Що таке кеш-пам’ять жорсткого диска та SSD, і що він робить?

ПК — це складні машини, наповнені десятками дрібніших компонентів, які працюють разом. Усі, хто працював із апаратним забезпеченням ПК, знайомі з основними специфікаціями дисків, такими як ємність, швидкість читання/запису та швидкість обертання пластини для жорстких дисків. Однак є менш відома і часто забута функція, яка впливає на швидкість і продуктивність ваших накопичувачів. Функція відома як оперативна пам’ять (RAM) або кеш для жорстких дисків (HDD) і динамічна оперативна пам’ять для твердотільних накопичувачів (SSD). Давайте коротко розглянемо, що таке кеш HDD і SSD і як вони працюють.

Що таке кеш жорсткого диска?

Кеш жорсткого диска часто називають буфером диска. Під цією назвою його призначення стає трохи прозорішим. Він діє як тимчасовий простір пам’яті, поки жорсткий диск читає та записує дані на постійне сховище на пластинах.

Ви можете думати про кеш жорсткого диска як про оперативну пам’ять, призначену явно для жорсткого диска. Жорсткі диски мають вбудовані мікроконтролери, які керують і обробляють дані, що надходять і виходять, подібно до ЦП. RAM жорсткого диска працює разом із мікроконтролером для зберігання пам’яті під час її обробки.

Ви також можете розглядати кеш жорсткого диска як щось подібне до буферизації потокового вмісту. Кожен стикався з потоковим відео через повільне з'єднання. Відеопрогравач очікує перед або під час відтворення, щоб зібрати дані, щоб продовжити відтворення відео більш плавно. Кеш жорсткого диска дозволяє жорсткому диску робити те саме під час читання та запису даних.

Як працює кеш жорсткого диска?

Коли жорсткий диск читає та записує дані, він витягує їх із пластин. Дуже часто жорсткий диск працює з одними і тими самими даними неодноразово, оскільки людина, яка користується комп’ютером, зазвичай працює над одним або двома завданнями одночасно. У кеш-пам’яті жорсткого диска зберігаються дані, які ви або ваші програми використовуєте найчастіше та нещодавно, що усуває потребу витягувати їх із пластин кожного разу, коли потрібні дані. Ця дія прискорює роботу приводу.

Жорсткі диски: читання попереду та позаду

Як правило, жорсткий диск не просто збирає необхідні дані. Він також зчитує дані навколо себе. Жорсткі диски неефективні. Обертові пластини та головки читання/запису за своєю суттю обмежені фізичними рухомими частинами, які набагато повільніші, ніж SSD без рухомих компонентів. Тому жорсткі диски намагаються компенсувати вгадуванням.

Коли користувач або програма запитує дані (нагадує мені Tron), жорсткий диск зчитує ці дані та дані навколо них із пластини та зберігає їх у буфері. Оскільки існує пристойна ймовірність того, що навколишні дані схожі, накопичувач припускає, що користувач або процес також незабаром запитає навколишні дані.

Жорсткі диски: вечірній потік даних

Існує багато різних кроків для отримання даних із жорсткого диска. Для кожного з них потрібен час, і вони рідко синхронізуються. Передача даних із жорсткого диска через SATA зазвичай відбувається швидше, ніж жорсткий диск може читати та записувати дані на пластини. Дисковий буфер часто використовується, щоб вирівняти цей потік даних і зробити процес набагато плавнішим.

Жорсткі диски: мінімізація часу очікування під час запису

Знову ж таки, жорсткі диски працюють повільно. Вони, ймовірно, є частиною будь-якого комп’ютера, яка забирає найбільше часу через їх фізично рухомі частини. Запис даних зазвичай «болючий» для користувача.

Жорсткі диски: призначення кешу

Кеш жорсткого диска (RAM) допомагає прискорити процес запису даних, фактично обманюючи решту комп’ютера. Жорсткий диск візьме дані в кеш і почне їх записувати. Замість того, щоб чекати, щоб записати всі дані на пластини, жорсткий диск сигналізує комп’ютеру, що це було зроблено. ПК чи Mac або продовжує надсилати додаткові дані, або переходить до інших завдань, вважаючи, що процес завершено. У будь-якому випадку це дозволяє комп’ютеру перейти до наступної події.

Однак у кешування даних є недолік. Поки жорсткий диск намагається виконати свою обіцянку записати дані, він може їх втратити. Якщо комп’ютер раптово вимкнути, усі дані, що зберігаються в кеші, зникнуть. Оперативна пам’ять/кеш – це енергонезалежне сховище.

Прискорення жорстких дисків

Збільшення оперативної пам’яті жорсткого диска (кеш-пам’яті) не означає вищої продуктивності диска безпосередньо під час виконання окремих завдань. Це не те, що це змушує диск рухатися швидше. Однак наявність дискового буфера дозволяє диску набагато ефективніше виконувати багатозадачність, і, швидше за все, це те, що вам потрібно.

Рідко трапляється, що диск виконує лише одну дію або взаємодіє лише з одним процесом за раз. Дискові жорсткі диски все ще є добре відомими пристроями зберігання в сучасних ПК. Однак SSD поступово витісняють ці жорсткі диски. Навіть з одним завданням декільком програмам може знадобитися доступ до сховища диска одночасно. Можливо, ви працюєте з двома або більше файлами, виконуєте фонові завдання або навіть отримуєте оновлення.

Сервери – це ще один простір, де наявність оперативної пам’яті на жорстких дисках має вирішальне значення. Серверні жорсткі диски завжди будуть виконувати кілька завдань. Подумайте про базу даних, що стоїть за веб-сайтом. Щоразу, коли користувач виконує дію, яку веб-сайт має зберегти або зареєструвати, сайт отримує доступ до інформації та записує її в базу даних. Кожного разу, коли хтось переглядає цей веб-сайт, він читає дані з бази даних. Було б рідко, щоб диски, на яких зберігалася ця база даних, не виконували кілька завдань одночасно.

Що таке кеш у SSD?

SSD не такі повільні, як фізичні жорсткі диски , тож їм також потрібен кеш? Коротше кажучи, вони роблять. У той час як оперативна пам’ять у жорстких дисках поводиться як оперативна пам’ять у ПК або графічному процесорі (GPU), кеш-пам’ять у твердотільних накопичувачах виконує функцію DRAM. Він набагато швидший і не відстає від SSD.

Незважаючи на те, що твердотільні накопичувачі набагато швидші, ніж їх аналоги на основі дисків, кеш-пам’ять все одно приносить переваги. Твердотільні накопичувачі все ще використовують його для регулювання введення/виведення та забезпечують швидший доступ для читання та запису. Тим часом деякі SSD не мають вбудованої DRAM. Це заощаджує споживання електроенергії, але змушує накопичувачі компенсувати це іншими способами.

Інша річ, яку слід зазначити, полягає в тому, що SSD записують пакетами, а не секторами, тому вони повинні завантажувати групи даних, додавати їх із кешу, а потім повертати назад і переходити до наступної групи даних. Ось чому кеш DRAM є вигідним.

Загалом, кеш має значення, навіть у SSD. Це не так важливо, як специфікації основного диска, але ви повинні це враховувати. Якщо ваш жорсткий диск багатозадачний або працює безперервно, як із сервером, для розробки чи навіть для ігор, шукайте більші розміри оперативної пам’яті. Ви побачите від цього найбільше переваг. Домашнім користувачам, які шукають накопичувач для періодичного використання, не потрібно про це так сильно турбуватися, хоча кілька вкладок у браузері разом із відео YouTube і двома електронними таблицями, а також отримання оновлень, можуть уповільнити роботу. Щодо твердотільних накопичувачів (SSD) ситуація трохи туманніша, але все одно варто розглянути DRAM у процесі прийняття рішення. Однак інші фактори можуть легко затьмарити це.