بافر بیشتر، راندمان بهتر

چرا سرعت هارد دیسک مهم است؟
هارد دیسک از سال 1956 که توسط IBM ساخته شد، موفق به کسب مقام اول به عنوان کندترین بخش کامپیوتر گردید و سال‌هاست که به این مقام چسبیده و به نظر نمی‌آید که در آینده نزدیک خطری او را تهدید کند!
هارد دیسک به عنوان یکی از مهمترین بخش های یک کامپیوتر، هنوز به صورت مکانیکی عمل می‌کند و در کنار سایر بخش‌های الکترونیکی مثل پردازنده، مادربرد، رم، گرافیک و ... ساز مخالف می‌زند و به شدت راندمان کلی کامپیوتر را کاهش می‌دهد لذا هر راهکاری که بتواند سرعت هارددیسک را افزایش دهد، قطعاً منجر به افزایش سرعت عملکرد کلی کامپیوتر خواهد شد. یکی از راه حل‌های همیشگی، استفاده از بافر می‌باشد.
همواره این طور گفته مي‌شود که بافر بزرگ‌تر باعث افزایش کارایی مي‌شود، هر چند این عبارت تکراری را علاوه بر هارد‌دیسک، در مورد خیلی از سخت افزارهای دیگر هم شنیده‌ایم، مثلاً همواره ادعا مي‌شود که پردازنده‌هایی با کش بزرگ‌تر و یا کارت‌های گرافیکی با حافظه Onboard بزرگ‌تر (این حافظه در یک نگاه کلی نقش بافر را ایفا می‌کند) راندمان بالاتری دارند.
برای بررسی این ادعا، لازم است که پارامترهای مهم در تعیین کارایی یک هارددیسک را به صورت کوتاه بیان کنیم تا نتایج تست‌ها ملموس تر باشند.

پارامترهای مهم در ارزیابی هارددیسک

•ظرفیت
اولین چیزی که در مورد هارددیسک مورد توجه قرار می‌گیرد، ظرفیت آن است. همیشه هاردی با ظرفیت بالاتر بهتر است.
سالیان دراز است که هاردهای با ظرفیت بیشتر ساخته می‌شوند و در ابتدا کاربران می‌گویند که این همه ظرفیت به چه درد می‌خورد؟ و بعد از مدت کوتاهی با کمبود فضای ذخیره سازی مواجه می‌شوند!
البته ابعاد یک هارددیسک نقش تعیین کننده‌ای در حداکثر ظرفیت آن می‌تواند داشته باشد که جدول 1 به خوبی این مطلب را نشان مي‌دهد.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
جدول 1: رابطه نسبی بین ابعاد هارددیسک و حداکثر ظرفیت آن

•اینترفیس
نوع رابط هارددیسک نقش مهمی در سرعت آن دارد. امروزه اکثر هاردها از رابط پر سرعت SATA2 با نرخ انتقال 3Gb/s استفاده می‌کنند. اینترفیس‌های قدیمی‌تر SATA (1.5 Gb/s) و PATA (1 Gb/s) می‌باشند.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
جدول 2: انواع اینترفیس هارددیسک

البته مطابق جدول 2، اینترفیس‌های سریع‌تر از SATA2 هم وجود دارد، ولی به دلیل قیمت بالا فقط در سیستم‌های حرفه‌ای و یا سرورها استفاده می‌شوند.
•بافر
بافر در هارددیسک به دو منظور استفاده مي‌شود. زمانیکه پردازنده دستور خواندن اطلاعات را می‌دهد، هارد اطلاعات را جستجو کرده و پس از یافتن آنها، یک نسخه از آن را در بافر قرار میدهد تا چنانچه پردازنده دوباره همان اطلاعات را درخواست کرد، سریعاً تحویل شود. البته لازم به ذکر است که این اطلاعات تا زمانی در بافر می ماند حجم بافر پر نشود چرا که در غیر این صورت اطلاعات جدید بر روی قبلی‌ها نوشته می‌شوند.
کاربرد دیگر بافر، زمانی است که حجم زیادی از اطلاعات قرار است که ذخیره شوند، در این صورت اطلاعات ابتدا به بافر منتقل میشوند و سپس هارد آنها را خوانده و با سرعت پایین ناشی از مکانیکی بودن خود، آنها را به تدریج ذخیره میک‌ند.
بنابراین به نظر میرسد که هر چه بافر بیشتر باشد، تاثیر بهتری بر راندمان سیستم (سرعت Read و Write) می‌گذارد و این همان چیزی است که در لابراتوار مورد بررسی قرار می‌گیرد.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 1: بافر هارددیسک

•سرعت چرخش
هر چه سرعت چرخش دیسک‌های هارددیسک بیشتر باشد، آنها با سرعت بیشتری از زیر هد‌های خواندن و نوشتن عبور می‌کنند و در نتیجه سرعت خواندن و نوشتن اطلاعات بالاتر می‌رود. بنابراین انتخاب هاردی با دور موتور بيشتر، همیشه باعث راندمان بالاتری خواهد شد. امروزه اکثر هاردها دارای سرعت چرخش 7200 دور در دقیقه می‌باشند. البته هاردهای گران قیمت‌تری با سرعت‌های 10000، 12000 و 15000 دور در دقیقه هم وجود دارند که اغلب در سیستم‌های مورد استفاده در طراحی و انیمیشن و رندر و فایل سرورها و ... استفاده می‌شوند.
•زمان جستجو (Seek Time)
مدت زمانی است که به طور متوسط طول می‌کشد تا هد بر روی اطلاعات درخواستی قرار گیرد و آنها را بخواند و بر حسب میلی ثانیه بیان مي‌شود. طبیعی است که هر چه این زمان کوتاه‌تر باشد، سرعت دسترسی به اطلاعات بالاتر می‌رود و در نتیجه راندمان کلی سیستم افزایش می یابد. البته این زمان به عوامل متعددی مثل سرعت دور موتور، الگوریتم مورد استفاده برای جستجوی اطلاعات، چگالی اطلاعات و ... بستگی دارد.
•چگالی داده‌ها (Areal Density)
حداکثر داده قابل ذخیره بر روی یک اینچ مربع از سطح دیسک را چگالی آن هارددیسک می نامند.
هر چه چگالی بیشتر باشد، سرعت خواندن و نوشتن بالاتر می‌رود. بدیهی است که در هاردهای با چگالی بالاتر، هد نیاز به حرکت کمتری برای خواندن و نوشتن اطلاعات دارد، چرا که اطلاعات به هم نزدیک‌ترند و لذا سرعت بالاتر می‌رود. واحد چگالی گیگابیت بر اینچ است. بنابراین در شرایط یکسان، هاردی که چگالی بالاتری دارد، سرعت بیشتری هم دارد.
•میزان تولید گرما و صدا
یکی از پارامترهایی که معمولاً توسط کاربران عادی مورد توجه قرار نمی‌گیرد، میزان تولید صدا و گرما توسط هارددیسک است.
بدیهی است که هارددیسک هم مثل سایر قطعات مکانیکی در کامپیوتر( مثل فن‌ها و درایوهای نوری) ایجاد صدا می‌کند، پس اگر نمی‌خواهید که ارکستر این قطعات، مخصوصاً شب‌ها موجب آزار شما شود، حتماً به پارامتر میزان تولید صدای هارد توجه کنید. واحد اندازه‌گیری آن dBA نيز می‌باشد.
در مورد تولید حرارت هم واضح است که افزایش حرارت داخل کیس، موجب کاهش راندمان کلی سیستم و از جمله خود هارددیسک می‌گردد.
هاردیسک‌های منتخب برای تست
ما برای تست از 3 هارددیسک شرکت Seagate با مشخصات زیر استفاده کردیم.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
جدول 3: مشخصات هاردیسک های مورد تست (قیمت ها مربوط به اوایل مهرماه می‌باشد.)

همانگونه که مشاهده می کنید، این 3 هارددیسک به صورت کاملاً هدف دار انتخاب گردیده اند. ما یک روش جالب و در عین حال مفید را برای تست خود انتخاب کردیم! هاردیسک 500 گیگابایت با بافر 16 مگابایت را به عنوان هارددیسک مرجع انتخاب کردیم و دو هارد دیگر را نسبت به آن سنجیدیم.
ما از این نحوه تست دو هدف عمده را دنبال می‌کنیم:

1ـ آیا برای دو هارد کاملاً یکسان، افزایش بافر موجب بهبود راندمان مي‌شود؟ برای پاسخ به این سوال از هارد 500 گیگابایت با بافر 32 مگابایت استفاده کردیم.
2ـ آیا برای دو هارد کاملاً یکسان، افزایش ظرفیت موجب بهبود راندمان مي‌شود؟ برای پاسخ به این سوال هم از هارد 320 گیگابایت با بافر 16 مگابایت استفاده کردیم.
شرایط تست
تمامی تست ها بر روی سیستم استاندارد تست لابراتوار ماهنامه انجام شد. مشخصات این سیستم در جدول 4 ذکر گردیده است.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
جدول 4: مشخصات سیستم تست

لازم به ذکر است که همانگونه در جدول 4 مشخص است، ما از یک هارد مدل Western Digital به عنوان هارد اصلی سیستم استفاده کردیم و 3 هارد مورد تست را به عنوان هارد دوم مورد آزمایش قرار دادیم.
لیست نرم افزارهای مورد استفاده در تست و سیستم عامل‌های مورد استفاده نیز در جدول 5 مشخص شده است.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
جدول 5: نرم افزارهای مورد استفاده برای تست

قبل از شروع تست، برای تسریع توضیحات از یک قرارداد استفاده می‌کنیم و آن عبارتست از اینکه هاردها را به صورت ترکیب ظرفیت و بافرشان نامگذاری می‌کنیم، مثلاً هارد "500GB-32MB" به معنی هارددیسک با ظرفیت 500 گیگابایت و بافر 32 مگابایت خواهد بود و نیز هارد "500GB-16MB" به عنوان هارد مرجع شناخته خواهد شد.

تست PCMark05
این نرم افزار را طوری تنظیم کردیم که فقط هارددیسک را مورد ارزیابی قرار دهد.

همانگونه که در شکل 2 مشخص است، هارد هم ظرفیت ولی با بافر بیشتر نسبت به هارد مرجع، دارای 9% راندمان بالاتر می‌باشد و هارد با ظرفیت پایین‌تر ولی با بافر هم اندازه نسبت به هارد مرجع دارای 17% راندمان پایین‌تر است.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 2: نتايج تست PCMark05

نرم افزار PCMark05 دارای 5 نوع تست بر روی هارددیسک است که در مجموع یک امتیاز به هارد مزبور می‌دهد. در جدول 6 جزئیات این تست ها به همراه نتایج آنها ذکر شده است.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
جدول 6: جزئیات تست PCMark05

نکته جالب جدول 6 در بخش File Write است که تفاوت نتایج کاملاً مشهود است و بافر بیشتر هارد 500GB 32MB نقش بسزای خود را در عملیات نوشتن فایل‌ها به رخ می‌کشد. ضمناً چگالی پایین‌تر هارد 320GB 16MB هم تاثیر منفی خود را در عملیات نوشتن فایل نسبت به هارد مرجع نشان می‌دهد.
تست PCMark Vantage

تست PCMark Vantage
از این نرم افزار مشهور هم در محیط ویندوز ویستا استفاده و باز مثل تست اول، تنظیمات را فقط برای تست هارد فعال کردیم.
همانطور که در شکل 3 نشان داده شده، در محیط ویندوز ویستا نتایج به هم نزدیک‌تر شده است. هارد 500GB 32MB فقط 4% از هارد مرجع بهتر بوده و هارد 320GB 16MB هم فقط حدود 1.6% با افت راندمان روبرو بوده است.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 3: نتايج تست PCMark Vantage

نرم افزار PCMark Vantage هم دارای 8 نوع تست بر روی هارددیسک می‌باشد که در مجموع یک امتیاز به هارد مزبور میدهد. در جدول 7 جزئیات این تست ها به همراه نتایج آنها ذکر شده است.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
جدول 7: جزئیات تست PCMark Vantage

همانگونه که از جدول 7 پیداست، نتایج اکثر تست‌ها بسیار به هم نزدیک می‌باشند و تنها در تست انتقال تصاویر به گالری عکس ویندوز ویستا، بافر بزرگ‌تر، قدرت نمایی می‌کند.

تست نرم‌افزار HD Tack
این نرم افزار معتبر هم در تست هارد بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از نتایج جالبی که با آن بدست می آید، حداکثر سرعت خواندن اطلاعات توسط هارد می‌باشد که این پارامتر به "Burst Speed" معروف است. البته بدیهی است که این سرعت لحظه‌ای بوده و فقط در مدت زمان کوتاهی به آن می‌رسیم.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 4: نتايج تست نرم‌افزار HD Tack

این تست( شکل 4) به خوبی نشان می‌دهد که برای رسیدن به حداکثر نرخ میزان خواندن اطلاعات از روی هارددیسک، باید در درجه اول به چگالی هارد توجه کرد و نه به بافر آن، کما اینکه هاردهای با چگالی بیشتر (500GB) نرخ بالاتری دارند و البته در شرایط برابر، بافر هم بی‌تاثیر نیست.

تست نرم‌افزار HD Tune
کمتر کسی است سراغ نرم‌افزارهای تست هاردیسک رفته و به این نرم افزار بر نخورده باشد. نرم افزاری بسیار معتبر که بسیاری از سایت‌های معروف، نتایج آن را مبنای تست های خود قرار داده اند.
ما نیز چندین تست جالب با آن انجام دادیم که نتایجش را به صورت نمودار در شکل‌هاي 5 و 6 نمایش می‌دهیم.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 5

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 6

همانطور که از نمودارها پیداست، هارد با بافر بزرگ‌تر یعنی 500GB-32MB دارای متوسط سرعت خواندن و نوشتن به مراتب بالاتری نسبت به هاردهای با بافر کوچک‌تر می‌باشد، چنانکه 36% در خواندن و 33% در نوشتن نسبت به هارد مرجع بهتر عمل می‌کند و این به آن معنی است که هارد با بافر 32MB حدود 30% راندمان بالاتری نسبت به همان هارد با بافر 16MB دارد که تفاوت معنی داری است.
در ادامه برای روشن شدن بیشتر موضوع، عملیات خواندن و نوشتن را با فایل‌هایی با اندازه های متفاوت (8MB, 16MB, 32MB, 512MB) تست کردیم( شکل‌هاي 7 تا 10 ). دلیل انتخاب این اندازه ها هم بدین صورت است که فایل‌های کوچک‌تر می‌توانند در بافر ذخیره شوند و در واقع با تست خواندن و نوشتن آنها، بافر هارد تست مي‌شود و فایل‌های بزرگ‌تر هم که در بافر جا نمی‌شوند، موجب تست خود هارد و سرعت دسترسی آن می‌شوند.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 7
http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 8
http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 9
http://pnu-club.com/imported/mising.jpg
شکل 10

نمودارها به خوبی بیانگر نقش بافر می‌باشند. هارد با بافر بزرگتر هم در فایل‌های کوچک و هم در فایل‌های بزرگ، عملکرد بهتری نسبت به هاردهای با بافر کوچکتر دارد. توضیح آنکه این چهار نمودار، هر کدام عملیات خواندن یا نوشتن یک فایل نمونه را در بلاک‌هایی از هارد با ظرفیت‌های متفاوت (از 0.5KB تا 8MB) انجام می‌دهند.
نتیجه گیری
•هر چه بافر بیشتر، عملکرد هارد بهتر!
کلیه تست‌ها نشان دادند که بین دو هارد هم ظرفیت (البته با فناوری یکسان) آنکه بافر بزرگتری دارد، قطعاً بهتر است.
•بین هاردهایی که دارای فناوری یکسانی هستند و اندازه بافرشان هم برابر است، هاردی را انتخاب کنید که ظرفیت بالاتری دارد، چرا که اولاً حجم بیشتری را در اختیار شما می‌گذارد و ثانیاً به دلیل چگالی بالاتر، نرخ انتقال بالاتری را به ارمغان می آورد.

•و اما نکته مبهم!
با اینکه مسلم است که هارد 500GB-32MB بسیار بهتر از هارد 500GB-16MB است و اختلاف قیمت آنها هم بسیار ناچیز است (تقریباً هم قیمت می‌باشند)، چه دلیلی می‌تواند وجود داشته باشد که باز هم هاردهای 500GB-16MB تولید شوند؟ و از آن عجیب‌تر آنکه با دانستن مطالب بالا، چه دلیلی دارد که کاربری اقدام به خرید اینگونه هارددیسک‌ها نماید؟