7200RPM的价值

前言

　　许多电脑用户在采购硬盘的时候，往往把容量作为了判断硬盘价值的唯一标准。这个观念有一点陈旧了，事实上，系统中的其他很多配件的表现都是依靠性能来决定的：CPU根据时钟频率来判断，MODEM和CD-ROM根据数据传输速度来评价，主板也要看其总线速度。还有系统内存，一样不光要看容量，还要考虑他的速度。所有这些配件的更高的性能使得整个系统变的更好。

    　　而硬盘一样是决定一个系统速度的关键。任何需要从硬盘上读出或写入大量数据的操作都可以展示高性能硬盘的重要性。这种操作非常普遍，比如：如何使WINDOWS的开机速度更快，如何迅速的启动应用程序，还有怎样加快大数据的载入和图形文件的打开。

    　　在今天这样一个多任务桌面电脑的环境中，用户对存储子系统的的性能更是提出了苛刻的速度要求。许多用户同时运行许多的应用程序，这使得许多的数据流要同时的从硬盘上读出和写入。多媒体的数据声像更增加了人们对高容量存储器的速度的要求。能否快速的完成读写操作，是全面衡量一个系统的性能的重要标准。

    　　在一个高配置的电脑系统中，速度对于硬盘性能的重要性实际上可以和速度对于CPU的重要性相提并论。在下面的升级测试中，两个从PentiumII333，5400RPM硬盘升级的电脑系统被放在一起进行比较。其中一个系统的CPU被升级到了400，另一个系统用10GB的7200RPM的硬盘替换了原来10GB的5400RPM的硬盘，其他配置则完全一样。比较两个系统在常用应用软件中的表现。

    　　我们启动PowerPoint并且载入一个文件，装载7200RPM硬盘的机器明显的强于另一台。如果系统的速度对你来说很重要，那么在这个两个方案中，显然快速的硬盘更符合你的需要。特别需要注意的是，从PentiumII333系统升级到400时，除了CPU时钟频率的从333MHz到400MHz的提升外，还有系统总线从66MHz提升到100MHz所带来的性能的提高。如果将这个因素考虑在内，7200RPM的硬盘所带来的变化就更加另人惊讶了。

　　　　图一：启动PowerPoint并打开一个1MB的文件所需时间

    　　由此看出，在常用的应用软件中，硬盘的性能对高端系统整体速度的影响显然比CPU的时钟频率更大。比较两个升级系统，更换快速的硬盘取得了比升级CPU更好的结果，然而花费却更少。
　　　　

　　　　图二：Windows 98的启动时间

    　　在Windows98的启动中，7200RPM硬盘的表现明显快于同等容量的5400RPM硬盘。

    　　那么如此明显的性能提高到底是如何获得的呢？让我们先来看看硬盘的性能是如何来衡量的。

    　　下面是两个衡量硬盘性能的尺度：随机数据吞吐率和持续数据吞吐率。随机数据吞吐率是指对于随机分散在磁盘上的数据的小规模线形传输命令的处理速度。持续数据吞吐率是衡量线形命令处理磁盘上连续存贮的数据的时间。这两个指标决定了硬盘的表现！

数据吞吐率

随机数据吞吐率

    　　随机数据吞吐率对于数据库类的软件和服务器类的软件来说是非常重要的。它在很大程度上决定于数据寻找时间和主轴转速。随机数据吞吐率在任何时候都和完成I/O操作的时间成反比，完成I/O操作的时间是数据寻找时间和旋转等待时间的总和。7200RPM和5400RPM相比，减少了25%左右的旋转等待时间。因此7200RPM的驱动器明显的减少了完成I/O操作的时间。服务器的SCSI硬盘在应用中，对于随机数据吞吐率的要求是极高的，所以在早7年前，7200RPM就已经成为了服务器用户选择硬盘的最低标准。和服务器的用户一样，现在桌面系统的用户也发现了硬盘的转速在系统性能中所扮演的角色。

    持续数据吞吐率

    　　持续数据吞吐率是评价存储子系统系统在图形、视频和娱乐等方面应用中表现的重要标准。它基本上取决于硬盘的内部数据传输率，也就是指取决于磁头和碟片之间的数据传输速度。内部数据传输率决定了硬盘的持续数据吞吐率，而其本身则间接的由驱动器的主轴转速决定。简单的来说，更高的转速使得从碟片上读取数据的速度更快。如果两个硬盘，他们分别是5400RPM和7200RPM，而具有相同的容量和相同的碟片数，那么7200RPM的硬盘读取同样的数据所需要的时间就会更短。文件的载入因此加快，操作系统的启动时间也随之减少，所以计算机的反应就更快了。

    
　　下面，让我们从根本原理上来探询7200RPM究竟是如何提高硬盘的性能的

    　　硬盘性能从原理上来讲主要取决于电气性能和机械性能两个方面。在典型的随机读写操作中90%的性能取决于机械因素。比如：数据寻找时间SEEK TIME（磁头的运动）和驱动器主轴转速RPM（碟片的运动）。电气因素，比如象外部数据传输率（PIO4，DMA，UDMA）、操作系统和磁盘缓存的传输速率则决定了剩余的10%的性能。（注意：尽管数据传输速度是衡量电气因素的标准，但他从根本上来讲也是由主轴转动所引起电磁感应而产生的。）机械因素要比电气因素慢100倍甚至更多，因此他的改变对驱动器的性能产生了最大的影响。

    　　在两个机械因素中（读寻找时间和主轴转速），提高主轴转速可以大幅度的提高性能。而这是由制造工业的发展来推动的，典型的桌面硬盘驱动器的主轴转速的制造工艺在1980年是3600RPM，1990年时提升到了5400RPM。而现在7200RPM的工艺已经完全成熟了。

    　　同时，因为性能的需要，桌面硬盘产品已经全面的升级到了7200RPM。这个改变将影响旋转等待时间和数据传输率。前面已经说过，减少等待时间将提高随机数据吞吐率。而提高传输速率将极大的改进持续数据传输的性能。

    　　旋转等待时间的定义是：磁头到达目标磁道后，读写磁头等待碟片上的目标簇从磁头下经过的时间。平均旋转等待时间是碟片依靠自身转速完成旋转一圈所需时间的一半。所以，5400RPM的平均等待时间是5.6ms，7200RPM的平均等待时间是4.2ms。那么，等待时间的改变是如何影响一个典型的随机4KB数据的I/O操作的完成时间呢？

    请看下面这个简单的方程式：
I/O 时间 = 命令通过磁头的时间 + 寻找时间 + 等待时间 + 数据传输时间

    　　我们用这个方程对5400RPM和7200RPM的硬盘来做一个比较。在这个比较中，我们假定除了等待时间以外，两个驱动器的其余参数都是完全相同的。今天的驱动器中，命令通过磁头的时间是0.5ms，寻找时间是9.0ms，传输4KB数据的时间是0.3ms。（见图三）

　　　　图三。硬盘的性能决定因素

    　　例如：使用上面的方程计算，5400RPM的硬盘完成4KB的读写操作需要15.4ms（0.5+9.0+5.6+0.3=15.4）。7200RPM的硬盘需要14.0ms（0.5+9.0+4.2+0.3=14.0ms）。可以看出，仅仅等待时间一个单项的性能提高，就使得4KBI/O操作的完成速度加快了10%。

    　　另外，主轴转速的改变也将影响持续数据传输速度。简单的说，理论上的最大持续数据传输速度是依靠于主轴转速、每磁道簇数、每柱面磁道数，和磁头与柱面的切换速度。而实际上，由于其他方面的瓶镜效应。

    计算最大传输速度使用下面的公式：
理论最大传输速度 = 每磁道簇数X 0.5KB / 旋转时间

    　　7200RPM的旋转时间是8.3ms，5400RPM的旋转时间是11.1ms。其他因素相同时，将转速提高到7200RPM将使理论最大传输速度得到33%的提高。

    　　注意：当转速提高时，每磁道簇数有时会被厂家降低，因为磁头和通道技术不能得到相应的提高。因此，实际上最大数据传输速度不能真正的提高33%。

缓存因素对性能的推进及性能评估

缓存因素对性能的推进

    　　硬盘驱动器自带有分段式的高速缓冲存储器。因为内部传输速率和介面传输速率不同，缓存就起到了一个速度适配器的作用。而且它对性能的影响也十分明显。缓存对性能的提高主要在以下两个方面： 缓存可以用来存储根据驱动程序预计主机将要发出的请求而提前读取的数据。如果预计是正确的，宝贵的时间就被节省了下来。这个预计成功的概率非常高，因为，无论数据的存储的随机性多么大，对每一个要读取的文件块来说都是相对连续存储的。因此就是说，当读取一个簇中的数据时，下一个要读的极有可能是向邻的簇。实验证明，这个预计的命中率在80%左右。 缓存可以作用于数据写入碟片时，一旦数据被写入缓存，主机就可以立刻转而去执行其他的作业，而不需要等待写入碟片的操作的完成。高速缓存即要存储预读的数据，又要存储需要写入碟片的数据，因此，告诉缓存是分段式的。 所以，除了提高硬盘的转速外，加大高速缓存的容量也是提高硬盘性能的一条捷径。

    性能的测量：

    　　高性能驱动器的性能提高到底有多少，我们可以通过几种途径来测试。第一种很显然就是WinBench测试了，一个非常流行的评估系统性能的手段。在WinBench的测试中，多种流行的应用软件都会被有规律的模拟运行，以使其得到的结果在最大限度上和用户的实际应用一致。WinBench打分的一个重要参照因素是每个软件包的程序执行时间。测试的结果显示，7200RPM的硬盘比起同容量的5400RPM硬盘使WinBench得分提高了大约20%。如果考虑到WinBench测试的是系统的整体性能，而不仅仅是存储子系统的性能，那么这个结果就更能给人以深刻的印象了。

　　　　图四：在WinBench的测试中，7200RPM的硬盘使得系统性能增加了20%以上

    　　下面分别是商用WinMark对比测试和高端WinMark对比测试的结果，在测定存储子系统在商业应用中的表现的Business Disk中7200RPM的硬盘使得分提高了18%，而在测试高端应用的WINMARK中，得分提高了16.5%。

图五：Ziff-Davis WinBench的性能测试结果。

    　　从以上的测试中，我们看到，理论上计算得到的性能提高，在实际应用的测试中被证实了。从5400RPM提升到7200RPM的确给存储子系统带来了性能的飞跃，因此带动了整个桌面系统的性能极大的提高。目前，7200RPM的硬盘技术已经完全成熟，从根本上解决早期7200RPM硬盘的发热量大，磁头易损的问题。而且由于工艺的成熟稳定，其价格也逐渐逼近普通5400RPM硬盘的价格，在加上目前上市的新一代7200RPM硬盘普遍带有2M的高速缓存，还支持最新的IDE介面标准DMA66，更是在性能价格比上出现了一个飞跃。

    　　那么我们还犹豫什么呢？购买7200RPM的硬盘是中高端桌面电脑系统无可争议的选择，7200RPM的硬盘已经成为了无可争议的IDE硬盘的标准！

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