硬盘的主要技术指标.docx

1、硬盘的主要技术指标硬盘的主要技术指标 在我们平时选购硬盘时，经常会理解硬盘的一些参数，而且很多杂志的相关文章也对此进展了不少的解释。不过，很多情况下，这种介绍并不细致甚至会带有一些误导的成分。今天，我们就聊聊这方面的话题，希望能对硬盘选购者提供给有的帮助。首先，我们来理解一下硬盘的内部构造，它将有助于理解本文的相关内容。 工作时，磁盘在中轴马达的带动下，高速旋转，而磁头臂在音圈马达的控制下，在磁盘上方进展径向的挪动进展寻址硬盘常见的技术指标有以下几种：1、 每分钟转速RPM，Revolutions Per Minute：这一指标代表了硬盘主轴马达带动磁盘的转速，比方5400RPM就代表该硬盘中

2、的主轴转速为每分钟5400转。2、 平均寻道时间Average Seek Time：假如没有特殊说明一般指读取时的寻道时间，单位为ms毫秒。这一指标的含义是指硬盘接到读/写指令后到磁头移到指定的磁道应该是柱面，但对于详细磁头来说就是磁道上方所需要的平均时间。除了平均寻道时间外，还有道间寻道时间Track to Track或Cylinder Switch Time与全程寻道时间Full Track或Full Stroke，前者是指磁头从当前磁道上方移至相邻磁道上方所需的时间，后者是指磁头从最外或最内圈磁道上方移至最内或最外圈磁道上方所需的时间，根本上比平均寻道时间多一倍。出于实际的工作情况，我们

3、一般只关心平均寻道时间。3、 平均埋伏期Average Latency：这一指标是指当磁头挪动到指定磁道后，要等多长时间指定的读/写扇区会挪动到磁头下方盘片是旋转的，盘片转得越快，埋伏期越短。平均埋伏期是指磁盘转动半圈所用的时间。显然，同一转速的硬盘的平均埋伏期是固定的。7200RPM时约为4.167ms，5400RPM时约为5.556ms。4、 平均访问时间Average Access Time：又称平均存取时间，一般在厂商公布的规格中不会提供，这一般是测试成绩中的一项，其含义是指从读/写指令发出到第一笔数据读/写时所用的平均时间，包括了平均寻道时间、平均埋伏期与相关的内务操作时间如指令处理

4、，由于内务操作时间一般很短一般在0.2ms左右，可忽略不计，所以平均访问时间可近似等于平均寻道时间+平均埋伏期，因此又称平均寻址时间。假如一个5400RPM硬盘的平均寻道时间是9ms，那么理论上它的平均访问时间就是14.556ms。5、 数据传输率DTR ，Data Transfer Rate：单位为MB/s兆字节每秒，又称MBPS或Mbits/s兆位每秒，又称Mbps。DTR分为最大Maximum与持续Sustained两个指标，根据数据交接方的不同又分外部与内部数据传输率。内部DTR是指磁头与缓冲区之间的数据传输率，外部DTR是指缓冲区与主机即内存之间的数据传输率。外部DTR上限取决于硬盘

5、的接口，目前流行的Ultra ATA-100接口即代表外部DTR最高理论值可达100MB/s，持续DTR那么要看内部持续DTR的程度。内部DTR那么是硬盘的真正数据传输才能，为充分发挥内部DTR，外部DTR理论值都会比内部DTR高，但内部DTR决定了外部DTR的实际表现。由于磁盘中最外圈的磁道最长，可以让磁头在单位时间内比内圈的磁道划过更多的扇区，所以磁头在最外圈时内部DTR最大，在最内圈时内部DTR最小。6、 缓冲区容量Buffer Size：很多人也称之为缓存Cache容量，单位为MB。在一些厂商资料中还被写作Cache Buffer。缓冲区的根本要作用是平衡内部与外部的DTR。为了减少主

6、机的等待时间，硬盘会将读取的资料先存入缓冲区，等全部读完或缓冲区填满后再以接口速率快速向主机发送。随着技术的开展，厂商们后来为SCSI硬盘缓冲区增加了缓存功能这也是为什么笔者仍然坚持说其是缓冲区的原因。这主要表达在三个方面：预取Prefetch，实验说明在典型情况下，至少50%的读取操作是连续读取。预取功能简单地说就是硬盘“私自扩大读取范围，在缓冲区向主机发送指定扇区数据即磁头已经读完指定扇区之后，磁头接着读取相邻的假设干个扇区数据并送入缓冲区，假如后面的读操作正好指向已预取的相邻扇区，即从缓冲区中读取而不用磁头再寻址，进步了访问速度。写缓存Write Cache，通常情况下在写入操作时，也是

7、先将数据写入缓冲区再发送到磁头，等磁头写入完毕后再报告主机写入完毕，主机才开场处理下一任务。具备写缓存的硬盘那么在数据写入缓区后即向主机报告写入完毕，让主机提早“解放处理其他事务剩下的磁头写入操作主机不用等待，进步了整体效率。为了进一步进步效能，如今的厂商根本都应用了分段式缓存技术Multiple Segment Cache，将缓冲区划分成多个小块，存储不同的写入数据，而不必为小数据浪费整个缓冲区空间，同时还可以等所有段写满后统一写入，性能更好。读缓存Read Cache，将读取过的数据暂时保存在缓冲区中，假如主机再次需要时可直接从缓冲区提供，加快速度。读缓存同样也可以利用分段技术，存储多个互

8、不相干的数据块，缓存多个已读数据，进一步进步缓存命中率。这是我们经常能看到的硬盘参数指标，正确理解它们的含义无疑对选购是有帮助的7、 噪音与温度Noise & Temperature：这两个属于非性能指标。对于噪音，以前厂商们并不在意，但从2000年开场，出于市场的需要比方OEM厂商希望消费更安静的电脑以增加卖点厂商通过各种手段来降低硬盘的工作噪音，ATA-5标准第三版也参加了自动声学噪音管理子集AAM，Automatic Acoustic Management，因此目前的所有新硬盘都支持AAM功能。硬盘的噪音主要来源于主轴马达与音圈马达，降噪也是从这两点入手盘片的增多也会增加噪音，但这没有方

9、法。除了AAM外，厂商的努力在上文的厂商介绍中已经讲到，在此就不多说了。至于热量，其实每个厂商都有自己的标准，并声称硬盘的表现是他们意料之中的，完全在平安范围之内，没有问题。这一点倒的是不用担忧，不过关键在于硬盘是机箱中的一个组成局部，它的高热会进步机箱的整体温度，也许硬盘本身没事，但可能周围的配件却经受不了，别的不说，假如是两个高热的硬盘安装得很严密，那么它还能承受近乎于双倍的热量吗？所以硬盘的热量仍需厂商们注意。对硬盘认识的常见误区一1、 转速与寻道时间： 如今不少人都认为硬盘转速越快寻道时间就越快，但这是最常见的错误认识，事实上寻道速度根本不决定于转速，因为两者的控制设备就不一样。转速是

10、由主轴马达控制，寻道那么由音圈马达控制。寻道时间说白了就是表达了磁头臂径向运动的速度与控制才能，音圈马达与相应的伺服系统起着重要作用。另外，磁头的高灵敏度也有助于在高密度磁盘上准确捕获伺服标记，进而快速定位。很多情况下，我们都可以看到5400RPM硬盘的寻道时间与7200RPM硬盘一样如三星的V40与P40。之所以有些高速硬盘如SCSI硬盘的寻道时间更快，是因为厂商的有意设计，就好似一台Pentium4电脑只配32MB内存让人觉得不平衡一样，厂商也会给高速硬盘配上更快的寻道时间也意味着更好的元件与更高的本钱，显然厂商要根据市场的需要权衡利弊。实际上，通过上文有关平均访问时间的解释，大家应该明白

11、，进步转速的主用意就是减少平均埋伏期，进而加快整体的访问速度，也许很多人不认同这是它最重要的用意，由此就又引出了下一个误区。2、 转速与数据传输率： 在很多人的印象和厂商的宣传中，更高的转速的主要用意在于进步数据传输率，但这并不正确。持续数据传输率决定于很多指标，并不光只是转速。当然，有人会说转速更高，磁头单位时间划过的扇区就越多，不错，但前提是线密度一样。线密度可理解为每磁道扇区数SPT，Sectors Per Track。低速硬盘完全可以通过进步SPT来加大数据传输率， SCSI硬盘就是追求SPT的典型。事实上，很多厂商在一样单碟容量上对于不同的转速采用了不同的SPT设计，如金钻七的最外圈

12、磁道扇区数为837个，而星钻三代那么为896个。有人可能会问，那如何保证容量一致呢？这就涉及到每英寸磁道数TPI，Tracks Per Inch，它代表了磁道密度。SPT高那么TPI就会相应减少，如金钻七为60000TPI，星钻三代那么是57000TPI。本次测试最典型的例子是Caviar系列硬盘，WinBench测得的数据传输率与某些7200RPM产品相当。虽然我没有该系列硬盘最外圈SPT资料，但肯定不会低于1000假设转速实为5400RPM，即使转速真的是6000RPM，也在900之上。因此5400RPM硬盘完全可以通过进步33%7200RPM比5400RPM转速高33%的SPT来得到一样

13、的数据传输率。 综上所述，7200RPM相对于5400RPM硬盘的最大优势就在于更短的平均埋伏期，进而减少平均访问时间。毕竟转速是死的，5400RPM永远处于优势。3、 真正的内部数据传输率： 随着硬盘知识的普及，硬盘DTR这一指标也逐渐被人们所认识，但又出现了新的误区拿以Mbps为单位的最高内部DTR说事，这其中某些厂商与所谓高手的误导有着不可推卸的责任，后果也是相当严重。由于内部DTR决定了硬盘的实际数据传输性能，所以很多人都在关心硬盘的内部DTR，而厂商也投其所好，在产品资料中根本都公布了最大内部传输率，但多是以Mbps为单位，不少人因此拿这个数值来预测硬盘的性能，甚至分析到接口速率的瓶

14、颈这些人通常将其换算成MBPS，而目前最高的数值将近80MBPS，离Ultra ATA-100的最大速率已相差不远了。但是，它恰恰不能通过除8来换算成MBPS，因为这个数值是磁头处理二进制0/1信号即bit的纯理论性能，而磁头处理的信号很大局部并不是用户需要的数据存入的数据都是经过编码的，包含许多辅助信息，因此不能以字节为单位。很多硬盘这一数值都是相当高的，如以前的富士通硬盘，指标很好，但实际性能却是另一码事。完全可以说，这个Mbps值没有什么实际价值，给人的是一种假象。 在硬盘中，真正重要的是内部持续DTR，它分为单磁道瞬间DTR与持续DTR两个指标，单磁道瞬间DTR的计算公式是“512字节

15、SPT磁盘每秒所转圈数或“512字节SPT磁盘转一圈所用时间，由于磁盘转一圈所用时间一般不能除尽，所以经常用前一种公式。持续DTR的计算公式那么为“512字节SPT磁头数/总耗时，其中“总耗时=磁头数-1磁头切换时间+道间寻道时间+磁头数磁盘转一圈的时间。磁头切换时间一般在产品的用户手册中有标注，大约在1ms左右。单磁道瞬间DTR说明了硬盘实际上所能到达的最大内部DTR，持续DTR那么表达了硬盘真正的数据传输才能。很遗憾的是，目前只有迈拓和IBM提供了内部持续DTR数据，其他厂商仍然用Mbps数值迷惑普通群众。但是，厂商心里是明白的，他们自己也不会混淆概念只是没事偷着乐，在数据的说法上也是非常

16、严谨，假如你哪天发现厂商公布的内部DTR使用了MB/s为单位，那么这很可能就是我们所真正需要的数据，而不要再用Mbps去除8了。IBM 120GXP的技术资料，其中有两个内部DTR，我们只需关心第二个4、 缓冲区容量与性能： 上文说过内部DTR决定了外部DTR的实际表现，但为了将内部DTR对外部DTR的影响降至最低，产生了缓冲区设计。理论上讲，缓冲区越大，即使内部DTR不变，硬盘的性能也会更好，这就好比CPU中的缓存一样。不过，要做到缓冲区容量的增加并进步性能还是有一定难度的。这主要表达在缓存功能管理与数据平安两个方面。缓存功能管理决定了缓冲区智能化与缓存效果，简单的说就是一种管理算法与交换策

17、略，负责这一任务的就是缓存控制器。上文已经讲到目前都将缓冲区做分段处理，并且是动态的，根据数据流情况自动划分。以120GXP为例，在读操作时可最多划分12个数据段平均容量约155KB，在写操作时数据段可高达52个平均容量约35KB。那么怎么去动态的划分区段，怎么去选择最不常用的区段以交换成新的数据，都将影响最终的性能表现。比方区段划分不合理将影响缓冲区空间的利用率和预读效果，数据交换不合理将影响缓存命中率，这样一来说不定与小容量缓冲区性能差不多。讲到这，大家肯定会想到了CPU缓存的算法比方N路级联与更新策略等，确实两者有一样之处。对于更大容量的缓冲区，肯定就不能照搬小容量缓冲区的缓存管理算法。

18、因此，缓冲区越大性能越好是有前提的，这对厂商的缓存管理技术程度提出了更高的要求。 大容量缓冲区的数据平安性主要是指在突然断电的情况下，缓冲区中的待写数据将如何处理的问题。这方面笔记本电脑硬盘就有了得天独厚的优势，因为有电池为后盾，笔记本电脑硬盘的缓冲区容量已经提升到了16MB。但对于台式机，这是个不小的考验。WD公司在这方面做出了有意义的探究，主要方法是通过将数据暂时保存在最外圈暂存区因为最外圈的写入速度最快，下次开机再写入原目的地址的方法来保证缓冲区中待写数据的平安，显然这需要特殊的管理机制，也是厂商的自由发挥了。 最后我们再谈谈目前普遍流行的说法大容量缓冲区对零散数据非常有利，这是很片面的

19、认识。当然，这种说法可以理解，也没有什么根本性错误，但容易误导人们对大容量缓冲区的认识。从分段式缓存构造可以看出，更大的缓冲区理论上可以划分出更多的数据段，能包容更多的互不相干的小数据块。而这种随机的、不连接的、小数据量的读取行为在Web效劳、数据库效劳与日常办公应用中很常见。如在Web效劳中，经常出现对一个网页同时有多个恳求的情况，而一个网页的大小也就是几十到几百KB的容量，假如缓冲区能缓存更多的页面，那么效劳器的表现也会越好。因此大容量缓冲区在这方面的奉献，我们完全肯定。但另一方面，对于大容量，连续读写的数据操作，大容量缓冲区同样能发挥重要的作用。更大的缓冲区此时意味可一次缓冲更多的数据硬

20、盘会根据数据量将区段合并，即能在一样的时间内向主机或磁头发送更多的数据，而磁头的连续读写扇区的才能更容易发挥。所以，在音频、视频处理等经常用到大数据量连续读写的场合，大容量缓冲区硬盘是最正确之选。在下面的测试中，大家也会发现8MB缓冲区硬盘相对于2MB缓冲区硬盘的整体优势。对硬盘认识的常见误区二5、 SCSI与IDE的性能： 在WD1000JB推出时，有些读者就根据其与低端SCSI硬盘的比照测试数据，曲解原文的用意发表了IDE硬盘性能已经可与SCSI硬盘相抗衡的看法，这显然是一种误导。在测试原文中与WD1000JB做比照的是希捷早期万转SCSI硬盘Cheetah 36XL。单碟容量为9GB，不

21、到1000JB单碟容量的1/3，缓冲区容量为4MB，而WD1000JB那么是8MB，但两者的持续传输率根本一致，因此有一定可比性。原文将当时最高配置的IDE硬盘与较低配置的SCSI硬盘作比照的主要用意在于证明8MB缓冲区的作用，并通过测试说明在此情况下最高端IDE的性能完全可以与低端SCSI一争上下，而不是给“IDE性能可与SCSI对抗这一笼统的错误说法提供论据，因为这种比拟是有条件的。从测试成绩上看，Cheetah 36XL全面落后，但这是在单盘情况下。而随着硬盘数量的增多，SCSI共享数据通道的优势将逐渐表达，此时就不是IDE硬盘可比的了，即使你接满4块IDE硬盘也于事无补，况且随着更高单

22、碟容量如18GB的万转SCSI与15000转SCSI硬盘的普及，IDE的单盘优势也不明显了。所以SCSI与IDE根本就针对着不同的市场与操作应用。做比照测试的原作者也只是借WD1000JB证明，目前最高端IDE硬盘完全可以在负荷不很繁重的中低端单盘工作站市场一展身手，而不是全面冲击SCSI硬盘，这一点一定要认清楚，不要误解原文作者的用意。6、 总容量与性能： 假如单碟容量一样，那么总容量的不同就意味着磁头数量即数据面数，一张磁盘有两个数据面，但有时只用一个，而一个数据面对应一个磁头的不同，这其中会与性能有什么关系呢？由此就要联络到柱面这一概念，柱面是指硬盘中每张磁盘上编号位置一样的磁道集合，硬

23、盘操作时，是从最外圈柱面开场，当该柱面所有磁道用完后，再移至内圈的下一个柱面，而不是先存完一张盘再存一张盘。同系列的硬盘的柱面数是一样的，但每个柱面包含的磁道数要因磁头数而异，计算公式为：磁道数=磁头数柱面数。如迈拓D740X，20GB型号由于只有一个磁头，所以一个柱面的容量是一个磁道，而80GB型号那么是4个磁头，一个柱面的容量就是4个磁道。以最外圈柱面为例，D740X是外圈磁道是837个扇区，按每扇区512字节计算，20GB型号的最外圈柱面的容量为418.5KB， 80GB型号的最外圈柱面容量为1674KB 。也就是说假如连续存储500KB的数据，20GB就要挪动磁头进展道间寻道了，但80

24、GB的还不会，只是存在同一柱面内磁头切换的延迟。大家可以这么认为，80GB型号中一个柱面相当于20GB型号中的4个柱面，而同一柱面内的磁道切换速度通常要快于柱面间的切换，对保持数据传输率更为有利。柱面示意图 由此，很多人可能得出结论，同一产品系列中，磁头数越多的型号的连续读写性能越好假如是零散读写根本不受柱面容量的影响。这个说法根本正确，但是有忽略的地方。首先，目前的硬盘都采用了区域数据记录，在同一区域内，每磁道扇区数固定，比方D740X分为15个数据区最外圈还有一个但用于存储系统数据，可不计，最外圈数据区中有2582个柱面，这些柱面的扇区数是一样的，所以即使是20GB型号，也只会在存满1.0

25、3GB左右的数据后才转入下一个SPT更少的数据区。而且也有柱面切换速度比磁头切换快的硬盘，D740X就是，因此在这头1个GB的数据区中，80GB的D740X型号性能也许更差。但我们一般使用硬盘都要分区，C盘大概在5-10GB左右，此时20GB的型号已用到了第4个数据区，而10GB的容量在80GB型号中还没有超出第二个数据区，因此就这个分区的整体性能而言，80GB的显然要占优势。从WinBench的硬盘传输率曲线上就能看出这一点， 80GB型号的最高传输率范围覆盖了更多的空间。不过，上面的比照是较极端的，假如是40GB与60GB的型号去比照就不会这么明显，可以说磁头数相差假如在3个以内，性能的差

26、距将非常微弱，但对有的硬盘，即使磁头数相差3个也根本不会有什么差距。 上为D740X-80GB型号的DTR曲线图，下为D740X-40GB型号的DTR曲线图，以10GB容量为界，可发现40GB型号已经用到了DTR更低的第三个数据区，而80GB型号仍处在DTR更高的第二个数据区，理论性能要强于40GB型号 如今再让我们看看另一个例子酷鱼四，从曲线图上可以看出其第一个数据区占据了1/3多的柱面，也就是说即使是20GB的酷鱼四，在前10GB容量的性能不见得就比80GB的型号差。所以，详细的差异除了要看磁头相差数量还要看数据区的设置。另外，在产品的消费过程中，厂商可能随时进展改进不仅指Firmware

27、，还包括元件的优化与改进等，往往会出现新的产品比老产品性能更好的情况，比方WD的CaviarXL系列，评测的1200BB是2001年9月的产品10月才发布单碟40GB的CaviarXL系列，800BB与400BB都是今年一月和二月的产品Firmware版本没变，后两者的表现与1200BB相比并无优势。而IBM那么为不同磁头数的型号开发了不同版本的Firmware，使得各型号的性能表现都趋于一致。因此，影响容量与性能的可变因素很多。 上为酷鱼四-60GB型号的DTR曲线图，下为酷鱼四-80GB型号的DTR曲线图，即使以20GB容量为界，可发现60GB型号仍在DTR最高的第一个数据区，理论上性能和

28、80GB型号一样 不过，在一些测试中，最大容量型号的表现根本都很出色，有的大容量5400RPM的性能甚至好过一些小容量的7200RPM硬盘。7、 FDB的作用： FDB马达对于很多人来说是比拟新颖的，在很多公司的宣传中，FDB的作用被定为减少噪音与热量，甚至能进步性能。这么说似乎有道理，但容易产生误导。BB轴承使用圆形滚珠材料可为金属或陶瓷作为主轴与基座之间的运动连接/支撑体，由于滚珠加工准确度产生的必然差异，在主轴高速运转中，滚珠之间会发生碰撞而振动，这就是马达主轴噪音的主要根源其他原因还包括轴承装配精度与力矩的平衡，FDB那么使用了液态光滑物质代替滚珠，这样就完全消除了因碰撞产生的噪音。但

29、是，主轴的噪音在硬盘整体噪音中的强度比重较小，而且人耳对其远不如音圈马达寻道噪音敏感因为频率较低，所以FDB的减噪功能确切的说只有在硬盘空闲时磁盘空转，磁头不寻址才能表达。另外，对于热量，滚珠之间磨擦肯定是一个热源，但这与马达电机相比也不算什么，而且FDB的效率往往并不如BB，马达功耗可能会更大。第一块使用FDB的IDE硬盘希捷的“大灰熊，其热量之高想必是很多老玩家记忆犹新的，而且即使是不用滚珠的音圈马达的热量也很高。因此主轴马达的主要热源并不在轴承。我们在测试中也发现，现阶段FDB并没有表达出对BB的降热优势。 综上所述，大家要对FDB有一个客观的认识，不能盲目听信宣传，认为FDB肯定比BB

30、好毕竟转速是固定的，性能不会改变。至少在目前，FDB并没有多大优势，这可能也是为什么IBM与WD仍没有使用FDB的一大原因。8、 怎么测试硬盘： 看过不少的硬盘横向测试，虽然使用的软件都一样，但其中的测试方法实在不敢认同。硬盘测试有两个方面，一是硬盘本身的性能，另一个是硬盘对整机性能的影响。对于前者，很多测试人员将被测硬盘也当作是系统硬盘，也划出成多个分区。虽然比拟符合实际的应用，但不能真正反映硬盘的性能，而真正符合实际应用的测试并不在于硬盘的单独测试上。事实上，最合理的硬盘单独测试方法是，操作系统与测试软件装在另一个硬盘上，被测硬盘单独接在一个硬盘接口，接下来就是分区，此时必需要将全部容量分

31、成一个区才能表达硬盘的综合性能。如今最常用也是最好用的硬盘测试软件WinBench99就是以分区大小来确定测试区域的，包括DTR、访问时间、应用模拟测试等，在DTR测试中以分区的最外圈磁道开场到分区的最内圈磁道终止，所以假如只用头10GB的容量为一个分区，那么测出来的就是这10GB之内的DTR而不是整个硬盘的，这也是为什么有些数据中，完毕端比起始端的数值还要高的原因假如分区容量没有超出数据区，那么很容易因为误差产生这种结果。另外，假如测试区域很小，那么磁头寻道的时间也会限制在更低的范围内因为寻道的范围也小了，同样有利于得高分，类似的影响也表达在商业与高端测试中。所以，硬盘单独测试时必须进展全分

32、区！至于用什么样的文件系统就不是很重要了，不过FAT32的得分一般都比NTFS的高，但假如测试条件统一，那么都是有说服力的，成绩排名也不会因为文件系统的改变而改变。 如今再说说整机测试。虽然是硬盘横向测试，但要想知道哪个硬盘对整机性能提升最大，就必须动用Winstone系列软件来进展比照测试了，这可以说是对硬盘的性能终极考试，因为WinBench99相对简单，也不是很全面，更容易被厂商钻空，而Winstone就不一样了，硬盘只是其中的一个子系统，但它也会影响最终的成绩。遗憾的是很多硬盘横向测试中都没有这一项，只是简单的跑跑WinBech99就完了。Winstone测试就要在接近真实使用情况的设置下进展，此时就不能用全分区了，因为现实中很少有人这么做。而测试一般都在被测硬盘的C区，所以容量通常为5-10GB。当然，也可以