります。

ハードディスクの待機時間 (レイテンシーとも呼ばれます) は、磁気ヘッドがアクセス対象のトラック上にあり、アクセス対象のセクターが磁気ヘッドの下で回転するのを待つのにかかる時間を指します。 。平均待機時間はディスクが 1 回転するのにかかる時間の半分であり、通常は 4ms 未満になります。

4. 伝送速度

転送速度（データ転送速度） ハードディスクのデータ転送速度とは、ハードディスクがデータを読み書きする速度のことで、単位はメガバイト/秒（MB/s）です。ハードディスクのデータ転送速度には、内部データ転送速度と外部データ転送速度も含まれます。

内部転送速度 (Internal Transfer Rate) は、持続転送速度 (Sustained Transfer Rate) とも呼ばれ、ハードディスク バッファーが使用されていないときのパフォーマンスを反映します。内部転送速度は主にハードドライブの回転速度に依存します。

外部転送速度は、バースト データ転送速度またはインターフェイス転送速度とも呼ばれます。これは、名目上、システム バスとハードディスク バッファ間のデータ転送速度です。外部データ転送速度は、ハードディスクに関連しています。インターフェイスのタイプとハードディスク キャッシュのサイズ。

Fast ATA インターフェースのハードディスクの現在の最大外部転送速度は 16.6MB/s ですが、Ultra ATA インターフェースのハードディスクは 33.3MB/s に達します。

SATA (シリアル ATA) ポートを使用するハード ドライブはシリアル ハード ドライブとも呼ばれ、PC ハード ドライブの将来のトレンドです。 2001 年、Intel、APT、Dell、IBM、Seagate、Maxtor などの主要メーカーで構成されるシリアル ATA 委員会は、シリアル ATA 1.0 仕様を正式に確立しました。 2002 年、シリアル ATA 関連機器はまだ正式に発売されていませんでしたが、シリアル ATA 委員会が主導してシリアル ATA 2.0 仕様を策定しました。 Serial ATA はシリアル接続方式を採用しています Serial ATA バスはエンベデッドクロック信号を使用しており、エラー訂正能力が強化されています 従来と比べて最大の違いは、データだけでなく伝送命令もチェックできることです見つかった場合は修正されるため、データ送信の信頼性が大幅に向上します。シリアル インターフェイスには、構造が簡単でホットスワップがサポートされているという利点もあります。

シリアルハードディスクは、パラレルATAとは全く異なる新しいタイプのハードディスクインターフェースで、シリアル方式でデータを伝送することで有名です。パラレル ATA と比較すると、多くの利点があります。まず、シリアル ATA は連続シリアル方式でデータを送信し、一度に送信できるデータは 1 ビットだけです。これにより、SATA インターフェイスのピンの数が減り、接続ケーブルの数が減り、効率が向上します。実際、シリアル ATA は、ケーブルの接続、アース線の接続、データの送信とデータの受信に使用されるわずか 4 つのピンですべての作業を完了でき、同時にこのアーキテクチャによりシステムのエネルギー消費も削減され、システムの複雑さも軽減されます。 。第 2 に、シリアル ATA は出発点が高く、開発の可能性が大きいため、シリアル ATA 1.0 で定義されたデータ転送速度は 150MB/秒に達することができ、これは最速のパラレル ATA (つまり、ATA/転送速度は依然として高く、Serial ATA 2.0 のデータ転送速度は 300MB/s に達し、最終的には SATA の最大データ転送速度は 600MB/s に達します。

5. キャッシュ

キャッシュ（キャッシュメモリ）は、ハードディスクコントローラ上のメモリチップで、アクセス速度が非常に速く、内部ストレージとストレージのことです。ハードディスクの外部インターフェース間のバッファ。ハードディスクの内部データ伝送速度は外部インターフェースの伝送速度と異なるため、キャッシュはバッファリングの役割を果たします。キャッシュのサイズと速度は、ハードディスクの転送速度に直接関係する重要な要素であり、ハードディスクの全体的なパフォーマンスを大幅に向上させることができます。ハードディスクが断片化されたデータにアクセスする場合、ハードディスクとメモリ間でデータを継続的に交換する必要がありますが、大規模なキャッシュがある場合、断片化されたデータを一時的にキャッシュに保存することができるため、外部システムの負荷が軽減され、負荷が増加します。データ通信速度。

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