Буфер жесткого диска. Что такое кэш память жесткого диска и для чего она нужна. Размер буфера или объем кэш памяти

Кэш память – это сверх быстрая память, которая по сравнению с оперативной памятью имеет повышенное быстродействие.

Кэш память дополняет функциональное значение оперативной памяти.
При работе компьютера все вычисления происходят в процессоре, а данные для этих вычислений и их результаты хранятся в оперативной памяти. Скорость работы процессора в несколько раз превосходит скорость обмена информацией с оперативной памятью. Учитывая, что между двумя операциями процессора может выполняться одна или несколько операций с более медленной памятью, получаем, что процессор должен время от времени простаивать без работы и совокупная скорость компьютера падает.

Кэш-памятью управляет специальный контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память, т.е. кэш-контроллер загружает в кэш-память нужные данные из оперативной памят-и, и возвращает, когда нужно, модифицирован-ные процессором данные в оперативную память.

Кэш память процессора выполняет примерно ту же функцию, что и оперативная память. Только кэш - это память встроенная в процессор и потому быстрее оперативной памяти, отчасти благодаря своему положению. Ведь линии связи, идущие по материнской плате, и разъем пагубно влияют на скорость. Кэш современного персонального компьютера расположен прямо на процессоре, благодаря чему удалось сократить линии связи и улучшить их параметры.

Кэш-память используется процессором для хранения информации. В ней буферизируются самые часто используемые данные, за счет чего, время очередного обращения к ним значительно сокращается.

Во всех современных процессорах имеется кэш (по-английски - cache) - массив сверхскоростной оперативной памяти, являющейся буфером между контроллером сравнительно медленной системной памяти и процессором. В этом буфере хранятся блоки данных, с которыми CPU работает в текущий момент, благодаря чему существенно уменьшается количество обращений процессора к чрезвычайно медленной (по сравнению со скоростью работы процессора) системной памяти.

Тем самым заметно увеличивается общая производительность процессора.
При этом в современных процессорах кэш давно не является единым массивом памяти, как раньше, а разделен на несколько уровней. Наиболее быстрый, но относительно небольшой по объему кэш первого уровня (обозначаемый как L1), с которым работает ядро процессора, чаще всего делится на две половины - кэш инструкций и кэш данных. С кэшем L1 взаимодействует кэш второго уровня - L2, который, как правило, гораздо больше по объему и является смешанным, без разделения на кэш команд и кэш данных.

Некоторые десктопные процессоры, по примеру серверных процессоров, также порой обзаводятся кэшем третьего уровня L3. Кэш L3 обычно еще больше по размеру, хотя и несколько медленнее, чем L2 (за счет того, что шина между L2 и L3 более узкая, чем шина между L1 и L2), однако его скорость, в любом случае, несоизмеримо выше, чем скорость системной памяти.

Кэш бывает двух типов: эксклюзивный и не инксклюзивный кэш. В первом случае информация в кэшах всех уровней четко разграничена - в каждом из них содержится исключительно оригинальная, тогда как в случае не инксклюзивного кэша информация может дублироваться на всех уровнях кэширования. Сегодня трудно сказать, какая из этих двух схем более правильная - и в той, и в другой имеются как минусы, так и плюсы. Эксклюзивная схема кэширования используется в процессорах AMD, тогда как не эксклюзивная - в процессорах Intel.

Эксклюзивная кэш-память

Эксклюзивная кэш-память предполагает уникальность информации, находящейся в L1 и L2.
При считывании информации из ОЗУ в кэш - информация сразу заносится в L1. Когда L1 заполнен, то, информация переносится из L1 в L2.
Если при считывании процессором информации из L1 нужная информация не найдена, то она ищется в L2. Если нужная информация найдена в L2, то кэши первого и второго уровня обмениваются между собой строками (самая "старая" строка из L1 помещается в L2, а на ее место записывается нужная строка из L2). Если нужная информация не найдена и в L2, то обращение идет к оперативной памяти.
Эксклюзивная архитектура применяется в системах, где разность между объемами кэшей первого и второго уровня относительно невелика.

Инклюзивная кэш-память

Инклюзивная архитектура предполагает дублирование информации, находящейся в L1 и L2.
Схема работы следующая. Во время копирования информации из ОЗУ в кэш делается две копии, одна копия заносится в L2, другая копия - в L1. Когда L1 полностью заполнен, информация замещается по принципу удаления наиболее "старых данных" - LRU (Least-Recently Used). Аналогично происходит и с кэшем второго уровня, но, поскольку его объем больше, то и информация хранится в нем дольше.

При считывании процессором информации из кэша, она берется из L1. Если нужной информации в кэше первого уровня нет, то она ищется в L2. Если нужная информация в кэше второго уровня найдена, то она дублируется в L1 (по принципу LRU), а затем, передается в процессор. Если нужная информация не найдена и в кэше второго уровня, то она считывается из ОЗУ.
Инклюзивная архитектура применяется в тех системах, где разница в объемах кэшей первого и второго уровня велика.

Однако Кэш-память малоэффективна при работе с большими массивами данных (видео, звук, графика, архивы). Такие файлы просто не помещаются в КЭШ, поэтому все время приходится обращаться к оперативной памяти, или даже к HDD. В таких случаях все преимущества исчезают.Потому-то бюджетные процессоры (например, Intel Celeron) с урезанным КЭШем так популярны, что на производительность в мультимедийных задачах (связанных с обработкой больших массивов данных) объем КЭШа сильно не влияет, даже несмотря на урезанную частоту работы шины Intel Celeron.

Кэш-память на жестком диске

Как правило, на всех современных жестких дисках есть собственная оперативная память, называемая кэш-памятью (cache memory) или просто кэшем. Производители жестких дисков часто называют эту память буферной. Размер и структура кэша у фирм-производителей и для различных моделей жестких дисков существенно отличаются.

Кэш-память выступает в роли буфера для хранения промежуточных данных, которые уже считаны с жесткого диска, но еще не были переданы для дальнейшей обработки, а также для хранения данных, к которым система обращается довольно часто. Необходимость наличия транзитного хранилища вызвана разницей между скоростью считывания данных с жесткого диска и пропускной способностью системы.

Обычно кэш память используется как для записи данных так и для чтения, но на SCSI дисках иногда требуется принудительное разрешение кэширования записи, так обычно по умолчанию кэширование записи на диск для SCSI запрещено. Хоть это и противоречит вышесказанному, но размер кеш-памяти не является решающим для повышения эффективности работы.

Более важна организация обмена данными с кэшем для увеличения производительности диска в целом.
Кроме этого на производительность в целом влияет алгоритмы работы управляющей электроники, предотвращающие ошибки при работе с буфером (хранение неактуальных данных, сегментирование и т.д.)

В теории: чем больше будет объем кеш памяти, тем выше вероятность, что необходимые данные находятся в буфере и не нужно будет «беспокоить» жесткий диск. Но на практике случается, что диск с большим объемом кэш-памяти мало чем отличается по производительности от жесткого диска с меньшим объемом, такое случается при работе с файлами большого размера.

Сегодня распространенным накопителем информации является магнитный жесткий диск. Он обладает определенным объемом памяти, предназначенным для хранения основных данных. Также в нем имеется буферная память, предназначение которой заключается в хранении промежуточных данных. Профессионалы называют буфер жесткого диска термином «cache memory» или же просто «кэшем». Давайте разберемся, зачем нужен буфер HDD на что влияет и каким обладает размером.

Буфер жесткого диска помогает операционной системе временно хранить данные, которые были считаны с основной памяти винчестера, но не были переданы на обработку. Необходимость наличия транзитного хранилища обусловлена тем, что скорость считывания информации с HDD накопителя и пропускная способность ОС значительно различается. Поэтому компьютеру требуется временно сохранять данные в «кэше», а только затем использовать их по назначению.

Непосредственно сам буфер жесткого диска представляет собой не отдельные сектора, как полагают некомпетентные компьютерные пользователи. Он является специальными микросхемами памяти, располагающимися на внутренней плате HDD. Такие микросхемы способны работать намного быстрее самого накопителя. Вследствие чего обуславливают увеличение (на несколько процентов) производительности компьютера, наблюдающееся во время эксплуатации.

Стоит отметить, что размер «cache memory» зависит от конкретной модели диска. Раньше он составлял около 8 мегабайт, причем такой показатель считался удовлетворительным. Однако с развитием технологий производители смогли выпускать микросхемы с более большим объемом памяти. Поэтому большинство современных винчестеров обладают буфером, размер которого варьируется от 32 до 128 мегабайт. Конечно, наибольший «кэш» устанавливается в дорогие модели.

Какое влияние оказывает буфер жесткого диска на производительность

Теперь расскажем, почему размер буфера винчестера оказывает влияние на производительность компьютера. Теоретически, чем больше информации будет находиться в «cache memory», тем реже операционная система будет обращаться к винчестеру. Особенно это актуально для сценария работы, когда потенциальный пользователь занимается обработкой большого количества маленьких файлов. Они попросту перемещаются в буфер жесткого диска и там ждут своей очереди.

Однако если ПК используется для обработки файлов большого размера, то «кэш» утрачивает свою актуальность. Ведь информация не сможет поместиться на микросхемах, объем которых невелик. В результате пользователь не заметит увеличения производительности компьютера, поскольку буфер практически не будет использоваться. Это происходит в случаях, если в операционной системе будут запускаться программы для редактирования видеофайлов и т. д.

Таким образом, при приобретении нового винчестера рекомендуется обращать внимание на размер «кэша» только в случаях, если планируется постоянно заниматься обработкой небольших файлов. Тогда получится действительно заметить увеличение производительности своего персонального компьютера. А если же ПК будет использоваться для обыкновенных повседневных задач или обработки файлов большого размера, тогда можно не придавать буферу обмена никакого значения.

Кэш память или как ее называют буферная память жесткого диска. Если вы не знаете что это, то мы с радостью ответим на данный вопрос и расскажем обо всех имеющихся особенностях. Это особый вид оперативки, выступающий в качестве буфера для хранения ранее считанных, но еще не переданных данных для их дальнейшей обработки, а также для хранения информации, к которой система обращается чаще всего.

Необходимость в транзитном хранилище появилась из-за значительной разницы между пропускной способности системы ПК и скорости считывания данных с накопителя. Также кэш-память можно встретить на других устройствах, а именно в видеокартах, процессорах, сетевых картах и прочих.

Какой бывает объем и на что он влияет

Отдельного внимания заслуживает объем буфера. Зачастую HDD оснащаются кэшем 8, 16, 32 и 64 Мб. При копировании файлов больших размеров между 8 и 16 Мб будет заметна значительная разница в плане быстродействия, однако между 16 и 32 она уже менее незаметна. Если выбирать между 32 и 64, то ее вообще почти не будет. Необходимо понимать, что буфер достаточно часто испытывает большие нагрузки, и в этом случае, чем он больше, тем лучше.

В современных жестких дисках используется 32 или 64 Мб, меньше на сегодняшний день вряд ли где-то можно найти. Для обычного пользователя будет достаточно и первого, и второго значения. Тем более что помимо этого на производительность также влияет размер собственного, встроенного в систему кэша. Именно он увеличивает производительность жесткого диска, особенно при достаточном объеме оперативки.

То есть, в теории, чем больше объем, тем лучше производительность и тем больше информации может находиться в буфере и не нагружать винчестер, но на практике все немного по-другому, и обычный пользователь за исключением редких случаев не заметит особой разницы. Конечно, рекомендуется выбирать и покупать устройства с наибольшим размером, что значительно улучшит работу ПК. Однако на такое следует идти только в том случае, если позволяют финансовые возможности.

Предназначение

Она предназначена для чтения и записи данных, однако на SCSI дисках в редких случаях необходимо разрешение на кэширование записи, так как по умолчанию установлено, что кэширование записи запрещено. Как мы уже говорили, объем – не решающий фактор для улучшения эффективности работы. Для увеличения производительности винчестера более важной является организация обмена информацией с буфером. Кроме этого, на нее также в полной мере влияет функционирование управляющей электроники, предотвращение возникновения и прочее.

В буферной памяти хранятся наиболее часто используемые данные, в то время как, объем определяет вместимость этой самой хранимой информации. За счет большого размера производительность винчестера возрастает в разы, так как данные подгружаются напрямую из кэша и не требуют физического чтения.

Физическое чтение – прямое обращение системы к жесткому диску и его секторам. Данный процесс измеряется в миллисекундах и занимает достаточно большое количество времени. Вместе с этим HDD передает данные более чем в 100 раз быстрее, чем при запросе путем физического обращения к винчестеру. То есть, он позволяет устройству работать даже если хост-шина занята.

Основные преимущества

Буферная память имеет целый ряд достоинств, основным из которых является быстрая обработка данных, занимающая минимальное количество времени, в то время как физическое обращение к секторам накопителя требует определенного времени, пока головка диска отыщет требуемый участок данных и начнет их читать. Более того, винчестеры с наибольшим хранилищем, позволяют значительно разгрузить процессор компьютера. Соответственно процессор задействуется минимально.

Ее также можно назвать полноценным ускорителем, так как функция буферизации делает работу винчестера значительно эффективнее и быстрее. Но на сегодняшний день, в условиях быстрого развития технологий, она теряет свое былое значение. Это связано с тем, что большинство современных моделей имеют 32 и 64 Мб, чего с головой хватает для нормального функционирования накопителя. Как уже было сказано выше, переплачивать разницу можно лишь тогда, когда разница по стоимости соответствует разнице в эффективности.

Напоследок хотелось бы сказать, что буферная память, какой бы она не была, улучшает работу той или иной программы, или устройства только в том случае, если идет многократное обращение к одним и тем же данным, размер которых не больше размера кэша. Если ваша работа за компьютером связана с программами, активно взаимодействующими с небольшими файлами, то вам нужен HDD с наибольшим хранилищем.

Как узнать текущий объем кэша

Все что нужно, это скачать и установить бесплатную программу HDTune . После запуска перейдите в раздел «Информация» и в нижней части окна вы увидите все необходимые параметры.

Если вы покупаете новое устройство, то все необходимые характеристики можно узнать на коробке или в приложенной инструкции. Еще один вариант – посмотреть в интернете.

В этом видео разобран весь принцип работы

Рейтинг 4.9 из 5 . Голосов: 379 . Категория Выбрать компьютерную технику

Жесткий диск (винчестер, HDD) является одной из очень важных частей компьютера. Ведь при поломки процессора, видеокарты и т.д. Вы испытываете сожаление только к потери денег для новой покупки, при поломки винчестера Вы рискуете потерять без возвратно важные данные. Так же от жесткого диска зависит и скорость работы компьютера в целом. Разберемся, как правильно выбрать жесткий диск.

Задачи жесткого диска

Задача жесткого диска внутри компьютера - сохранять и выдавать информацию очень быстро. Жесткий диск удивительное изобретение компьютерной индустрии. Пользуясь законами физики, этот не большой прибор хранит практически неограниченное количество информации.

Тип жесткого диска

IDE - устаревшие винчестеры относятся для подключения к старым материнским платам.

SATA - заменили жесткие диски IDE, имеют более высокую скорость передачи данных.

Интерфейсы SATA бывают разных моделей, отличаются они между собой так же скоростью обменом данных и поддержкой разных технологий:

• SATA- имеет скорость передачи до 150мб/c.
• SATA II- имеет скорость передачи до 300мб/c
• SATА III- имеет скорость передачи до 600мб/c

SATA-3 начали выпускаться совсем не давно, с начала 2010 года. При покупки такого винчестера надо обратить внимание на год выпуска вашего компьютера (без апгрейда), если он ниже этой даты, то вам этот жесткий диск не подойдет! HDD - SATA, SATA 2 имеют одинаковые разъемы подключения и совместимы между собой.

Объем жесткого диска

Самые распространенные жесткие диски, которыми пользуется большинство пользователей в домашних условиях, имеют объем: 250, 320, 500 гигабайт. Есть еще меньше, но встречаются все реже 120, 80 гигабайт, а в продаже их уже вовсе нет. Для возможности хранения очень большой информации существуют жесткие диски 1, 2, 4 тирабайта.

Скорость и кеш память жесткого диска

При выборе жесткого диска важно обращать внимание на его скорость работы (скорость работы шпинделя). От этого будет зависеть скорость работы всего компьютера. Обычная скорость дисков составляет 5400 и 7200 оборотов в минуту.

Объем буферной памяти (кеш память)- физическая память жесткого диска. Существует несколько размеров такой памяти 8, 16, 32, 64 мегабайта. Чем выше скорость оперативной памяти жесткого диска , тем быстрее будет скорость передачи данных.

В заключении

Перед покупкой, уточняйте какой именно подойдет для вашей материнской платы: IDE, SATA или SATA 3. Смотрим в характеристиках скорость вращения дисков и объем буферной памяти, это основные показатели на что нужно обратить внимание. Так же смотрим фирму производитель и объем который вас устроит.

Желаем удачных покупок!

Делитесь в комментариях своим выбором, это поможет другим пользователям сделать правильный выбор!



На полках магазинов сейчас большое изобилие жестких дисков и многие обращают внимание только на один параметр – объем HDD. Объем – далеко не единственный показатель, на который нужно акцентировать внимание. В процессе выбора жесткого диска, прежде всего, нужно определиться с целями – для чего он покупается:

основной-системный – для установки операционной системы. Приоритетом выбора должна стать, прежде всего, скорость чтения/записи данных;
дополнительный-хранилище – в качестве объёмного хранилища различных файлов: видео, фото, музыка.

Мы думаем устройство HDD всем знакомо, но немного освежим знания: как устроен HDD?

Следующим шагом будет определение нужного нам объёма жесткого диска. Количество информации, которое мы храним на ПК, постоянно растет и часто диск быстро заполняется различными файлами (игры, фото, видео и т.д.). Поэтому если планируете ставить только один диск на домашний ПК, лучше купить HDD большего объёма.

Примечание: для домашнего компьютера жесткие диски имеют Форм-фактор - 3,5 дюйма, для ноутбуков идут модели поменьше - 2,5 дюйма.
На фотографии ниже видно разницу между HDD 3.5 дюйма и 2.5 дюйма.

Внимание! Не рекомендуем:
1. Покупать модели HDD вышедшие недавно. Такие жесткие диски, выпущенные на рынок на протяжении первых месяцев имеют по статистике самый больший % браков. Выявление и устранение ошибок в аппаратной и программной части у производителей занимает в среднем 2-4 месяца, затем в розницу поступают улучшенные модели. Плюс к этому добавьте еще несколько месяцев доставки на рынок СНГ.
2. Топовые модели, с максимальным объемом, состоят, как правило, из нескольких пластин (блинов), что влечет за собой ряд отрицательных моментов, о чем укажем ниже.

Скорость работы жесткого диска зависит от нескольких факторов, разместим их в порядке приоритета.

1. Количество пластин жесткого диска.
Современные диски выпускаются на 1-ой, 2-х, 3-х, 4-х пластинах. Например бывает HDD, объёмом в 1ТБ, состоит из одной пластины 1ТБ или с таким же объёмом HDD (1ТБ) только из двух пластин по 500 ГБ. Соответственно рекомендуем выбирать жёсткий диск на одной пластине, при одинаковом объеме.
Во-первых, на одну пластину больше плотность записи информации, а значит и скорость считывания побольше нежели с двух и более пластин. Меньше времени нужно для позиционирования головки и считывания информации, а это напрямую сказывается на производительность операционной системы.

Во вторых, для «одно-блинного» диска требуется меньше механики, а значит меньше уровень шума и износ рабочих элементов, и уменьшается риск выхода из строя того или иного механизма.

В третьих, меньше задействованной механики ведет к уменьшенному количеству тепловыделения. Это также важный аспект. Особенно в жаркие летние дни, когда система охлаждения компьютера не эффективна и температура воздуха внутри корпуса существенно повышается. Перегрев жесткого диска ведет к постепенному выходу из строя магнитной поверхности (деформации), что чревато потерей информации.

Узнать количество пластин можно при помощи поиска Google или Яндекс по поисковому запросу: сколько пластин ST1000DM003

2. Скорость вращения шпинделя.
Скорость вращения шпинделя у стандартных HDD равна 5400 об/мин и 7200 об/мин, также выпускаются модели с изменяемой скоростью вращения от 5400 об/мин до 7200 об/мин. Винчестеры со скоростью свыше 7200 об/мин (10000 и 15000) – предназначены для серверов и энтузиастов как правило в магазинах бывают редко, и имеют узкую специализацию.

Чем больше частота вращения шпинделя, тем больше скорость чтения/записи информации. Но с другой стороны, диски со скоростью 5400 об/мин немного тише 7200 об/мин.
Диски со скоростью 7200 об/мин стоит покупать, если HDD будет использоваться как системный, т.е. на него будет устанавливаться операционная система.
А 5400 об/мин рекомендуем покупать в качестве дополнительного - для хранения различной информации (музыка, фильмы и т.д.) Скорость чтения/записи, в данном случае, не так важна, а экономия в цене и шуме может оказаться полезной.

Компромиссное решение между скоростью работы и уровнем шума являются диски с автоматической регулировкой скорости вращения диска. Но всё равно, как системный диск, не очень удачное решение.

3. Буфер (кэш) HDD.
Третьим фактором, очень влияющий на скорость работы жесткого диска, является размер буфера. Чем больше размер буфера, тем выше скорость обмена данными с HDD. На сегодняшний день желательно приобретать жесткие диски, в качестве системного, с буфером не менее 64 Мб.
А для HDD в качестве медиа-хранилища, достаточно и 32МБ.
Но если учесть что разница в цене между HDD с буфером 32МБ и 64МБ, иногда, не больше 3-5 у.е., то оптимальным выбором будет HDD с 64МБ кэшем.

4. Интерфейс подключения HDD.
Существует несколько интерфейсов подключения жесткого диска, самые распространённые IDE(PATA) и SATA. Но современные HDD выпускаются в основном с SATA.
Интерфейс IDE морально устарел и новые материнские платы не имеют такого разъема. Поэтому, если Вы производите апгрейд старого компьютера и хотите оставить Ваш старый HDD убедитесь, что он имеет интерфейс SATA.

SATA интерфейс подразделяется на три версии:
- SATA I (один) со скоростью передачи данных до 1,5 Гбит/с
- SATA II (два) до 3 Гбит/с, на мат. платах часто имеет обозначение Sata_3Gb
- SATA III (три) до 6 Гбит/с, на мат. платах часто обозначают Sata_6Gb

Но это скорость передачи данных самого интерфейса SATA, т.е. скорость обмена данными между буфером HDD и контроллером материнской платы.
Скорость чтения/записи с пластин самого HDD пока не превышает 3 Гбит/с, т.е. стандарт SATA II.

Разъемы SATA I, SATA II и SATA III внешне и конструктивно одинаковые, и они между собой обратно совместимы, а вот скорость передачи данных отличается.
Например, к материнской плате с интерфейсом SATA I подойдет HDD c SATA III, только пропускная способность снизится до уровня SATA I (1.5 Гбит/с).
Важно! Очень часто путают интерфейс и скорость передачи данных - SATA 3 (III) и SATA 3 Гбит/с это не одно и тоже!
SATA 3 (III) – это и есть интерфейс SATA III со скоростью передачи данных до 6 Гбит/с.
SATA 3 Гбит/с – это скорость передачи данных для интерфейса SATA II.

Теперь зная основные характеристики жесткого диска попробуем на практике определить их по спецификации, указанной в прайс-листах магазинов.

Жёсткий диск (накопитель) 3.5" 1TB Seagate (ST1000DM003) 7200 об/мин, 64 MB, SATA III, Barracuda

3,5" - Форм-фактор, т.е. для стационарного ПК
1TB - объём жесткого диска 1 Терабайт
Seagate – фирма производитель
ST1000DM003 – модель и код производителя
7200 об/хв –скорость вращения шпинделя
64 MB – размер буфера
SATA III – интерфейс подключения SATA III
Barracuda – серия HDD одного производителя

Резюме по выбору жесткого диска:
1. Определяемся с нужным нам объёмом HDD.
2. Выбираем модели выполненные на 1-й пластине ("блине")
3. Отсеиваем модели по скорости вращения шпинделя
4. Затем выбираем с максимальным размером буфера
5. Проверяем интерфейс подключения
6. Определяемся с производителем HDD.