硬盘性能的技术指标

1.1.2　硬盘性能的技术指标

无论为系统购买硬盘作出最佳抉择，还是为了正确理解各种硬盘之间的差异，都需要全面了解硬盘的各种特性，本节讨论在评估驱动器时应注意的一些要素，包括可靠性、性能、价格、容量和工作模式。

1．可靠性

购买任何产品首先考虑的就是产品的可靠性，针对硬盘的可靠性主要有以下两个参数：

（1）连续无故障时间

连续无故障时间（MTBF）是指硬盘从开始运行到出现故障的最长时间，单位是小时（h），一般硬盘的MTBF至少在30000h以上。这项指标在一般的产品广告或常见的技术特性表中并不提供，需要时可上网到具体生产该款硬盘的公司网站中查询。

（2）S.M.A.R.T技术

S.M.A.R.T技术的英文全称是Self-Monitoring Analysisand Reporting Technology，中文意思是自动监测分析报告技术。这项技术指标可以监测和分析硬盘的工作状态和性能，并将其显示出来。用户可以随时了解硬盘的运行状况，遇到紧急情况时，可以采取适当措施，确保硬盘中的数据不受损失。采用这种技术以后，硬盘的可靠性得到了很大的提高。

2．性能

硬盘驱动器考虑的一个重点因素是驱动器的性能。驱动器性能的范围较广，速度是驱动器相对性能的一个最好指标，用来衡量磁盘驱动器速度的指标有以下几个参数：

（1）平均寻道时间

平均寻道时间（Average Seek Time）指磁头移动到正中间的磁道需要的时间。平均寻道时间越少性能越高，现在硬盘一般平均寻道时间在9ms以下。

（2）外部数据传输率

外部数据传输率也称为突发数据传输率，它是指从硬盘缓冲区读取数据的速率。在硬盘特性表中常以数据接口速率代替，单位为MB/s。目前主流的硬盘已经全部采用Ultra DMA/100技术，外部数据传输率可达100MB/s。

（3）最大内部数据传输率

最大内部数据传输率也叫持续数据传输率（Sustained Data Transfer Rate），单位为Mb/s。它是指磁头至硬盘缓存间的最大数据传输率，一般取决于硬盘的盘片转速和盘片线密度（指同一磁道上的数据容量）。这项指标常常使用Mb/s或Mbps为单位，这是兆位/秒的意思，如果需要转换成MB/s（兆字节/秒），就必须将Mbps数据除以8（一字节8位数），例如，某硬盘给出的最大内部数据传输率为131Mbps，但如果按MB/s计算就只有16.37MB/s。

（4）平均访问时间

平均访问时间指磁头找到指定数据的平均时间，单位为毫秒（ms）。通常是平均寻道时间和平均潜伏时间之和，硬盘广告中说的平均访问时间大部分都是用平均寻道时间来代替的。

平均潜伏时间（Average Latency Time）是指相应数据所在的扇区转到磁头下的时间，一般在1～6ms之间。

（5）等待时间

等待时间是影响磁盘读/写性能的一个因素。减小等待时间，提高对数据或文件的访问速度，只有通过提高驱动器盘片的旋转速度才能达到。表1-1列出了驱动器不同旋转速度下等待时间的数值。

表1-1　硬盘旋转速度和等待时间

目前，大多数驱动器的旋转速度是7200转/分，等待时间为4.17毫秒；还有一些驱动器是10000转/分甚至15000转/分，等待时间是3毫秒或2毫秒。提高盘片的旋转速度，不但加快了访问数据的速度，也增加了磁头到达期望的扇区后传输数据的速度。

（6）缓存程序和缓存控制器

磁盘缓存程序，如SMARTDRV（DOS中）或VCACHE（Windows9X、Windows NT和Windows2000中）对磁盘驱动器性能有重大影响。这些缓存程序通过异常分支进入BIOS硬盘中断，并且从应用程序和设备驱动程序中截取对磁盘BIOS的读/写调用。

当一个应用程序要从一个硬盘读取数据时，缓存程序截取读请求，以通常的途径将其传递到硬盘驱动器控制器，从盘上读出的数据存储在缓存中缓冲，然后将数据返回到应用程序。根据缓存的大小，可有多个扇区的数据被读入并存储在此缓存。

当应用程序要读取更多的数据时，缓存程序再次截取读取并检查其缓存中是否有请求的数据存在。如果有，立即将数据从缓存送回到应用程序，无需硬盘驱动器操作。因为数据存储在内存中，这种方法极大地提高了访问速度，能对驱动器性能产生重大影响。

现在，大多数控制器都用了内置硬件缓存或高速缓存，不用截取或使用任何BIOS中断。驱动器改为在硬件缓存数据，这时常用性能测试软件是不可见的，制造商最初在控制器中配置了磁道读前缓存，以满足1∶1交叉性能的要求。现在采用在控制器中增加这些读前缓存的容量，另外通过使用高速缓存替代简单的缓存以提高智能化。

许多ATA和SCSI驱动器将高速缓存直接做在驱动器的板载控制器中，多数新的ATA驱动器有521KB～2MB的内置高速缓存，一些SCSI驱动器更达到了16MB内置高速缓存。640KB对一个计算机系统而言曾经是很大的内存容量，而今，很小的3.5英寸硬盘驱动器的内置高速缓存可能就已经超过了16MB。这些集成的高速缓存是许多ATA（IDE）和SCSI驱动器性能好的部分原因。

（7）交叉选择

低级格式化硬盘时必须设定扇区“交叉因子”（间隔因子）值。交叉因子是指低级格式化后，第一个扇区和第二个扇区相隔多少个物理扇区块。低级格式化划分出来的扇区不一定是连续的，而是交错排列的。只有交叉因子＝1时才是连续的，交叉因子＝2时，第1号扇区和第2号扇区中间间隔有一个扇区，交叉因子＝3时，第1号和第2号扇区中间间隔着两个扇区，如此类推。交叉因子值对硬盘读/写速度有很大影响，应与硬盘转速、CPU速度、主板相匹配，否则影响硬盘性能。尽管在传统上它与其说是驱动器问题还不如说是控制器问题，现在的带内置控制器的ATA/IDE和SCSI硬盘驱动器，处理数据的速度完全能达到与驱动器发送数据一样快。现代IDE和SCSI驱动器都以无交叉（有时表示为1∶1交叉因子）形式格式化，在老式硬盘驱动器中，在低级格式化期间能修改交叉因子以达到最佳性能，现在，驱动器在工厂里已做好低级格式化，用户调整交叉是无意义的。

（8）主轴转速

硬盘的主轴转速是决定硬盘内部数据传输率的决定因素之一，它在很大程度上决定了硬盘的性能，同时也是区别硬盘档次的重要标志。

主轴转速的单位是rpm（rotate perminute，转/分钟），从目前台式机硬盘的情况来看，5400rpm的硬盘具有性价比高的优势，是国内低端市场上的主流产品，而7200rpm的硬盘成为了高端市场上的主流。更高转速的硬盘，例如SCSI硬盘的主轴转速已经达到10000rpm甚至15000rpm，但由于价格原因，普通用户难以接受。

3．价格

硬盘存储器价格在不断地下跌，最后甚至于每兆字节0.5美分都会显得昂贵，因为磁盘存储器的低价格，容量小于10GB的3.5英寸盘片驱动器已经很少生产了。

4．容量

因为标准硬盘能够容纳的碟片数是有限的，以前仅有IBM公司生产五张碟片的硬盘，其他IDE硬盘最多只有四张碟片，靠增加碟片来扩充容量，满足存储的需求是不可行的，只有提高单碟容量才能从根本上解决这个问题。

现在的大容量硬盘都采用的是新型GMR巨阻型磁头，磁碟的记录密度大大提高，硬盘的单碟容量也相应提高了，大容量硬盘的单碟容量大都在10GB以上，而IBM Deskstar75GXP的单碟容量为15GB，使硬盘总容量达到了75GB。

提高单碟容量的一个重要意义在于提升硬盘的数据传输速度。硬盘单碟容量的提高得益于数据记录密度的提高，而记录密度同数据传输率是成正比的，并且新一代GMR磁头技术则确保了这个增长不会因为磁头的灵敏度的限制而放慢速度。

通过简单的计算把驱动器规格参数相乘，得到这样的结果：

总扇区数　　　　　　　　　59777640

每扇区的字节数　　　　　　512B

总字节（十进制兆字节）　　30606MB

总字节（十进制吉字节）　　30.6GB

总字节（二进制兆字节）　　29.188MB

总字节（二进制吉字节）　　28.5GB

FDISK报告数值　　　　　　 29188

驱动器制造商通常按照十进制兆字节（百万字节）来报告驱动器的容量，因为这一结果数值较大，数字更能给人留下深刻印象，BIOS、FDISK驱动器分区软件使用二进制兆字节报告容量。一个十进制兆字节等于一百万字节，一个二进制兆字节等于1048576字节（或1024KB，每千字节为1024字节），通常百万字节和兆字节为相同缩写字母。

5．硬盘驱动器的工作模式

在安装系统时应全面考虑硬盘驱动器的工作模式设定。现在主板支持三种硬盘工作模式NORMAL、LBA和LARGE模式。

（1）NORMAL

普通模式是最早的IDE方式。在此方式下对硬盘访问时，BIOS和IDE控制器对参数不作任何转换。该模式支持的最大柱面数为1024，最大磁头数为16，最大扇区数为63，每扇区字节数为512。因此支持最大硬盘容量为512×63×16×1024=528MB，在此模式下即使硬盘的实际物理容量更大，但可访问的硬盘空间也只能是528MB。

（2）LBA逻辑块寻址模式

LBA（Logical Block Addressing）模式所管理的硬盘空间突破了528MB的瓶颈，可达8.4GB。在LBA模式下，设置的柱面、磁头、扇区等参数并不是实际硬盘的物理参数。在访问硬盘时，由IDE控制器把由柱面、磁头、扇区等参数确定的逻辑地址换为实际硬盘的物理地址。在LBA模式下，可设置的最大磁头数为255，其余参数与普通模式相同。由此可计算出可访问的硬盘容量为512×63×255×1024＝8.4GB。

（3）LARGE大硬盘模式

当硬盘的柱面超过1024时可采用此种模式。LARGE模式采取的方法是把柱面数除以2，把磁头数乘2，其结果总容量不变。例如，在NORMAL模式下柱面数为1220，磁头数为16，进入LARGE模式则柱面数为610，磁头数为32，这样在DOS下柱面数小于1024，是可正常工作的。