Оптимальная емкость винчестеров для настольных пк в 1992-2000 годах

	1992	1993	1994	1995	1996	1997	1998	1999	2000
Емкость винчестера (Мбайт)	120	170	420	850	1280	2100	4300	8500	17000

Из табл. 13 видно, что увеличение емкости жестких дисков носит экспоненциальный характер. Построив соответствующую диаграмму, попытаемся определить прогнозные значения на 2001 и 2002 годы, при условии, что сложившаяся тенденция не потерпит существенных изменений.

Применив к полученному ряду аппроксимацию экспоненциальным трендом, получим уравнение у = = 59,928е^0,6184х. Так как величина достоверности аппроксимации высока (R² = 0,9949), то можно с высокой степенью достоверности предположить, что оптимальная емкость винчестеров составит в 2001 г. приблизительно 26 Гбайт, а в 2002 г. – 54 Гбайт.

Показатель надежности очень важен для жестких дисков. Существуют два показателя надежности жестких дисков:

1) число циклов старт / стоп (Start/Stop Cycles);

2) время наработки на отказ (Mean Time Before Failure – MTBF).

Сущность последнего показателя можно проиллюстрировать на следующем примере. Так, при эксплуатации винчестеров со средним временем между отказами 200 тыс. часов в системе из пяти накопителей, среднее время отказа уменьшается в пять раз – до 40 тыс. часов. Это означает, что с вероятностью 1% отказ произойдёт через 40000 x 0,01 = 400 часов или через 17 суток. Такой уровень надёжности неприемлем.

Рис. 21. Диаграмма изменения емкости винчестеров

Важной характеристикой для жёсткого диска является также скорость вращения. На современных моделях этот показатель составляет 3400-10000 об/мин.

Характерной особенностью маркировки является то, что указанная в названии модели примерная ёмкость рассчитана на миллион байт, а не мегабайт (1 Мбайт равен 1048576 байт). То есть в математическом виде это выглядит следующим образом:

• по мнению производителей винчестеров 1 Мбайт = 10⁶ = 1 000 000 байт;

• реально, так как 1 Кбайт = 1024 байт, то 1 Мбайт = 10²⁰ = 1048576 байт.

Жесткие диски выпускаются основными производителями с двумя интерфейсами:

• IDE (Integrated Drive Electronics) для однопользовательских систем;

• SCSI (Small Computers Systems Interface) для многозадачных операционных систем.

Винчестеры, соответствующие стандарту АТА-2, обмениваются данными со скоростью до 16,6 Мбайт/с, а винчестеры Ultra ATA-4 поддерживают скорость передачи данных в пакетном режиме до 33 Мбайт/с. Протокол передачи данных Ultra DMA/33 и Ultra DMA/66 поддерживают наборы логики на материнских платах. Интерфейс Ultra ATA/66 не только вдвое быстрее Ultra DMA /33, но и имеет большую надежность благодаря улучшенной кабельной системе и вычислению контрольных сумм при передаче данных. Накопители с новым интерфейсом будут совместимы сверху вниз с существующим интерфейсом, то есть смогут работать в нынешних ПК при скорости передачи данных до 33 Мбайт/с. Для того, чтобы достичь максимальной скорости – 66 Мбайт/с, владельцам компьютеров придется приобрести специальный кабель. Использование Ultra DMA/66 в 2000 г. стало новым отраслевым стандартом. Подчеркнем, что АТА, АТА-2, АТА-3 это официальные названия стандарта. A IDE, E-IDE, UltraATA, представляют собой маркетинговые термины, используемые исследовательскими компаниями и производителями винчестеров жестких дисков.

Последним этапом в развитии технологии UltraATA скорее всего станет интерфейс UltraATA/100. Дальнейшим развитием может стать интерфейс, созданный по спецификации SerialATA. SerialATA позволит в значительной степени увеличить пропускную способность интерфейсов передачи данных.

E-IDE винчестеры не только используют режим программируемого ввода-вывода (Р10, Processor/ Programmed Input/Output), контроллер прямого доступа к памяти (DMA, Direct Memory Access), но и применяют считывание за одно прерывание нескольких стандартных секторов (Multiple Read/Write), что позволяет повысить производительность системы.

Основные параметры скорости передачи данных для IDE/EIDE-режимов (Мбайт/с) приводятся в табл. 14.

Таблица 14

Скорость передачи данных для IDE/EIDE-режимов

	PIO					DMA			Multiword DMA			ATA
	0	1	2	3	4	0	1	2	0	1	2	33	66	100
Мбайт/c	3,3	5,2	8,3	11,1	16,6	2,1	4,2	8,3	4,2	13,3	16,6	33,3	66,7	100,0

Архитектура SCSI позволяет к стандартному контроллеру подключать до 15 внешних, возможно разнородных, устройств. Ими могут быть жесткие диски, стриммеры, сканеры и т.д. Параметры скорости передачи данных для SCSI-режимов (Мбайт/с) приводятся в табл. 15.

Таблица 15

Максимальная скорость передачи данных для различных SCSI-режимов

	SCSI	Fast SCSI	Wide SCSI	Fast Wide SCSI	Ultra SCSI	Fibre Channel	Ultral60/m SCSI
Скорость передачи	5	10	10	20	40	100	160

Как видно из табл. 15, винчестеры интерфейса SCSI более производительны, однако, имеют недостаток – более высокую цену. Разница в цене обусловлена необходимостью применения специальных SCSI-контроллеров, стоимость которых составляет от 50 до 500 USD. Кроме того, цена самих SCSI-дисков более чем на 100 USD выше аналогичных IDE-винчестеров.

Дальнейшим этапом развития жестких дисков с итерфейсом SCSI может стать стандарт Ultra 160/m SCSI. Основанием для такого утверждения служит тот факт, что 14 сентября 1998 г. основные ведущие производители систем хранения данных объявили о данной инициативе. Необходимостью совершенствования стандарта Ultra SCSI было ограничение ширины полосы передачи данных тремя накопителями на один канал, новый стандарт позволяет обойти это «узкое» место. Основные характерные особенности нового интерфейса:

• скорость передачи данных до 160 Мбайт/с,

• улучшение управляемости,

• использование автоматической проверки степени эффективности интерфейса,

• повышение надежности за счет контроля целостности данных благодаря использованию циклического кода с избыточностью (CRC),

• контроль окружения (Domain Validation),

• допускается использование кабелей длиной до 12 метров.

Дополнительной сервисной возможностью в новом интерфейсе служит возможность использования для синхронизации данных двух фронтов сигнала «запрос/ подтверждение». На деле это означает выбор между полосой пропускания шины до 160 Мбайт/сек, с существующими Ultra2 SCSI соединительными кабелями или снижением для надежности полосы пропускания до 80 Мбайт/с.

Контроль целостности данных за счет использования циклического кода с избыточностью (CRC), как отмечалось, способствует повышению уровня надежности при передаче данных. Происходит значительное уменьшение количества необнаруженных ошибок путем использования метода аналогичного применяемому в локальных сетях на основе протокола CSMA-CD, в оптоволоконных каналах передачи данных, в FDDI.

Контроль окружения интерфейса Ultra 160/m SCSI представляет собой систему проверки подсистемы хранения данных, соединительных устройств, объединительных плат, терминаторов и т.д. При возникновении вероятности потери данных, происходит снижение скорости, точно так же, как и в современных факсмодемах.

Для оптимизации хранения информации на жестком диске проводят его разбиение на логические диски. Диск состоит из кластеров – наименьших единиц, которые может выделять файловая система; кластер состоит из нескольких секторов. Файлы размещаются на жестком диске с помощью соответствующей таблицы FAT (File Allocation Table). FAT с длиной элементов 16-бит поддерживает на одном логическом диске не более 65536 кластеров. Таким образом, чем больше диск, тем больше размер кластера, тем ниже эффективность использования диска. В современной литературе [23;86] приводятся размеры кластера в зависимости от размера логического диска, указанные в таблице.

Размер логического диска (Мбайт)	Размер кластера (Кбайт)
От 16 до 127	2
От 128 до 255	4
От 256 до 511	8
От 512 до 1023	16
От 1024 до 2047	32

С использованием FAT-32 уменьшается размер кластера и повышается эффективность использования дискового пространства в среднем на 20%. Даже при применении винчестеров большой ёмкости размер кластера составит 4 Кбайт.

Мировая индустрия жестких дисков демонстрирует высокие показатели роста. Причиной является устойчиво растущий спрос на жесткие диски для всех типов компьютеров – от блокнотных и настольных ПК до сетевых серверов и мэйнфреймов. По опубликованным оценкам исследовательской компании Disk/Trend, объем этого рынка в 2000 г. превысит 75 млрд. USD. Если в 1996 г. было продано 105 млн. жестких дисков, то прогноз на 2000 г. – 201 млн. шт. Если в 1996 г. было больше всего продано накопителей емкостью от 1 до 2 Гбайт, то в 2000 г. наибольшим спросом будут пользоваться жесткие диски емкостью от 10 до 20 Гбайт. Бизнес жестких дисков отличается высокой конкуренцией производителей. В начале 90-х годов жесткие диски производили 59 компаний, в 1996 г. их было 26, а в 1997 г. осталось только 22. На рынке настольных ПК, сетевых файл-серверов и мэйнфреймов доминирующие позиции занимают 3,5-дюймовые жесткие диски: прогноз поставок 2000 г. - 168,5 млн. шт. Аналитики Disk/Trend предполагают, что в 2000 г. для блокнотных ПК будет поставлено 26,2 млн. 2,5- и 3-дюймовых жестких дисков.

В последние годы происходит резкое падение стоимости дисковой памяти. В 1996 г. средняя оптовая цена мегабайта составляла 15 центов, а в 2000 г. она снизилась до 0,6-0,7 цента.

Лидеры рынка жестких дисков (доля рынка в 1996 г.) – Seagate – 26,8%, IBM – 24,4%, Quantum – 15,2%, Western Digital – 12,3%. Способствуют снижению цен на жесткие диски два фактора – рост объема поставок и плотности записи [97; 19].