哪些因素影響硬盤的速度
本文已發表于《微型計算機》
如果你關注存儲，關心硬盤的發展，那勢必會對例如“內部數據傳輸率”、“外部數據傳輸率”、“連續數據傳輸率”、“突發數據傳輸率”、“轉速”和“SATA”這些名詞頗為熟悉，從字面上就可猜想到它們代表與硬盤的速度有關，但具體含義到底是什么呢？它們跟硬盤的速度又有那些直接或間接的關聯呢？
一、哪些因素影響硬盤的速度
轉速
即指硬盤主軸電機的轉動速度，我們通常說的7200rpm或5400rpm，正是指硬盤主軸電機的轉動速度，它的表示單位為rpm，即轉/分(Rotations Per Minutes)。轉速是區別硬盤檔次的重要標志，例如目前7200rpm主要是面向桌面級中高存儲市場，而5400rpm則是面向入門級存儲市場。
內部數據傳輸率(Internal Data Transfer Rate)
顧名思義，即指硬盤內部數據傳輸的傳輸率，據存儲業內的定義，硬盤內部數據傳輸率是指硬盤磁頭讀取存儲在盤片內的數據向硬盤高速數據緩存傳送時的數據傳輸速率。從這個定義中，我們不難理解影響硬盤內部數據傳輸率的根本因素是硬盤磁頭、盤片和轉速。因為只有更快的轉速、更高的存儲密度，才能從根本上提高硬盤的內部數據傳輸率。如果硬盤盤片的數據存儲密度可以做的非常大，也就是能存儲的信息可以越多，這就是我們通常所說的硬盤單碟容量更高了。因此，硬盤轉速和單碟容量是決定硬盤內部數據傳輸率的直接原因，而從下文的介紹中可以看出，內部數據傳輸率上不了一個更高臺階才是當今硬盤速度的瓶頸所在。
外部數據傳輸率 (External Data Transfer Rate)
何謂外部，這里所指的外部是指從硬盤高速數據緩存到電腦主機內存，所以外部數據傳輸率也就是指數據從硬盤高速數據緩存通過硬盤接口傳輸至內存這過程中的數據傳輸率，從這個業內定義可以明顯看出，外部數據傳輸率和硬盤接口帶寬是息息相關，所以許多時候，人們在稱呼硬盤外部數據傳輸率時往往以接口速度來代替，例如支持Ultra ATA/100的騰龍四代硬盤，我們就說它的外部數據傳輸率為100MB/s，因為Ultra ATA/100接口理論上能支持最高為100MB/s的傳輸率。
連續(STR)數據傳輸率和突發數據傳輸率(Burst TR)，也是顧名思義，突發數據傳輸率就是硬盤在突發情況下所能達到的數據傳輸率，它一般略低于硬盤接口帶寬，由于它是一種突發狀態下產生的數據傳輸率，所以它并不能準確表示硬盤的速度快慢，但STR連續數據傳輸率剛好與其相反，它是表示硬盤速度快慢最真實的體現。STR并不是硬盤所有時刻數據傳輸率值的平均值，而是磁頭由盤片內圈至外圈連續尋道時的數據傳輸率，利用業內知名的WINBENCH實測得到的硬盤STR圖就可以清晰地看到這點，如圖1所示。
圖1：硬盤連續數據傳輸率范例
平均訪問時間
平均訪問時間是指硬盤在盤片上移動讀寫磁頭至指定磁道尋找相應目標數據所用時間的均值，它是描述硬盤讀取數據的能力，單位為毫秒。當硬盤單碟容量增大時，磁頭的訪問動作和移動距離將減少，顯然硬盤的平均訪問時間將因此而減小，從而加快硬盤讀寫速度。
接口速度（需要用表格說明各種接口的速度）
接口速度即指硬盤接口所能支持的最大帶寬，由于不同的接口類型具有不同的接口帶寬，所以接口速度也就會因此不同，一般來說，越先進的接口類型，它的接口速度是更快的。表1中列出了常見的接口類型及其速度。
接口類型 接口速度(理論值) 接口電纜
Serial ATA1.0 150 MB/s 并行連接電纜
ATA/133 133 MB/s 40針80芯連接電纜
ATA/100 100 MB/s 40針80芯連接電纜
ATA/66 66 MB/s 40針80芯連接電纜
ATA/33及其以前接口 <33 MB/s 40針40芯連接電纜
表1，常見的接口類型及其速度
數據緩存
緩存是硬盤與外部總線交換數據的場所。硬盤讀寫數據的過程是將磁信號轉化為電信號后，通過緩存一次次地填充與清空，再填充，再清空，一步步按照PCI總線的周期送出，可見，緩存的作用是相當重要的。
轉速是關鍵
轉速它是區別硬盤好壞的重要依據之一，也是影響硬盤速度快慢的直接因素。為什么這么說呢？其實很好理解，硬盤盤片如果轉的越快，硬盤磁頭感應盤片上的磁場變化的速度自然就越快，而這些磁場信息就是數據，顯然這就帶來了更高的數據傳輸率，當然前提是硬盤的其它相關技術（例如磁頭和盤片）需要跟的上，不然即使硬盤盤片轉的再快，磁頭感應靈敏度或精確度不夠，那一切也是白搭。
就目前而言，IDE硬盤常見的轉速為7200rpm和5400rpm，隨著存儲技術革新和產品更新換代速度不斷加快，5400rpm的IDE硬盤慢慢地被定位在低端存儲市場，而7200rpm則扮演著中高端桌面級存儲生力軍的角色。至于SCSI硬盤，常見的轉速系列有7200rpm、10,000rpm和15,000rpm三種，7200rpm的SCSI硬盤屬于入門級高端存儲產品，一般應用于工作站或普通應用服務器上，10,000rpm和15,000rpm同屬中高端級存儲產品，相對來說，10,000rpm的SCSI硬盤更為普通些，因此它屬于當前SCSI硬盤的主流轉速。
那么，硬盤轉速是不是決定硬盤速的絕對且唯一的因素呢？答案是否定的。有一定經驗的電腦用戶可能都知道，對于同樣轉速的兩款硬盤，測試得到的數據傳輸率卻可能存在天壤之別，這是由于對硬盤速度的影響因素是多方面的，正因此，業內在表示硬盤速度的時候，也對不同的情況給予了不同的名稱與定義。
接口不能決定一切
現在我們仍然清晰地記的在2001年至2002年上半年間，MAXTOR公司高喊Ultra ATA/133，宣稱最高能達到133MB/s的外部數據傳輸率，但ATA/133給我們帶來了什么？更高的接口速度難道就能帶來更快的硬盤速度嗎？其實不見的，想想當時，所有IDE硬盤的內部數據傳輸率還不到66MB/s，遠遠不及100MB/s，更別說ATA/133所支持的133MB/s，綜合比較支持ATA/133的邁拓金鉆七代和只支持ATA/100的希捷新酷魚IV代，前者所帶來的速度提升是如何有限，從此就能明白“接口不能決定一切”的道理。
而現在，在串行ATA概念及展品遍地開花的今天，我們一夜之間，似乎突然感覺現在已經進入“新世紀”了，并行ATA已經被淘汰，從此進入了串行時代。串行時代真的到來了嗎？串行ATA能給我們帶來些什么呢？更快、更大、更安全的目標能否得到延續…。從Serial ATA委員會公布的產品特征來看，SATA1.0所支持的最高數據傳輸率就高達150MB/s，而SATA2.0中更加倍支持，達到了300MB/s，據稱，SATA3.0將能實現600MB/s的接口帶寬。
如果將來硬盤能有600MB/s的接口帶寬，是不是就“一路暢通”了呢？但事實并非像想象中那么理想，試想一下，如果從硬盤磁頭向高速緩存傳輸數據的傳輸率只有100MB/s，那即使從高速緩存通過硬盤接口往內存搬運數據的傳輸率達到600MB/s又有何用，意義顯然不大。
所以，大家在注重接口類型技術革新的同時，也不要忘了還有硬盤盤片技術、硬盤磁頭技術需要升級，硬盤運行穩定性和性價比等都需要考慮。用戶在選購產品時，也就不要一味追求先進的接口類型，更何況硬盤的高速度就代表著硬盤擁有高性能嗎？這之間不是等于，而是≠。
內部傳輸率也不能決定一切
從上面的介紹中，我們可以看出真正決定硬盤速度快慢的因素是硬盤的內部數據傳輸率，拋開內部傳輸率，接口帶寬再寬也不足從根本上提高硬盤的速度?？墒?，回過頭來考慮，硬盤速度是否與硬盤內部數據傳輸率成正比關系呢？答案是肯定的，但是還有一個因素不容忽視，那就是硬盤的訪問時間。
硬盤訪問時間包括兩個方面，即硬盤尋道時間和潛伏時間，尋道時間就是指硬盤磁頭移動到數據所在磁道時所用的時間，而潛伏時間是指當磁頭移動到數據所在的磁道后，然后等待指定的數據塊轉動（半圈或多些、少些）到磁頭下所用的時間，硬盤平均訪問時間就是以上兩者相加。由此，我們可以看出硬盤訪問時間是影響硬盤數據傳輸率快慢的重要因素之一，如果平均訪問時間越長，硬盤速度自然要降下來。
在實際應用中，內部數據傳輸率到底能起到多大的作用？我們接著來分析它對磁盤性能的影響。普通商業應用磁盤性能（Business Disk Mark）即硬盤在普通商業應用領域下的磁盤性能，它是衡量硬盤在辦公時磁盤性能的最重要表現形式。至于高端應用磁盤性能（High-End Disk Mark）與上述相似，即指硬盤在高端應用領域（例如工作站或服務器）下的磁盤性能，它是衡量硬盤能否適應高負荷、多線程并行操作等的重要方式。
硬盤的內部數據傳輸率，即硬盤速度快慢會在一定程度上影響著普通商用和高端應用磁盤性能，但并不能達到決定性的作用，很明顯的例子就是希捷新酷魚IV（Barracuda ATA IV）硬盤，我們對酷魚IV實測得到的數據傳輸率很高，這是同類產品中的驕驕者，但磁盤性能卻不及例如IBM騰龍四代（Deskstar 120GXP）等硬盤。
緩存的同樣很重要，如何正確評估硬盤速度
硬盤高速數據緩存就像硬盤數據的中轉站一樣在硬盤讀寫數據中起著重要的作用，在接口技術已經發展到一個相對成熟的時候，緩存的大小與速度是直接影響硬盤速度和性能的重要因素。因為當硬盤在讀寫數據時，硬盤會先將讀寫的數據暫存到緩存中，然后再通過總線或接口傳輸給內存或其它位置，此時如果硬盤讀寫的數據越零碎，那么緩存的作用就越大，對提高硬盤的性能和速度就會有很大幫助。
目前主流硬盤緩存主要是2MB，除此還有8MB和512KB等幾種，緩存類型大多是SDRAM或EDO DRAM，目前一般以SDRAM為主。根據寫入方式的不同，可以分為寫通式和回寫式兩種。
六、 如何正確評估硬盤速度
倘若只是單純地評估一款硬盤的速度快慢，一般來說 ，更快的硬盤轉速、更大的單碟容量、更高的接口數據傳輸率、更短的平均訪問時間、更高的內部數據傳輸率就代表著更高的性能，但是一款硬盤并不能在這些方面都具有優勢，例如有的硬盤雖然具有很高的接口帶寬，但由于內部數據傳輸率上不去，所以硬盤不具有非常高的磁盤性能。
這些硬盤針對不同的應用表現也各不相同。因此，在選擇硬盤時就要根據自己的應用進行權衡，例如如果你只是普通家用，那選擇5400RPM的普通IDE硬盤就已足夠。而如果是網吧游戲服務器等應用場合，我們就推薦選擇7200RPM的高端IDE硬盤。再如對于需要處理許多零碎數據的用戶，我們推薦大緩存的產品。
通過實際測試，我們則可以客觀地判斷一款硬盤各方面的表現。目前比較常見的硬盤評測軟件有：ZD WinBench99 V2.0、Sisoft Sandra 2002和HD Tach等，Winbench99的Disk Mark可以測試硬盤的訪問時間、STR連續數據傳輸率、CPU占用率和具體應用磁盤性能等。Sandra 2002除了可以測試硬盤的訪問時間、CPU占用率和具體磁盤性能外，它還可以根據用戶的具體配置情況給出相應的橫比基準。對于HD Tach，它主要是用于測試的讀/寫速度及CPU占用率?？傊?，評價一款硬盤的好壞，需要從多方面入手，不僅需要考慮硬盤的速度、磁盤性能，像硬盤的售后服務、產品質量等也都是非常必要的考慮因素。
