Кэш-память жесткого диска: понятие, определение, выполняемые функции, объем памяти и влияние на работу устройства : Железо
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.
- 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.
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
- 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.
- 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.
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.
Что такое кэш и зачем он нужен в HDD??
Желаю доброго времени суток своим читателям, интересующихся подробностями работы компьютерного железа. Сегодня предметом нашего обсуждения будет кэш память жесткого диска. Буферизация данных применяется в различных процессах, но именно в данном устройстве ее использование дает ощутимый прирост быстродействия, нивелируя недостатки процесса считывания.
Для начала немного истории, которая раскрывает суть термина «cache».
В далеком 1967 году, при подготовке статьи о 85-й модели компьютера BM System/360 было решено найти лаконичную и более понятную замену определению «высокоскоростной буфер». Редактор журнала «IBM Systems Journal» Лайл Джонсон предложил использовать слово «кэш» (в разных европейских языках означающее понятие «прятать», «тайник», «запас»). Этот термин оказался не только простым и удобным, но и точно определял суть используемого устройства. Он прижился, стал общепринятым.
Что делает кэш в вашем винчестере?
Теперь взглянем на принцип работы жесткого диска HDD, который хоть и вытесняется в компактных устройствах твердотельными накопителями, но, пожалуй, еще долго будет оставаться основным средством хранения информации.
Итак, внутри его расположены несколько вращающихся магнитных пластин. Считывающие головки перемещается в нужный сектор и производят запись или чтение информации. (Визуально все это напоминает проигрыватель винилов).
Как видите, механизмов в данном устройстве предостаточно, и, несмотря на сверхвысокие скорости их движения, обращение к HDD за очередной порцией данных занимает очень много (по меркам быстродействия ЦПУ) времени. Усугубляет данную ситуацию тот факт, что информация записана на поверхности дисков фрагментами, которые могут быть расположены в разных местах и на отдельных пластинах.
Так вот, чтобы системе не заниматься черновой работой складывания воедино отдельных блоков информации, данную работу было решено получить самому жесткому диску, который будет сам связывать их воедино в собственном кэше. Условно, можно обрисовать такую аналогию данного процесса: боссу понадобилась вся информация по сделке и подчиненный, дабы не носить в кабинет по отдельному документу, предварительно собирает и группирует их у себя в отделе.
Сразу добавлю, что в SSD проблема инертности считывания информации не стоит так критично. Здесь скорость данного процесса на несколько порядков выше. Но в связи с фрагментированием записи больших объемов данных оптимизация работы с ними также необходимо. Поэтому в некоторых твердотельных накопителях cache так же присутствует.
Кэш память – один из параметров HDD
Переходим непосредственно к железу с целью выяснить, что собой представляет кэш жесткого диска.
В HDD помимо механических деталей имеется управляющая плата с коннектроами. На ней и расположена специальная микросхема, представляющая собой память с высокоскоростным доступом. Это и есть кэш. Объем его относительно не велик и в обычных винчестерах может быть 32 и 64 мегабайта (в некоторых старых моделях встречаются еще значения 8 или 16 Мб). Этого вполне достаточно, чтобы сделать работу системы персонального компьютера плавной и быстрой.
Сколько лучше, спросите вы? Мне кажется, ответ очевиден, но некоторые блогеры отмечают, что существенную разницу между 32 и 64 Мб в процессе использования HDD уловить практически невозможно. Я же полагаю, что с ростом сложности программных задач это все-таки будет заметно.
И если вы рассчитываете выжать из своего ПК максимум, то стоить устанавливать на него лучшее из того, что вы сможете себе позволить. В пользу такой позиции говорит и тот факт, что на серверных жестких дисках уже используется кэш объемом в 128 и даже в 256 Мб. Думаю этот факт поможет ответить вам на вопрос: на что влияет объем буфера?
Выходит, что объем кэша винчестера имеет значение, и данный параметр обязательно стоит учитывать при выборе и покупке HDD. Как узнать эту цифру для новых и уже приобретенных устройств? Проще и надежнее всего уточнить маркировку модели и на сайте производителя найти официальную информацию. Так же объем буфера винчестера могут подсказать программы типа AIDA64 .
Алгоритм работы кэш жесткого диска
Давайте разберемся, как работает буферная память винчестера. Основным потребителем, расположенной на нем информации является процессор. Дальше работает такая схема:
- от ЦПУ поступает запрос на контроллер, который по определенным меткам идентифицирует данные и сразу проверяет их наличие в кэше жесткого диска. Если таковые имеются, обращение к HDD не производится;
в случае отсутствия нужной информации выполняется их считывание с винчестера, причем дополнительно захватываются и близлежащие данные, которые с большой вероятностью так же могут понадобиться при последующих запросах; - под этот блок информации в кэш-памяти освобождается соответствующее место определенного размера. Такая процедура является непростой задачей, поскольку компьютер должен пожертвовать какими-то данными из буфера. Выбор осуществляется с помощью нескольких алгоритмов, определяющих степень «ненадобности». Для этого производится оценка по давности последнего использования информации, по частоте обращения к ней.
- актуальные данные загружаются на свободное место. Дальше процесс взаимодействия процессора и жесткого диска снова продолжается по этому алгоритму.
И еще один момент: cache винчестера – это энергозависимая память. Поэтому перед выключением ПК система копирует информацию из кэша непосредственно на сам HDD, а после включения переносить ее обратно. При аварийном обесточивании компьютера этого не происходит.
Тут мы плавно подошли к часто задаваемому вопросу: нужно ли очищать кэш память жесткого диска? Если вы о тех 64 мегабайтах, что хранятся на чипе, то мой ответ: нет, это бессмысленно. Если вам так сильно хочется, просто вырубите комп из розетки и снова включите. Стало ли вам от этого легче? Другое дело – кэш-файлы, которые оставляют на HDD разные программы. Вот они-то со временем занимают внушительный объем и для их ликвидации можно просто воспользоваться приложением типа CCleaner .
Кэширование данных собственным чипом жесткого диска предназначено для обеспечения системы цельными блоками данных, что существенно увеличивает ее быстродействие. Но помимо отдельной платы буферизация информации также может производиться и другими, хорошо известными нам способами.
- ОЗУ по сути так же является кэшем, по отношению к HDD. Она на несколько порядков больше, но скорость ее работы все равно проигрывает собственному модулю винчестера.
- На жестком диске выделяется сектор для временных файлов, которые будут записаны без фрагментирования. Это называется файл подкачки (виртуальная память) и его размеры могут превышать объем RAM.
Но это уже совершенно другие устройства, требующие отдельной статьи. А по поводу самой кэш памяти жесткого диска мне уже добавить нечего и я буду с вами прощаться.
Присылайте мне свои вопросы, подсказывайте интересные темы, и я постараюсь вас снова порадовать на страницах своего блога.
Что такое кэш память на жёстком диске
Нормальное функционирование операционной системы и быстрая работа программ на компьютере обеспечиваются оперативной памятью. Каждый пользователь знает, что от ее объема зависит количество задач, которые ПК может выполнять одновременно. Подобной памятью, только в меньших объемах, оснащаются и некоторые элементы компьютера. В данном материале речь пойдет о кэш-памяти жесткого диска.
Что такое кэш-память жёсткого диска
Кэш-память (или буферная память, буфер) – область, где хранятся данные, которые уже считались с винчестера, но еще не были переданы для дальнейшей обработки. Там хранится информация, которой ОС Windows пользуется чаще всего. Необходимость в этом хранилище возникла из-за большой разницы между скоростью считывания данных с накопителя и пропускной способностью системы. Подобным буфером обладают и другие элементы компьютера: процессоры, видеокарты, сетевые карты и др.
Объемы кэша
Немаловажное значение при выборе HDD имеет объем буферной памяти. Обычно эти устройства оснащают 8, 16, 32 и 64 Мб, но имеются буферы на 128 и 256 Мб. Кэш довольно часто перегружается и нуждается в чистке, так что в этом плане больший объем всегда лучше.
Современные HDD в основном оснащаются кэш-памятью на 32 и 64 Мб (меньший объем уже редкость). Обычно этого достаточно, тем более что у системы есть собственная память, которая вкупе с ОЗУ ускоряет работу жесткого диска. Правда, при выборе винчестера не все обращают внимание на устройство с наибольшим размером буфера, так как цена на такие высока, да и параметр этот не является единственным определяющим.
Главная задача кэш-памяти
Кэш служит для записи и чтения данных, но, как уже было сказано, это не основной фактор эффективной работы жесткого диска. Здесь важно и то, как организован процесс обмена информацией с буфером, а также, насколько хорошо работают технологии, предотвращающие возникновение ошибок.
В буферном хранилище содержаться данные, которые используются наиболее часто. Они подгружаются прямо из кэша, поэтому производительность увеличивается в несколько раз. Смысл в том, что нет необходимости в физическом чтении, которое предполагает прямое обращение к винчестеру и его секторам. Этот процесс слишком долгий, так как исчисляется в миллисекундах, в то время как из буфера данные передаются во много раз быстрее.
Преимущества кэш-памяти
Кэш занимается быстрой обработкой данных, но у него есть и другие преимущества. Винчестеры с объемным хранилищем могут значительно разгрузить процессор, что приводит к его минимальному задействованию.
Буферная память является своего рода ускорителем, который обеспечивает быструю и эффективную работу HDD. Она положительно влияет на запуск ПО, когда речь идет о частом обращении к одним и тем же данным, размер которых не превышает объема буфера. Для работы обычному пользователю более чем достаточно 32 и 64 Мб. Дальше эта характеристика начинает терять свою значимость, так как при взаимодействии с большими файлами эта разница несущественна, да и кому захочется сильно переплачивать за более объемный кэш.
Узнаем объем кэша
Если размер винчестера — величина, о которой несложно узнать, то с буферной памятью другая ситуация. Не каждый пользователь интересуется этой характеристикой, но если возникло такое желание, обычно ее указывают на упаковке с устройством. В противном случае можно найти эту информацию в интернете или воспользоваться бесплатной программой HD Tune.
Утилита, предназначенная для работы с HDD и SSD, занимается надежным удалением данных, оценкой состояния устройств, сканированием на наличие ошибок, а также дает подробную информацию о характеристиках винчестера.
- Скачиваем HD Tune и запускаем ее.
В этой статье мы рассказали, что такое буферная память, какие задачи она выполняет, каковы ее преимущества и как узнать ее объем на винчестере. Выяснили, что она важна, но не является основным критерием при выборе жесткого диска, а это — положительный момент, учитывая высокую стоимость устройств, оснащенных большим объемом кэш-памяти.
Мы рады, что смогли помочь Вам в решении проблемы.
Помимо этой статьи, на сайте еще 12903 полезных инструкций.
Добавьте сайт Lumpics.ru в закладки (CTRL+D) и мы точно еще пригодимся вам.
Опишите, что у вас не получилось. Наши специалисты постараются ответить максимально быстро.
Источник https://olegon.ru/showthread.php?t=32453
Источник http://profi-user.ru/cache-hdd/
Источник https://lumpics.ru/what-is-hard-disk-memory-cache/