Если вы хотите узнать, что такое кэш-память жесткого диска и как она работает, эта статья для вас. Вы узнаете, что это такое, какие функции он выполняет и как влияет на работу устройства, а также о достоинствах и недостатках кэша.
Понятие кэш-памяти жесткого диска
Жесткий диск сам по себе - довольно неторопливое устройство. По сравнению с оперативной памятью, жесткий диск работает на несколько порядков медленнее. Этим же обуславливается падение производительности компьютера при нехватке оперативной памяти, так как недостача компенсируется жестким диском.
Итак, кэш-память жесткого диска — это своеобразная оперативная память. Она встроена в винчестер и служит буфером для считанной информации и последующей передачи его в систему, а также содержит наиболее часто используемые данные.
Рассмотрим, для чего нужна кэш-память жесткого диска.
Как было отмечено выше, чтение информации с жесткого диска происходит весьма неторопливо, так как движение головки и нахождение необходимого сектора занимает много времени.
Необходимо уточнить, что под словом "медленно" имеются в виду миллисекунды. А для современных технологий миллисекунда – это очень много.
Поэтому, как и оперативная память, кэш жесткого диска хранит в себе данные, физически прочитанные с поверхности диска, а также считывает и хранит в себе секторы, которые вероятно будет запрошены позднее.
Таким образом уменьшается количество физических обращений к накопителю, при этом увеличивается производительность. Винчестер может работать, даже если хост-шина не свободна. Скорость передачи может увеличиваться в сотни раз при однотипных запросах.
Как работает кэш-память жесткого диска
На этом остановимся подробнее. Вы уже примерно представляете, для чего предназначена кэш-память жесткого диска. Теперь выясним, как она работает.
Представим себе, что жесткому диску приходит запрос на считывание информации в 512 КБ с одного блока. С диска берется и передается в кэш нужная информация, но вместе с запрашиваемыми данными заодно считывается несколько соседних блоков. Это называется предвыборкой. Когда поступает новый запрос на диск, то микроконтроллер накопителя сначала проверяет наличие этой информации в кэше и если он находит их, то мгновенно передает системе, не обращаясь к физической поверхности.
Так как память кэша ограничена, то самые старые блоки информации заменяются новыми. Это круговой кэш или цикличный буфер.
Методы повышения скорости работы жесткого диска за счет буферной памяти
- Адаптивная сегментация. Кэш-память состоит из сегментов с одинаковыми объемами памяти. Так как размеры запрашиваемой информации не могут постоянно быть одинакового размера, то многие сегменты кэша будут использоваться нерационально. Поэтому производители начали делать кэш-память с возможностью замены размеров сегментов и их количества.
- Предвыборка. Процессор винчестера анализирует запрошенные ранее и запрашиваемые на текущий момент данные. На основе анализа он переносит с физической поверхности информацию, которая с большей долей вероятности будет запрошена в следующий момент времени.
- Контроль пользователя. Более продвинутые модели жестких дисков дают возможность пользователю контролировать выполняемые операции в кэше. Например: отключение кэша, установление размера сегментов, переключение функции адаптивной сегментации или отключение предвыборки.
Что дает устройству больший объем памяти кэша
Теперь узнаем какими объемами оснащают и что дает кэш-память в жестком диске.
Чаще всего можно встретить винчестеры с объемом кэша в 32 и 64 МБ. Но остались еще и на 8 и 16 МБ. В последнее время стали выпускаться лишь на 32 и 64 МБ. Значительный прорыв в быстродействии произошел, когда вместо 8 МБ стали использовать 16 МБ. А между кэшами объемом в 16 и 32 МБ особой разницы уже не чувствуется, как и между 32 и 64.
Среднестатистический пользователь компьютера не заметит разницы в производительности винчестеров с кэшем в 32 и 64 МБ. Но стоит отметить, что кэш-память периодически испытывает значительные нагрузки, поэтому лучше приобретать винчестер с более высоким объемом кэша, если есть финансовая возможность.
Основные достоинства кэш-памяти
Кэш-память имеет много достоинств. Мы рассмотрим лишь основные из них:
- Намного увеличивает скорость программ, которые многократно обращаются к одним и тем же небольшим файлам. Поэтому пользователям с таким сценарием использования рекомендуется покупать накопитель с наибольшим объемом кэш-памяти. Остальным же переплачивать не имеет смысла, так как прирост эффективности не будет стоить потраченных средств.
- Кэш является полноценным ускорителем компьютера. С его помощью происходит буферизация данных, что дает значительный прирост производительности.
- Винчестеры с наибольшей буферной памятью немного уменьшают нагрузку на процессор, что в свою очередь влияет на эффективность работы системы в целом.
- Система может получить информацию, даже если хост-шина занята. Например, работающая в фоне программа, которая использует одни и те же данные в буфере, не потеряет в производительности, даже если выполнять иные задачи в других приложениях.
Недостатки кэш-памяти
- Не увеличивается скорость работы винчестера, если данные записаны на дисках случайным образом. Это делает невозможным предвыборку информации. Такой проблемы можно частично избежать, если периодически проводить дефрагментацию.
- Буфер бесполезен при чтении файлов, объемом большим, чем может поместиться в кэш-память. Так, при обращении к файлу размером в 100 МБ, кэш в 64 МБ будет бесполезен.
Дополнительная информация
Вы теперь знаете, что такое кэш-память жесткого диска и на что влияет. Что еще необходимо знать? В настоящее время существует новый тип накопителей – SSD (твердотельные). В них вместо дисковых пластин используется синхронная память, как во флешках. Такие накопители в десятки раз быстрее обычных винчестеров, потому наличие кэша бесполезно. Но и такие накопители имеют свои недостатки. Во-первых, цена таких устройств увеличивается пропорционально объему. Во-вторых, они имеют ограниченный запас цикла перезаписи ячеек памяти.
Еще существуют гибридные накопители: твердотельный накопитель с обычным жестким диском. Преимуществом является соотношение высокой скорости работы и большим объемом хранимой информации с относительно низкой стоимостью.
