خصائص أداء محرك الأقراص الصلبة

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

يُعزى الأداء العالي لمحركات الأقراص الصلبة إلى الأجهزة التي تتمتع بخصائص أداء أفضل. [ 1 ] [ 2 ] ويمكن تصنيف خصائص الأداء هذه إلى فئتين: زمن الوصول وزمن نقل البيانات (أو معدله) . [ 3 ]

وقت الوصول

رأس القرص الصلب على ذراع الوصول الموجود فوق قرص القرص الصلب مباشرةً.

زمن الوصول أو زمن الاستجابة لمحرك الأقراص الدوار هو مقياس للوقت الذي يستغرقه المحرك قبل أن يتمكن من نقل البيانات فعليًا . وتتعلق العوامل التي تتحكم في هذا الزمن في محركات الأقراص الدوارة في الغالب بالطبيعة الميكانيكية للأقراص الدوارة ورؤوس القراءة والكتابة المتحركة . ويتكون من عدة عناصر قابلة للقياس بشكل مستقل، تُجمع معًا للحصول على قيمة واحدة عند تقييم أداء جهاز التخزين. قد يختلف زمن الوصول اختلافًا كبيرًا، لذا عادةً ما توفره الشركات المصنعة أو يُقاس في اختبارات الأداء كمتوسط. [ 3 ] [ 4 ]

المكونات الرئيسية التي يتم جمعها عادةً للحصول على وقت الوصول هي: [ 2 ] [ 5 ]

ابحث عن الوقت

في محركات الأقراص الدوارة، يقيس زمن البحث الوقت الذي تستغرقه مجموعة رأس القراءة/الكتابة على ذراع المحرك للوصول إلى مسار القرص حيث ستُقرأ البيانات أو تُكتب. [ 5 ] تُخزن البيانات على الوسائط في قطاعات مُرتبة في مسارات دائرية متوازية ( متحدة المركز أو حلزونية حسب نوع الجهاز )، ويوجد محرك بذراع يحمل رأسًا قادرًا على نقل البيانات عبر تلك الوسائط. عندما يحتاج محرك الأقراص إلى قراءة أو كتابة قطاع معين، فإنه يُحدد المسار الذي يقع فيه هذا القطاع. [ 6 ] ثم يستخدم المحرك لتحريك الرأس إلى ذلك المسار. إذا كان الموقع الابتدائي للرأس هو المسار المطلوب، فسيكون زمن البحث صفرًا. أما إذا كان الموقع الابتدائي هو الحافة الخارجية للوسائط وكان المسار المطلوب عند الحافة الداخلية، فسيكون زمن البحث هو الأطول لهذا المحرك. [ 7 ] [ 8 ] لا تتناسب أزمنة البحث خطيًا مع مسافة البحث المقطوعة بسبب عوامل تسارع وتباطؤ ذراع المحرك. [ 9 ]

متوسط ​​زمن البحث في محرك الأقراص الدوار هو متوسط ​​جميع أزمنة البحث الممكنة، وهو من الناحية الفنية يُحسب بقسمة زمن إجراء جميع عمليات البحث الممكنة على عددها، ولكن عمليًا يُحدد هذا المتوسط ​​باستخدام الأساليب الإحصائية أو يُقارب ببساطة بزمن البحث على ثلث عدد المسارات. [ 5 ] [ 7 ] [ 10 ]

ابحث عن الأوقات والخصائص

كان متوسط ​​زمن البحث في أول قرص صلب [ 11 ]  حوالي 600 مللي ثانية. [ 12 ] وبحلول منتصف سبعينيات القرن العشرين، أصبحت الأقراص الصلبة متوفرة بأزمنة بحث تبلغ حوالي 25  مللي ثانية. [ 13 ] استخدمت بعض محركات أقراص الكمبيوتر الشخصي المبكرة محركًا متدرجًا لتحريك رؤوس القراءة والكتابة، ونتيجة لذلك، كانت أزمنة البحث فيها بطيئة تصل إلى 80-120  مللي ثانية، ولكن سرعان ما تحسن هذا الأمر بفضل تقنية التشغيل بملف صوتي في ثمانينيات القرن العشرين، مما قلل أزمنة البحث إلى حوالي 20  مللي ثانية. واستمر زمن البحث في التحسن ببطء مع مرور الوقت.

كانت أسرع محركات أقراص الخوادم عالية الأداء في عام 2010 تتمتع بوقت بحث يبلغ حوالي 4 مللي ثانية . [ 14 ] تحتوي بعض الأجهزة المحمولة على محركات أقراص بزمن بحث يبلغ 15 مللي ثانية، مع كون محركات الأقراص المحمولة الأكثر شيوعًا حوالي 12 مللي ثانية [ 15 ]، بينما يبلغ زمن البحث في محركات أقراص سطح المكتب الأكثر شيوعًا حوالي 9 مللي ثانية.    

هناك مقياسان آخران للبحث أقل شيوعًا، وهما: المسافة بين المسارات والمدى الكامل . يُقاس زمن الانتقال بين المسارات بالوقت اللازم للانتقال من مسار إلى آخر مجاور له. [ 5 ] وهو أقصر (أسرع) زمن بحث ممكن. في محركات الأقراص الصلبة، يتراوح هذا الزمن عادةً بين 0.2 و0.8  مللي ثانية. [ 16 ] أما زمن المدى الكامل، فيُقاس بالوقت اللازم للانتقال من أبعد مسار إلى أقرب مسار. وهو أطول (أبطأ) زمن بحث ممكن. [ 7 ]

ضربات قصيرة

يُستخدم مصطلح "القيادة القصيرة" في بيئات تخزين المؤسسات لوصف محرك أقراص صلبة (HDD) مُقيد عمدًا في سعته الإجمالية، بحيث لا يحتاج المحرك إلا إلى تحريك رؤوس القراءة/الكتابة عبر عدد أقل من المسارات. [ 17 ] يحد هذا من أقصى مسافة يمكن أن تفصل الرؤوس عن أي نقطة على القرص، مما يقلل من متوسط ​​زمن البحث، ولكنه يحد أيضًا من السعة الإجمالية للقرص. يُمكّن زمن البحث المُخفّض هذا محرك الأقراص الصلبة من زيادة عدد عمليات الإدخال/الإخراج في الثانية (IOPS) المتاحة. ترتفع التكلفة واستهلاك الطاقة لكل بايت قابل للاستخدام من التخزين مع انخفاض أقصى مدى للمسارات. [ 18 ] [ 19 ]

تأثير التحكم في الضوضاء المسموعة والاهتزازات

يُقاس مستوى الضوضاء المسموعة بوحدة ديسيبل (A) ، وهو أمر بالغ الأهمية في بعض التطبيقات، مثل أجهزة تسجيل الفيديو الرقمية (DVR) وتسجيل الصوت الرقمي وأجهزة الكمبيوتر الهادئة . تستخدم الأقراص منخفضة الضوضاء عادةً محامل سائلة ، وسرعات دوران منخفضة (عادةً 5400 دورة في الدقيقة)، وتقلل من سرعة البحث تحت الحمل ( AAM ) للحد من أصوات النقر والخشخشة المسموعة. غالبًا ما تكون محركات الأقراص ذات الأحجام الأصغر (مثل 2.5 بوصة) أكثر هدوءًا من محركات الأقراص الأكبر حجمًا نظرًا لصغر حجم المحركات والأقراص، وعادةً ما تكون سرعة دورانها 5400 دورة في الدقيقة مقارنةً بـ 7200 دورة في الدقيقة لمعظم محركات الأقراص 3.5 بوصة. [ 20 ]  

تتيح بعض محركات الأقراص المكتبية والمحمولة للمستخدم الموازنة بين سرعة البحث ومستوى الضوضاء. على سبيل المثال، توفر شركة سيجيت في بعض محركاتها تقنية "حاجز الصوت" التي تتضمن إمكانية التحكم في الضوضاء والاهتزازات من قِبل المستخدم أو النظام. تتطلب أوقات البحث الأقصر عادةً استهلاكًا أكبر للطاقة لتحريك رؤوس القراءة والكتابة بسرعة عبر القرص، مما يُسبب ضوضاءً عالية من محمل الدوران واهتزازات أكبر للجهاز نظرًا لتسارع الرؤوس بشكل كبير في بداية حركة البحث وتباطؤها في نهايتها. يُقلل التشغيل الهادئ من سرعة الحركة ومعدلات التسارع، ولكن على حساب انخفاض سرعة البحث. [ 21 ]

زمن الاستجابة الدوراني

أرقام نموذجية لمحركات الأقراص الصلبة
سرعة دوران القرص الصلب [دورة في الدقيقة]متوسط ​​زمن الاستجابة الدورانية [مللي ثانية]
42007.14
54005.56
72004.17
100003.00
150002.00

زمن الاستجابة الدوراني (يُسمى أحيانًا تأخير الدوران أو ببساطة زمن الاستجابة ) هو التأخير الناتج عن انتظار دوران القرص حتى يصل قطاع القرص المطلوب إلى رأس القراءة والكتابة. [ 22 ] كانت محركات الأقراص القديمة بسرعة 3600 دورة في الدقيقة تتميز بزمن استجابة يبلغ 8.33 مللي ثانية، مع العلم أن هذه السرعة لا توجد إلا في محركات الأقراص المصنعة في منتصف التسعينيات وما قبلها. يعتمد زمن الاستجابة على سرعة دوران القرص (أو محرك المغزل )، والتي تُقاس بالدورات في الدقيقة (RPM). [ 5 ] [ 23 ] بالنسبة لمعظم محركات الأقراص التي تعتمد على الوسائط المغناطيسية، يُحسب متوسط ​​زمن الاستجابة الدوراني عادةً بناءً على العلاقة التجريبية التي تنص على أن متوسط ​​زمن الاستجابة بالمللي ثانية لمثل هذا المحرك يساوي نصف فترة الدوران. أقصى زمن استجابة دوراني هو الوقت اللازم لإتمام دورة كاملة باستثناء أي وقت بدء التشغيل (حيث قد يكون الجزء المعني من القرص قد تجاوز رأس القراءة والكتابة عند وصول الطلب). [ 24 ]

  • أقصى زمن استجابة = 60/دورة في الدقيقة
  • متوسط ​​زمن الاستجابة = 0.5 * أقصى زمن استجابة

لذا، يمكن تحسين (تقليل) زمن استجابة الدوران وزمن الوصول الناتج عنه عن طريق زيادة سرعة دوران الأقراص. [ 5 ] وهذا بدوره يُحسّن (يزيد) معدل نقل البيانات (سيتم مناقشة ذلك لاحقًا في هذه المقالة).

يمكن لسرعة محرك المغزل استخدام أحد نوعين من طرق دوران القرص: 1) السرعة الخطية الثابتة (CLV)، المستخدمة بشكل رئيسي في التخزين البصري، حيث تغير سرعة دوران القرص البصري اعتمادًا على موضع الرأس، و2) السرعة الزاوية الثابتة (CAV)، المستخدمة في محركات الأقراص الصلبة، ومحركات الأقراص المرنة القياسية، وبعض أنظمة الأقراص الضوئية، وأسطوانات الفينيل الصوتية ، حيث تدور الوسائط بسرعة ثابتة بغض النظر عن موضع الرأس.

تظهر مشكلة أخرى اعتمادًا على ثبات كثافة البتات السطحية. عادةً، مع معدل دوران CAV، لا تكون الكثافة ثابتة، بحيث تحتوي المسارات الخارجية الطويلة على نفس عدد البتات الموجودة في المسارات الداخلية الأقصر. أما عندما تكون كثافة البتات ثابتة، فإن المسارات الخارجية تحتوي على عدد بتات أكبر من المسارات الداخلية، ويتم دمج ذلك عادةً مع معدل دوران CLV. في كلتا الحالتين، تكون معدلات نقل البتات المتجاورة ثابتة. وهذا ليس هو الحال مع طرق أخرى، مثل استخدام كثافة بتات ثابتة مع معدل دوران CAV.

تأثير انخفاض استهلاك الطاقة

أصبح استهلاك الطاقة ذا أهمية متزايدة، ليس فقط في الأجهزة المحمولة كأجهزة الكمبيوتر المحمولة، بل أيضًا في أسواق الخوادم وأجهزة الكمبيوتر المكتبية. وقد أدى ازدياد كثافة أجهزة مراكز البيانات إلى مشاكل في توفير الطاقة الكافية للأجهزة (خاصةً عند بدء التشغيل )، والتخلص من الحرارة الناتجة ، فضلًا عن المخاوف البيئية وتكاليف الكهرباء (انظر الحوسبة الخضراء ). تدعم معظم محركات الأقراص الصلبة اليوم نوعًا من إدارة الطاقة ، والتي تستخدم عددًا من أوضاع الطاقة المحددة التي توفر الطاقة عن طريق تقليل الأداء. عند تفعيل هذه الميزة، ينتقل محرك الأقراص الصلبة بين وضع الطاقة الكاملة ووضع أو أكثر من أوضاع توفير الطاقة، وذلك حسب استخدام القرص. قد يستغرق التعافي من أعمق وضع، والذي يُسمى عادةً وضع السكون حيث يتوقف القرص عن الدوران ، عدة ثوانٍ ليصبح جاهزًا للعمل بكامل طاقته، مما يزيد من زمن الاستجابة. [ 25 ] كما يقوم مصنعو محركات الأقراص الآن بإنتاج محركات أقراص خضراء تتضمن بعض الميزات الإضافية التي تقلل من استهلاك الطاقة، ولكنها قد تؤثر سلبًا على زمن الاستجابة، بما في ذلك خفض سرعات الدوران وإبعاد رؤوس القراءة/الكتابة عن الوسائط لتقليل الاحتكاك. [ 26 ]

آخر

الزمن معالجة الأوامر أوزمن معالجة الأوامرهو الوقت الذي تستغرقه إلكترونيات محرك الأقراص لإعداد الاتصال اللازم بين مختلف مكونات الجهاز حتى تتمكن من قراءة البيانات أو كتابتها. يبلغ هذا الزمن حوالي 3ميكروثانية، وهو أقل بكثير من أزمنة المعالجة الأخرى، لذا يُتجاهل عادةً عند اختبار أداء الأجهزة. [ 2 ] [ 27 ]

الزمن الاستقرار هو الوقت الذي تستغرقه رؤوس القراءة والكتابةللاستقرارعلى المسار المستهدف والتوقف عن الاهتزاز، وبالتالي تجنب القراءة أو الكتابةخارج المسار. عادةً ما يكون هذا الزمن قصيرًا جدًا، أقل من 100 ميكروثانية، ويراعيه مصنّعو محركات الأقراص الصلبة الحديثة في مواصفات زمن البحث. [ 28 ]

معدل نقل البيانات

رسم بياني يوضح اعتماد معدل النقل على الأسطوانة

يشمل معدل نقل البيانات لمحرك الأقراص (ويُسمى أيضًا معدل النقل ) كلاً من المعدل الداخلي (نقل البيانات بين سطح القرص ووحدة التحكم في محرك الأقراص) والمعدل الخارجي (نقل البيانات بين وحدة التحكم في محرك الأقراص ونظام التشغيل). ويكون معدل نقل البيانات القابل للقياس هو الأقل (الأبطأ) من بين المعدلين. أما معدل نقل البيانات المستدام ، أو معدل النقل المستدام لمحرك الأقراص، فيكون هو الأقل بين المعدل الداخلي المستدام والمعدل الخارجي المستدام. ويكون المعدل المستدام أقل من أو يساوي المعدل الأقصى أو معدل الذروة، لأنه لا يستفيد من أي ذاكرة تخزين مؤقتة أو ذاكرة تخزين مؤقتة في محرك الأقراص. ويتحدد المعدل الداخلي أيضًا بمعدل الوسائط، ووقت تحميل القطاعات، ووقت تبديل الرؤوس، ووقت تبديل الأسطوانات. [ 5 ] [ 29 ]

معدل الوسائط
معدل قراءة محرك الأقراص للبتات من سطح الوسائط.
وقت معالجة القطاع
يلزم وقت إضافي (بايتات بين القطاعات) لهياكل التحكم والمعلومات الأخرى اللازمة لإدارة محرك الأقراص، وتحديد موقع البيانات والتحقق من صحتها، وتنفيذ وظائف الدعم الأخرى. [ 30 ]
وقت تبديل الرأس
الوقت الإضافي المطلوب للتبديل الكهربائي من رأس إلى آخر، وإعادة محاذاة الرأس مع المسار وبدء القراءة؛ ينطبق فقط على محرك متعدد الرؤوس ويبلغ حوالي 1 إلى 2  مللي ثانية. [ 30 ]
وقت تبديل الأسطوانة
يستغرق الانتقال إلى المسار الأول من الأسطوانة التالية وبدء القراءة وقتًا إضافيًا؛ ويُستخدم مصطلح "الأسطوانة" لأن جميع مسارات محرك الأقراص الذي يحتوي على أكثر من رأس أو سطح بيانات تُقرأ عادةً قبل تحريك المُشغِّل. هذا الوقت عادةً ما يُعادل ضعف وقت البحث بين المسارات. في عام 2001، كان هذا الوقت يتراوح بين 2 و3  مللي ثانية. [ 31 ]

يمكن قياس معدل نقل البيانات (قراءة/كتابة) عن طريق كتابة ملف كبير على القرص باستخدام أدوات خاصة لإنشاء الملفات، ثم قراءة الملف مرة أخرى. في محركات الأقراص الدوارة، يعتمد هذا المعدل على موقع المسار، لذا سيكون أعلى في المناطق الخارجية (حيث يوجد عدد أكبر من قطاعات البيانات لكل مسار) وأقل في المناطق الداخلية (حيث يوجد عدد أقل من قطاعات البيانات لكل مسار)؛ ويكون أعلى بشكل عام في  محركات الأقراص الصلبة ذات سرعة 10000 دورة في الدقيقة.

  • تدعي الأقراص النموذجية من فئة المؤسسات من عشرينيات القرن الحادي والعشرين معدلًا مستدامًا يزيد عن 500  ميجابايت/ثانية. [ 32 ]
    • حقق أسرع قرص صلب في عام 2009 معدلات نقل بيانات مستدامة تصل إلى 204  ميجابايت/ثانية (بحسب ادعاء الشركة المصنعة). [ 33 ]
    • اعتبارًا من عام 2010يبلغ معدل نقل البيانات  من القرص إلى المخزن المؤقت في محرك الأقراص الصلبة المكتبي النموذجي بسرعة 7200 دورة في الدقيقة 1030  ميجابت/ثانية (128.75  ميجابايت/ثانية). [ 34 ]
  • تتمتع محركات الأقراص المرنة بمعدلات نقل بيانات "من القرص إلى المخزن المؤقت " أقل بمقدار رتبة أو رتبتين من حيث الحجم من تلك الخاصة بمحركات الأقراص الصلبة.
  • تختلف معدلات نقل البيانات المستدامة "من القرص إلى المخزن المؤقت " بين عائلات محركات الأقراص الضوئية، حيث تبلغ سرعة محركات الأقراص المضغوطة 1x الأبطأ 1.23  ميجابت/ثانية، وهي سرعة تشبه سرعة الأقراص المرنة، بينما يقترب أداء محرك أقراص Blu-ray عالي الأداء 12x بسرعة 432  ميجابت/ثانية من أداء محركات الأقراص الصلبة.

المعيار المستخدم على نطاق واسع لواجهة "المخزن المؤقت إلى الكمبيوتر" في عام 2010 هو  SATA بسرعة 3.0 جيجابت/ثانية، والذي يمكنه إرسال حوالي 300  ميجابايت/ثانية (ترميز 10 بت) من المخزن المؤقت إلى الكمبيوتر، وبالتالي لا يزال متقدمًا بشكل مريح على معظم معدلات نقل البيانات من القرص إلى المخزن المؤقت.

لا تخضع محركات الأقراص الصلبة SSD لنفس القيود الداخلية لمحركات الأقراص الصلبة HDD، لذا فإن معدلات نقل البيانات الداخلية والخارجية فيها غالبًا ما تستغل أقصى إمكانيات واجهة الاتصال بين القرص والجهاز المضيف. يُضاعف الجيل الأحدث من SATA السرعة إلى 6.0  جيجابت/ثانية، وهو ما يكفي لمحركات الأقراص الصلبة SSD التي ظهرت في أوائل العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين.

تأثير نظام الملفات

يمكن أن يتأثر معدل نقل البيانات بتجزئة نظام الملفات وتخطيطها. وتُعدّ عملية إلغاء التجزئة إجراءً يُستخدم لتقليل التأخير في استرجاع البيانات عن طريق نقل العناصر ذات الصلة إلى مناطق متجاورة فعليًا على القرص. [ 35 ] وتقوم بعض أنظمة تشغيل الحاسوب بإلغاء التجزئة تلقائيًا. وعلى الرغم من أن إلغاء التجزئة التلقائي يهدف إلى تقليل تأخيرات الوصول، إلا أن هذا الإجراء قد يُبطئ الاستجابة عند تنفيذه أثناء استخدام الحاسوب. [ 36 ]

تأثير الكثافة السطحية

يعتمد معدل نقل البيانات في محركات الأقراص الصلبة على سرعة دوران الأقراص وكثافة تسجيل البيانات. ولأن الحرارة والاهتزاز يحدّان من سرعة الدوران، فقد أصبحت زيادة الكثافة الطريقة الرئيسية لتحسين معدلات النقل المتسلسل. [ 37 ] وقد زادت الكثافة السطحية (عدد البتات التي يمكن تخزينها في مساحة معينة من القرص) بمرور الوقت من خلال زيادة كل من عدد المسارات عبر القرص وعدد القطاعات لكل مسار. وتؤدي الزيادة الأخيرة إلى زيادة معدل نقل البيانات عند سرعة دوران محددة. ويرتبط تحسين أداء معدل نقل البيانات بالكثافة السطحية فقط من خلال زيادة كثافة البتات السطحية الخطية للمسار (القطاعات لكل مسار). ويمكن أن تؤثر زيادة عدد المسارات على القرص على أوقات البحث، ولكن ليس على معدلات النقل الإجمالية. ووفقًا لمراقبي ومحللي الصناعة للفترة من 2011 إلى 2016، [ 38 ] [ 39 ] "لا تتوقع خارطة الطريق الحالية تحسنًا في كثافة البتات يتجاوز 20% سنويًا". [ 40 ] لم تواكب أوقات البحث الزيادات في الإنتاجية، والتي بدورها لم تواكب النمو في كثافة البت وسعة التخزين.

متداخل

برنامج تهيئة منخفض المستوى من عام 1987 للعثور على أفضل خيار للتداخل ذي الأداء الأعلى لمحرك الأقراص الصلبة IBM PC XT بسعة 10 ميجابايت

يُعدّ التداخل القطاعي خاصيةً قديمةً نسبياً في أجهزة التخزين، ترتبط بمعدل نقل البيانات، ويعود تاريخها إلى زمن كانت فيه الحواسيب بطيئةً للغاية بحيث لا تستطيع قراءة تدفقات البيانات الكبيرة والمتواصلة. كان التداخل يُدخل فجوات بين قطاعات البيانات لإتاحة الوقت للأجهزة البطيئة للاستعداد لقراءة كتلة البيانات التالية. فبدون التداخل، كان القطاع المنطقي التالي يصل إلى رأس القراءة/الكتابة قبل أن يكون الجهاز جاهزاً، مما يُجبر النظام على انتظار دورة كاملة أخرى للقرص قبل أن يتمكن من القراءة.

مع ذلك، ولأن تقنية التداخل تُدخل تأخيرات مادية مقصودة بين كتل البيانات، مما يُقلل من معدل نقل البيانات، فإن ضبط نسبة التداخل على قيمة أعلى من اللازم يُسبب تأخيرات غير ضرورية للأجهزة التي تتمتع بالأداء المطلوب لقراءة القطاعات بسرعة أكبر. لذلك، كان المستخدم النهائي يختار عادةً نسبة التداخل بما يتناسب مع إمكانيات أداء نظام حاسوبه عند تثبيت القرص لأول مرة.

التكنولوجيا الحديثة قادرة على قراءة البيانات بنفس سرعة الحصول عليها من الأقراص الدوارة، لذلك لم يعد يتم استخدام تقنية التداخل.

استهلاك الطاقة

أصبح استهلاك الطاقة ذا أهمية متزايدة، ليس فقط في الأجهزة المحمولة كأجهزة الكمبيوتر المحمولة، بل أيضًا في أسواق الخوادم وأجهزة الكمبيوتر المكتبية. وقد أدى ازدياد كثافة أجهزة مراكز البيانات إلى مشاكل في توفير الطاقة الكافية للأجهزة (خاصةً عند بدء التشغيل)، والتخلص من الحرارة الناتجة، فضلًا عن المخاوف البيئية وتكاليف الكهرباء (انظر الحوسبة الخضراء ). يرتبط تبديد الحرارة ارتباطًا مباشرًا باستهلاك الطاقة، ومع تقادم محركات الأقراص، تزداد معدلات فشل الأقراص عند ارتفاع درجات حرارتها. [ 41 ] وتوجد مشاكل مماثلة في الشركات الكبيرة التي تمتلك آلاف أجهزة الكمبيوتر المكتبية. غالبًا ما تستهلك محركات الأقراص ذات الحجم الأصغر طاقة أقل من محركات الأقراص الأكبر حجمًا. ومن التطورات المهمة في هذا المجال التحكم الفعال في سرعة البحث بحيث يصل رأس القراءة/الكتابة إلى وجهته في الوقت المناسب تمامًا لقراءة القطاع، بدلًا من الوصول بأسرع ما يمكن ثم الانتظار حتى ينتهي القطاع (أي زمن الاستجابة الدوراني). [ 42 ] وتنتج العديد من شركات تصنيع محركات الأقراص الصلبة الآن محركات أقراص خضراء تتطلب طاقة وتبريدًا أقل بكثير. تدور العديد من محركات الأقراص الخضراء هذه بسرعة أقل (أقل من 5400 دورة في الدقيقة مقارنةً بـ 7200 أو 10000 أو 15000 دورة في الدقيقة)، مما يُقلل من الحرارة المُولدة. كما يُمكن خفض استهلاك الطاقة عن طريق إيقاف رؤوس القراءة والكتابة عند عدم استخدام القرص، مما يُقلل الاحتكاك، وضبط سرعات الدوران، [ 43 ] وتعطيل المكونات الداخلية عند عدم استخدامها. [ 44 ]

تستهلك محركات الأقراص طاقة أكبر لفترة وجيزة عند بدء التشغيل. ورغم أن هذا لا يؤثر بشكل مباشر على إجمالي استهلاك الطاقة، إلا أنه يمكن تقليل الحد الأقصى للطاقة المطلوبة من مصدر الطاقة، وبالتالي معدل استهلاكه المطلوب، في الأنظمة التي تحتوي على عدة محركات أقراص من خلال التحكم في وقت بدء تشغيلها.

  • في محركات الأقراص الصلبة SCSI ، يمكن لوحدة التحكم SCSI التحكم مباشرة في بدء تشغيل محركات الأقراص وإيقاف تشغيلها.
  • تدعم بعض محركات الأقراص الصلبة من نوع Parallel ATA (PATA) و Serial ATA (SATA) خاصية التشغيل أثناء وضع الاستعداد (PUIS): حيث لا يبدأ تشغيل أي قرص إلا بعد إصدار وحدة التحكم أو نظام BIOS أمرًا محددًا بذلك. يتيح هذا النظام إمكانية ضبط بدء تشغيل الأقراص بشكل متدرج والحد من استهلاك الطاقة الأقصى عند التشغيل.
  • تدعم بعض  محركات الأقراص الصلبة من نوع SATA II وما بعدها خاصية التشغيل المتدرج ، مما يسمح للكمبيوتر بتشغيل محركات الأقراص بالتتابع لتقليل الحمل على مزود الطاقة عند بدء التشغيل. [ 45 ]

تدعم معظم محركات الأقراص الصلبة اليوم نوعًا من إدارة الطاقة، والتي تستخدم عددًا من أوضاع الطاقة المحددة التي توفر الطاقة عن طريق تقليل الأداء. عند تفعيل هذه الميزة، ينتقل محرك الأقراص الصلبة بين وضع الطاقة الكاملة ووضع أو أكثر من أوضاع توفير الطاقة، وذلك تبعًا لاستخدام القرص. وقد يستغرق التعافي من أعمق وضع، والذي يُسمى عادةً وضع السكون، عدة ثوانٍ. [ 46 ]

مقاومة للصدمات

تُعدّ مقاومة الصدمات بالغة الأهمية للأجهزة المحمولة. تتضمن بعض أجهزة الكمبيوتر المحمولة الآن نظام حماية نشط للقرص الصلب ، يعمل على إيقاف رؤوس القرص في حال سقوط الجهاز، على أمل أن يتم ذلك قبل الاصطدام، لضمان أعلى فرصة ممكنة للنجاة في مثل هذه الحالة. تبلغ أقصى قدرة تحمل للصدمات حتى الآن 350 غرامًا أثناء التشغيل و1000 غرام أثناء التوقف عن التشغيل. [ 47 ]

محركات SMR

تختلف محركات الأقراص الصلبة التي تستخدم تقنية التسجيل المغناطيسي المتداخل (SMR) اختلافًا كبيرًا في خصائص أداء الكتابة عن محركات الأقراص التقليدية (CMR). وعلى وجه الخصوص، تكون عمليات الكتابة العشوائية المستمرة أبطأ بكثير على محركات أقراص SMR. [ 48 ] ونظرًا لأن تقنية SMR تُسبب تدهورًا في أداء الكتابة، فقد تتميز بعض محركات الأقراص الصلبة الجديدة المزودة بتقنية SMR الهجينة (التي تُتيح ضبط نسبة جزء SMR وجزء CMR ديناميكيًا) بخصائص مختلفة باختلاف نسب SMR/CMR. [ 49 ]

مقارنة بمحركات الأقراص الصلبة

لا تحتوي أجهزة الحالة الصلبة (SSDs) على أجزاء متحركة. معظم الخصائص المتعلقة بحركة المكونات الميكانيكية لا تنطبق على قياس أدائها، ولكنها تتأثر ببعض العناصر الكهربائية التي تسبب تأخيرًا قابلًا للقياس في الوصول. [ 50 ]

يقتصر قياس زمن البحث على اختبار الدوائر الإلكترونية التي تُهيئ موقعًا معينًا على ذاكرة جهاز التخزين. يتراوح زمن البحث في محركات الأقراص الصلبة SSD النموذجية بين 0.08 و0.16  مللي ثانية. [ 16 ]

لا تحتاج محركات الأقراص الصلبة SSD القائمة على ذاكرة الفلاش إلى إلغاء التجزئة. مع ذلك، ولأن أنظمة الملفات تكتب صفحات بيانات أصغر (2 كيلوبايت، 4 كيلوبايت، 8 كيلوبايت، أو 16 كيلوبايت) من كتل البيانات التي يديرها محرك الأقراص SSD (من 256  كيلوبايت إلى 4  ميجابايت، أي من 128 إلى 256 صفحة لكل كتلة)، [ 51 ] فقد يتراجع أداء الكتابة لمحرك الأقراص SSD بمرور الوقت مع امتلاء القرص بصفحات جزئية أو لم يعد نظام الملفات بحاجة إليها. يمكن تحسين ذلك باستخدام أمر TRIM من النظام أو عملية جمع البيانات المهملة الداخلية . تتلف ذاكرة الفلاش بمرور الوقت نتيجة الكتابة المتكررة عليها؛ فالكتابات المطلوبة لإلغاء التجزئة تُتلف القرص دون أي فائدة في السرعة. [ 52 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "أداء القرص الصلب (محرك الأقراص الصلبة)  - معدلات النقل، زمن الوصول، وأوقات البحث" . PCTechGuide . تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 يوليو 2011 .
  2. 1 2 3 "وثائق ريد هات: خصائص أداء القرص الصلب" . redhat.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 يوليو 2011 .
  3. 1 2 كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "وقت الوصول" . دليل الكمبيوتر الشخصي . مؤرشف من الأصل في 19 مارس 2012. تم الاسترجاع في 4 أبريل 2012 .
  4. ↑ "التعرف على نظام IOPS" . 25-04-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 03-07-2011 .
  5. 1 2 3 4 5 6 7 "مسرد مصطلحات استعادة بيانات القرص الصلب" . استعادة بيانات نيويورك. مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 يوليو 2011 .
  6. ↑ "ما هو وقت البحث؟ - تعريف من Techopedia" . Techopedia.com .
  7. 1 2 3 كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "ابحث عن الوقت" . دليل الكمبيوتر الشخصي . مؤرشف من الأصل في 19 أبريل 2012. تم الاسترجاع في 4 أبريل 2012 .
  8. ↑ كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "مسارات القرص الصلب، والأسطوانات، والقطاعات" . دليل الكمبيوتر الشخصي . مؤرشف من الأصل في 18 يناير 2019. تم الاطلاع عليه في 7 يناير 2020 .رابط بديل
  9. ↑ كريس روملر؛ جون ويلكس (مارس 1994). "مقدمة في نمذجة محركات الأقراص" (ملف PDF) . مختبرات هيوليت-باكارد . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 أغسطس 2011 .
  10. ↑ "تعريف متوسط ​​وقت البحث" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 17-12-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-07-2011 .
  11. ↑ "أرشيفات IBM - وحدة تخزين الأقراص IBM 350" . IBM. 23 يناير 2003. مؤرشف من الأصل في 9 أبريل 2005. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2011 . 
  12. ↑ "أرشيفات IBM: وحدة تخزين الأقراص IBM 350" . 23 يناير 2003. مؤرشف من الأصل في 9 أبريل 2005. تم الاطلاع عليه في 19 أكتوبر 2012 .
  13. ↑ "أرشيفات IBM - وحدة تخزين الوصول المباشر IBM 3350" . IBM. 23 يناير 2003. مؤرشف من الأصل في 21 يناير 2005. تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 يوليو 2011 . 
  14. ↑ أناند لال شيمبي (6 أبريل 2010). "قرص فيلوسيرابتور VR200M الجديد من ويسترن ديجيتال: 10000 دورة في الدقيقة بسعة 450 جيجابايت و600 جيجابايت" . anandtech.com . مؤرشف من الأصل في 10 أبريل 2010. تم الاطلاع عليه في 19 ديسمبر 2013 . 
  15. ↑ "مواصفات محرك الأقراص WD Scorpio Blue Mobile" . ويسترن ديجيتال . يونيو 2010. مؤرشف من الأصل في 5 يناير 2011. تم الاطلاع عليه في 15 يناير 2011 .
  16. 1 2 "فهم محركات الأقراص الصلبة (الجزء الثاني - الأداء)" (ملف PDF) . HP . 27 أكتوبر 2008. تم الاطلاع عليه في 6 يوليو 2011 .
  17. ↑ "تسريع محرك الأقراص الصلبة عن طريق تقصير زمن الاستجابة" . موقع Tom's Hardware . 5 مارس 2009.
  18. ↑ شميد، باتريك؛ روس، أخيم (5 مارس 2009). "تسريع محرك الأقراص الصلبة عن طريق تقصير مسافة الكتابة" . tomshardware.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 يوليو 2011 .
  19. ↑ نول، ليندا؛ لوبور، جوليا (14 فبراير 2014). أساسيات تنظيم وبنية الحاسوب . جونز وبارتليت ليرنينج. الصفحات 499-500 . ISBN  978-1-284-15077-3.
  20. ↑ كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "الضوضاء والاهتزاز" . دليل الحاسوب الشخصي . مشاكل جودة وموثوقية القرص الصلب. مؤرشف من الأصل في 1 يناير 2012. تم الاطلاع عليه في 4 أبريل 2012 .
  21. ↑ "تقنية حاجز الصوت من سيجيت" (ملف PDF) . نوفمبر 2000. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 24 مارس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 يوليو 2011 .
  22. ↑ في الخمسينيات والستينيات من القرن العشرين، استخدمت أجهزة تخزين البيانات المغناطيسية أسطوانة بدلاً من الأقراص المسطحة.
  23. في بعض أجهزة الكمبيوتر الشخصية القديمة ، كانت سرعة ناقل البيانات الداخلي أبطأ من سرعة نقل البيانات عبر القرص، مما كان يؤدي إلى فقدان بعض القطاعات وفقدان دورة كاملة. ولمنع ذلك، تم استخدام تقنية التداخل بين القطاعات لتقليل سرعة نقل البيانات الفعلية ومنع فقدانها. لم يعد هذا يمثل مشكلة لأجهزة الكمبيوتر الشخصية وأجهزة التخزين الحديثة.
  24. ↑ لوي، سكوت (12 فبراير 2010). "حساب عمليات الإدخال/الإخراج في الثانية في مصفوفة تخزين" . techrepublic.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 يوليو 2011 .
  25. ↑ "إدارة الطاقة التكيفية لمحركات الأقراص الصلبة المحمولة" . شركة آي بي إم . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2011-07-06 .
  26. ↑ "محرك أقراص صلبة Momentus 5400.5 SATA 3Gb/s 320-GB" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29-11-2010 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 06-07-2011 .
  27. ↑ كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "وقت معالجة الأوامر" . دليل الحاسوب الشخصي . مؤرشف من الأصل في 19 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه في 4 أبريل 2012 .
  28. ↑ كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "وقت الاستقرار" . دليل الكمبيوتر الشخصي . مؤرشف من الأصل في 8 يناير 2012. تم الاسترجاع في 4 أبريل 2012 .
  29. ↑ كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "مواصفات أداء النقل" . دليل الكمبيوتر الشخصي . مؤرشف من الأصل في 20 مارس 2012. تم الاسترجاع في 4 أبريل 2012 .
  30. 1 2 كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "وقت تبديل الرأس" . دليل الكمبيوتر الشخصي . مؤرشف من الأصل في 14 مارس 2013. تم الاسترجاع في 4 أبريل 2012 .
  31. ↑ كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "وقت مفتاح الأسطوانة" . دليل الكمبيوتر الشخصي . مؤرشف من الأصل في 14 مارس 2013. تم الاسترجاع في 4 أبريل 2012 .
  32. ↑ "ورقة بيانات Exos 2X18" (PDF) .
  33. ↑ "Cheetah 15K.7 (600, 450 and 300GB • 15K RPM • 6Gb/s Serial Attached SCSI • 4Gb/s Fibre Channel)" (PDF) . 2009.
  34. ↑ "اعتبارات السرعة" . سيجيت . مؤرشف من الأصل في 20 سبتمبر 2011. تم الاسترجاع في 2 ديسمبر 2013 .
  35. ↑ كيرنز، ديف (18 أبريل 2001). "كيفية إلغاء تجزئة القرص" . ITWorld . مؤرشف من الأصل في 20 فبراير 2010. تم الاطلاع عليه في 3 يوليو 2011 .
  36. ↑ برودا، ريك (10 أبريل 2009). "إيقاف تشغيل برنامج إلغاء تجزئة القرص قد يحل مشكلة بطء جهاز الكمبيوتر" . بي سي وورلد . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 يوليو 2011 .
  37. ↑ كوزيروك، تشارلز (17 أبريل 2001). "الكثافة السطحية" . دليل الكمبيوتر الشخصي . مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2017. تم الاسترجاع في 4 أبريل 2012 .
  38. ↑ "تضاعف كثافة مساحة محركات الأقراص الصلبة خلال خمس سنوات" (بيان صحفي). أبحاث IHSi iSuppli. storagenewsletter.com. 24 مايو 2012. تاريخ الاطلاع: 31 مايو 2014 .
  39. ↑ ديف أندرسون (2013). "فرص وتحديات محركات الأقراص الصلبة، من الآن وحتى عام 2020" (ملف PDF) . سيجيت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 مايو 2014 .
  40. ↑ روزنتال، ديفيد إس إتش؛ روزنتال، دانيال سي؛ ميلر، إيثان إل؛ آدامز، إيان إف. (28-09-2012). اقتصاديات التخزين الرقمي طويل الأمد (ملف PDF) . المؤتمر الدولي لليونسكو، ذاكرة العالم في العصر الرقمي: الرقمنة والحفظ (ملف PDF) . اليونسكو. الصفحات 513-528 . 
  41. ↑ أرتامونوف، أوليغ (6 ديسمبر 2007). "قياسات استهلاك الطاقة لمحركات الأقراص الصلبة: منهجية إكس-بت" . مختبرات إكس-بت . مؤرشف من الأصل في 16 أكتوبر 2012.
  42. ↑ مثال: برنامج Intelliseek من شركة Western Digital، مؤرشف بتاريخ 18 نوفمبر 2012 في أرشيف Wayback Machine
  43. ↑ "هيتاشي تكشف النقاب عن قرص صلب موفر للطاقة بسرعة دوران متغيرة" . Xbitlabs.com. 22 أكتوبر 2007. مؤرشف من الأصل في 17 أغسطس 2012. تم الاطلاع عليه في 26 أبريل 2012 .
  44. ↑ ويبر ، لورانس؛ والاس، مايكل (2009). التكنولوجيا الخضراء: كيفية تخطيط وتنفيذ حلول تكنولوجيا المعلومات المستدامة . أماكوم. ص 62. ISBN  978-0-8144-1446-0محرك أقراص أخضر .
  45. ↑ مراجعات موثوقة (31 أغسطس 2005). "قرص هيتاشي ديسك ستار 7K500 بسعة 500 جيجابايت: هل هو سريع بقدر سعته؟ "
  46. ↑ "إدارة الطاقة التكيفية لمحركات الأقراص الصلبة المحمولة" . Almaden.ibm.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أبريل 2012 .
  47. ↑ قرص صلب Momentus 5400.5 SATA 3Gb/s بسعة 320 جيجابايت، مؤرشف بتاريخ 29 نوفمبر 2010 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  48. ↑ كينيدي، باتريك (26 أبريل 2020). "يجب إيقاف استبدال ذاكرة SMR في خطوط محركات الأقراص الصلبة سرًا" . ServeTheHome . معلومات أساسية عن ذاكرة SMR والصناعة (دقيقتان) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 نوفمبر 2020 .{{cite web}}: CS1 maint: location ( link )
  49. ↑ كولينز، بريندان (13 نوفمبر 2017). "نظام SMR الهجين الديناميكي" . مدونة ويسترن ديجيتال . مؤرشف من الأصل بتاريخ 6 يناير 2026. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 أبريل 2026 .
  50. ↑ لي، يو هسوان (ديسمبر 2008). "إلغاء تجزئة القرص أم لا - هذا هو السؤال بالنسبة لمحركات الأقراص الصلبة SSD" . rtcmagazine.com. مؤرشف من الأصل في 24 أبريل 2011. تم الاطلاع عليه في 1 يوليو 2011 .
  51. ↑ "كيف تعمل أنظمة SSDS؟ - إكستريم تك" .
  52. ↑ "الحفاظ على أداء محركات الأقراص الصلبة SSD" (ملف PDF) . 2010. تم الاطلاع عليه في 6 يوليو 2011 .